RU2597450C2 - Method of producing casting product from casting aluminium alloy with vacuum-plasma coating - Google Patents
Method of producing casting product from casting aluminium alloy with vacuum-plasma coating Download PDFInfo
- Publication number
- RU2597450C2 RU2597450C2 RU2014135108/02A RU2014135108A RU2597450C2 RU 2597450 C2 RU2597450 C2 RU 2597450C2 RU 2014135108/02 A RU2014135108/02 A RU 2014135108/02A RU 2014135108 A RU2014135108 A RU 2014135108A RU 2597450 C2 RU2597450 C2 RU 2597450C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- casting
- vacuum
- mold
- melt
- plasma
- Prior art date
Links
Landscapes
- Continuous Casting (AREA)
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способам получения отливок из литейных сплавов алюминия с последующим нанесением на них разнофункциональных вакуумно-плазменных покрытий.The invention relates to methods for producing castings from cast aluminum alloys with subsequent application of multifunctional vacuum-plasma coatings to them.
Известен способ получения отливок из сплавов алюминия, принятый за прототип, заключающийся в заливке расплава в литейную форму, выдержке в форме для кристаллизации отливки, охлаждении отливки на воздухе после ее извлечения из формы [Курдюмов А.В., Пискунов М.В., Чурсин В.М. и др. Производство отливок из сплавов цветных металлов. Издание 2-е. - М.: МИСИС, 1996. - 504 с.]. Это способ является традиционной технологией получения отливок из литейных алюминиевых сплавов. Дальнейшая обработка отливок предусматривает термическое упрочнение, заключающееся согласно ГОСТ 1583-93 в закалке отливки, старении отливки в течение 3-12 часов и механическую доработку поверхности отливки (полирование и шлифование). В результате такой обработки отливки получают структуру, состоящую из α-фазы (твердый раствор кремния в алюминии) и зон эвтектики (α-фаза + кремний), при этом чем выше содержание кремния в химическом составе сплавов, тем значительнее зоны эвтектики.A known method of producing castings from aluminum alloys, adopted for the prototype, which consists in pouring the melt into a mold, holding in the mold for crystallization of the casting, cooling the casting in air after removing it from the mold [Kurdyumov A.V., Piskunov M.V., Chursin V.M. and others. Production of castings from non-ferrous metal alloys. 2nd Edition. - M .: MISIS, 1996. - 504 p.]. This method is a traditional technology for producing castings from cast aluminum alloys. Further processing of the castings involves thermal hardening, which, according to GOST 1583-93, consists in hardening of the casting, aging of the casting for 3-12 hours and mechanical refinement of the casting surface (polishing and grinding). As a result of such processing of the castings, a structure is obtained consisting of the α phase (solid solution of silicon in aluminum) and eutectic zones (α phase + silicon), and the higher the silicon content in the chemical composition of the alloys, the greater the eutectic zone.
