RU2793676C1 - Composite material - Google Patents
Composite material Download PDFInfo
- Publication number
- RU2793676C1 RU2793676C1 RU2022134520A RU2022134520A RU2793676C1 RU 2793676 C1 RU2793676 C1 RU 2793676C1 RU 2022134520 A RU2022134520 A RU 2022134520A RU 2022134520 A RU2022134520 A RU 2022134520A RU 2793676 C1 RU2793676 C1 RU 2793676C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- composite material
- spheres
- fibers
- reinforcing fibers
- hollow copper
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к металлургии, а именно к получению литейного композиционного материала на основе алюминия и его сплавов, упрочненного армирующими металлическими волокнами, и может быть использовано в машиностроении, при создании конструкций и оборудования в качестве конструкционных материалов с повышенными технологическими и эксплуатационными свойствами.The invention relates to metallurgy, namely to the production of a casting composite material based on aluminum and its alloys, reinforced with reinforcing metal fibers, and can be used in mechanical engineering, when creating structures and equipment as structural materials with improved technological and operational properties.
Известен композиционный материал, включающий матрицу из алюминия, магния или их сплавов и упрочнителя, выполненного в виде армирующих нановолокон оксида алюминия, покрытые пленкой аморфного углерода (патент RU 2374355, МПК С22С 49/14, опубл.27.11.2009).Known composite material comprising a matrix of aluminum, magnesium or their alloys and a hardener made in the form of reinforcing aluminum oxide nanofibers coated with a film of amorphous carbon (patent RU 2374355, IPC C22C 49/14, publ.27.11.2009).
Недостатком известного композиционного материала является сложность в его получении, поскольку для повышения механических свойств композиционного материала, нановолокна необходимо дополнительно покрывать пленкой аморфного углерода, что влечет за собой повышение стоимости конечного изделия.The disadvantage of the known composite material is the difficulty in obtaining it, since in order to improve the mechanical properties of the composite material, the nanofibers must be additionally covered with a film of amorphous carbon, which entails an increase in the cost of the final product.
Известен композиционный материал на основе алюминия или алюминиевого сплава, содержащий матрицу из алюминиевого сплава и упрочнитель, выполненный в виде конгломерата дискретных волокон оксида алюминия (патент RU 2755353, МПК С22С 49/06, опубл. 15.09.2021).A composite material based on aluminum or an aluminum alloy is known, containing an aluminum alloy matrix and a hardener made in the form of a conglomerate of discrete aluminum oxide fibers (patent RU 2755353, IPC C22C 49/06, publ. 15.09.2021).
Недостатком известного композиционного материала является используемый упрочнитель, выполненный в виде конгломерата дискретных волокон оксида алюминия, транспортируемых порошков меди в матрицу из алюминия или алюминиевого сплава, создающей композицию упрочнения различной формы и размеров. Это влияет на технологические и эксплуатационные свойства изделия.The disadvantage of the known composite material is the used hardener, made in the form of a conglomerate of discrete fibers of aluminum oxide, transported copper powders in a matrix of aluminum or aluminum alloy, creating a composition of hardening of various shapes and sizes. This affects the technological and operational properties of the product.
Наиболее близким по технической сущности является композиционный материал на основе алюминиевого сплава с армирующими волокнами, включающий матрицу из алюминиевого сплава Al-Mg-Si и упрочнитель в виде армирующих волокон длиной 2-5 мм в количестве до 25 об.%, выполненных из алюминиевого сплава того же состава, что и матрица, или из титанового сплава и полученных методом высокоскоростного затвердевания расплава (патент RU 2538245, МПК С22С49/06, опубл. 10.01.2015).The closest in technical essence is a composite material based on an aluminum alloy with reinforcing fibers, including a matrix of aluminum alloy Al-Mg-Si and a reinforcing agent in the form of reinforcing fibers 2-5 mm long in an amount of up to 25% vol. the same composition as the matrix, or from a titanium alloy and obtained by the method of high-speed solidification of the melt (patent RU 2538245, IPC S22S49 / 06, publ. 10.01.2015).
