RU2794971C1 - Method for producing aluminum-steel composite material - Google Patents
Method for producing aluminum-steel composite material Download PDFInfo
- Publication number
- RU2794971C1 RU2794971C1 RU2022130039A RU2022130039A RU2794971C1 RU 2794971 C1 RU2794971 C1 RU 2794971C1 RU 2022130039 A RU2022130039 A RU 2022130039A RU 2022130039 A RU2022130039 A RU 2022130039A RU 2794971 C1 RU2794971 C1 RU 2794971C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- pressure
- mpa
- mold
- workpiece
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии композиционных металлических материалов и может быть использовано для получения легких изделий, эксплуатируемых при статическом и динамическом нагружении, а также в условиях значительных вибраций.The invention relates to the technology of composite metal materials and can be used to produce lightweight products operated under static and dynamic loading, as well as under conditions of significant vibrations.
К таким материалам предъявляется требование сочетания повышенной прочности, трещиностойкости и ударной вязкости в значительной степени определяющих рабочий ресурс изделий.Such materials are required to combine increased strength, crack resistance and impact strength, which largely determine the working life of products.
Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения композиционного материала алюминий - сталь [1] (принятый за прототип), включающий формирование многослойной заготовки путем чередования слоев из засыпки алюминиевого порошка с пластинчатой формой частиц и стальных сеток с размером ячеек 3 – 5 мм, сплетенных из троса диаметром 0,8 - 1,0 мм при соотношении толщины слоев алюминиевого порошка к толщине стальной сетки от 2 : 1 до 3 :1, уплотнение заготовки путем прессования под давлением 700 – 1000 МПа и ее термообработку на воздухе при температуре 550 – 600 °С в течение 15 – 30 минут.Closest to the claimed technical essence and the achieved effect is a method of obtaining a composite material aluminum - steel [1] (taken as a prototype),including the formation of a multilayer blank by alternating layers of aluminum powder with a lamellar particle shape and steel meshes with a mesh size of 3–5 mm, woven from a cable with a diameter of 0.8–1.0 mm at a ratio of the thickness of the aluminum powder layers to the thickness of the steel mesh from 2 : 1 to 3 :1, compaction of the workpiece by pressing under a pressure of 700 - 1000 MPa and its heat treatment in air at a temperature of 550 - 600 ° C for 15 - 30 minutes.
Недостатком способа-прототипа является недостаточно высокие показатели прочности получаемого композиционного материала. Причиной этого является нарушение «чистого» оксидного типа связи в процессе термообработки в некоторых локальных областях по границе раздела алюминиевой матрицы с армирующими стальными волокнами в результате разрыва поверхностных оксидных пленок Al2O3 в матричном компоненте и NiAl2O4, NiCr2O4, Fe2O3·Cr2O3·Al2O3 (твердый раствор) в армирующем компоненте, вследствие воздействия термических напряжений [2]. Тогда через разрывы оксидных пленок инициируется химическое взаимодействие с образованием игольчатых кристаллов алюминида железа (Fe2Al5). Такие кристаллы являются концентраторами напряжений, снижающими прочность композита.The disadvantage of the prototype method is not sufficiently high strength of the resulting composite material. The reason for this is the violation of the “pure” oxide type of bond during heat treatment in some local areas along the interface between the aluminum matrix and reinforcing steel fibers as a result of rupture of the surface Al oxide films.2O3 in the matrix component and NiAl2O4, NiCr2O4, Fe2O3Cr2O3Al2O3(solid solution) in the reinforcing component, due to the effect of thermal stresses [2]. Then, chemical interaction is initiated through ruptures of oxide films with the formation of acicular crystals of iron aluminide (Fe2Al5). Such crystals are stress concentrators that reduce the strength of the composite.
Технической задачей заявляемого изобретения является увеличение прочности композиционного материала алюминий-сталь.The technical objective of the claimed invention is to increase the strength of the aluminum-steel composite material.
