RU2538224C2 - Способ объемной обработки алюминиевого литейного сплава - Google Patents
Способ объемной обработки алюминиевого литейного сплава Download PDFInfo
- Publication number
- RU2538224C2 RU2538224C2 RU2013108546/02A RU2013108546A RU2538224C2 RU 2538224 C2 RU2538224 C2 RU 2538224C2 RU 2013108546/02 A RU2013108546/02 A RU 2013108546/02A RU 2013108546 A RU2013108546 A RU 2013108546A RU 2538224 C2 RU2538224 C2 RU 2538224C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- powder
- alloying
- silicone
- alloy
- aluminium
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 14
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 14
- 238000005266 casting Methods 0.000 title abstract 3
- 238000003754 machining Methods 0.000 title abstract 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 title description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title description 2
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 title 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 claims abstract description 25
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 24
- 239000002360 explosive Substances 0.000 claims abstract description 8
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000005422 blasting Methods 0.000 claims abstract description 3
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 claims abstract 2
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 15
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 13
- CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N alumanylidynesilicon Chemical compound [Al].[Si] CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 11
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000004880 explosion Methods 0.000 claims description 4
- 230000004913 activation Effects 0.000 abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000002905 metal composite material Substances 0.000 abstract description 2
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 abstract description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 abstract description 2
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 abstract 5
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 abstract 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 abstract 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 abstract 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 11
- 229910000676 Si alloy Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 6
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 3
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 2
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 2
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 229910001315 Tool steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 238000005280 amorphization Methods 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000008707 rearrangement Effects 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 239000011863 silicon-based powder Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Abstract
Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для получения материалов с заданным уровнем физико-механических характеристик. Способ включает разгон легирующего порошка энергией взрыва зарядом бризантного взрывчатого вещества. Формируют кумулятивную струю из легирующего порошка, состоящего из порошка карбида кремния и порошка цинка, и вводят ее в объем литейного алюминиево-кремниевого сплава. После введения легирующего порошка обрабатываемые изделия подвергают электрохимическому травлению в течение 14-70 минут. Способ позволяет проводить эффективное модифицирование макрообъемов алюминий-кремниевого литейного сплава, дробление и активацию упрочняющих кремниевых игл и локальное легирование. Способ позволяет производить цельнометаллический композиционный материал из сплава алюминий-кремний с заданными зонами высокой пластичности и обеспечивает зональное повышение пластичности, расширяет технологические возможности, позволяет выполнять высокопроизводительную обработку деталей сложной формы. 2 табл., 3 ил.
Description
Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для получения материалов с заданным уровнем физико-механических характеристик.
Известен способ получения легирующих покрытий на поверхности металлического материала путем обработки поверхности металлического материала компрессионными плазменными потоками в среде рабочего газа и нанесение слоев легирующих элементов вакуумно-дуговым осаждением, при этом обработку поверхности металлического материала и каждого слоя легирующего элемента осуществляют с плотностью энергии 5-60 Дж/см2 и длительностью разряда 50-250 мкс [1]. Однако известный способ является малопроизводительным, требует наличия дорогостоящего оборудования, позволяет получить небольшие глубины проникновения.
Известен способ объемного легирования стальных изделий, заключающийся во введении струй порошковых частиц, с размерами частиц 1-100 мкм, со скоростями 200-600 м/с при температуре 100-2000°C в металлический материал, например: смесью твердых и пластичных частиц с перестройкой структуры инструментальной стали, ее армирования каркасом из продуктов взаимодействия вводимых частиц и матричного материала [2]. Однако указанный способ предназначен только для обработки инструментальных сталей и не может использоваться для объемной обработки алюминиевых сплавов, например, для повышения локальной пластичности алюминиевых сплавов.
Наиболее близким к известному изобретению по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является способ объемной перестройки литейных алюминиево-кремниевых сплавов, включающий введение легирующего порошка карбида кремния энергией взрыва заряда бризантного взрывчатого вещества (БВВ) и последующее электрохимическое травление [3].
Недостатком этого способа является то, что при введении порошка кремния происходит недостаточная активация алюминиевого сплава и для повышения пластичности требуется длительное время травления (до 1860 мин).