Недостатком этих способов применительно к изделиям из алюминиевых сплавов, получаемых литьем с последующим нанесением разнофункциональных вакуумно-плазменных покрытий, является то, что физико-механическое состояние поверхности отливки не отвечает условиям оптимальности с позиций последующих операций подготовки поверхности под нанесение вакуумно-плазменных покрытий и собственно их нанесение. Во-первых, наличие развитых зон эвтектики на поверхности отливок приводит к появлению значительной пятнистости (чередование темных и более светлых участков) вакуумно-плазменных покрытий на них, что делает эстетические свойства покрытий (однородность цветовой гаммы) неприемлемыми. Причиной этого дефекта вакуумно-плазменных покрытий является то обстоятельство, что при шлифовании, полировании и нанесении вакуумно-плазменных покрытий (интенсивное воздействие низкотемпературной плазмы из паровой фазы конденсирующегося вещества на поверхность отливки) происходит разрушение и растравливание более хрупких зон эвтектики, что создает существенную структурно-фазовую неоднородность поверхности отливки, и как следствие, неоднородность физико-механических свойств ее поверхности. Во-вторых, вакуумно-плазменные покрытия на отливках содержат заметное количество так называемых микродуг (растравливание поверхности покрытия в результате возникновения микродугового разряда на поверхности отливки в вакуумной камере на этапе ионной очистки ее поверхности перед этапом конденсации покрытия). Наличие микродуг является также существенным дефектом эстетических свойств вакуумно-плазменных покрытий. В-третьих, наличие выше указанных зон на поверхности отливки приводит к снижению ее твердости и возрастанию шероховатости поверхности, что снижает адгезионную прочность вакуумно-плазменных покрытий на отливках.The disadvantage of these methods in relation to products from aluminum alloys obtained by casting followed by the application of multifunctional vacuum-plasma coatings is that the physicomechanical state of the casting surface does not meet the optimality conditions from the standpoint of subsequent surface preparation operations for applying vacuum-plasma coatings and actually application. Firstly, the presence of developed eutectic zones on the surface of the castings leads to the appearance of significant spotting (alternation of dark and lighter areas) of vacuum-plasma coatings on them, which makes the aesthetic properties of the coatings (uniformity of color gamut) unacceptable. The reason for this defect in vacuum-plasma coatings is the fact that during grinding, polishing and applying vacuum-plasma coatings (intense exposure to low-temperature plasma from the vapor phase of a condensing substance on the surface of the casting), more fragile eutectic zones are destroyed and etched, which creates a significant structural phase heterogeneity of the surface of the casting, and as a result, the heterogeneity of the physico-mechanical properties of its surface. Secondly, vacuum-plasma coatings on castings contain a noticeable amount of so-called microarcs (etching of the coating surface as a result of microarc discharge on the surface of the casting in a vacuum chamber at the stage of ionic cleaning of its surface before the stage of coating condensation). The presence of microarc is also a significant defect in the aesthetic properties of vacuum-plasma coatings. Thirdly, the presence of the above zones on the surface of the casting leads to a decrease in its hardness and an increase in surface roughness, which reduces the adhesive strength of vacuum-plasma coatings on castings.
Таким образом, получение отливок по известным способам литья и термического упрочнения приводит к получению отливок с заметной структурно-фазовой неоднородностью их поверхности, прежде всего по распределению и величине зон эвтектики, при этом показатели прочности и твердости не принимают максимально высоких значений, что резко снижает качество вакуумно-плазменных покрытий на отливках из алюминиевых сплавов.Thus, the production of castings according to known methods of casting and thermal hardening leads to the production of castings with a noticeable structural-phase heterogeneity of their surface, primarily in the distribution and size of the eutectic zones, while the strength and hardness indicators do not take the highest values, which sharply reduces the quality vacuum-plasma coatings on castings from aluminum alloys.
Технический результат изобретения - повышение качества вакуумно-плазменных покрытий на отливках из литейных сплавов алюминия.The technical result of the invention is improving the quality of vacuum-plasma coatings on castings from cast aluminum alloys.
Технический результат достигается тем, что в известные способы получения отливок из литейных сплавов алюминия, заключающийся в заливке расплава в литейную форму, выдержке в форме для кристаллизации отливки, охлаждение отливки на воздухе после ее извлечения из литейной формы, закалке отливки, старении отливки в течении 3-12 часов, шлифовании и полировании поверхности отливки, обезжиривании поверхности отливки, вносят следующие изменения - время выдержки расплава в литейной форме сокращают в два раза, охлаждение отливки после ее извлечения из литейной формы производят в воде, длительность старения отливки после закалки составляет 1,5-6 часов.The technical result is achieved by the fact that in the known methods for producing castings from cast aluminum alloys, which involves pouring the melt into a casting mold, holding the mold for crystallization of the casting, cooling the casting in air after removing it from the casting mold, hardening the casting, aging the casting for 3 -12 hours, grinding and polishing the surface of the casting, degreasing the surface of the casting, make the following changes - the exposure time of the melt in the mold is halved, the cooling of the casting after it is removed from the mold are produced in water, the aging time of the cast after quenching is 1.5-6 hours.