Для выполнения поставленной задачи в способе получения композиционного материала алюминий - сталь, включающем формирование многослойной заготовки путем чередования слоев из засыпки алюминиевого порошка с пластинчатой формой частиц и слоев стальной сетки, сплетенной из троса, уплотнение многослойной заготовки прессованием и ее термообработку на воздухе, уплотнение многослойной заготовки проводят под давлением 150-200 МПа, термообработку на воздухе осуществляют при температуре 250 - 300 °С в течение 90 – 120 минут, затем многослойную заготовку помещают в пресс-форму и нагревают в вакууме до температуры 610-650 °С со скоростью 300 – 350 °С/час, после чего прикладывают давление 30 – 50 МПа с выдержкой 30-60 секунд и ведут охлаждение под приложенным давлением со скоростью 100 – 150 °С/час до температуры 80 – 100 °С при которой снимают давление, после чего изделие охлаждают в пресс-форме при комнатной температуре, затем извлекают его из пресс-формы.To accomplish the task in a method for producing an aluminum-steel composite material, including the formation of a multilayer workpiece by alternating layers of aluminum powder with a lamellar particle shape and layers of steel mesh woven from a cable, compaction of the multilayer workpiece by pressing and its heat treatment in air, compaction of the multilayer workpiece carried out under a pressure of 150-200 MPa, heat treatment in air is carried out at a temperature of 250-300 ° C for 90-120 minutes, then the multilayer blank is placed in a mold and heated in vacuum to a temperature of 610-650 ° C at a speed of 300-350 °C / hour, after which a pressure of 30 - 50 MPa is applied with a holding time of 30-60 seconds and cooling is carried out under the applied pressure at a rate of 100 - 150 °C / hour to a temperature of 80 - 100 °C at which the pressure is removed, after which the product is cooled in the mold at room temperature, then remove it from the mold.
Для получения материала по заявляемому способу в качестве исходного сырья использовали алюминиевый порошок марки ПАП-2 (ГОСТ-5494-95), состоящий из частиц пластинчатой формы (преобладающие размеры частиц: по длине 10-100 мкм, по ширине 5-50 мкм, по толщине 0,5 – 1,0 мкм). Частицы порошка, как продукта промышленной поставки, покрыты тонким слоем стеарина (3,0% масс), вводимым в качестве жировой добавки на этапе их измельчения в шаровой мельнице. To obtain the material according to the claimed method, aluminum powder of the PAP-2 brand (GOST-5494-95) was used as a feedstock, consisting of particles of a lamellar shape (the predominant particle sizes: 10-100 microns in length, 5-50 microns in width, thickness 0.5 - 1.0 µm). Powder particles, as a product of industrial supply, are covered with a thin layer of stearin (3.0 wt%), introduced as a fat additive at the stage of their grinding in a ball mill.
Для подготовки данного порошка, как и в способе-прототипе, проводили его термообработку на воздухе при температуре 350 °С с последующей изотермической выдержкой, необходимой для выжигания стеарина с поверхности пластинчатых частиц и его замены пассивирующими алюмооксидными пленками.To prepare this powder, as in the prototype method, it was heat treated in air at a temperature of 350 ° C, followed by isothermal exposure necessary to burn stearin from the surface of lamellar particles and replace it with passivating alumina films.
Также, как и в способе-прототипе, был использован стальной трос из аустенитной стали (08Х17Н13М2) торговой марки А4 следующего химического состава (% масс.): С (≤ 0,08), Cr (16 – 18), Fe (66,345 – 74), Mn (≤ 2), Ni (10 – 14), P (≤ 0,045), S (≤ 0,03), Cu (≤ 1), Mo (2 – 3). Тип скрутки троса – 1х19 (в одной скрутке использовано 19 проволок диаметром 0,16 – 0,20 мм, по диаметру троса укладывается 5 проволок, при этом его диаметр может составлять от 0,8 до 1,0 мм).Also, as in the prototype method, a steel cable made of austenitic steel (08X17H13M2) brand A4 of the following chemical composition (% wt.): C (≤ 0.08), Cr (16 - 18), Fe (66.345 - 74), Mn (≤ 2), Ni (10 - 14), P (≤ 0.045), S (≤ 0.03), Cu (≤ 1), Mo (2 - 3). Cable twist type - 1x19 (19 wires with a diameter of 0.16 - 0.20 mm were used in one twist, 5 wires are laid along the cable diameter, while its diameter can be from 0.8 to 1.0 mm).
