RU2552464C1 - Method for obtaining layered composite material based on aluminium alloys and low-alloyed steel - Google Patents
Method for obtaining layered composite material based on aluminium alloys and low-alloyed steel Download PDFInfo
- Publication number
- RU2552464C1 RU2552464C1 RU2013153064/05A RU2013153064A RU2552464C1 RU 2552464 C1 RU2552464 C1 RU 2552464C1 RU 2013153064/05 A RU2013153064/05 A RU 2013153064/05A RU 2013153064 A RU2013153064 A RU 2013153064A RU 2552464 C1 RU2552464 C1 RU 2552464C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- aluminum
- steel
- thickness
- aluminium
- layer
- Prior art date
Links
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 41
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 40
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 21
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 15
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 66
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 54
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 52
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims abstract description 18
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 11
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims abstract description 5
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 8
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 5
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 claims description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 4
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 2
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 230000004927 fusion Effects 0.000 abstract description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 2
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 abstract 7
- 238000010297 mechanical methods and process Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 5
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 4
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 4
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 4
- 239000011265 semifinished product Substances 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 3
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 3
- 229910000861 Mg alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- SNAAJJQQZSMGQD-UHFFFAOYSA-N aluminum magnesium Chemical compound [Mg].[Al] SNAAJJQQZSMGQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical group [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical group [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000005238 degreasing Methods 0.000 description 1
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 238000005098 hot rolling Methods 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 230000002028 premature Effects 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано в металлургической промышленности при производстве полуфабрикатов из слоистых композиционных материалов «алюминий-сталь» расширенного сортамента по составу исходных материалов, толщине и соотношению толщин слоев, предназначенных для соединения сваркой плавлением надстроечных алюминиевых конструкций со стальным корпусом.The invention relates to the processing of metals by pressure and can be used in the metallurgical industry in the production of semi-finished products from laminated composite materials “aluminum-steel” of an expanded assortment according to the composition of the starting materials, the thickness and the ratio of the thicknesses of the layers, designed for fusion welding of superstructure aluminum structures with a steel body.
Известен способ получения слоистых композиций на основе алюминиевых сплавов и стали с применением промежуточного слоя из алюминия, который наносится прокаткой на исходные заготовки или помещается между основными слоями пакета (В.К. Король, М.С. Гильденгорн. Основы технологии производства многослойных металлов. М.: Металлургия. - 1970. 236 С).A known method of producing layered compositions based on aluminum alloys and steel using an intermediate layer of aluminum, which is applied by rolling on the original workpiece or placed between the main layers of the package (V.K. Korol, M.S. .: Metallurgy. - 1970.236 C).
Из-за наличия на поверхности алюминия окисной пленки Al2O3 процесс соединения слоев требует больших обжатий, поэтому сортамент получения полуфабрикатов «алюминий-сталь» по толщине и соотношению толщин слоев ограничен.Due to the presence of an Al 2 O 3 oxide film on the aluminum surface, the process of joining the layers requires large reductions, therefore, the range of production of semi-finished aluminum-steel products is limited in thickness and ratio of layer thicknesses.
Известен способ прокатки конструкционных биметаллов без деформации стальной основы (Засуха П.Ф. и др. Биметаллический прокат. М., 1971. С.184-189 - аналог), включающий нагрев заготовок из алюминиевых сплавов, предварительно плакированных слоем чистого алюминия, до температуры их горячей прокатки, формирование пакета с использованием холодных или нагретых полос, прокатку пакета за один проход с обжатием 65-80% и термическую обработку.A known method of rolling structural bimetals without deformation of the steel base (Drought PF and other Bimetal hire. M., 1971. S. 189-189 - analogue), including heating billets of aluminum alloys, pre-clad with a layer of pure aluminum, to a temperature their hot rolling, forming a package using cold or heated strips, rolling the package in one pass with a compression of 65-80% and heat treatment.