Недостатком композиционного материала является неравномерное расположение армирующих волокон малой длины, что способствует неравномерному проявлению прочностных свойств композиционным материалом. Это не обеспечивает идентичности свойств всех деталей, изготовленных из разных частей данного материала.The disadvantage of the composite material is the uneven arrangement of reinforcing fibers of small length, which contributes to the uneven manifestation of the strength properties of the composite material. This does not ensure the identity of the properties of all parts made from different parts of this material.
Задачей данного изобретения является разработка облегченного композиционного материла, обладающего высокими прочностными свойствами во всем объеме.The objective of this invention is to develop a lightweight composite material with high strength properties throughout the volume.
Техническим результатом является облегченный композиционный материал, обладающий повышенными прочностными характеристиками.The technical result is a lightweight composite material with increased strength characteristics.
Технический результат достигается тем, что в композиционном материале на основе алюминиевого сплава с армирующими волокнами, включающем матрицу из алюминиевого сплава и упрочнитель, выполненный в виде армирующих волокон, при этом матрица выполнена из алюминиевого сплава АК7, а армирующие волокна выполнены из медной проволоки сечением 0,5 мм с нанизанными вплотную друг к другу полыми медными сферами, при этом одна половина волокон выполнена с полыми медными сферами диаметром 2 мм, а вторая половина волокон - с полыми медными сферами диаметром 6 мм, длина армирующих волокон ограничена размером композиционного материала, а укладка армирующих волокон со сферами разного диаметра осуществлена в шахматном порядке.The technical result is achieved by the fact that in a composite material based on an aluminum alloy with reinforcing fibers, including a matrix of aluminum alloy and a reinforcing agent made in the form of reinforcing fibers, while the matrix is made of aluminum alloy AK7, and the reinforcing fibers are made of copper wire with a cross section of 0, 5 mm with hollow copper spheres strung close to each other, while one half of the fibers are made with hollow copper spheres with a diameter of 2 mm, and the second half of the fibers are made with hollow copper spheres with a diameter of 6 mm, the length of the reinforcing fibers is limited by the size of the composite material, and the laying of the reinforcing fibers with spheres of different diameters is carried out in a checkerboard pattern.
Армирующие волокна предназначены для упрочнения материала и образуют дополнительный металлический каркас в теле отливки, который позволяет значительно облегчить композиционный материал (КМ) при повышении его прочностных показателей. Насаженные на медные волокна медные полые сферы обеспечивают снижение массы изделия, за счет образования полостей в теле отливки, при этом выполнение волокон и сфер из меди предотвращает их расплавление при контакте с расплавом алюминия АК7 в процессе заливки формы металлом при производстве КМ. Кроме этого, хорошая смачиваемость и адгезия медной поверхности позволяет сплаву АК7 максимально заполнять пустоты между гранулами и волокнами, что в свою очередь уменьшает (или полностью исключает) дополнительную (неконтролируемую) пористость в композиционном материале и уменьшает возможность «выкрашивания» полых медных сфер в процессе эксплуатации изделия.Reinforcing fibers are designed to strengthen the material and form an additional metal frame in the body of the casting, which makes it possible to significantly lighten the composite material (CM) while increasing its strength characteristics. Hollow copper spheres mounted on copper fibers reduce the weight of the product due to the formation of cavities in the body of the casting, while the execution of fibers and spheres from copper prevents them from melting upon contact with AK7 aluminum melt during mold casting with metal in the production of CM. In addition, good wettability and adhesion of the copper surface allows the AK7 alloy to fill the voids between the granules and fibers to the maximum, which in turn reduces (or completely eliminates) additional (uncontrolled) porosity in the composite material and reduces the possibility of “chipping” of hollow copper spheres during operation. products.
Выполнение одной половины армирующих волокон с полыми медными сферами диаметром 2 мм, а второй половины волокон - с полыми медными сферами диаметром 6 мм, и укладка армирующих волокон со сферами разного диаметра в шахматном порядке обеспечивает их более плотную упаковку, а значит уменьшение плотности КМ.Making one half of the reinforcing fibers with hollow copper spheres with a diameter of 2 mm, and the second half of the fibers with hollow copper spheres with a diameter of 6 mm, and laying the reinforcing fibers with spheres of different diameters in a checkerboard pattern ensures their denser packing, which means a decrease in the density of the CM.