Уплотнение многослойной заготовки проводили прессованием под давлением (Р1) 150 – 200 МПа. Снижение Р1 менее 150 МПа невозможно, поскольку при этом не достигалась необходимая прочность сырой заготовки (наблюдалось выкрашивание кромок образцов). Увеличение Р1 более 200 МПа не целесообразно, так как при данном давлении достигалась достаточная прочность сырца и обеспечивалось формирование необходимой прочности контактов между пластинчатыми частицами для проведения последующих технологических операций. Термообработку многослойной заготовки проводили при температуре (Т1) 250 – 300 °С при продолжительности изотермической выдержки (τ1) 90 – 120 минут. В данном температурном интервале и при заданной τ1 обеспечивалась диффузия кислорода воздуха по каналам между пластинчатыми частицами, образующимися вследствие термического расширения заготовки, к границе раздела между алюминиевой матрицей и стальным армирующим компонентом, исключая зажигание заготовки в результате инициирования экзотермической реакции взаимодействия алюминия с кислородом воздуха. Compaction of the multilayer workpiece was carried out by pressing under pressure (Р 1 ) 150–200 MPa. Reduction of P1 less than 150 MPa is impossible, since this did not achieve the required strength of the raw workpiece (chipping of the edges of the samples was observed). Increasing P 1 more than 200 MPa is not advisable, since at this pressure sufficient strength of the raw material was achieved and the formation of the necessary strength of contacts between lamellar particles was ensured for subsequent technological operations. Heat treatment of the multilayer billet was carried out at a temperature (T 1 ) 250 - 300 °C with the duration of isothermal exposure (τ 1 ) 90 - 120 minutes. In this temperature range and at a given τ 1 , diffusion of air oxygen was ensured through the channels between the lamellar particles formed due to the thermal expansion of the workpiece to the interface between the aluminum matrix and the steel reinforcing component, excluding the ignition of the workpiece as a result of initiating the exothermic reaction of the interaction of aluminum with air oxygen.
При этом достигалось медленное оксидирование в режиме «тления» по всей протяженности границ раздела «матрица – армирующий компонент» с образованием плотных и сплошных пленок оксидных фаз (Al2O3 – по поверхности матричного компонента; NiAl2O4, NiCr2O4, Fe2O3·Cr2O3·Al2O3 (твердый раствор) – по поверхности армирующего компонента).In this case, slow oxidation was achieved in the “smoldering” mode along the entire length of the “matrix-reinforcing component” interfaces with the formation of dense and continuous films of oxide phases (Al 2 O 3 - over the surface of the matrix component; NiAl 2 O 4 , NiCr 2 O 4 , Fe 2 O 3 Cr 2 O 3 Al 2 O 3 (solid solution) - on the surface of the reinforcing component).
Снижение Т1 и τ1 менее 250 °С и 90 минут – соответственно, не целесообразно, так как не приводило к образованию плотных оксидных пленок по всей протяженности границ «матрица – арматура». Увеличение Т1 и τ1 более 300 °С и 120 минут – соответственно, не возможно, так как приводило к зажиганию заготовки вследствие инициирования экзотермической реакции горения матричного компонента.Reduction of T 1 and τ 1 less than 250 °C and 90 minutes, respectively, is not advisable, since it did not lead to the formation of dense oxide films along the entire length of the “matrix-reinforcement” boundaries. An increase in T 1 and τ 1 more than 300 °C and 120 minutes, respectively, is not possible, since it led to the ignition of the workpiece due to the initiation of an exothermic combustion reaction of the matrix component.
Затем многослойную заготовку помещали в пресс-форму из силицированного графита и нагревали в вакууме до температуры (Т2) 610-650 °С со скоростью (v1) 300 – 350 °С/час, после чего прикладывали давление (Р2) 30 – 50 МПа с выдержкой (τ2) 30-60 секунд. Нагрев заготовки в вакууме обусловлен необходимостью исключения возможности ее зажигания с повышением температуры до значения Т2.Then the multilayer workpiece was placed in a siliconized graphite mold and heated in vacuum to a temperature (T 2 ) 610-650 °C at a rate (v 1 ) 300 – 350 °C/h, after which a pressure (P 2 ) 30 – 50 MPa with exposure (τ 2 ) 30-60 seconds. The heating of the workpiece in vacuum is due to the need to exclude the possibility of its ignition with an increase in temperature to the value of T 2 .
Снижение Т2, v1, Р2 и τ2 менее 610 °С, 300 °С/час, 30 МПа и 30 секунд – соответственно, не целесообразно, так как не обеспечивало высоких показателей прочности получаемого композита вследствие недостаточной интенсивности и продолжительности диффузионных процессов в теле спекаемой под давлением заготовки.Reduction of T 2 , v 1 , P 2 and τ 2 less than 610 °C, 300 °C/hour, 30 MPa and 30 seconds - respectively, is not advisable, since it did not provide high strength indicators of the resulting composite due to insufficient intensity and duration of diffusion processes in the body of the workpiece sintered under pressure.
