CZ20013858A3 - Povrchově legovaná válcovitá, částečně válcovitá nebo dutá válcovitá konstrukční součást - Google Patents
Povrchově legovaná válcovitá, částečně válcovitá nebo dutá válcovitá konstrukční součást Download PDFInfo
- Publication number
- CZ20013858A3 CZ20013858A3 CZ20013858A CZ20013858A CZ20013858A3 CZ 20013858 A3 CZ20013858 A3 CZ 20013858A3 CZ 20013858 A CZ20013858 A CZ 20013858A CZ 20013858 A CZ20013858 A CZ 20013858A CZ 20013858 A3 CZ20013858 A3 CZ 20013858A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- component
- zone
- cylindrical
- hardness
- alloy
- Prior art date
Links
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 23
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 23
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 22
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims abstract description 10
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 claims abstract description 8
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 5
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 4
- 229910000789 Aluminium-silicon alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000029142 excretion Effects 0.000 claims description 3
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 claims description 3
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims 2
- 230000008030 elimination Effects 0.000 claims 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 claims 1
- 238000002386 leaching Methods 0.000 claims 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 abstract description 2
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 abstract 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 abstract 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 18
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 7
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 7
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 6
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 6
- 210000000416 exudates and transudate Anatomy 0.000 description 5
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 2
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 2
- 239000011265 semifinished product Substances 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000676 Si alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- KMWBBMXGHHLDKL-UHFFFAOYSA-N [AlH3].[Si] Chemical class [AlH3].[Si] KMWBBMXGHHLDKL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N alumanylidynesilicon Chemical compound [Al].[Si] CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 description 1
- 239000012254 powdered material Substances 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 239000011863 silicon-based powder Substances 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
- B23K26/0823—Devices involving rotation of the workpiece
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
- C23C24/08—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat
- C23C24/10—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat with intermediate formation of a liquid phase in the layer
- C23C24/103—Coating with metallic material, i.e. metals or metal alloys, optionally comprising hard particles, e.g. oxides, carbides or nitrides
- C23C24/106—Coating with metal alloys or metal elements only
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/20—Bonding
- B23K26/32—Bonding taking account of the properties of the material involved
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/34—Laser welding for purposes other than joining
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
- C23C24/08—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat
- C23C24/10—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat with intermediate formation of a liquid phase in the layer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C26/00—Coating not provided for in groups C23C2/00 - C23C24/00
- C23C26/02—Coating not provided for in groups C23C2/00 - C23C24/00 applying molten material to the substrate
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
- C23C4/14—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying for coating elongate material
- C23C4/16—Wires; Tubes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
- B23K2103/08—Non-ferrous metals or alloys
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
- B23K2103/08—Non-ferrous metals or alloys
- B23K2103/10—Aluminium or alloys thereof
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
- Y10T428/12493—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
- Y10T428/12535—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.] with additional, spatially distinct nonmetal component
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
- Y10T428/12493—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
- Y10T428/12674—Ge- or Si-base component
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
- Y10T428/12493—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
- Y10T428/12736—Al-base component
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
- Y10T428/12493—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
- Y10T428/12736—Al-base component
- Y10T428/12764—Next to Al-base component
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/13—Hollow or container type article [e.g., tube, vase, etc.]
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/24—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.]
- Y10T428/24942—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.] including components having same physical characteristic in differing degree
- Y10T428/2495—Thickness [relative or absolute]
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/24—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.]
- Y10T428/24942—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.] including components having same physical characteristic in differing degree
- Y10T428/24983—Hardness
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
- Materials For Medical Uses (AREA)
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
- Pens And Brushes (AREA)
- Sliding-Contact Bearings (AREA)
- Moulds For Moulding Plastics Or The Like (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
Description
Povrchově legovaná válcovitá, částečně válcovitá nebo dutá válcovitá konstrukční součást
Oblast techniky
Vynález se týká povrchově legované válcovité, částečně válcovité nebo duté válcovité součásti, sestávající ze slitiny hliníkové matrice a zóny výměšků ze slitiny na bázi hliníku š vyloučenými tvrdými fázemi dosahující až na povrch konstrukční součásti.