Целью изобретения, является расширение технологических возможностей обработки алюминиево-кремниевых литейных сплавов. Задача изобретения - повышение локальной пластичности алюминиево-кремниевого литейного сплава.
Поставленная задача достигается тем, что в способе объемной обработки, включающем введение в металлический материал легирующего порошка энергией взрыва заряда БВВ, формирование порошкового состава производится на основе смеси: порошка карбида кремния - 50-70 объемных % и порошка цинка - остальное, а после динамического легирования выполняется электрохимическая обработка. Время обработки составляет 14-70 минут.
Способ осуществляется следующим образом. Обрабатываемые изделия помещают во взрывную камеру и с помощью взрывного ускорителя, состоящего из металлического контейнера, заполненного внутри легирующим порошком, снаружи - зарядом БВВ, путем его обжатия энергией взрыва формируют порошковую струю, состоящую из легирующих частиц порошка карбида кремния - 50-70 объемных % и порошка цинка - остальное. За счет обжатия конусного контейнера с легирующим веществом и кумуляции энергии взрыва формируется струя порошкового материала, которая вводится в объем литейного алюминиево-кремниевого сплава, в локальных макрозонах возникают пульсирующие продольные и поперечные нагрузки, которые дробят кремниевые иглы и легируют. Такая обработка позволяет изменить микроструктуру заготовки из алюминиево-кремниевых сплавов, например АК12, на глубины до 180 мм (вплоть до аморфизации) и обеспечивает ее активацию и повышение пластичности. При дальнейшей электрохимической обработке в электролите в течение 14-70 минут происходит вытравливание твердой фазы и в объеме макрозоны цельнометаллического изделия резко повышается пластичность и механическая обрабатываемость, в зависимости от вводимого легирующего состава и времени травления.
На фигуре 1 представлена микроструктура композиционного материала на основе сплава Al+12%Si после сверхглубокого проникания: дробление иглы при соударении с частицей (канальным элементом) - длина цельного участка иглы 2,5-7 мкм (×4000).
На фигуре 2 приведена тонкая структура композиционного материала на основе сплава Al-12%Si: зона скольжения и поперечного дробления кремниевых игл (×60000).
На фигуре 3 приведена тонкая структура композиционного материала на основе сплава Al-12%Si: зона легирования сплава веществом микроударников (×40000).
При метании сгустков порошковых частиц в режиме сверхглубокого проникания происходит локализация кинетической энергии удара частиц в узких закрытых канальных зонах, формируемых в процессе внедрения. Вокруг канальных зон в алюминии и в его сплаве (Al-12%Si) формируются пульсирующие «солитоны» высокого давления 2-7 ГПа, в период времени воздействия сгустка частиц на заготовку 100-400 мкс. В таких условиях за счет разницы удельного веса по объему достигается дробление и активация упрочняющих кремниевых игл в поперечном сечении со сдвигом и без сдвиговой деформации. Одновременно наблюдается легирование за счет динамического массопереноса вводимых частиц. За счет легирования смесью карбида кремния и цинком увеличивается химический градиент в легированной зоне сплава и материал активируется. Поэтому за счет последующей электрохимической обработки происходит унос упрочняющей фазы.
Примеры
Исследуемый электролит был приготовлен следующим образом: 0,5 мл фтористоводородной кислоты марки "хч" разбавлялись дистиллированной водой до 100 мл.
| Таблица 1 | ||||
| Изменение относительной пластичности в результате динамического легирования алюминиево-кремниевых сплавов смесью порошковых частиц SiC-Zn и электрохимического травления | ||||
| № п\п | Вводимый порошковый состав, % | Относительная пластичность | Электрохимическая обработка | Относительная пластичность |
| 1 | - | 1 | да | 1 |
| 2 | SiC-40%, Zn 60% | 1,2 | да | 1,3 |
| 3 | SiC-50%, Zn 50% | 3,5 | да | 5,1 |
| 4 | SiC-60%, Zn 40% | 5,0 | да | 10,1 |
| 5 | SiC-70%, Zn 30% | 4,2 | да | 5,7 |
| 6 | SiC-90%, Zn 10% | 1,1 | да | 1,1 |
Дробление и активация алюминиево-кремниевых литейных сплавов позволяет за счет последующей электрохимической обработки дополнительно повысить пластичность обработанных зон.