Увеличение Т2, v1, Р2 и τ2 более 650 °С, 350 °С/час, 50 МПа и 60 секунд – соответственно, невозможно, так как приводило к снижению прочности композита из-за появления локальных областей разрыва оксидных пленок по границе раздела матричного и армирующего компонентов с последующим синтезом кристаллов Fe2Al5 – концентраторов напряжений в структуре материала. An increase in T 2 , v 1 , P 2 and τ 2 over 650 °C, 350 °C/h, 50 MPa and 60 seconds, respectively, is impossible, since it led to a decrease in the strength of the composite due to the appearance of local areas of rupture of oxide films along the interface between the matrix and reinforcing components, followed by the synthesis of Fe 2 Al 5 crystals - stress concentrators in the material structure.
Охлаждение заготовки проводили под приложенным давлением Р2 со скоростью (v2) 100 – 150 °С/час до температуры (Т3) 80 – 100 °С при которой снимали давление, после чего изделие охлаждали в пресс-форме при комнатной температуре, затем извлекали его из пресс-формы.The workpiece was cooled under the applied pressure P 2 at a rate (v 2 ) 100 - 150 °C/hour to a temperature (T 3 ) 80 - 100 °C at which the pressure was removed, after which the product was cooled in the mold at room temperature, then removed it from the mold.
Охлаждение заготовки под давлением позволяло сохранять целостность оксидных пленок по границе раздела матричного и армирующего компонентов, нарушение которых возможно из-за различия их температурных коэффициентов линейного расширения (ТКЛР) [ТКЛР алюминия и стали в температурном интервале 100 – 600 °С составляют (23,7 – 27,9)·10-6 °С-1 и (11,6 – 15,0)·10-6 °С-1 – соответственно], а также из-за различия ТКЛР оксидных фаз по границе раздела этих компонентов, особенно при максимальном значении Т2. В этом случае приложенное давление Р2 обеспечивало релаксацию возникающих термических напряжений за счет пластичности матрицы и сохранение целостности оксидных пленок. Тогда как охлаждение заготовки без приложения давления Р2 приводило к нарушению «чистой» оксидной связи по границе раздела компонентов композита с понижением его прочности вследствие действующих термических напряжений.Cooling the billet under pressure made it possible to maintain the integrity of the oxide films along the interface between the matrix and reinforcing components, the violation of which is possible due to the difference in their temperature coefficients of linear expansion (TCLE) [TCLE of aluminum and steel in the temperature range of 100 - 600 ° C is (23.7 - 27.9) 10 -6 °С -1 and (11.6 - 15.0) 10 -6 °С -1 - respectively], as well as due to the difference in the LTEC of the oxide phases along the interface between these components, especially at the maximum value of T 2 . In this case, the applied pressure Р2 ensured the relaxation of the emerging thermal stresses due to the plasticity of the matrix and the preservation of the integrity of the oxide films. While the cooling of the workpiece without the application of pressure Р2 led to the disruption of the "pure" oxide bond along the interface between the components of the composite with a decrease in its strength due to thermal stresses.
Снижение скорости v2 при охлаждении до температуры Т3 менее 100 °С/час не целесообразно, так как при данном значении v2 достигается релаксация напряжений по границе раздела матричного и армирующего компонентов. Увеличение скорости v2 при охлаждении до температуры Т3 более 150 °С/час) невозможно, поскольку в этом случае релаксация напряжений по границе раздела «матрица-арматура» полностью не реализовывалась, что приводило к нарушению «чистой» оксидной связи в получаемом композите.Reducing the speed v 2 during cooling to a temperature T 3 less than 100 ° C / h is not advisable, since at a given value v 2 , stress relaxation is achieved along the interface between the matrix and reinforcing components. An increase in the velocity v 2 upon cooling to a temperature T 3 more than 150 °C/hour) is impossible, since in this case stress relaxation along the “matrix-reinforcement” interface was not fully realized, which led to the disruption of the “pure” oxide bond in the resulting composite.
Снижение Т3 менее 80 °С не целесообразно, поскольку в этом случае различие ТКЛР матричного и армирующего компонентов, а также ТКЛР оксидных фаз, не приводило к нарушению целостности оксидных пленок. Увеличение Т3 более 100 °С невозможно, так как при этом действующие термические напряжения приводили к нарушению целостности оксидных пленок в структуре композита.Decreasing T3 below 80°C is not advisable, since in this case the difference between the TCLE of the matrix and reinforcing components, as well as the TCLE of the oxide phases, did not lead to a violation of the integrity of the oxide films. An increase in T3 over 100°C is impossible, since in this case the acting thermal stresses led to a violation of the integrity of the oxide films in the composite structure.
При температуре Т3 давление Р2 снимали, разгружая пресс-форму, поскольку процесс релаксации напряжений в объеме композита полностью завершен.At the temperature T 3 the pressure P 2 was removed by unloading the mold, since the process of stress relaxation in the volume of the composite was completely completed.
