RU2807246C1 - Композиционный материал - Google Patents
Композиционный материал Download PDFInfo
- Publication number
- RU2807246C1 RU2807246C1 RU2022134433A RU2022134433A RU2807246C1 RU 2807246 C1 RU2807246 C1 RU 2807246C1 RU 2022134433 A RU2022134433 A RU 2022134433A RU 2022134433 A RU2022134433 A RU 2022134433A RU 2807246 C1 RU2807246 C1 RU 2807246C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- composite material
- fibers
- reinforcing fibers
- aluminum alloy
- spheres
- Prior art date
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 38
- 239000012783 reinforcing fiber Substances 0.000 claims abstract description 28
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 20
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000005266 casting Methods 0.000 abstract description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 3
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 abstract description 3
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 7
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 4
- 239000000047 product Substances 0.000 description 4
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910003481 amorphous carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 description 2
- 229910018464 Al—Mg—Si Inorganic materials 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к металлургии, а именно к получению литейного композиционного материала на основе алюминиевого сплава, упрочненного армирующими металлическими волокнами, и может быть использовано при создании конструкций и оборудования в качестве конструкционных материалов с повышенными технологическими и эксплуатационными свойствами. Композиционный материал на основе алюминиевого сплава с армирующими волокнами включает матрицу из алюминиевого сплава АК7 и упрочнитель, выполненный в виде армирующих волокон. Волокна выполнены из медной проволоки с длиной, ограниченной размером композиционного материала, и уложенные вдоль материала на равных расстояниях друг от друга, при этом на волокна нанизаны вплотную друг к другу полые медные сферы диаметром 4 мм, а расстояние между армирующими волокнами соответствует 1-2 диаметрам полых медных сфер. Композиционный материал имеет высокие прочностные характеристики. 1 табл.
Description
Изобретение относиться 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.
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).
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.
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).
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.
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).
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.
Задачей данного изобретения является разработка облегченного композиционного материла, обладающего высокими прочностными свойствами во всем объеме.
Техническим результатом является облегченный композиционный материал, обладающий повышенными прочностными характеристиками.
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, матрица выполнена из алюминиевого сплава АК7, а армирующие волокна выполнены из медной проволоки с длинной ограниченной размером композиционного материала, и уложенные вдоль материала на равных расстояниях друг от друга, при этом на волокна нанизаны вплотную друг к другу полые медные сферы диаметром 4 мм, а расстояние между армирующими волокнами соответствует 1-2 диаметрам полых медных сфер.
Армирующие волокна предназначены для упрочнения материала и образуют дополнительный металлический каркас в теле отливки, который позволяет значительно повысить ее прочностные показатели и облегчить композиционный материал (КМ). 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.
Для получения композиционного материала использовали полые медные сферы одинакового диаметра 4 мм, вплотную нанизанные на медное армирующее волокно (например, проволоку) сечением 0,5 мм.
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 на заданном расстоянии. Расположение волокон с насаженными металлическими полыми сферами осуществляют вдоль композиционного материала. Затем на нижнюю полуформу монтируется верхняя полуформа. В литейную форму в сборе производится заливка расплавом алюминия марки АК7 при температуре сплава 780°C с последующей выбивкой полученной отливки из формы, после застывания металла и получения из полученного композиционного материала требуемого изделия.
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.
| Таблица | ||||
| Композиционный материал | Расстояние между армирующими волокнами, мм | Плотность, кг/м3 | Прочность КМ при растяжении, МПа | Прочность КМ при изгибе, МПа |
| По предлагаемому изобретению: с использованием упрочняющих волокон с нанизанными полыми медными сферами | 4 | 2038 | 203 | 219 |
| 8 | 2118 | 192 | 201 | |
| С использованием упрочняющих волокон без полых медных сфер | - | 2946 | 256 | 324 |
| Без использования упрочняющих волокон | - | 2652 | 147 | 205 |
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.
Использование упрочняющих волокон обеспечивает самые высокие прочностные характеристики, но при этом происходит значительное утяжеление композиционного материала.
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 и длинной ограниченной размером композиционного материала, уложенных вдоль материала на равных расстояниях друг от друга, в котором на волокна нанизаны вплотную друг к другу полые медные сферы диаметром 4 мм, а расстояние между армирующими волокнами соответствует 1-2 диаметрам полых медных сфер, является облегченным композиционным материалом, обладающим повышенными прочностными характеристиками.