| Таблица 2 | |||
| Влияние вводимого легирующего состава на пластичность в зависимости от времени последующей электрохимической обработки | |||
| № п\п | Вводимый порошковый состав, % | Время электрохимической обработки, мин | Относительная пластичность |
| 1 | - | 1860 | 1 |
| 2 | SiC | 1860 | 9,6 |
| 3 | SiC-60%, Zn 40% | 10 | 4,1 |
| 4 | SiC-60%, Zn 40% | 14 | 8,2 |
| 5 | SiC-60%, Zn 40% | 42 | 10,1 |
| 6 | SiC-60%, Zn 40% | 70 | 9,3 |
| 7 | SiC-60%, Zn 40% | 90 | 4,2 |
Без введения в объем алюминиево-кремниевого сплава легирующих порошков пластичность, при последующей электрохимической обработке, не меняется. По сравнению с вариантом введения смеси порошков SiC-60%, Zn 40% вариант введения порошка SiC для достижения примерно одинакового уровня пластичности требует увеличения времени электрохимической обработки до 27 раз.
Пластичность обработанной зоны повышается в 5-10 раз. Материал обработанной зоны в дальнейшем прошивается, штампуется или подвергается другим видам пластической деформации.
Наличие таких зон в объеме алюминиевого сплава возможно только при взрывном легировании и качественно отличает его от аналогичного материала, полученного статической обработкой, что закономерно приводит к изменению физико-механических свойств и практическому их повышению.
Преимущество и положительный эффект способа:
- позволяет проводить модифицирование макрообъемов алюминий-кремниевого литейного сплава дроблением упрочняющих кремниевых игл на микро и наноуровнях (≈100 нм), локальное легирование, вводимым порошковым материалом, и избирательное удаление упрочняющей фазы;
- позволяет производить цельнометаллический композиционный материала из сплава алюминий-кремний с заданными макрозонами высокой пластичности;
- обеспечивает зональное повышение пластичности, расширяет технологические возможности, позволяет высокопроизводительную обработку деталей сложной формы.
Источники информации
1. RU 2394939 МПК С23С 14/58, С23С 14/04. Способ получения легирующих покрытий на поверхности металлического материала. Углов В.В., Черенда Н.Н., Асташинский В.М. и др. Дата патента 23.07.2008. Опубликовано 20.07.2010.
2. Usherenko S.M. Method of strengthening tool material by penetration of reinforcing particles. Patent №057,897,204 B2, date of Patent: Mar. 1, 2011.
3. Формирование новых материалов на основе литейного алюминиевого сплава. С.М.Ушеренко, Е.И. Марукович, Ю.С.Ушеренко и др. ИФЖ, 2011, том 84, №5, с.1095-1099.
Claims (1)
- Способ объемной обработки изделий из алюминиево-кремниевого литейного сплава, включающий разгон легирующего порошка энергией взрыва зарядом бризантного взрывчатого вещества, формирование кумулятивной струи из легирующего порошка и последующее введение ее в обрабатываемые изделия, отличающийся тем, что в качестве легирующего порошка используют смесь карбида кремния и цинка при следующем соотношении компонентов, об. %:
карбид кремния 50 - 70 цинк остальное,
при этом после введения легирующего порошка обрабатываемые изделия подвергают электрохимическому травлению в течение 14-70 минут.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BYA20121407 | 2012-10-08 | ||
| BY20121407 | 2012-10-08 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2013108546A RU2013108546A (ru) | 2014-09-10 |
| RU2538224C2 true RU2538224C2 (ru) | 2015-01-10 |
Family
ID=51539653
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013108546/02A RU2538224C2 (ru) | 2012-10-08 | 2013-02-26 | Способ объемной обработки алюминиевого литейного сплава |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2538224C2 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6139913A (en) * | 1999-06-29 | 2000-10-31 | National Center For Manufacturing Sciences | Kinetic spray coating method and apparatus |
| RU2427457C1 (ru) * | 2009-12-21 | 2011-08-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ставропольский государственный аграрный университет" | Способ восстановления деталей из алюминия и его сплавов |
| WO2012006687A1 (en) * | 2010-07-15 | 2012-01-19 | Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation | Surface treatment |
| RU2450087C2 (ru) * | 2010-05-12 | 2012-05-10 | Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Сухопутных войск Общевойсковая академия Вооруженных Сил Российской Федерации" | Способ нанесения покрытий |