Недостатком этого способа является отсутствие оптимальной технологии подготовки контактных поверхностей соединяемых материалов, что приводит к снижению стабильности качества сцепления слоев биметалла и, как следствие, к возможному недопустимому снижению прочностных свойств соединения.The disadvantage of this method is the lack of optimal technology for the preparation of contact surfaces of materials to be joined, which leads to a decrease in the stability of the adhesion quality of the bimetal layers and, as a result, to a possible unacceptable decrease in the strength properties of the compound.
Известен способ получения биметаллов на основе стали и алюминиевых сплавов с промежуточной прослойкой из технически чистого алюминия, включающий подготовку соединяемых поверхностей, нагрев алюминиевых заготовок до температуры их горячей обработки, сборку пакета и совместную прокатку стали и алюминия без деформации стального слоя с последующей термической обработкой биметаллической заготовки (Патент РФ №2061083 от 27.05.1996 г. - аналог). Этот способ также не может быть реализован в случае несоблюдения технических требований к подготавливаемой под прокатку контактной поверхности стальной заготовки и условий для их осуществления, результатом чего будет являться недопустимое снижение прочности сцепления слоев биметалла на отрыв и на срез.A known method of producing bimetals based on steel and aluminum alloys with an intermediate layer of technically pure aluminum, including the preparation of joined surfaces, heating aluminum billets to the temperature of their hot processing, assembly of the package and joint rolling of steel and aluminum without deformation of the steel layer, followed by heat treatment of the bimetallic billet (RF patent No. 2061083 dated 05/27/1996 - analogue). This method also cannot be implemented in case of non-compliance with the technical requirements for the contact surface of the steel billet being prepared for rolling and the conditions for their implementation, which will result in an unacceptable decrease in the adhesion strength of the bimetal layers for separation and shear.
Известен способ получения прокаткой слоистого композиционного материала (СКМ) на алюминиевой основе с использованием промежуточной прослойки из технически чистого алюминия, толщина которой выбирается из условия оптимального контактного взаимодействия слоев и составляет 2-6% от толщины наружного слоя из алюминиевого сплава (Патент РФ №1801072 от 19.03.91 г. - аналог). Предложенная композиция обеспечивает повышение механических свойств работоспособности слоистого материала на алюминиевой основе в сварных судостроительных конструкциях.A known method for producing a rolling laminated composite material (SCM) on an aluminum basis using an intermediate layer of technically pure aluminum, the thickness of which is selected from the condition of optimal contact interaction of the layers and is 2-6% of the thickness of the outer layer of aluminum alloy (RF Patent No. 1801072 from 03/19/91 - analogue). The proposed composition provides an increase in the mechanical properties of the working capacity of an aluminum-based laminate in welded shipbuilding structures.
Недостатком изобретения являются ограниченные возможности получения полуфабрикатов расширенного сортамента по составу исходных материалов, толщине и соотношению толщин слоев, так как не установлены соотношения механических свойств исходных материалов, входящих в состав композиции, при которых реализуется эффект контактного упрочнения, зависящий не только от механической податливости прослойки, но и от условий совместного деформирования слоев композиционного материала.The disadvantage of the invention is the limited ability to obtain semi-finished products of an expanded assortment according to the composition of the starting materials, the thickness and the ratio of the thicknesses of the layers, since the relationships of the mechanical properties of the starting materials included in the composition are not established, in which the effect of contact hardening is realized, which depends not only on the mechanical flexibility of the interlayer, but also on the conditions of joint deformation of the layers of the composite material.