Для получения композиционного материала использовали полые медные сферы диаметром 2 мм и 6 мм. Сферы одного диаметра вплотную нанизаны на медное армирующее волокно (например, проволоку) сечением 0,5 мм с образованием группы волокон со сферами малого диаметра и группы волокон со сферами большого диаметра.To obtain a composite material, hollow copper spheres with a diameter of 2 mm and 6 mm were used. Spheres of the same diameter are closely strung on a copper reinforcing fiber (for example, wire) with a cross section of 0.5 mm to form a group of fibers with small diameter spheres and a group of fibers with large diameter spheres.
Армирующие волокна с нанизанными полыми медными сферами заданной длины, соответствующей длине композиционного материала, размещаются, и фиксируются на установленных в нижней полуформе песчано-глинистой литейной формы формирующих пластинах. Расположение волокон со сферами малого диаметра и волокон со сферами большого диаметра осуществляют вдоль композиционного материала, в шахматном порядке. Затем на нижнюю полуформу монтируется верхняя полуформа. В литейную форму в сборе производится заливка расплавом алюминия марки АК7 при температуре сплава 780 °С с последующей выбивкой полученной отливки из формы, после застывания металла и получения из полученного композиционного материала требуемого изделия.Reinforcing fibers with threaded hollow copper spheres of a given length, corresponding to the length of the composite material, are placed and fixed on the forming plates installed in the lower half of the sand-clay casting mold. The location of fibers with spheres of small diameter and fibers with spheres of large diameter is carried out along the composite material, in a checkerboard pattern. Then the upper half is mounted on the lower half-mould. The mold assembly is filled with a melt of aluminum grade AK7 at an alloy temperature of 780 ° C, followed by knocking out the resulting casting from the mold, after the metal has solidified and the desired product has been obtained from the resulting composite material.
Полученный композиционный материал испытывали на прочность при, растяжении и изгибе, плотность композиционного материала определяли гидростатическим методом. Результаты испытаний приведены в таблице. Для сравнения в тех же условиях эксперимента испытывали отливку из алюминия АК7 (без использования упрочняющих волокон) и КМ с использованием упрочняющих волокон без полых медных сфер.The resulting composite material was tested for strength in tension and bending, the density of the composite material was determined by the hydrostatic method. The test results are shown in the table. For comparison, under the same experimental conditions, a casting of AK7 aluminum (without the use of reinforcing fibers) and KM with the use of reinforcing fibers without hollow copper spheres was tested.
ТаблицаTable
По результатам испытаний было установлено, что композиционный материал, полученный с применением упрочняющих волокон с нанизанными вплотную полыми металлическими сферами, показал самую низкую плотность при среднем повышении прочностных характеристик.According to the test results, it was found that the composite material obtained using reinforcing fibers with closely strung hollow metal spheres showed the lowest density with an average increase in strength characteristics.
Использование упрочняющих волокон обеспечивает самые высокие прочностные характеристики, но при этом происходит значительное утяжеление композиционного материала. The use of reinforcing fibers provides the highest strength characteristics, but at the same time there is a significant weighting of the composite material.