В этом случае произойдет измельчение и повышение равномерности кремнийсодержащей эвтектики, в том числе и на поверхности отливок, что обеспечит повышение однородности свойств на их поверхности. Значения прочностных показателей и показателей твердости поверхности отливок из алюминиевых сплавов будут иметь максимально возможные значения перед механической обработкой их поверхности и нанесением вакуумно-плазменных покрытий. Это приведет к повышению качества покрытий на изделиях из отливок. Отмеченное подтверждается положениями из теории и практики литья и термической обработки литейных алюминиевых сплавов. Сокращение времени выдержки расплава в литейной форме (длительности кристаллизации) приведет к получению более мелкозернистой структуры и меньшему растворению упрочняющих фаз по границам зерен, что создаст условия для достижения максимальной твердости сплавов после закалки и старения. Форсированное охлаждение (в воду) отливок после кристаллизации повысит степень неравномерности структуры перед закалкой и изменит кинетику процесса старения. Установлено, что отливки из сплавов систем Al-Si-Cu и Al-Si-Mg, форсированно охлажденные с более высоких температур (сокращение времени выдержки расплава в литейной форме), имеют не только наиболее высокие показатели прочности и твердости после закалки и старения, но сам процесс распада пересыщенного твердого раствора (процесс старения) происходит значительно быстрее. Это дает возможность существенно сократить длительность старения и получить максимально возможные значения по прочности и твердости у отливок после их литья и термической обработки.In this case, grinding and increasing the uniformity of the silicon-containing eutectic will occur, including on the surface of the castings, which will increase the uniformity of properties on their surface. Values of strength indicators and surface hardness indices of castings from aluminum alloys will have the maximum possible values before machining their surface and applying vacuum-plasma coatings. This will lead to higher quality coatings on products from castings. The above is confirmed by the provisions of the theory and practice of casting and heat treatment of cast aluminum alloys. Reducing the holding time of the melt in the mold (crystallization time) will result in a finer-grained structure and less dissolution of the hardening phases along the grain boundaries, which will create conditions for achieving maximum alloy hardness after quenching and aging. Forced cooling (into water) of the castings after crystallization will increase the degree of unevenness of the structure before quenching and change the kinetics of the aging process. It was found that castings from alloys of Al-Si-Cu and Al-Si-Mg systems, forcedly cooled from higher temperatures (shortening the melt holding time in the mold), have not only the highest strength and hardness after quenching and aging, but the very process of decomposition of a supersaturated solid solution (aging process) occurs much faster. This makes it possible to significantly reduce the aging time and obtain the maximum possible values for strength and hardness of castings after casting and heat treatment.
Таким образом, одновременное изменение известных режимов по длительности выдержки расплава в литейной форме, охлаждения отливки после ее извлечения из литейной формы и длительности старения отливки после закалки по предложенным новым режимам даст возможность получить отливку-изделие из алюминиевых сплавов после литья и механической обработки (шлифование и полирование) с максимально возможной твердостью и наилучшим структурно-фазововым состоянием поверхности для получения высококачественных вакуумно-плазменных покрытий на них по сравнению с известными режимами литья и термической обработки этих сплавов.Thus, the simultaneous change in the known modes by the duration of exposure of the melt in the mold, cooling the casting after it is removed from the mold and the aging time of the cast after quenching according to the proposed new modes will make it possible to obtain a casting product from aluminum alloys after casting and machining (grinding and polishing) with the highest possible hardness and the best structural phase state of the surface to obtain high-quality vacuum-plasma coatings on them according to equal to the known modes of casting and heat treatment of these alloys.
Пример реализации предлагаемого способа.An example implementation of the proposed method.