Dosavadní stav techniky
Způsob povlékání vnitřních ploch válců je znám z DE-OS 198 17 .091. Podle nároku 1 zveřejněné přihlášky se vyrábí vnitřní plochy válců bloků motoru z lehkých kovů odolné proti- opotřebení tak, že se používá sonda pro kontinuální přivádění křemíkového prášku, ve které se relativně vzhledem k bloku motoru nacházejícímu se v pevné poloze pohybuje energetický paprsek se spirálovitě po povrchu putující ozařovanou skvrnou. Při výkonu laserového záření asi 2 kW a průměru ozařované skvrny asi 0,5 až 2 mm se asi 10 g prášku za minutu nanáší na povrch a leguje. Tak je možno při hloubce proniknutí asi 1 mm do povrchu zalegovat podíl tvrdého materiálu 20 až 50 %.
Byly dále činěny pokusy o vyvinutí způsobu výroby bloku válců z lehkého kovu, při kterém je laserový paprsek o šířce proužku napříč směru posuvu alespoň 2 mm veden přes povrch matrice z lehkého kovu nacházející se v pevné poloze. Prášek se přitom nejprve v bodě dopadu laserového paprsku na povrch matrice z lehkého kovu zahřívá na teplotu tavení a potom difunduje do povrchu. V legovací zóně se tvoří primární křemík, přičemž střední tloušťka vrstvy v matricové slitině je s výhodou 150 až 650 nm. Výkon laserového světla je
s výhodou 3 až 4 kW, přičemž může být použit také čárový zaostřovací systém.
Výše uvedeným způsobem vyrobitelná struktura sestává z matrice slitiny lehkého kovu s povrchovou vrstvou, obsahující jemně disperzní výměšky primárního křemíku, která má zrna oblého tvaru se středním průměrem zrna 1 až 10 pm. Kromě čisté hliníkové fáze obsahuje povrchová vrstva ještě 10 až 14 % eutektika AlSi a 5 až 20 % primárního křemíku, přičemž minimální tvrdost je asi 160 HV.
Pro určité účely použití jsou požadovány konstrukční součásti necitlivé vůči tepelným šokům. Toho je možno dosáhnout dosud známými způsoby výroby jen prostřednictvím velmi náročných opatření při zpracování. Pro takovéto vysoce namáhatelné konstrukční součásti je charakteristický pomalý nárůst tvrdosti z matrice až do povrchové vrstvy, přičemž by měl být dosažen celkový nárůst tvrdosti přes 200 %, vztaženo na výchozí tvrdost matrice slitiny.
Podstata vynálezu a změnami vlastnosti
Úkolem vynálezu je vyvinutí tribologicky optimalizovaných, tepelně zpracovatelných válcových polotovarů s novými vlastnostmi struktury materiálu v blízkosti povrchu. Tyto nové struktury a změny materiálu v blízkosti povrchu mají umožnit zejména použití odlitých polotovarů v oblasti konstrukčních součástí namáhaných kmitáním, jako např. pracovních ploch ložiskových pánví pístových strojů, namáhaných ploch brzdových součástí, kluzných a třecích ploch všeho druhu.
Tento úkol je řešen podle vynálezu prostřednictvím znaků uvedených v patentových nárocích. Pomocí struktury z matrice, zóny výměšků a eutektické přechodové zóny přesycené primárními tvrdými fázemi, podle vynálezu, je • « možno vyrobit různé konstrukční součásti s namáhanými plochami jako např. kluzné plochy (ložisek zalomených třecí plochy (brzdových kotoučů) jakož i bloky hlavy válců včetně v nich uspořádaných kroužků se zvlášť příznivými vlastnostmi. Tyto hřídelů), motorů a sedel ventilů, vlastnosti se vyznačují pomalým nárůstem tvrdosti z matrice až k povrchové vrstvě, konstrukční součásti jimi použití, ve kterých jsou necitlivé vůči termošokům.
Tyto vlastnosti předurčují vybavené pro takové případy potřebné konstrukční součásti
V povlakové vrstvě mohou být použity různé typy slitin. Prášek se může nanášet na povrch polotovaru nanášet jednostupňově (jeden proud prášku) nebo vícestupňové (více proudů prášku) prostřednictvím příslušně tvarované štěrbinové trysky pro prášek. Šířka čárového ohniska je alespoň 4 mm, s výhodou 5 až 15 mm.