-
2013
- 2013-02-26 RU RU2013108546/02A patent/RU2538224C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6139913A (en) * | 1999-06-29 | 2000-10-31 | National Center For Manufacturing Sciences | Kinetic spray coating method and apparatus |
| RU2427457C1 (ru) * | 2009-12-21 | 2011-08-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ставропольский государственный аграрный университет" | Способ восстановления деталей из алюминия и его сплавов |
| RU2450087C2 (ru) * | 2010-05-12 | 2012-05-10 | Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Сухопутных войск Общевойсковая академия Вооруженных Сил Российской Федерации" | Способ нанесения покрытий |
| WO2012006687A1 (en) * | 2010-07-15 | 2012-01-19 | Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation | Surface treatment |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ушеренко С.М. и др. "Формирование новых материалов на основе литейного алюминиевого сплава", ИФЖ, 2011 г. т. 84, N5, с.1095-1099; * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2013108546A (ru) | 2014-09-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Luo et al. | Deposition behavior, microstructure and mechanical properties of an in-situ micro-forging assisted cold spray enabled additively manufactured Inconel 718 alloy | |
| JP5723942B2 (ja) | 粉末状金属材料の表面処理方法 | |
| Meng et al. | Effects of Cu content and mechanical alloying parameters on the preparation of W–Cu composite coatings on copper substrate | |
| Canakci et al. | Formation of Fe–Al intermetallic coating on low-carbon steel by a novel mechanical alloying technique | |
| KR20100039259A (ko) | 서브미크론 결정립 크기를 갖는 벌크 금속 구조체의 제조 방법 및 이 방법으로 제조된 구조체 | |
| Guo et al. | Comparison of penetration performance and penetration mechanism of w-cu shaped charge liner against three kinds of target: Pure copper, carbon steel and Ti-6Al-4V alloy | |
| US7897204B2 (en) | Method of strengthening tool material by penetration of reinforcing particles | |
| Wang et al. | Processing and pore structure of aluminium foam sandwich | |
| Amegadzie et al. | The impact of sintered density upon the microstructural and residual stress development in an ultrasonic pulsed waterjet peened Al-alloy/AlN composite | |
| RU2538224C2 (ru) | Способ объемной обработки алюминиевого литейного сплава | |
| Romankov et al. | Structural evolution of the Ti–Al coatings produced by mechanical alloying technique | |
| Canakci et al. | Effect of process parameters on the formation of Fe-Al intermetallic coating fabricated by mechanical alloying | |
| Wen-bin et al. | Preparation of high-strength Mg–3Al–Zn alloy with ultrafine-grained microstructure by powder metallurgy | |
| Dirras et al. | Microstructure and nanohardness distribution in a polycrystalline Zn deformed by high strain rate impact | |
| Gyansah et al. | Cold sprayed additive manufacturing of sic/al metal matrix composite: synthesis, microstructure, heat treatment and tensile properties | |
| Kolobov et al. | Fine-grained Co–Cr–Mo alloy by combined use of SHS and thermomechanical treatment | |
| Filippov et al. | Use of Impact Treatment for Structural Modification and Improvement of Mechanical Properties of CuAl7 Bronze Obtained by Electron Beam Additive Manufacturing (EBAM) | |
| Elsayed et al. | Effect of Consolidation and Extrusion Temperatures on Tensile Properties of Hot Extruded ZK61 Magnesium Alloy Gas Atomized Powders via Spark Plasma Sintering | |
| RU2501882C2 (ru) | Способ получения наноструктурированного технически чистого титана для биомедицины | |
| Shi | Research progress in effect of metal surface nanocrystallization on fatigue property | |
| RU131662U1 (ru) | Устройство для динамического легирования | |
| Canakci et al. | Sytentesis of Al-B4C composite coating on low carbon steel by mechanical alloying method | |
| Bhouri et al. | The effect of milling and hot compaction processes on the microstructural and physical properties of recycled 2017 aluminium alloy powders | |
| Khmeleva et al. | Structure and mechanical properties of A356-C alloys | |
| Majewski et al. | Copper-Graphene Composite Materials: Manufacturing Technology and Properties |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160227 |