Примеры реализации заявленного способа.Examples of the implementation of the claimed method.
Пример 1. Для подготовки матричного компонента композиционного материала алюминиевый порошок промышленной марки ПАП-2 загружали в алюминиевую емкость с крышкой и нагревали на воздухе (со средней скоростью 50 °С/час) до температуры 350°С с последующей изотермической выдержкой, необходимой для выжигания стеарина с поверхности пластинчатых частиц и его замены пассивирующей алюмооксидной пленкой (500 грамм ПАП-2 выдерживали в течение 3 часов). Затем полученный порошок гранулировали путем его увлажнения (из расчета: добавка 10 см3 воды к 10 граммам порошка), последующей протирки через сито влажного порошка и его сушки до нулевой влажности. Example 1. To prepare the matrix component of the composite material, aluminum powder of the PAP-2 industrial grade was loaded into an aluminum container with a lid and heated in air (at an average speed of 50 °C/h) to a temperature of 350 °C, followed by isothermal holding necessary to burn out the stearin from the surface of lamellar particles and its replacement with a passivating alumina film (500 grams of PAP-2 was kept for 3 hours). Then the resulting powder was granulated by moistening it (based on: adding 10 cm 3 of water to 10 grams of powder), then rubbing the wet powder through a sieve and drying it to zero moisture.
Армирующий компонент композиционного материала получали плетением сетки с размером ячейки 3 мм из стального троса диаметром 0,8 мм (аустенитная сталь - 08Х17Н13М2, тип скрутки - 1х19, по диаметру троса укладывается 5 проволок диаметром 0,16 мм). Для плетения использовали специальное устройство.The reinforcing component of the composite material was obtained by weaving a mesh with a cell size of 3 mm from a steel cable with a diameter of 0.8 mm (austenitic steel - 08Kh17N13M2, twist type - 1x19, 5 wires with a diameter of 0.16 mm are laid along the cable diameter). For weaving, a special device was used.
Для формирования многослойной заготовки в гнездо стальной пресс-формы (60х80 мм) засыпали 12,3 грамма матричного алюминиевого порошка и разравнивали его в виде равномерного по толщине слоя. На поверхность этого слоя укладывали сетку, сплетенную из троса. Затем вновь производили засыпку матричного алюминиевого порошка указанной фиксированной навески, обеспечивающей соотношение толщины слоя порошка к толщине сетки как 2:1.To form a multilayer blank, 12.3 grams of matrix aluminum powder was poured into the seat of a steel mold (60x80 mm) and leveled in the form of a layer uniform in thickness. A mesh woven from a cable was laid on the surface of this layer. Then, the matrix aluminum powder of the specified fixed sample was again filled, providing the ratio of the thickness of the powder layer to the thickness of the grid as 2:1.
Таким образом, последовательно чередуя слои алюминиевого порошка и стальной тросовой сетки, получали многослойную заготовку (всего – 5 сеток и 6 слоев алюминиевого порошка, внешние слои выполнены из алюминиевого порошка).Thus, successively alternating layers of aluminum powder and steel cable mesh, a multilayer workpiece was obtained (a total of 5 meshes and 6 layers of aluminum powder, the outer layers are made of aluminum powder).
Далее многослойную заготовку уплотняли прессованием, прикладывая давление (Р1) – 150 МПа.Next, the multilayer workpiece was compacted by pressing, applying pressure (P 1 ) - 150 MPa.
Термообработку многослойной заготовки проводили на воздухе по следующему режиму: нагрев до температуры (Т1) – 250 °С с последующей изотермической выдержкой (τ1), равной 90 минут.Heat treatment of the multilayer billet was carried out in air according to the following regime: heating to a temperature (T 1 ) - 250 °C followed by isothermal exposure (τ 1 ) equal to 90 minutes.
После этого заготовку помещали в пресс-форму из силицированного графита, внутренняя поверхность которой покрыта тонким слоем порошка из нитрида бора, и нагревали в вакууме (разрежение 10-2 мм рт.ст.) в установке горячего прессования (FR 210-30T-A-200-EVC) до температуры (Т2) 610 °С со скоростью (v1) 300 °С/час.After that, the workpiece was placed in a siliconized graphite mold, the inner surface of which was coated with a thin layer of boron nitride powder, and heated in vacuum (10 -2 mm Hg vacuum) in a hot pressing unit (FR 210-30T-A- 200-EVC) to a temperature (T 2 ) 610 °C at a rate (v 1 ) 300 °C/hour.