Pro jednostupňově nanášení prášku jsou jako polotovary vhodné slitiny AISi, AISiCu, AISiCuNi a Al-slitiny obsahující Mg, přičemž se v proudu prášku přidává křemík. Pro dvoustupňové přivádění prášku je možno na odlitek z hliníku-křemíku nanášet jako práškový materiál vedle křemíku také olovo.
Přehled obrázků na výkresech
Následovně bude vynález blíže objasněn za pomoci dvou příkladů provedení za použití křemíku jako práškového tvrdého materiálu. Na výkresech představuje:
Obr. 1: řez povrchově legovanou konstrukční součástí vytvořenou podle vynálezu se třemi zónami,
Obr. 2: průběh tvrdosti podél souřadnice Y na obr. 1.
Příklady provedení vynálezu
Obr. 1 představuje výřez kosntrukční součásti vyrobené podle vynálezu s hliníkovou matricí 1_, přechodovou zónou 2 a zónou 3 výměšků. V zóně 2 výměšků vede množství jemných částic tvrdého materiálu ke zvlášť tvrdému povrchu s HV > 250. Povrch 4. konstrukční součásti může tvořit například pracovní plochu pro písty, hřídele nebo součásti ložisek, a je uveden do funkčního stavu čistě mechanickým zpracováním.
V přechodové zóně 2_ se nachází homogenní, přesycená hliníko-křemíková slitinová struktura, která vykazuje jednotné šedé zbarvení. Až do ní zasahuje tepelný vliv energetického paprsku směrovaného na povrch a vytváří čelo natavení.
Přes matrici 1. se odvádí teplo přivedené do konstrukční součásti během povrchového legování. Tepelná bilance může být ovlivněna rychlostí posuvu, regulací energie a chlazením.
Na obr. 2 je znázorněn průběh tvrdosti konstrukční součásti vyrobené podle vynálezu v oblasti jejího povrchu. V daném případě začíná tvrdost hodnotou 100 HV v matrici a stupňovitě stoupá na maximální hodnotu 240 HV. S tímto průběhem tvrdosti je spojeno zlepšené chování při tepelných šocích.
Tvrdší fázová oblast z Si-legovaného primárního křemíku je odpružena elastičtější, měkkou matricovou slitinou.
Způsob výroby povrchově legovaných válcovitých nebo částečně válcovitých konstrukčních součástí spočívá v tom, že nejprve se na povrch polotovaru směruje energetický paprsek s čárovou ozářenou plochou (nazývanou také čárové ohnisko). Přitom se povrch polotovaru natavuje a do nataveného povrchu se přivádí prášek tvrdého materiálu nebo • ·
-5slitiny.
V zóně dopadu energetického paprsku se vytváří lokálně ohraničená lázeň taveniny s čelem ohřevu a natavení, zóna rozpouštění či zóna přetavení a zóna tuhnutí.
Prášek přiváděný na povrch polotovaru se natavuje v čele ohřátí a ponořuje se do lázně taveniny. Pokusy ukázaly, že při vlnové délce 780 až 940 nm se energetický paprsek optimálně absorbuje, takže se prášek rychle zahřívá a v kontaktu s kapalnou matricovou slitinou difunduje do lázně taveniny.
V zóně rozpouštění nastává konvekce, která urychluje proces homogenizace v zóně tavení. To je umožněno prostřednictvím energetického paprsku s měrným výkonem alespoň 105 W/cm2. Na leštěných snímcích je zřejmé, že prášek tvrdého materiálu nebo slitiny je v lázni taveniny rovnoměrně rozdělen jen tehdy, když čárové ohnisko působilo dostatečně dlouho na zónu rozpouštění. Přesné hodnoty je možno stanovit pokusem.
Rovnoměrně rozdělený materiál se pak v zóně tuhnutí podrobuje řízenému tuhnutí s rychlostí ochlazování v čele tuhnutí 200 až 600 K/s, přičemž rychlost posuvu je 500 až 5000 mm/min. Ve výhodné variantě se prášek dopravuje na povrch konstrukční součásti v proudu plynu, takže určité množství prášku může vnikat do zóny natavení účinkem kinetické energie.