Требуется нанести вакуумно-плазменное покрытие TiN (нитрид титана) методом КИБ на отливку детали «накладка» диаметром 55 мм, высотой 5 мм, с полостью диаметром 15 мм, глубиной 3 мм и центральным сквозным отверстием диаметром 9 мм из литейного сплава АК5М2. Шероховатость поверхности изделия с покрытием Ra=0,16 мкм.It is required to apply a vacuum-plasma coating of TiN (titanium nitride) using the CIB method on casting a “patch” part with a diameter of 55 mm, a height of 5 mm, with a cavity with a diameter of 15 mm, a depth of 3 mm and a central through hole with a diameter of 9 mm from AK5M2 cast alloy. The surface roughness of the product with a coating R a = 0.16 μm.
Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.
1. Заготовка «накладки» получена способом литья под давлением сплава АК5М2 на литейной машине А711-07 для литья сплавов цветных металлов под давлением. При этом время выдержки в пресс-форме сокращено в два раза по сравнению с традиционными режимами литья: с 60 секунд до 30 секунд.1. The blank “blank” is obtained by the method of injection molding of AK5M2 alloy on an A711-07 casting machine for injection of non-ferrous metal alloys under pressure. At the same time, the exposure time in the mold is reduced by half compared with traditional casting modes: from 60 seconds to 30 seconds.
2. Охлаждение отливки после извлечения из пресс-формы произведено немедленно в воду с температурой 20-30 градусов Цельсия.2. The cooling of the casting after removal from the mold is made immediately in water with a temperature of 20-30 degrees Celsius.
3. Произведена закалка заготовки при температуре 510-520 градусов Цельсия. Время выдержки при температуре закалки составило 3 часа.3. The billets were quenched at a temperature of 510-520 degrees Celsius. The exposure time at the quenching temperature was 3 hours.
4. Произведено старение заготовки после закалки при температуре 170-180 градусов Цельсия. Длительность старения составила 1,5-5 часа (длительность старения сплава АК5М2 по ГОСТ 1582-93 составляет 5-10 часов).4. Produced aging of the workpiece after hardening at a temperature of 170-180 degrees Celsius. The aging time was 1.5-5 hours (the aging time of the AK5M2 alloy according to GOST 1582-93 is 5-10 hours).
5. Произведена механическая обработка отливки шлифованием и полированием для обеспечения заданной шероховатости ее поверхности Ra=0,16 мкм.5. The machining of the casting was performed by grinding and polishing to ensure a given surface roughness R a = 0.16 μm.
6. Произведена подготовка поверхности заготовки под нанесение ионно-плазменного покрытия TiN (обезжиривание).6. The surface of the workpiece was prepared for the application of an ion-plasma coating of TiN (degreasing).
7. Нанесение ионно-плазменного покрытия TiN методом КИБ по традиционным режимам нанесения для данного вида покрытия.7. Deposition of an ion-plasma coating of TiN by the CIB method according to the traditional application conditions for this type of coating.
Все операции предлагаемого способа получения отливок из сплавов алюминия выполнены на отечественном литейном, термическом, механическом и вакуумном оборудовании.All operations of the proposed method for producing castings from aluminum alloys are performed on domestic foundry, thermal, mechanical and vacuum equipment.
Проведен сравнительный анализ качества ионно-плазменного покрытия TiN на отливках, полученных по способу согласно прототипам и по предлагаемому способу. Анализировали твердость сплава перед нанесением покрытия, микротвердость покрытия, адгезию покрытия, внешний вид покрытия.A comparative analysis of the quality of the ion-plasma coating TiN on castings obtained by the method according to the prototypes and the proposed method. The hardness of the alloy before coating, the microhardness of the coating, the adhesion of the coating, and the appearance of the coating were analyzed.
Твердость сплава АК5М2 увеличилась на 250-350 МПа согласно предлагаемому способу получения заготовок по сравнению с прототипами (измеряли по методу Виккерса).The hardness of the AK5M2 alloy increased by 250-350 MPa according to the proposed method for producing blanks in comparison with the prototypes (measured by the Vickers method).
