[go: up one dir, main page]

RU2361710C1 - Прутки из алюмоматричного композиционного материала для наплавки износостойких покрытий - Google Patents

Прутки из алюмоматричного композиционного материала для наплавки износостойких покрытий Download PDF

Info

Publication number
RU2361710C1
RU2361710C1 RU2008104838/02A RU2008104838A RU2361710C1 RU 2361710 C1 RU2361710 C1 RU 2361710C1 RU 2008104838/02 A RU2008104838/02 A RU 2008104838/02A RU 2008104838 A RU2008104838 A RU 2008104838A RU 2361710 C1 RU2361710 C1 RU 2361710C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
wear
particles
silicon
matrix
filler
Prior art date
Application number
RU2008104838/02A
Other languages
English (en)
Inventor
Роман Сергеевич Михеев (RU)
Роман Сергеевич Михеев
Николай Владимирович Коберник (RU)
Николай Владимирович Коберник
Георгий Георгиевич Чернышов (RU)
Георгий Георгиевич Чернышов
Татьяна Александровна Чернышова (RU)
Татьяна Александровна Чернышова
Александр Васильевич Панфилов (RU)
Александр Васильевич Панфилов
Алексей Александрович Панфилов (RU)
Алексей Александрович Панфилов
Александр Александрович Панфилов (RU)
Александр Александрович Панфилов
Алексей Валерьевич Петрунин (RU)
Алексей Валерьевич Петрунин
Original Assignee
Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН filed Critical Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН
Priority to RU2008104838/02A priority Critical patent/RU2361710C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2361710C1 publication Critical patent/RU2361710C1/ru

Links

Images

Landscapes

  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)

Abstract

Изобретение может быть использовано для дуговой и плазменной наплавки износостойких слоев на детали машин, работающих в условиях воздействия абразивного изнашивания, ударных нагрузок, эрозии при повышенных температурах. Прутки состоят из литых композиционных материалов на основе высокопрочных литейных алюминиевых сплавов, упрочненных дискретными высокомодульными, высокопрочными керамическими частицами карбида кремния (α-SiC) твердостью HV 1000. Количество упрочняющих частиц в матричном сплаве при их среднем размере 28 или 40 мкм составляет 3-8 вес.% или 3-10 вес.% соответственно. Количество кремния в матричном сплаве составляет 7-12 вес.%. Композиционный расплав отливают по размерам прутков для наплавки в соответствии с ГОСТ 21449-75. Техническим результатом является получение при использовании прутков наплавленного покрытия, обладающего высокой прочностью и износостойкостью. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил.