Další pokusy ukázaly, že energetický paprsek se výhodně před zónou dopadu rozdělí, přičemž první dílčí paprsek je směrován do zóny ohřevu a natavení a druhý dílčí paprsek je směrován za čelo tuhnutí pro tepelné zpracování struktury. Tímto způsobem je možno cíleně řídit vytváření struktury.
Další řízení struktury je možné tím, že energetický ·
·· • I · * • * « • · · · • · · · · · paprsek je v čele tuhnutí směrován na povrch polotovaru přerušovaně s měrným výkonem < 1 kW/cm2. Přitom bylo zjištěno, že doba účinku energetického paprsku v lázni taveniny pro rozpuštění a homogenní rozdělení fází tvrdého materiálu nebo intermetalických fází je 0,02 až 1 sekunda.
Uvedené požadavky byly splněny prostřednictvím diodového laseru o výkonu > 3 kW, který má nastavitelnou šířku čárového ohniska. Tím je možno před začátkem a na konci povlékání zmenšit šířku čárového ohniska energetického paprsku napříč směru posuvu. Analogickým způsobem je ovladatelné také množství prášku, takže při plošném zpracování mohou být nastaveny jen malé přesahy přiváděného množství prášku resp. vyzařované energie.
Pokud je polotovar vytvořen jako dutý válec, měl by s výhodou rotovat kolem energetického paprsku směřujícího shora dolů, takže energetický paprsek, který je vzhledem ke směru rotace pevně umístěn, vykonává během rotace kontinuální posuv ve směru osy rotace pro vytvoření plošné legovací zóny.
Pomocí vynálezu jsou vyrobitelné povrchově legované válcovité, částečně válcovité nebo duté válcovité konstrukční součásti. Sestávají ze slitiny hliníkové matrice a zóny výměšků ze slitiny na bázi hliníku s vyloučenými tvrdými fázemi, dosahující až na povrch konstrukční součásti. Mezi matricí a zónou výměšků se nachází eutektická zóna, přesycená primárními tvrdými fázemi (zóna přesycení), přičemž tvrdost stupňovitě narůstá od matrice až k povrchu konstrukční součásti. Zvláště výhodných poměrů je možno dosáhnout, když je matricová slitina typu AISiCu podeutektická, a v přesycené, eutektické přechodové zóně se nachází slitina typu AISi s jemně vyloučenými fázemi primárního křemíku menšími než 1 μτη, zatímco ve výměskové
-Ί -
• · ··· ·· ···· zóně jsou přítomny fáze primárního křemíku 2 až 20 pm. Pak je možno dosáhnout nárůstu tvrdosti až k povrchu konstrukční součásti alespoň 200 %.
Poměr tlouštěk vrstev mezi zónou výměšků a přechodovou zónou je více než 2:1, měřeno od povrchu konstrukční součásti ve směru k hliníkové matrici. Přitom je možno dosáhnout nárůstu tvrdosti mezi matricí a povrchem konstrukční součásti 1:1,5:2 až 1:2:3.
Claims (6)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. Povrchově legovaná válcovitá, částečně válcovitá nebo dutá válcovitá součást, sestávající ze slitiny hliníkové matrice a zóny výměšků ze slitiny na bázi hliníku s vyloučenými tvrdými fázemi dosahující až na povrch konstrukční součásti, vyznačující se tím, že mezi matricí a zónou výměšků se nachází eutektická zóna, přesycená primárními tvrdými fázemi (v následujícím: přechodová zóna), přičemž tvrdost stupňovitě narůstá od matrice až k povrchu konstrukční součásti.
- 2. Konstrukční součást podle nároku 1, vyznačující se tím, že pro výrobu hliníkového bloku válců je matricová slitina typu AISiCu nebo AISiMg podeutektická, a v přesycené, eutektické přechodové zóně se nachází slitina typu AlSi s jemně vyloučenými fázemi primárního křemíku < 1 pm, zatímco ve výměskové zóně jsou přítomny fáze primárního křemíku 2 až 20 pm, přičemž nárůst tvrdosti až k povrchu konstrukční součásti je alespoň 200 %.