Известен способ получения биметаллов на основе алюминиевых сплавов в сочетании с медью, титаном или сталью 12ХН10Т расширенного сортамента (Патент РФ №2268124 от 20.01.2006 г. - прототип), при котором алюминиевую прослойку с односторонним плакирующим слоем перед сборкой пакета предварительно наносят прокаткой на заготовку из стали, титана или меди с расположением легкоплавкого слоя наружу. Подготовку контактных поверхностей осуществляют обезжириванием и зачисткой. Заготовки из алюминия или его сплавов перед сборкой пакета предварительно нагревают до температуры, равной (0,68-0,76) температуры плавления алюминия, а плакированные заготовки из стали, меди, титана предварительно подогревают до 200-300°C. Собранные пакеты деформируют осадкой с высотным обжатием (10-30)% при скорости деформации (0,005-0,75) сек-1 и длительности контакта слоев не менее 5 сек. В процессе деформации пакета легкоплавкое покрытие расплавляется, резко снижаются силы межслойного трения и развивается контактная деформация со стороны алюминиевых заготовок, в результате чего разрушается окисная пленка на алюминии и в контакт входят слои, свободные от окислов. В указанном способе расширение сортамента по толщине и соотношению толщин слоев полуфабрикатов может быть достигнуто применением слоистых катаных прослоек на основе алюминия с односторонней или двусторонней плакировкой легкоплавким металлом и сочетанием процессов прокатки и осадки пакетов из разнородных металлов.A known method of producing bimetals based on aluminum alloys in combination with copper, titanium or steel 12XH10T extended assortment (RF Patent No. 2268124 from 01/20/2006 - prototype), in which an aluminum layer with a single-sided cladding layer is preliminarily rolled onto the billet before assembly made of steel, titanium or copper with the location of the fusible layer to the outside. Contact surfaces are prepared by degreasing and stripping. Billets of aluminum or its alloys are preheated before assembly of the package to a temperature equal to (0.68-0.76) of the melting temperature of aluminum, and clad billets of steel, copper, titanium are preheated to 200-300 ° C. The collected packages are deformed by sediment with a high-pressure compression of (10-30)% at a strain rate of (0.005-0.75) sec -1 and a contact duration of the layers of at least 5 sec. During the package deformation, the low-melting coating melts, the interlayer friction forces sharply decrease and contact deformation develops on the part of aluminum billets, as a result of which the oxide film on aluminum is destroyed and oxide-free layers come into contact. In this method, the expansion of the assortment in terms of thickness and the ratio of the thicknesses of the layers of semi-finished products can be achieved by using laminated rolled layers of aluminum based on one-sided or two-sided cladding with low-melting metal and a combination of rolling and precipitation of packages of dissimilar metals.
Способ получения двух- и трехслойных сочетаний материалов с различными механическими свойствами широкого размерного сортамента по толщине, соотношению толщин слоев и их расположению, условно обозначенными как (М-Т), (Т-М-Т) и (М-Т-М), где Т - слой стали, М - слой алюминия, не содержит выявленных признаков по оптимальному соотношению прочностных характеристик и толщин сплавов, входящих в состав композиции, которые будут определять работоспособность слоистого материала.A method for producing two- and three-layer combinations of materials with different mechanical properties of a wide size assortment by thickness, ratio of layer thicknesses and their location, conventionally designated as (М-Т), (Т-М-Т) and (М-Т-М), where T is the steel layer, M is the aluminum layer, does not contain any identified signs in the optimal ratio of strength characteristics and thicknesses of the alloys that make up the composition, which will determine the performance of the layered material.
Недостатками известного способа является невысокая прочность сцепления слоев СКМ (менее 60-70 МПа) из-за использования утолщенной от 0,5 до 3,0 мм алюминиевой прослойки, а также пониженная усталостная прочность.The disadvantages of this method is the low adhesion strength of the SCM layers (less than 60-70 MPa) due to the use of a thickened from 0.5 to 3.0 mm aluminum layer, as well as reduced fatigue strength.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является разработка способа получения слоистого композиционного материала на основе алюминиевых сплавов и низколегированной стали, обладающего более высоким уровнем прочности сцепления слоев биметалла, а также более высоким уровнем усталостной прочности.The technical result of the invention is the development of a method for producing a layered composite material based on aluminum alloys and low alloy steel, which has a higher level of adhesion of bimetal layers, as well as a higher level of fatigue strength.
Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе получения слоистого композиционного материала на основе алюминиевых сплавов и низколегированной стали, содержащим зачистку контактных поверхностей заготовок из стали и алюминия механическим способом, предварительную плакировку алюминиевого сплава слоем из технически чистого алюминия, нагрев алюминиевой заготовки до температуры, равной (0,65-0,75) температуры плавления алюминия, сборку пакета, состоящего из холодной стальной и нагретой алюминиевой заготовок, совместную прокатку пакета за один проход с обжатием 65-70% и последующую термическую обработку, согласно изобретению, заготовки из алюминиевого сплава и низколегированной стали используют с соотношением пределов текучести от 0,3 до 0,7 и отношением толщин от 0,5 до 4,0 соответственно, прослойку из технически чистого алюминия, размещаемую между слоями, берут толщиной 2,0-8,0% от толщины алюминиевой заготовки, перед сборкой пакета контактную поверхность стальной заготовки подвергают пластической обработке с формированием слоя металла, имеющего зерно размером в 5-10 раз мельче исходного на глубину, равную (0,05-0,1)% толщины промежуточного слоя.The specified technical result is achieved by the fact that in the proposed method for producing a layered composite material based on aluminum alloys and low alloy steel, comprising mechanical cleaning of the contact surfaces of steel and aluminum billets, preliminary cladding of the aluminum alloy with a layer of technically pure aluminum, heating the aluminum billet to a temperature, equal to (0.65-0.75) aluminum melting temperature, assembly of a package consisting of cold steel and heated aluminum billets, with bulk rolling of the bag in one pass with a compression of 65-70% and subsequent heat treatment, according to the invention, billets of aluminum alloy and low alloy steel are used with a yield strength ratio of 0.3 to 0.7 and a thickness ratio of 0.5 to 4, 0, respectively, a layer of technically pure aluminum placed between the layers is taken with a thickness of 2.0-8.0% of the thickness of the aluminum billet, before assembling the package, the contact surface of the steel billet is subjected to plastic processing with the formation of a metal layer having grain size of 5-10 times smaller than the original at a depth equal to (0.05-0.1)% of the thickness of the intermediate layer.
Известно, что рабочие характеристики СКМ при статическом, усталостном и ударном нагружении в существенной мере определяются неоднородностью свойств исходных материалов, входящих в композицию, т.е. зависят от соотношений их свойств и геометрических размеров макроструктуры входящих компонентов. Более чем двукратное различие пределов текучести материалов стального слоя и алюминиевого сплава приводит к тому, что при номинальном рабочем напряжении выше предела текучести алюминиевого сплава основную часть нагрузки воспринимает стальной слой, работающей в упругой области и разгружающий алюминиевый слой.It is known that the performance characteristics of SCM under static, fatigue and shock loading are largely determined by the heterogeneity of the properties of the starting materials included in the composition, i.e. depend on the ratio of their properties and the geometric dimensions of the macrostructure of the incoming components. A more than twofold difference in the yield stresses of the materials of the steel layer and the aluminum alloy leads to the fact that, at a nominal operating voltage higher than the yield strength of the aluminum alloy, the bulk of the load is perceived by the steel layer operating in the elastic region and unloading the aluminum layer.
Выбор соотношения пределов текучести алюминиевых сплавов и низколегированной стали в диапазоне от 0,3 до 0,7 обусловлен тем, что при этих значениях реализуются максимальные характеристики работоспособности слоистого композиционного материала на их основе, в том числе прочность сцепления слоев на отрыв, статическая и усталостная прочность при растяжении.The choice of the ratio of the yield strengths of aluminum alloys and low alloy steel in the range from 0.3 to 0.7 is due to the fact that at these values the maximum performance characteristics of the layered composite material based on them are realized, including the adhesion strength of the layers to peel, static and fatigue strength under tension.