Description

Изобретение относится к области металлургии, а именно к области создания сварочных присадочных прутков из дисперсно армированных композиционных материалов (КМ) с матрицей из высокопрочных, литейных сплавов на основе алюминия, предназначенных для дуговой и плазменной наплавки износостойких слоев на детали машин и оборудования, работающие в условиях воздействия абразивного изнашивания, ударных нагрузок, эрозии при повышенных температурах.
Алюминий и его сплавы обладают низкой износостойкостью. Одним из возможных путей повышения износостойкости изделий из таких материалов может стать изготовление присадочного композиционного материала на основе алюминия или его сплавов для нанесения на поверхность изделий износостойких покрытий методами дуговой или плазменной наплавки.
Из уровня техники известна композиционная литая алюмоматричная проволока СвАК10, содержащая в качестве упрочняющего наполнителя кремний в количестве 7-10% [ГОСТ 7871-75]. Использование этой проволоки для износостойкой наплавки наиболее нагруженных деталей из высокопрочных алюминиевых сплавов неэффективно, так как полученные поверхностные слои имеют недостаточную прочность и износостойкость.
Известен также литой композиционный присадочный материал на основе алюминия, содержащий 6-12% кремния, до 6% меди, 2-6% магния, до 3% железа, 16-25% никеля (патент EP N 0095604, В23К 35/28, 1983). В слоях, наплавленных этим КМ, армирующими фазами являются кремний и интерметаллиды. Недостатком этого присадочного КМ является низкая износостойкость наплавленного слоя, связанная с очень грубыми выделениями алюминидов никеля и железа (HV 250-300), не обладающих достаточной твердостью для защиты матричного материала от износа.
Наиболее близким к предлагаемым (прототипом) являются прутки из КМ с интерметаллидным упрочнением, содержащие 5-18% кремния, до 8% железа, до 3% меди, до 10% никеля, 0,5-2% магния, 0,5-1,5% марганца, 0,1-0,3% титана, 0,05-3% церия, 0,05-0,1% стронция, алюминий основа (патент РФ N 2067041, В23К 35/28, 1997). Недостатком таких прутков является использование большого числа легирующих элементов, что экономически нецелесообразно. Кроме того, наплавленный слой из этого КМ также не имеет достаточно высокой износостойкости.
Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в создании присадочных прутков из КМ на основе высокопрочных литейных алюминиевых сплавов для наплавки износостойких покрытий.
Технических результатом изобретения является получение покрытий, обладающих высокой прочностью и износостойкостью.
Технический результат достигается тем, что прутки из алюмоматричного композиционного материала для наплавки износостойких покрытий на основе высокопрочных литейных алюминиевых сплавов, изготовленные по литейной технологии, согласно изобретению содержат в качестве упрочнителя матричных сплавов высокомодульные, высокопрочные керамические частицы карбида кремния (HV 1000); количество упрочняющих частиц наполнителя в матрице должно составлять 3-8 вес.% при среднем размере частиц 28 мкм и 3-10 вес.% при среднем размере частиц 40 мкм; количество кремния в матричном сплаве должно составлять 7-12 вес.%.
Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что предлагаемый композиционный присадочный пруток содержит упрочняющие частицы карбида кремния (SiC) размером 28 мкм или 40 мкм в количестве 3-8 вес.% и 3-10 вес.% соответственно, дисперсно распределенные в матрицах из высокопрочных литейных алюминиевых сплавов, содержащих 7…12 вес.% кремния.
Присадочные композиционные прутки получают разливкой композиционного расплава на базе литейного алюминиевого сплава с замешанными в него частицами по размерам прутков для наплавки в соответствии с ГОСТ 21449-75.
Для изготовления композиционного расплава осуществляют рафинирование матричного расплава флюсами систем K-Al-F и Na-Al-F. Подготовленный матричный расплав должен содержать в качестве одного из легирующих компонентов кремний в количестве 7…12 вес.%. После этого в матричный расплав способом механического замешивания вводят частицы наполнителя (частицы карбида кремния - α-SiC) в количестве 3-8 вес.% при среднем размере частиц 28 мкм, а при среднем размере частиц 40 мкм в количестве 3-10 вес.%. Перед введением в расплав частицы наполнителя выдерживают в печи при температуре 550-600°С в течение 2 ч для сушки, выжигания случайных органических загрязнений и окисления свободного кремния. После получения композиционного расплава осуществляют его разливку в разъемные литейные формы, нагретые до 450°С для увеличения жидкотекучести расплава. Размеры получаемых литых композиционных присадочных прутков должны соответствовать ГОСТ 21449-75.
Содержание кремния (Si) в присадочных композиционных прутках в количестве 7-12 вес.% ограничивает межфазное взаимодействие между матричным расплавом и армирующими частицами карбида кремния в процессе жидкофазного совмещения при наплавке, а также увеличивает жидкотекучесть композиционного расплава, обеспечивая высокие сварочно-технологические свойства присадочных прутков из КМ. При содержании кремния в матричном сплаве менее 7 вес.% в процессе дуговой или плазменной наплавки происходит существенная деградация армирующих частиц карбида кремния SiC с образованием иглообразных фаз карбида алюминия Аl4С3 (фиг.1.а). При содержании кремния в матричном сплаве, превышающим 10 вес.%, композиционная микроструктура характеризуется значительным количеством фаз первичного кремния (фиг.1.б), что приводит к ухудшению жидкотекучести композиционного расплава.
Ограничения на количество вводимых упрочняющих частиц (3-8 вес.% при среднем размере 28 мкм и 3-10 вес.% при среднем размере 40 мкм) связаны со снижением жидкотекучести композиционного расплава при содержании частиц наполнителя больших верхнего предела и недостаточной износостойкостью при значениях менее нижнего предела. Литейная технология получения присадочных композиционных прутков обеспечивает отсутствие загрязнений на границе раздела частица/матрица и качественную связь между ними, что приводит к высоким свойствам КМ и покрытий, полученных методами наплавки с использованием такого присадочного материала. Кроме того, литейная технология изготовления прутков уменьшает пористость, а наплавленные ими покрытия не имеют дефектов в виде пор и трещин. Благодаря удовлетворительной жидкотекучести достигается хорошее формирование наплавленных слоев. Однородность распределения частиц в наплавленном металле обеспечивается выбором режимов наплавки. Присадочные композиционные прутки, собранные из порошков аналогичного состава, полученные по технологии порошковой металлургии, обладают низкой жидкотекучестью при наплавке, что приводит к неравномерному распределению упрочняющей фазы в наплавленном поверхностном слое.
Изобретение может быть проиллюстрировано следующими примерами.
По вышеизложенной технологии были изготовлены литые присадочные композиционные прутки:
- с матрицей из сплава АК12 (Si 10…13%, Mn 0,01…0,5%; ГОСТ 1583-93), армированной частицами карбида кремния SiC в количестве 8 вес.% при среднем размере 28 мкм;
- с матрицей из сплава АК12М2МгН (Si 11…13%, Cu 1,5…3%, Mg 0,85…1,35%, Mn 0,3…0,6, Ti 0,05…0,2, Ni 0,8…1,3; ГОСТ 1583-93), армированной частицами карбида кремния SiC в количестве 10 вес.% при среднем размере 40 мкм.
Прутки имели следующие геометрические размеры: диаметр d=5±0,1 мм; длину L=450±9 мм. Эти литые композиционные прутки использовали в качестве присадочного материала в процессе аргонодуговой наплавки на подложку из сплава АМг6. Полученные таким способом наплавленные слои имеют отличное формирование при отсутствии трещин. Структура металла, наплавленного с использованием литых присадочных композиционных прутков из AK12M2MгH+8%SiC28* (фиг.2.а) и AK12+10%SiC40* (фиг.2.б) (где 28, 40* - средний размер частиц в мкм), характеризуется равномерным распределением упрочняющих частиц наполнителя в объеме наплавленной матрицы; упрочняющие частицы наполнителя - частицы карбида кремния - сохраняют скольную огранку, что свидетельствует об отсутствии межфазного взаимодействия в процессе жидкофазного совмещения при дуговой наплавке.
Механические свойства покрытий, наплавленных с использованием предлагаемых литых присадочных композиционных прутков, оценивали по величине твердости НВ, а трибологические (противоизносные) свойства - по величине коэффициента трения и интенсивности изнашивания. Свойства покрытий, наплавленных литыми прутками, приведены в таблице. Видно, что наличие упрочняющих частиц наполнителя в наплавленном поверхностном слое приводит к увеличению его твердости, а также к снижению коэффициента трения f и существенному уменьшению интенсивности изнашивания Iv в сравнении с матричными сплавами.
Твердость НВ, коэффициент трения f**, интенсивность изнашивания Iv** матричных сплавов и слоев, наплавленных предлагаемыми литыми КМ прутками
№ п.п. Состав НВ, МПа Нагрузка Р, Н f при частоте вращения n, об/мин Iv, мм3
300 600 1000
1 АК12М2МгН 988 70 0,92 0,81 0,84 0,0492
2 АК12M2MгH+8%SiC28 1030 70 0,80 0,82 0,83 0,0052
3 АК12 624 70 0,93 0,92*** 0,0151
4 AK12+10%SiC40 712 70 0,63 0,62 0,56 0,0089
** - при испытании на трение скольжения на установке УМТ-1, без смазки против контртела из стали 40Х;
*** - при переходе в задир.