- 3. Konstrukční součást podle nároku 1, vyznačující se tím, že pro výrobu brzdových součástí, které mají kluzné a třecí plochy, kromě čisté hliníkové fáze je v povrchové vrstvě přítomno ještě 10 až 14 % eutektika AlSi a 5 až 20 % primárního křemíku.
- 4. Konstrukční součást podle nároku 1, vyznačující se tím, že pro výrobu konstrukčních součástí zatížených kmitáním jsou v povrchu zabudovány tvrdé materiály z primárního křemíku, které vykazují tvrdost 160 až 240 HV.-9• · »· ···«
- 5. Konstrukční součást podle některého z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že poměr tloušťky vrstvy, měřeno od povrchu konstrukční součásti ve směru hliníkové matrice, mezi výměskovou zónou a přechodovou zónou, je větší než 2:1.
- 6. Konstrukční součást podle některého z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že nárůst tvrdosti mezi matricí a povrchem konstrukční součásti je stupňovitý, přičemž nárůst tvrdosti v matrici, v přechodové zóně a výměskové zóně je 1:1,5:2 až 1:2:3 a konečná tvrdost na povrchu konstrukční součásti je asi 200 HV.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE10009250 | 2000-02-28 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ20013858A3 true CZ20013858A3 (cs) | 2002-04-17 |
| CZ303078B6 CZ303078B6 (cs) | 2012-03-21 |
Family
ID=7632635
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ20013858A CZ303078B6 (cs) | 2000-02-28 | 2001-02-21 | Povrchove legovaná válcovitá, cástecne válcovitá nebo dutá válcovitá konstrukcní soucást |
Country Status (15)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6713191B2 (cs) |
| EP (1) | EP1173689B1 (cs) |
| JP (1) | JP2003525355A (cs) |
| KR (1) | KR100815282B1 (cs) |
| AT (1) | ATE245258T1 (cs) |
| AU (1) | AU780097B2 (cs) |
| BR (1) | BR0104704A (cs) |
| CA (1) | CA2368560A1 (cs) |
| CZ (1) | CZ303078B6 (cs) |
| DE (1) | DE50100379D1 (cs) |
| ES (1) | ES2202283T3 (cs) |
| HU (1) | HU224368B1 (cs) |
| MX (1) | MXPA01010920A (cs) |
| PL (1) | PL198941B1 (cs) |
| WO (1) | WO2001065135A1 (cs) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ATE299776T1 (de) * | 2000-02-28 | 2005-08-15 | Hydro Aluminium Deutschland | Verfahren zur herstellung eines oberflächenlegierten zylindrischen, teilzylindrischen oder hohlzylindrischen bauteils |
| US20070020451A1 (en) * | 2005-07-20 | 2007-01-25 | 3M Innovative Properties Company | Moisture barrier coatings |
| US20070116889A1 (en) * | 2005-11-18 | 2007-05-24 | Federal Mogul World Wide, Inc. | Laser treatment of metal |
| US20070254111A1 (en) * | 2006-04-26 | 2007-11-01 | Lineton Warran B | Method for forming a tribologically enhanced surface using laser treating |
| JP6245906B2 (ja) * | 2013-09-13 | 2017-12-13 | 公益財団法人鉄道総合技術研究所 | ブレーキディスク及びその製造方法 |
Family Cites Families (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4068645A (en) * | 1973-04-16 | 1978-01-17 | Comalco Aluminium (Bell Bay) Limited | Aluminum-silicon alloys, cylinder blocks and bores, and method of making same |
| JPS5320243B2 (cs) * | 1974-04-20 | 1978-06-26 | ||
| JPS59219468A (ja) * | 1983-05-25 | 1984-12-10 | Teikoku Piston Ring Co Ltd | アルミニウム製摺動部材及びその製造方法 |
| JPS59219427A (ja) * | 1983-05-27 | 1984-12-10 | Toyoda Autom Loom Works Ltd | 摺動材料 |
| AU6109586A (en) * | 1985-08-13 | 1987-02-19 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Alloy layer on al-alloy substrate using co2 laser |