Микротвердость ионно-плазменного покрытия TiN для обоих вариантов получения изделий оказалась практически одинаковой HD50=20-25 ГПа (измеряли на микротвердомере ПМТ-3).The microhardness of the TiN ion-plasma coating for both products was found to be almost the same HD 50 = 20-25 GPa (measured on a PMT-3 microhardness meter).
Адгезионная прочность покрытия TiN на изделиях, полученных по предлагаемому способу, оказалась до 3-х раз выше, чем у заготовок, полученных согласно прототипам. Уровень адгезии определяли методом полирования (использовали круги из бязи с пастой ГОИ при скорости полирования 30 м/с в течении 15 с) и методом нагрева (изделия с покрытием нагревали до температуры 200 градусов Цельсия и выдерживали при этой температуре в течение 1 часа).The adhesive strength of the TiN coating on products obtained by the proposed method was up to 3 times higher than that of preforms obtained according to the prototypes. The adhesion level was determined by polishing (circles made of calico with paste of GOI were used at a polishing speed of 30 m / s for 15 s) and by heating (coated products were heated to 200 degrees Celsius and held at this temperature for 1 hour).
Внешний вид покрытия на изделиях, полученных согласно прототипам, не отвечал условиям эстетичности (наличие пятнистости цветовой гаммы и микродуг). Покрытие на изделиях, полученных по предлагаемого способу, показало однородность цветовой гаммы по всей поверхности изделия и отсутствие микродуг.The appearance of the coating on the products obtained according to the prototypes did not meet the conditions of aesthetics (the presence of spotting colors and microarcs). The coating on the products obtained by the proposed method showed uniformity of colors across the entire surface of the product and the absence of microarcs.
Таким образом, предлагаемый способ получения отливок из сплавов алюминия позволяет повысить качество вакуумно-плазменных покрытий, наносимых на эти отливки-изделия, по сравнению с известными способами.Thus, the proposed method for producing castings from aluminum alloys can improve the quality of vacuum-plasma coatings applied to these castings-products, compared with known methods.
Прототип 1:Prototype 1:
Курдюмов А.В., Пискунов М.В., Чурсин В.М. и др. Производство отливок из сплавов цветных металлов. Издание 2-е. - М.: МИСИС, 1996. - 504 с.Kurdyumov A.V., Piskunov M.V., Chursin V.M. and others. Production of castings from non-ferrous metal alloys. 2nd Edition. - M .: MISIS, 1996 .-- 504 p.
Прототип 2:Prototype 2:
ГОСТ 1583-93. Сплавы алюминиевые литейные. Технические условия.GOST 1583-93. Cast aluminum alloys. Technical conditions
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014135108/02A RU2597450C2 (en) | 2014-08-27 | 2014-08-27 | Method of producing casting product from casting aluminium alloy with vacuum-plasma coating |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014135108/02A RU2597450C2 (en) | 2014-08-27 | 2014-08-27 | Method of producing casting product from casting aluminium alloy with vacuum-plasma coating |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2014135108A RU2014135108A (en) | 2016-03-20 |
| RU2597450C2 true RU2597450C2 (en) | 2016-09-10 |
Family
ID=55530761
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014135108/02A RU2597450C2 (en) | 2014-08-27 | 2014-08-27 | Method of producing casting product from casting aluminium alloy with vacuum-plasma coating |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2597450C2 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2001158C1 (en) * | 1991-05-06 | 1993-10-15 | Александр Иванович Скворцов | Method of manufacturing articles from zinc-aluminiun alloys |
| RU2033468C1 (en) * | 1991-05-05 | 1995-04-20 | Акционерное общество "Красноярский металлургический завод" | Method of manufacture of semifinished items from aluminium wrought alloys containing iron and zirconium |
| US6403230B1 (en) * | 1995-05-01 | 2002-06-11 | Mcdonnell Douglas Corporation | Method for preparing pre-coated aluminum alloy articles and articles prepared thereby |
| EP1530651B1 (en) * | 2000-12-14 | 2010-11-24 | Tenedora Nemak, S.A. de C.V. | Method and apparatus for simplified production of heat treatable aluminum alloy castings with artificial self-aging |