При соотношении толщин более 4 снижаются прочностные свойства материала без компенсации работоспособности; при соотношении, меньшем 0,4, снижается технологичность материала при его переделе и сварке.With a ratio of thicknesses of more than 4, the strength properties of the material are reduced without compensation for health; when the ratio is less than 0.4, the processability of the material is reduced during its redistribution and welding.
Толщина промежуточного слоя из технически чистого алюминия выбирается в пределах от 2 до 8% от толщины алюминиевой заготовки. При толщине промежуточного слоя больше 8% при прокатке формируется утолщенная прослойка, в которой, в связи с отсутствием эффекта контактного упрочнения, будут инициироваться при нагружении слоистого материала очаги преждевременного разрушения. При толщине промежуточного слоя менее 2% формирующаяся при прокатке толщина прослойки будет меньше суммарной глубины проникновения в нее диффундирующих из соседних сплавов атомов легирующих элементов, определяющих ширину диффузионной зоны, что приведет к снижению уровня прочностных свойств основного слоистого материала и его сварных соединений.The thickness of the intermediate layer of technically pure aluminum is selected in the range from 2 to 8% of the thickness of the aluminum billet. When the thickness of the intermediate layer is more than 8%, a thickened layer is formed during rolling, in which, due to the absence of the effect of contact hardening, foci of premature failure will be initiated upon loading of the layered material. With an intermediate layer thickness of less than 2%, the thickness of the interlayer formed during rolling will be less than the total penetration depth of the atoms of alloying elements diffusing from neighboring alloys that determine the width of the diffusion zone, which will lead to a decrease in the strength properties of the main layered material and its welded joints.
Кроме того, контактную поверхность стальной заготовки перед сборкой пакета и прокаткой подвергают механической обработке с формированием слоя металла, отличающегося измельченным зерном, размерами в 5-10 раз, отличными от исходного, глубиной, равной (0,05-0,1)% от толщины промежуточного слоя.In addition, the contact surface of the steel billet before mechanical assembly and rolling is subjected to machining with the formation of a metal layer different in crushed grain, 5-10 times different from the original, with a depth equal to (0.05-0.1)% of the thickness intermediate layer.
Глубина изменения структуры металла в поверхностном слое стали определяет размеры зоны взаимной диффузии атомов алюминия и железа, соответственно, в сталь и в алюминиевый сплав. Как показали результаты экспериментальных исследований, эта величина должна составлять не менее 10 мкм и не более 40 мкм, что в зависимости от деформируемого алюминиевого сплава находится в пределах (0,05-0,1)% от толщины промежуточного слоя.The depth of change in the metal structure in the surface layer of steel determines the size of the zone of mutual diffusion of aluminum and iron atoms, respectively, in steel and in an aluminum alloy. As shown by the results of experimental studies, this value should be at least 10 μm and not more than 40 μm, which, depending on the deformable aluminum alloy, is within (0.05-0.1)% of the thickness of the intermediate layer.
При этих условиях формируется в поверхностном слое структура металла с микротвердостью, в 1,5-2,5 раза превышающей соответствующие значения микротвердости исходного материала, благодаря измельченности в ней зерен в 5-10 раз больше по сравнению с исходным состоянием, что интенсифицирует процессы массопереноса на контактной поверхности стали и алюминия при прокатке посредством диффузии, протекающей по границам зерен быстрее, чем по объему зерна. Реализация этих процессов способствует надежному схватыванию стали и алюминия при их совместной прокатке и обеспечивает условия для образования прочного биметаллического соединения.Under these conditions, a metal structure is formed in the surface layer with a microhardness that is 1.5-2.5 times higher than the corresponding microhardness of the starting material, due to the fineness of grains in it 5-10 times greater than the initial state, which intensifies the mass transfer processes by the contact surface of steel and aluminum during rolling by diffusion flowing along the grain boundaries faster than the volume of grain. The implementation of these processes contributes to the reliable setting of steel and aluminum during their joint rolling and provides the conditions for the formation of a strong bimetallic joint.