При достижении температуры Т2 к заготовке прикладывали давление (Р2) 30 МПа и выдерживали в течение времени (τ2) – 30 секунд. Далее под приложенным давлением Р2 проводили охлаждение со скоростью 100 °С/час до температуры (Т3) 80 °С. Затем пресс-форму с полученным изделием вынимали из рабочего пространства установки горячего прессования и охлаждали при комнатной температуре с последующей выемкой изделия из пресс-формы.When the temperature T 2 was reached, pressure (P 2 ) 30 MPa was applied to the workpiece and held for a time (τ 2 ) - 30 seconds. Next, under the applied pressure P 2 cooling was carried out at a rate of 100 °C/hour to a temperature (T 3 ) 80 °C. Then the mold with the resulting product was removed from the working space of the hot pressing unit and cooled at room temperature, followed by removal of the product from the mold.
Из полученного изделия в виде пластины (при объемной доле армирующего компонента 20 %) алмазным диском вырезали призматические образцы для механических испытаний.From the resulting product in the form of a plate (with a volume fraction of the reinforcing component of 20%), prismatic samples were cut with a diamond disk for mechanical testing.
Пример 2. Вид и последовательность технологических операций совпадают с приведенными в примере 1. Example 2. The type and sequence of technological operations are the same as those given in example 1.
Многослойную заготовку уплотняли прессованием, прикладывая давление (Р1) – 175 МПа.The multilayer workpiece was compacted by pressing, applying pressure (P 1 ) - 175 MPa.
Термообработку многослойной заготовки проводили на воздухе по следующему режиму: нагрев до температуры (Т1) – 275 °С с последующей изотермической выдержкой (τ1), равной 105 минут.Heat treatment of the multilayer billet was carried out in air according to the following regime: heating to a temperature (T 1 ) - 275 °C followed by isothermal holding (τ 1 ) equal to 105 minutes.
После этого заготовку помещали в пресс-форму из силицированного графита и нагревали в вакууме (разрежение 10-2 мм рт.ст) до температуры (Т2) 630 °С со скоростью (v1) 325 °С/час. При достижении температуры Т2 к заготовке прикладывали давление (Р2) 40 МПа и выдерживали в течение времени (τ2) – 45 секунд. Далее под приложенным давлением Р2 проводили охлаждение со скоростью 125 °С/час до температуры (Т3) 90 °С. After that, the workpiece was placed in a siliconized graphite mold and heated in vacuum (a vacuum of 10 -2 mm Hg) to a temperature (T 2 ) 630 °C at a rate (v 1 ) 325 °C/h. When the temperature T 2 was reached, pressure (P 2 ) 40 MPa was applied to the workpiece and held for a time (τ 2 ) - 45 seconds. Next, under the applied pressure P 2 cooling was carried out at a rate of 125 °C/hour to a temperature (T 3 ) 90 °C.
После охлаждения из полученного изделия в виде пластины (при объемной доле армирующего компонента 20 %) алмазным диском вырезали призматические образцы для механических испытаний.After cooling, prismatic specimens for mechanical testing were cut from the obtained product in the form of a plate (with a volume fraction of the reinforcing component of 20%) with a diamond disk.
Пример 3. Вид и последовательность технологических операций совпадают с приведенными в примерах 1 и 2. Example 3. The type and sequence of technological operations are the same as those given in examples 1 and 2.
Многослойную заготовку уплотняли прессованием, прикладывая давление (Р1) – 200 МПа.The multilayer workpiece was compacted by pressing, applying pressure (P 1 ) - 200 MPa.
Термообработку многослойной заготовки проводили на воздухе по следующему режиму: нагрев до температуры (Т1) – 300 °С с последующей изотермической выдержкой (τ1), равной 120 минут.Heat treatment of the multilayer billet was carried out in air according to the following regime: heating to a temperature (T 1 ) - 300 °C followed by isothermal exposure (τ 1 ) equal to 120 minutes.
После этого заготовку помещали в пресс-форму из силицированного графита и нагревали в вакууме (разрежение 10-2 мм рт.ст) до температуры (Т2) 650 °С со скоростью (v1) 350 °С/час. При достижении температуры Т2 к заготовке прикладывали давление (Р2) 50 МПа и выдерживали в течение времени (τ2) – 60 секунд. Далее под приложенным давлением Р2 проводили охлаждение со скоростью 150 °С/час до температуры (Т3) 100 °С. After that, the workpiece was placed in a siliconized graphite mold and heated in vacuum (a vacuum of 10 -2 mm Hg) to a temperature (T 2 ) 650 °C at a rate (v 1 ) 350 °C/hour. When the temperature T 2 was reached, pressure (P 2 ) 50 MPa was applied to the workpiece and held for time (τ 2 ) – 60 seconds. Next, under the applied pressure P 2 cooling was carried out at a rate of 150 °C/hour to a temperature (T 3 ) 100 °C.