| DE3922378A1 (de) | 1989-07-07 | 1991-01-17 | Audi Ag | Verfahren zum herstellung verschleissfester oberflaechen an bauteilen aus einer aluminium-silicium-legierung |
| JPH05293671A (ja) * | 1992-04-07 | 1993-11-09 | Nissan Motor Co Ltd | チタンまたはチタン合金の表面硬化方法 |
| DE4244502C1 (de) * | 1992-12-30 | 1994-03-17 | Bruehl Aluminiumtechnik | Zylinderkurbelgehäuse und Verfahren zu seiner Herstellung |
| CH686187A5 (de) * | 1993-03-30 | 1996-01-31 | Alusuisse Lonza Services Ag | Metallsubstrate mit laserinduzierter MMC-Beschichtung. |
| FR2717874B1 (fr) * | 1994-03-25 | 1996-04-26 | Gec Alsthom Transport Sa | Disque multimatériaux pour freinage à haute énergie. |
| DE69529502T2 (de) * | 1994-04-14 | 2003-12-11 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Gleitstück aus gesinterter aluminiumlegierung |
| US6096143A (en) * | 1994-10-28 | 2000-08-01 | Daimlerchrysler Ag | Cylinder liner of a hypereutectic aluminum/silicon alloy for use in a crankcase of a reciprocating piston engine and process for producing such a cylinder liner |
| DE19643029A1 (de) | 1996-10-18 | 1998-04-23 | Bayerische Motoren Werke Ag | Verfahren zum Beschichten eines aus einer Aluminium-Legierung bestehenden Bauteils einer Brennkraftmaschine mit Silicium |
| JP3173452B2 (ja) * | 1997-02-28 | 2001-06-04 | 株式会社豊田中央研究所 | 耐摩耗性被覆部材及びその製造方法 |
| DE19817091C2 (de) | 1998-04-17 | 2001-04-05 | Nu Tech Gmbh | Verfahren zum Einlegieren von pulverförmigen Zusatzstoffen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens |
| DE19826138B4 (de) * | 1998-04-17 | 2007-06-28 | NU TECH Gesellschaft für Lasertechnik Materialprüfung und Meßtechnik mbH | Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks mit einer verschleißbeständigen Oberfläche |
| EP0987464B1 (de) | 1998-09-15 | 2002-10-30 | DaimlerChrysler AG | Bremseinheit aus Bremsscheibe und Bremsbelag |
| DE19915038A1 (de) * | 1999-04-01 | 2000-10-26 | Vaw Ver Aluminium Werke Ag | Leichtmetallzylinderblock, Verfahren zu seiner Herstellung und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens |
-
2001
- 2001-02-21 ES ES01917013T patent/ES2202283T3/es not_active Expired - Lifetime
- 2001-02-21 US US10/019,974 patent/US6713191B2/en not_active Expired - Lifetime
- 2001-02-21 JP JP2001563802A patent/JP2003525355A/ja active Pending
- 2001-02-21 BR BRPI0104704-3A patent/BR0104704A/pt not_active Application Discontinuation
- 2001-02-21 EP EP01917013A patent/EP1173689B1/de not_active Expired - Lifetime
- 2001-02-21 AU AU44156/01A patent/AU780097B2/en not_active Ceased
- 2001-02-21 WO PCT/EP2001/001936 patent/WO2001065135A1/de active IP Right Grant
- 2001-02-21 CZ CZ20013858A patent/CZ303078B6/cs not_active IP Right Cessation
- 2001-02-21 DE DE50100379T patent/DE50100379D1/de not_active Expired - Lifetime
- 2001-02-21 CA CA002368560A patent/CA2368560A1/en not_active Abandoned
- 2001-02-21 AT AT01917013T patent/ATE245258T1/de not_active IP Right Cessation
- 2001-02-21 HU HU0200954A patent/HU224368B1/hu not_active IP Right Cessation
- 2001-02-21 PL PL350553A patent/PL198941B1/pl unknown
- 2001-02-21 KR KR1020017013806A patent/KR100815282B1/ko not_active IP Right Cessation
- 2001-02-21 MX MXPA01010920A patent/MXPA01010920A/es active IP Right Grant
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| AU780097B2 (en) | 2005-03-03 |
| CZ303078B6 (cs) | 2012-03-21 |
| CA2368560A1 (en) | 2001-09-07 |
| JP2003525355A (ja) | 2003-08-26 |
| ES2202283T3 (es) | 2004-04-01 |