Уменьшение глубины деформирования металла поверхностного слоя менее 0,05% от толщины промежуточного слоя приводит при прокатке к уменьшению зоны диффузионного взаимодействия стали и алюминия, что не в полной мере обеспечивает протекание процессов схватывания металлов, и следовательно, приводит к снижению прочностных свойств сталеалюминиевого соединения. Увеличение глубины деформирования металла поверхностного слоя более 0,1% от толщины промежуточного слоя приводит к формированию макронеоднородности прочностных свойств поверхностных и глубинных слоев металла, возникновению в них остаточных напряжений, возможному исчерпанию пластичности, и следовательно, к образованию макро- и микротрещин, расслоений и недопустимому снижению прочностных свойств сталеалюминиевого соединения.A decrease in the depth of deformation of the metal of the surface layer less than 0.05% of the thickness of the intermediate layer during rolling leads to a decrease in the diffusion interaction zone between steel and aluminum, which does not fully ensure the occurrence of metal setting processes, and therefore leads to a decrease in the strength properties of the steel-aluminum compound. An increase in the depth of deformation of the metal of the surface layer by more than 0.1% of the thickness of the intermediate layer leads to the formation of macrohomogeneity of the strength properties of the surface and deep layers of the metal, the appearance of residual stresses in them, the possible exhaustion of plasticity, and, consequently, the formation of macro- and microcracks, delamination and unacceptable reducing the strength properties of the steel-aluminum compound.
Пример осуществления изобретения.An example embodiment of the invention.
Технологический процесс получения слоистого композиционного материала толщиной 10 и 20 мм с соотношением толщин слоев 1,0 и 0,25, соответственно, на основе алюминиево-магниевого сплава марки 1561 толщиной 15 мм, предварительно плакированного слоем из технически чистого алюминия марки А5 толщиной 1,2 мм (8% от толщины алюминиевой заготовки), и низколегированной стали марки D32 толщиной 5 и 20 мм, включал в себя следующие операции:The technological process of obtaining a layered composite material with a thickness of 10 and 20 mm with a ratio of layer thicknesses of 1.0 and 0.25, respectively, based on aluminum-magnesium alloy 1561 grade 15 mm thick, pre-clad with a layer of technically pure aluminum grade A5 1.2 mm (8% of the thickness of the aluminum billet), and low-alloy steel grade D32 with a thickness of 5 and 20 mm, included the following operations:
- подготовка под прокатку исходных заготовок из алюминиевых сплавов и стали с соотношением пределов текучести, равным 0,5, и толщин 3 и 0,75, соответственно:- preparation for rolling the initial billets of aluminum alloys and steel with a ratio of yield strengths of 0.5, and thicknesses of 3 and 0.75, respectively:
- механическая подготовка контактной поверхности стальной заготовки шлифовальным инструментом;- mechanical preparation of the contact surface of the steel billet with a grinding tool;
- зачистка проволочными дисковыми щетками поверхности алюминиевой заготовки;- stripping wire surface brushes aluminum billet;
- нагрев алюминиевой заготовки при температуре 410°C;- heating an aluminum billet at a temperature of 410 ° C;
- сборка пакета, состоящего из нагретой алюминиевой и холодной стальной заготовок;- assembly of a package consisting of heated aluminum and cold steel billets;
- совместная прокатка пакета без деформации стали за один проход с обжатием алюминиевого слоя на величину 70%;- joint rolling of the package without deformation of steel in one pass with compression of the aluminum layer by 70%;
- отжиг полученного материала.- annealing of the obtained material.
Полученные полуфабрикаты (полосы) СКМ «алюминий-сталь» подвергнуты механическим испытаниям специальных цилиндрических образцов с определением прочности сцепления слоев на отрыв и плоских образцов на усталость с определением максимальных напряжений приведенного цикла с коэффициентом асимметрии r=0,1 при долговечности N=(105±5%) циклов.The obtained semi-finished products (strips) of SCM “aluminum-steel” were subjected to mechanical tests of special cylindrical specimens with determination of the adhesion strength of the layers to peel and flat specimens for fatigue with determination of the maximum stresses of the reduced cycle with an asymmetry coefficient r = 0.1 with a durability of N = (10 5 ± 5%) cycles.