Claims (2)

1. Литой пруток для дуговой или плазменной наплавки износостойких покрытий, изготовленный из упрочненного алюмоматричного композиционного материала на основе высокопрочных литейных алюминиевых сплавов, отличающийся тем, что в качестве упрочняющих частиц матричный сплав содержит керамические частицы α-SiC с твердостью HV 1000, при этом количество кремния в матричном сплаве составляет 7-12 вес.%.
2. Пруток по п.1, отличающийся тем, что количество упрочняющих частиц в матричном сплаве составляет 3-8 вес.% при среднем размере частиц 28 мкм или 3-10 вес.% при среднем размере частиц 40 мкм.
RU2008104838/02A 2008-02-12 2008-02-12 Прутки из алюмоматричного композиционного материала для наплавки износостойких покрытий RU2361710C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008104838/02A RU2361710C1 (ru) 2008-02-12 2008-02-12 Прутки из алюмоматричного композиционного материала для наплавки износостойких покрытий

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008104838/02A RU2361710C1 (ru) 2008-02-12 2008-02-12 Прутки из алюмоматричного композиционного материала для наплавки износостойких покрытий

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2361710C1 true RU2361710C1 (ru) 2009-07-20

Family

ID=41047053

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008104838/02A RU2361710C1 (ru) 2008-02-12 2008-02-12 Прутки из алюмоматричного композиционного материала для наплавки износостойких покрытий