Таким образом, композиционный материал на основе алюминиевого сплава с армирующими волокнами, включающий матрицу из алюминиевого сплава АК7 и упрочнитель, выполненный в виде армирующих волокон из медной проволоки сечением 0,5 мм с нанизанными вплотную друг к другу полыми медными сферами, в котором одна половина волокон выполнена с полыми медными сферами диаметром 2 мм, а вторая половина волокон - с полыми медными сферами диаметром 6 мм, длина армирующих волокон ограничена размером композиционного материала, а укладка армирующих волокон со сферами разного диаметра осуществлена в шахматном порядке., является облегченным композиционным материалом, обладающим повышенными прочностными характеристиками.Thus, a composite material based on an aluminum alloy with reinforcing fibers, including a matrix of aluminum alloy AK7 and a hardener made in the form of reinforcing fibers made of copper wire with a cross section of 0.5 mm with hollow copper spheres strung close to each other, in which one half of the fibers made with hollow copper spheres with a diameter of 2 mm, and the second half of the fibers - with hollow copper spheres with a diameter of 6 mm, the length of the reinforcing fibers is limited by the size of the composite material, and the reinforcing fibers with spheres of different diameters are laid in a checkerboard pattern., is a lightweight composite material with increased strength properties.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2793676C1 true RU2793676C1 (en) | 2023-04-04 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4713111A (en) * | 1986-08-08 | 1987-12-15 | Amax Inc. | Production of aluminum-SiC composite using sodium tetrasborate as an addition agent |
| FR2667615A1 (en) * | 1990-10-09 | 1992-04-10 | Mitsubishi Electric Corp | Aluminium@ carbon@ fibre composite material - for electronic component mounting, has high strength and low density |
| RU2374355C1 (en) * | 2008-11-01 | 2009-11-27 | Валентин Александрович Жабрев | Composite material |
| CN103290343A (en) * | 2013-06-27 | 2013-09-11 | 孟红琳 | Preparation method of filler particle enhanced aluminium alloy composite material |
| RU2755353C1 (en) * | 2020-10-20 | 2021-09-15 | Юлия Анатольевна Курганова | Composite material based on aluminium or aluminium alloy and method for production thereof |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4713111A (en) * | 1986-08-08 | 1987-12-15 | Amax Inc. | Production of aluminum-SiC composite using sodium tetrasborate as an addition agent |
| FR2667615A1 (en) * | 1990-10-09 | 1992-04-10 | Mitsubishi Electric Corp | Aluminium@ carbon@ fibre composite material - for electronic component mounting, has high strength and low density |
| RU2374355C1 (en) * | 2008-11-01 | 2009-11-27 | Валентин Александрович Жабрев | Composite material |
| CN103290343A (en) * | 2013-06-27 | 2013-09-11 | 孟红琳 | Preparation method of filler particle enhanced aluminium alloy composite material |
| RU2755353C1 (en) * | 2020-10-20 | 2021-09-15 | Юлия Анатольевна Курганова | Composite material based on aluminium or aluminium alloy and method for production thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Sánchez et al. | Fabrication of aluminium composites reinforced with carbon fibres by a centrifugal infiltration process | |
| AU707820B2 (en) | Fiber reinforced aluminum matrix composite | |
| CN106086726A (en) | SiC nanowire reinforced aluminum matrix composites and preparation method thereof | |
| RU2793676C1 (en) | Composite material | |
| US20160319410A1 (en) | Device for producing a composite component formed from carbon fibers coated with pyrolytic carbon | |
| RU2793673C1 (en) | Composite material | |
| RU2793674C1 (en) | Composite material | |
| RU2793675C1 (en) | Composite material | |
| RU2797414C1 (en) | Composite material | |
| EP0370546B1 (en) | Process for producing composite materials with a metal matrix, with a controlled content of reinforcer agent | |
| RU2807246C1 (en) | Composite material | |
| CN112974773B (en) | Method for preparing high-strength plastic beryllium-aluminum composite material by pressure infiltration | |
| US5207263A (en) | VLS silicon carbide whisker reinforced metal matrix composites | |
| KR20190056643A (en) | Sand casting method with high speed cooling and sand mold | |
| JPS61295346A (en) | Fiber-reinforced metal and its production | |
| Suraya et al. | Studies on tensile properties of titanium carbide (TiC) particulates composites | |
| US5249620A (en) | Process for producing composite materials with a metal matrix with a controlled content of reinforcer agent | |
| CN112899591A (en) | Preparation of foamed aluminum-based alloy material | |
| Nie et al. | Vacuum hot pressed AZ31/UCF/AZ31 composite sheets: Microstructure and mechanical properties | |
| CN115305375B (en) | Method for preparing and forming high-strength beryllium/aluminum composite material through semi-solid plastic deformation | |
| Sivaprakash et al. | Investigation of microstructure and mechanical properties of squeeze cast LM6 alloy with varying contents of Al2O3and Si3N4-a review | |
| Myalski et al. | Physical and mechanical properties of composites with aluminum alloy matrix designed for metal forming | |
| JPH05277705A (en) | Production of metal matrix composite material reinforced by vls silicon carbide whisker | |
| Gudimetla et al. | Effect of Back Pressure on the Consolidation Behaviour of Titanium Sponge Particles Processed by ECAP | |
| Mahli et al. | Effect of Rotating Mold Speed on Microstructure of Al LM6 Hollow Cylinder Fabricated Using Centrifugal Method |