После охлаждения из полученного изделия в виде пластины (при объемной доле армирующего компонента 20 %) алмазным диском вырезали призматические образцы для механических испытаний.After cooling, prismatic specimens for mechanical testing were cut from the obtained product in the form of a plate (with a volume fraction of the reinforcing component of 20%) with a diamond disk.
В таблице приведены сравнительные данные по свойствам материала, полученного по заявленному способу и по способу-прототипу. Для корректного сравнения эти данные получены при испытании материалов при одинаковом содержании армирующего компонента – 20 % об., как по прототипу, так и в заявленном способе.The table shows comparative data on the properties of the material obtained by the claimed method and the prototype method. For a correct comparison, these data were obtained when testing materials with the same content of the reinforcing component - 20% by volume, both according to the prototype and in the claimed method.
МатериалProperties **
Material
г/см3 ρ,
g/cm 3
МПаϬ izg ,
MPa
°CT 3
°C
*здесь: Р1 – давление прессования заготовки, Т1 – температура термообработки заготовки на воздухе, τ1 – продолжительность изотермической выдержки заготовки на воздухе при Т1, Т2 – температура нагрева заготовки в пресс-форме в вакууме, V1 – скорость нагрева заготовки в вакууме до Т2, Р2 – давление, приложенное к заготовке в вакууме при Т2, τ2 – продолжительность выдержки заготовки под давлением Р2 при Т2, V2 – скорость охлаждения заготовки в вакууме под приложенным давлением Р2 до температуры Т3.*here: P 1 - workpiece pressing pressure, T 1 - temperature of heat treatment of the workpiece in air, τ 1 - duration of isothermal holding of the workpiece in air at T 1 , T 2 - heating temperature of the workpiece in the mold in vacuum, V 1 - heating rate workpiece in vacuum up to T 2 , P 2 - pressure applied to the workpiece in vacuum at T 2 , τ 2 - duration of exposure of the workpiece under pressure P 2 at T 2 , V 2 - cooling rate of the workpiece in vacuum under the applied pressure P 2 to a temperature T 3 .
**здесь: ρ – плотность материала, Ϭ изг – предел прочности при изгибе.**here: ρ is the density of the material, Ϭ bend is the ultimate strength in bending.
Плотность композита рассчитывали по формуле: ρ = m/V (где m и V – масса и объем образца соответственно).The density of the composite was calculated by the formula: ρ = m/V (where m and V are the mass and volume of the sample, respectively).
Предел прочности при изгибе (Ϭизг) определяли на призматических образцах (8х8х50, мм) с использованием 3-х точечной схемы нагружения при скорости деформирования 1 мм/мин на испытательной машине TIRATEST – 2300 (Германия). Его рассчитывали по нагрузке, соответствующей первому скачку трещины в матрице, фиксируемому на диаграмме деформирования в координатах «нагрузка-прогиб» при нагружении. Bending strength (Ϭ bend ) was determined on prismatic specimens (8x8x50, mm) using a 3-point loading scheme at a strain rate of 1 mm/min on a TIRATEST-2300 testing machine (Germany). It was calculated from the load corresponding to the first crack jump in the matrix, recorded on the deformation diagram in the “load-deflection” coordinates during loading.
Варьирование значений Ϭизг, указанных в таблице, приведено в пределах выборки из 10 образцов в результате их механических испытаний.The variation of the values of Ϭ izg indicated in the table is given within a sample of 10 samples as a result of their mechanical tests.
Как видно из полученных результатов достигается увеличение прочности композиционного материала по заявленному способу (в сравнении с прототипом) в 1,22 - 1,44 раза. Таким образом, техническая задача изобретения выполнена.As can be seen from the results obtained, an increase in the strength of the composite material according to the claimed method (in comparison with the prototype) is achieved by 1.22 - 1.44 times. Thus, the technical task of the invention is completed.
Положительный результат обеспечивается за счет возможности повышения плотности материала при сохранении совершенной структуры границы раздела «матрица-армирующий компонент» и формирования «чистого» оксидного типа связи во всем объеме композита. A positive result is provided due to the possibility of increasing the density of the material while maintaining the perfect structure of the "matrix-reinforcing component" interface and the formation of a "pure" oxide type of bond throughout the entire volume of the composite.