| EP2281909A1 (en) * | 2004-04-05 | 2011-02-09 | Nippon Light Metal Company Ltd. | Aluminum alloy casting material for heat treatment with excellent thermal conductivity and manufacturing methods thereof. |
-
2014
- 2014-08-27 RU RU2014135108/02A patent/RU2597450C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2033468C1 (en) * | 1991-05-05 | 1995-04-20 | Акционерное общество "Красноярский металлургический завод" | Method of manufacture of semifinished items from aluminium wrought alloys containing iron and zirconium |
| RU2001158C1 (en) * | 1991-05-06 | 1993-10-15 | Александр Иванович Скворцов | Method of manufacturing articles from zinc-aluminiun alloys |
| US6403230B1 (en) * | 1995-05-01 | 2002-06-11 | Mcdonnell Douglas Corporation | Method for preparing pre-coated aluminum alloy articles and articles prepared thereby |
| EP1530651B1 (en) * | 2000-12-14 | 2010-11-24 | Tenedora Nemak, S.A. de C.V. | Method and apparatus for simplified production of heat treatable aluminum alloy castings with artificial self-aging |
| EP2281909A1 (en) * | 2004-04-05 | 2011-02-09 | Nippon Light Metal Company Ltd. | Aluminum alloy casting material for heat treatment with excellent thermal conductivity and manufacturing methods thereof. |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2014135108A (en) | 2016-03-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106148863B (en) | Cast aluminium alloy gold circular thin-wall structural member stress elimination and dimensionally stable method | |
| JP2011036913A (en) | Metallic mold for high-temperature molding and method for manufacturing the same | |
| JP6581116B2 (en) | Method for manufacturing a steel part formed by hot forming of a steel sheet having a metal coating, such a steel sheet, and a steel part manufactured from the steel sheet using a hot forming process | |
| CN106270430A (en) | The semi-continuous casting method of aluminum based composite material enhanced by granules in situ | |
| CN105441844A (en) | Extrusion blooming method for high-deformation superalloy ingot casting | |
| RU2597450C2 (en) | Method of producing casting product from casting aluminium alloy with vacuum-plasma coating | |
| RU2017131111A (en) | A method of manufacturing components of the turbomachine, billet and finished component | |
| CN103240403B (en) | A kind of surface cast-infiltration technique being applicable to fine copper tuyere cover of blast furnace | |
| CN108796249A (en) | A kind of local granule Enhancement Method of aluminum alloy cylinder sleeve | |
| KR20110076052A (en) | Method for forming of titanium alloy | |
| CN106903248A (en) | Forging method | |
| CN108546851A (en) | A kind of production technology of automobile cylinder head | |
| KR101548530B1 (en) | - Surface treatment method of aluminum-die-casting article | |
| CN107460377A (en) | A kind of aluminum alloy cylinder sleeve and preparation method thereof | |
| CN103866215A (en) | Method for improving performance of aluminum alloy casting | |
| CN110614287A (en) | Method for reducing extrusion bubbles of 7XXX series aluminum alloy bar | |
| CN102689159A (en) | Liquid die forging and rolling compound formation method for 6061 aluminum alloy irregular-section large ring piece | |
| CN105479124A (en) | Processing method for aluminum die for rotor die casting | |
| CN103231038B (en) | A kind of pressure casting method of light-alloy | |
| CN102409147B (en) | Heat treatment method for target material | |
| CN110328345A (en) | A kind of production technology for preventing casting from peeling | |
| RU2597451C2 (en) | Method of producing deformed product from aluminium alloy with vacuum-plasma coating | |
| CN110423961B (en) | Manufacturing method of metal spinning part | |
| CN103480807B (en) | A kind of spraying method of horizontal centrifugal roller cold mould | |
| JP2015227859A (en) | Creation method of solder test piece |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| HZ9A | Changing address for correspondence with an applicant | ||
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160828 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20180418 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200828 |