Результаты испытаний образцов СКМ «алюминий-сталь», выполненных по предлагаемым решениям, запредельным вариантам и прототипу, приведены в таблице.The test results of the SCM "aluminum-steel" samples made according to the proposed solutions, transcendental options and prototype are shown in the table.
Проведенным металлографическим анализом поверхности поперечного сечения образцов из стального слоя, входящего в состав СКМ «алюминий-сталь», изготовленных по предлагаемому решению, установлено, что глубина деформированного слоя со стороны контактной поверхности стали составила 10-40 мкм, что соответствует глубине, равной (0,05-0,1)% от толщины промежуточного слоя, а средний размер зерна в этой области - 2-4 мкм при среднем размере зерна исходного материала 18-25 мкм.A metallographic analysis of the cross-sectional surface of the samples from the steel layer included in the SCM “aluminum-steel” made according to the proposed solution found that the depth of the deformed layer on the contact surface of the steel was 10-40 μm, which corresponds to a depth of (0 , 05-0.1)% of the thickness of the intermediate layer, and the average grain size in this region is 2-4 microns with an average grain size of the source material of 18-25 microns.
Как показывают результаты испытаний, предлагаемый способ получения слоистого композиционного материала на основе алюминиево-магниевого сплава марки 1561 толщиной 15 мм, предварительно плакированного слоем из технически чистого алюминия марки А5 толщиной 1,2 мм, и низколегированной стали марки D32 толщиной 5 и 20 мм обеспечивает высокие значения прочности сцепления слоев на отрыв (на 15-20% превышающие значения по прототипу), а также высокую усталостную прочность СКМ, значения которой, в частности, на базе 105 циклов нагружения, превышают на (25-30)% соответствующие значения СКМ, полученного по прототипу, что свидетельствует о достижении технического результата.As the test results show, the proposed method for producing a layered composite material based on aluminum-magnesium alloy 1561 grade 15 mm thick, pre-clad with a layer of technically pure aluminum grade A5 1.2 mm thick and low alloy steel grade D32 5 and 20 mm thick provides high the values of adhesion of the layers to separation (15-20% higher than the values of the prototype), as well as the high fatigue strength of the SCM, the values of which, in particular, on the basis of 10 5 loading cycles, exceed (25-30)% s the corresponding values of the SCM obtained by the prototype, which indicates the achievement of a technical result.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013153064/05A RU2552464C1 (en) | 2013-11-28 | 2013-11-28 | Method for obtaining layered composite material based on aluminium alloys and low-alloyed steel |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013153064/05A RU2552464C1 (en) | 2013-11-28 | 2013-11-28 | Method for obtaining layered composite material based on aluminium alloys and low-alloyed steel |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2552464C1 true RU2552464C1 (en) | 2015-06-10 |
Family
ID=53294944
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013153064/05A RU2552464C1 (en) | 2013-11-28 | 2013-11-28 | Method for obtaining layered composite material based on aluminium alloys and low-alloyed steel |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2552464C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102016223266A1 (en) * | 2016-11-24 | 2018-05-24 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Multilayer sheet and method for its production |
| RU2756086C1 (en) * | 2021-02-16 | 2021-09-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова" (ФГБОУ ВО "МГТУ им. Г.И. Носова") | Method for producing layered bimetal steel-aluminum alloy |
| CN116571571A (en) * | 2023-06-02 | 2023-08-11 | 燕山大学 | A method for induction heating and rolling composite aluminum/steel with thin aluminum plate as the middle layer |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2033909C1 (en) * | 1992-02-19 | 1995-04-30 | Московский вечерний металлургический институт | Three-layer composite for plating aluminium and its alloys |
| RU2061083C1 (en) * | 1992-04-08 | 1996-05-27 | Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" | Process of manufacture of bimetals |