Claims (1)
- Композиционный материал на основе алюминиевого сплава с армирующими волокнами, включающий матрицу из алюминиевого сплава и упрочнитель, выполненный в виде армирующих волокон, отличающийся тем, что матрица выполнена из алюминиевого сплава АК7, а армирующие волокна выполнены из медной проволоки с длиной, ограниченной размером композиционного материала, и уложенные вдоль материала на равных расстояниях друг от друга, при этом на волокна нанизаны вплотную друг к другу полые медные сферы диаметром 4 мм, а расстояние между армирующими волокнами соответствует 1-2 диаметрам полых медных сфер.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2807246C1 true RU2807246C1 (ru) | 2023-11-13 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5132278A (en) * | 1990-05-11 | 1992-07-21 | Advanced Technology Materials, Inc. | Superconducting composite article, and method of making the same |
| CA2577626A1 (en) * | 2004-08-21 | 2006-03-02 | Universite Catholique De Louvain | Machinable metallic composites |
| RU2538245C1 (ru) * | 2013-10-24 | 2015-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "МАТИ -Российский государственный технологический университет имени К.Э. Циолковского" | Композиционный материал на основе алюминиевого сплава с армирующими волокнами |
| EP2936503A4 (en) * | 2012-12-20 | 2016-08-31 | 3M Innovative Properties Co | FIBER-REINFORCED AND PARTICULATE-FIBER COMPOSITE MATERIALS |
| CN108511104A (zh) * | 2018-03-28 | 2018-09-07 | 安徽华电线缆集团有限公司 | 一种复合加强型采矿竖井用软电缆 |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5132278A (en) * | 1990-05-11 | 1992-07-21 | Advanced Technology Materials, Inc. | Superconducting composite article, and method of making the same |
| CA2577626A1 (en) * | 2004-08-21 | 2006-03-02 | Universite Catholique De Louvain | Machinable metallic composites |
| EP2936503A4 (en) * | 2012-12-20 | 2016-08-31 | 3M Innovative Properties Co | FIBER-REINFORCED AND PARTICULATE-FIBER COMPOSITE MATERIALS |
| RU2538245C1 (ru) * | 2013-10-24 | 2015-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "МАТИ -Российский государственный технологический университет имени К.Э. Циолковского" | Композиционный материал на основе алюминиевого сплава с армирующими волокнами |
| CN108511104A (zh) * | 2018-03-28 | 2018-09-07 | 安徽华电线缆集团有限公司 | 一种复合加强型采矿竖井用软电缆 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Sánchez et al. | Fabrication of aluminium composites reinforced with carbon fibres by a centrifugal infiltration process | |
| CN102286709B (zh) | 一种连续纤维增强金属基复合材料型材的制备方法 | |
| CN111676404B (zh) | 一种改进的压铸件成型方法 | |
| JP2010508153A (ja) | 金属セラミック複合材からなる成形品の製造方法 | |
| EP0370546B1 (en) | Process for producing composite materials with a metal matrix, with a controlled content of reinforcer agent | |
| RU2807246C1 (ru) | Композиционный материал | |
| CN114807683B (zh) | 一种钛合金点阵增强铝基复合材料及其制备方法 | |
| RU2797414C1 (ru) | Композиционный материал | |
| RU2793673C1 (ru) | Композиционный материал | |
| RU2793675C1 (ru) | Композиционный материал | |
| RU2793674C1 (ru) | Композиционный материал | |
| CN112974773B (zh) | 一种压力浸渗制备高强塑性铍铝复合材料的方法 | |
| RU2793676C1 (ru) | Композиционный материал | |
| KR20190056643A (ko) | 고속급랭 사형주조 방법 및 주조용 사형 | |
| JPS61295346A (ja) | 繊維強化金属の製造方法 | |
| US3521849A (en) | Continuous metal-casting mold | |
| US5207263A (en) | VLS silicon carbide whisker reinforced metal matrix composites | |
| Lianxi et al. | Development of the technique of extrusion directly following infiltration for the manufacturing of metal-matrix composites | |
| CN113667856B (zh) | 一种连续互穿型有序/无序多孔复合材料的原位制备方法 | |
| US5249620A (en) | Process for producing composite materials with a metal matrix with a controlled content of reinforcer agent | |
| CN101629272B (zh) | 一种制备连续纤维局部增强铝合金零件的方法 | |
| JP2909545B2 (ja) | 金属基複合材料の製造方法 | |
| CN115305375B (zh) | 一种半固态塑性变形制备成型高强韧铍/铝复合材料的方法 | |
| WO2023136101A1 (ja) | 金属基複合材料の製造方法 | |
| Sivaprakash et al. | Investigation of microstructure and mechanical properties of squeeze cast LM6 alloy with varying contents of Al2O3and Si3N4-a review |