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2361710C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2766392C1 (ru) * 2021-06-28 2022-03-15 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения Уральского отделения Российской академии наук Способ изготовления изделий из алюмоматричного композита, армированного карбидом кремния

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2020042C1 (ru) * 1990-09-19 1994-09-30 Акционерное общество открытого типа "Всероссийский алюминиево-магниевый институт" Способ получения отливок из композиционного материала на металлической основе
RU2067041C1 (ru) * 1994-06-02 1996-09-27 Акционерное общество открытого типа "Всероссийский институт легких сплавов" Алюминиевый сплав для упрочняющей наплавки
RU2136774C1 (ru) * 1998-05-27 1999-09-10 Институт металлургии и материаловедения им.А.А.Байкова РАН Композиционный материал на основе алюминиевого сплава и способ его получения
RU2171307C1 (ru) * 2000-02-22 2001-07-27 Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН Композиционный материал антифрикционного назначения для работы в условиях ограниченной смазки

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2020042C1 (ru) * 1990-09-19 1994-09-30 Акционерное общество открытого типа "Всероссийский алюминиево-магниевый институт" Способ получения отливок из композиционного материала на металлической основе
RU2067041C1 (ru) * 1994-06-02 1996-09-27 Акционерное общество открытого типа "Всероссийский институт легких сплавов" Алюминиевый сплав для упрочняющей наплавки
RU2136774C1 (ru) * 1998-05-27 1999-09-10 Институт металлургии и материаловедения им.А.А.Байкова РАН Композиционный материал на основе алюминиевого сплава и способ его получения
RU2171307C1 (ru) * 2000-02-22 2001-07-27 Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН Композиционный материал антифрикционного назначения для работы в условиях ограниченной смазки

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2766392C1 (ru) * 2021-06-28 2022-03-15 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения Уральского отделения Российской академии наук Способ изготовления изделий из алюмоматричного композита, армированного карбидом кремния

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Devaraju et al. Influence of addition of Grp/Al2O3p with SiCp on wear properties of aluminum alloy 6061-T6 hybrid composites via friction stir processing
BE1017881A5 (fr) Piece composite ceramique amelioree, a matrice metallique, resistante a l'usure, galette en ceramique pour une piece composite ceramique a matrice metallique, procede de fabrication de celle-ci, cylindre broyeur et revetement de panneau comprenant une piece composite ceramique a matrice metallique.
Baradeswaran et al. Wear and mechanical characteristics of Al 7075/graphite composites
US12077837B2 (en) Heat-resistant aluminum powder material
RU2446930C1 (ru) Порошковая проволока
RU2619547C1 (ru) Порошковая проволока для наплавки
RU2361710C1 (ru) Прутки из алюмоматричного композиционного материала для наплавки износостойких покрытий
Kumar et al. A review on properties of Al-B4C composite of different routes
Ren et al. Microstructure and tribological properties of FeCrNi-WC medium entropy alloy composite coatings prepared by high-speed laser cladding with different preheating temperatures
Kalashnikov et al. Wear products that form during tribological tests of aluminum-matrix composite materials
JP2004525267A (ja) 高強度の耐摩耗性複合層を形成するための方法
Sharma et al. Solutionizing temperature and abrasive wear behaviour of cast Al–Si–Mg alloys
Buytoz et al. Microstructure of NiCrBSi/WC composite coating deposited on AISI316 stainless steel by TIG coating process
RU2682740C1 (ru) Состав композиционного материала на основе алюминиевого сплава
JP4491758B2 (ja) 成形機用シリンダ
JP5207922B2 (ja) 表面硬装用バインダレス粉末
CN103302271A (zh) 一种增强低碳合金铸钢表面层硬度及耐磨性的铸渗方法
JP5253962B2 (ja) 耐磨耗性ライニング層の製造方法および複合シリンダ
Susila et al. Study on mechanical properties of metal matrix composites (MMCs) Al-Cu-Mg/SiCp with powder metallurgy
RU2480317C2 (ru) Порошок для износостойкой индукционной наплавки деталей
RU2700342C1 (ru) Состав композиционного материала на основе алюминиевого сплава
RU2601839C2 (ru) Состав порошкообразной шихты для наплавки
RU2670317C1 (ru) Способ наплавки интерметаллидных сплавов на основе системы титан-медь
Kumar et al. Wear and mechanical properties of aluminum alloy based hybrid composites [(SiC+ Gr) and (SiC+ Al2O3)] fabricated by friction stir processing
RU2637849C2 (ru) Порошковая проволока для наплавки

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190213