| US20020164497A1 (en) | 2002-11-07 |
| US6713191B2 (en) | 2004-03-30 |
| EP1173689A1 (de) | 2002-01-23 |
| ATE245258T1 (de) | 2003-08-15 |
| MXPA01010920A (es) | 2003-10-14 |
| EP1173689B1 (de) | 2003-07-16 |
| AU4415601A (en) | 2001-09-12 |
| PL198941B1 (pl) | 2008-08-29 |
| WO2001065135A1 (de) | 2001-09-07 |
| HUP0200954A2 (en) | 2002-07-29 |
| PL350553A1 (en) | 2002-12-16 |
| HU224368B1 (hu) | 2005-08-29 |
| DE50100379D1 (de) | 2003-08-21 |
| BR0104704A (pt) | 2007-05-29 |
| KR100815282B1 (ko) | 2008-03-19 |
| KR20020033611A (ko) | 2002-05-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6797916B2 (en) | Light metal cylinder block, method of producing same and device for carrying out the method | |
| CN105268970B (zh) | 混合增材制造方法 | |
| Miranda et al. | Surface modification by friction based processes | |
| JP2002537121A (ja) | 耐摩耗性および減摩性のシリンダ摺動面を製作する方法と装置 | |
| Prasad et al. | Effect of multi-pass friction stir processing on microstructural, mechanical and tribological behaviour of as-cast Al–Zn–Mg–Cu alloy | |
| Bhuvanesh et al. | Experimental investigation on tribological characteristics of silicon nitride reinforced aluminium metal matrix composites | |
| CZ20013858A3 (cs) | Povrchově legovaná válcovitá, částečně válcovitá nebo dutá válcovitá konstrukční součást | |
| Zhao et al. | Microstructure evolution and mechanical properties of Al 2 O 3sf/AZ91D magnesium matrix composites fabricated by squeeze casting | |
| Mohanasundaram et al. | A review on developing surface composites using friction surfacing | |
| EP2140042B1 (de) | Erzeugung eines partiellen faserverbundgefüges in einem bauteil über eine laserumschmelzbehandlung | |
| Sekar et al. | Microstructural evaluation of similar and dissimilar welding of aluminum metal matrix hybrid composite by friction stir welding | |
| US7235144B2 (en) | Method for the formation of a high-strength and wear-resistant composite layer | |
| Norhafzan et al. | Laser cladding process to enhanced surface properties of hot press forming die: A review | |
| Suganeswaran et al. | Characterization of AA7075 surface composites with ex situ Al2O3/SiC reinforcements tailored using friction stir processing | |
| Nayak et al. | Surface engineering of aluminum alloys for automotive engine applications | |
| Mane et al. | Friction stir surface processing of Al 6061 alloy: role of surface alloying with copper and heat-treatment | |
| Minhas et al. | Enhancing the properties of friction stir welded joints of L-PBF printed AlSi10Mg alloy via multi-variable optimization | |
| Jayalakshmi et al. | MICROSTRUCTURE DEPENDENCE OF AL6061 SURFACE COMPOSITE ON TOOL ROTATION SPEED DURING FRICTION STIR PROCESSING | |
| KR20100004116A (ko) | Ｉ형 오일링용 선재 및 그 제조 방법 | |
| Luo et al. | Performance-control orientated hybrid metal additive manufacturing technologies: State of the art, challenges, and future trends | |
| JP7042576B2 (ja) | 溶接物の製造方法 | |
| JP2005146378A (ja) | Ｃ含有材料の表面改質方法 | |
| Wilden et al. | Formation of intermetallic phases by laser alloying of thermally sprayed Ti and Al coatings for enhanced wear resistance of lightweight materials | |
| Enomoto et al. | Surface Treatment of Aluminum Alloy with Laser Irradition to Increase Wear Resistance | |
| Surekha et al. | Surface engineering by friction stir processing and friction surfacing |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20150221 |