Источники информации:Information sources:
1. Патент РФ № 2649632 С2 «Способ получения композиционного материала алюминий - сталь», B22F 7/04, В22F 3/16, B32B 15/02, B32B 15/18 опубл. 04.04.2018 в БИ № 10. 1. RF patent No. 2649632 C2 "Method of obtaining a composite material aluminum - steel", B22F 7/04, B22F 3/16, B32B 15/02, B32B 15/18 publ. 04/04/2018 in BI No. 10 .
2. Иванов Д.А., Ситников А.И. Композиционные материалы, М.: изд-во Юрайт, 2019, 253 с.2. Ivanov D.A., Sitnikov A.I. Composite materials, M.: Yurayt publishing house, 2019, 253 p.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2794971C1 true RU2794971C1 (en) | 2023-04-26 |
Family
ID=
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1766707A1 (en) * | 1989-04-07 | 1992-10-07 | Институт органической химии Уральского отделения АН СССР | Composite material |
| RU2545982C1 (en) * | 2013-11-11 | 2015-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный индустриальный университет" | METHOD OF OBTAINING COMPOSITE MATERIAL Al2O3-Al |
| RU2016119619A (en) * | 2016-05-23 | 2017-11-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) (МАИ) | A method of obtaining a composite material aluminum - steel |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1766707A1 (en) * | 1989-04-07 | 1992-10-07 | Институт органической химии Уральского отделения АН СССР | Composite material |
| RU2545982C1 (en) * | 2013-11-11 | 2015-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный индустриальный университет" | METHOD OF OBTAINING COMPOSITE MATERIAL Al2O3-Al |
| RU2016119619A (en) * | 2016-05-23 | 2017-11-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) (МАИ) | A method of obtaining a composite material aluminum - steel |
| RU2649632C2 (en) * | 2016-05-23 | 2018-04-04 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) (МАИ) | Method of obtaining composite material aluminum-steel |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Иванов Д.А., Ситников А.И. Композиционные материалы, М.: изд-во Юрайт, 2019, 253 с. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5524257B2 (en) | Method for producing metal articles without melting | |
| CN104451277B (en) | Chromium-aluminum alloy target and manufacturing method thereof | |
| Kumar et al. | The nature of tensile ductility as controlled by extreme-sized pores in powder metallurgy Ti-6Al-4V alloy | |
| Mahmutyazicioglu et al. | Effects of alumina (Al2O3) addition on the cell structure and mechanical properties of 6061 foams | |
| US10151019B2 (en) | High-strength titanium alloy member and production method for same | |
| Kaviyarasan et al. | Experimental investigation of dry sliding wear behaviour on ceramic reinforced magnesium composite by powder metallurgy technique | |
| RU2794971C1 (en) | Method for producing aluminum-steel composite material | |
| Coovattanachai et al. | Effect of heating rate on sintered series 300 stainless steel | |
| CN108048685B (en) | TiC/SiC/Al composite material | |
| Pushilina et al. | Heat treatment of the Ti-6Al-4V alloy manufactured by electron beam melting | |
| Hajizamani et al. | Modification of microstructure and mechanical properties of Al–Zn–Mg/3 wt.% Al2O3 composite through semi-solid thermomechanical processing using variable loads | |
| JP4537501B2 (en) | Cemented carbide and method for producing the same | |
| Wagiman et al. | Direct recycling of aluminium chips into composite reinforced with in situ alumina enrichment | |
| CN112626431B (en) | Preparation method of prestressed bolt for medical ultrasonic transducer | |
| CN114934206A (en) | Multi-element aluminide reinforced aluminum-based composite material and preparation method and application thereof | |
| CN106591614B (en) | A kind of manufacturing process of high life heat screen arc molybdenum plate | |
| JPS62224602A (en) | Production of sintered aluminum alloy forging | |
| CN113118463A (en) | Post-treatment method for improving performance of laser selective melting forming die steel | |
| JP4460355B2 (en) | Titanium sintered filter and manufacturing method thereof | |
| RU2797473C1 (en) | Method for manufacturing isotropic titanomatrix composite material | |
| RU2783786C1 (en) | METHOD FOR OBTAINING LAYERED CERMET Al-Al2O3-Al4C3 | |
| RU2812438C1 (en) | Method for producing a product from powder trip steel | |
| JP2596205B2 (en) | Manufacturing method of Al alloy powder compact | |
| CN107164678A (en) | A kind of high temeperature chemistry container tantalum material and preparation method thereof | |
| RU2815694C1 (en) | Method for producing super fine-grained carbide alloy |