| RU2268124C1 (en) * | 2004-04-29 | 2006-01-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный вечерний металлургический институт | Method for producing bimetals containing aluminum and its alloys |
| WO2006134405A1 (en) * | 2005-06-16 | 2006-12-21 | Paata Gogoladze | Method of manufacturing aluminium-based composite material |
-
2013
- 2013-11-28 RU RU2013153064/05A patent/RU2552464C1/en active IP Right Revival
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2033909C1 (en) * | 1992-02-19 | 1995-04-30 | Московский вечерний металлургический институт | Three-layer composite for plating aluminium and its alloys |
| RU2061083C1 (en) * | 1992-04-08 | 1996-05-27 | Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" | Process of manufacture of bimetals |
| RU2268124C1 (en) * | 2004-04-29 | 2006-01-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный вечерний металлургический институт | Method for producing bimetals containing aluminum and its alloys |
| WO2006134405A1 (en) * | 2005-06-16 | 2006-12-21 | Paata Gogoladze | Method of manufacturing aluminium-based composite material |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102016223266A1 (en) * | 2016-11-24 | 2018-05-24 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Multilayer sheet and method for its production |
| RU2756086C1 (en) * | 2021-02-16 | 2021-09-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова" (ФГБОУ ВО "МГТУ им. Г.И. Носова") | Method for producing layered bimetal steel-aluminum alloy |
| CN116571571A (en) * | 2023-06-02 | 2023-08-11 | 燕山大学 | A method for induction heating and rolling composite aluminum/steel with thin aluminum plate as the middle layer |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Shabani et al. | Fabrication of Al/Ni/Cu composite by accumulative roll bonding and electroplating processes and investigation of its microstructure and mechanical properties | |
| JP5572046B2 (en) | Dissimilar material joining method | |
| JP5513962B2 (en) | Dissimilar material joining method | |
| Elthalabawy et al. | Microstructural development of diffusion-brazed austenitic stainless steel to magnesium alloy using a nickel interlayer | |
| JP7758870B2 (en) | Dissimilar metal joint and resistance welding method therefor | |
| CN108367378A (en) | The manufacturing method of resistance spot welding method and welded unit | |
| CN110461528A (en) | Manufacturing method of resistance spot welding joint | |
| WO2018159764A1 (en) | Resistance spot welding method | |
| TWI783095B (en) | Multistage joining process with thermal sprayed layers | |
| WO2017033455A1 (en) | Resistance spot welding method and method for manufacturing welded member | |
| CN110475642B (en) | Method for manufacturing resistance spot-welded joint | |
| JP6018781B2 (en) | Method for producing aluminum clad material | |
| Di Bella et al. | Effect of tool tilt angle on mechanical resistance of AA6082/AA5083 friction stir welded joints for marine applications | |
| WO2015133099A1 (en) | Resistive spot-welding method | |
| US20190329348A1 (en) | Welding methods for joining light metal and high-strength steel using solid state and resistance spot welding processes | |
| RU2552464C1 (en) | Method for obtaining layered composite material based on aluminium alloys and low-alloyed steel | |
| JP2013220434A (en) | Method for manufacturing aluminum brazing sheet and aluminum brazing sheet | |
| JP4425159B2 (en) | Resistance spot welding method for dissimilar materials | |
| JP5215986B2 (en) | Dissimilar material joint and dissimilar material joining method | |
| CN110280880B (en) | Resistance spot welding method of 6061-T6 aluminum alloy and TRIP980 high-strength steel dissimilar alloy | |
| JP2022000315A (en) | Manufacturing method of weld bond joint | |
| CN113631316A (en) | Multi-process alloy cladding | |
| JP2008106324A (en) | High strength steel sheet for lap resistance welding and lap weld joint | |
| Mertin et al. | Influence of the process temperature on the properties of friction stir welded blanks made of mild steel and aluminum | |
| JP7269191B2 (en) | spot welding method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20151129 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20190409 |
|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20210310 |