RU2700441C1 - Method of producing copper-nickel coating on surfaces of titanium plate - Google Patents
Method of producing copper-nickel coating on surfaces of titanium plate Download PDFInfo
- Publication number
- RU2700441C1 RU2700441C1 RU2018143622A RU2018143622A RU2700441C1 RU 2700441 C1 RU2700441 C1 RU 2700441C1 RU 2018143622 A RU2018143622 A RU 2018143622A RU 2018143622 A RU2018143622 A RU 2018143622A RU 2700441 C1 RU2700441 C1 RU 2700441C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- copper
- layer
- nickel alloy
- titanium
- layers
- Prior art date
Links
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
- B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
- B23K20/06—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating by means of high energy impulses, e.g. magnetic energy
- B23K20/08—Explosive welding
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии получения износостойких и металлических покрытий на титане с помощью энергии взрывчатых веществ (ВВ), а также лазерного излучения и может быть использовано при изготовлении материалов для пар трения, тормозных устройств и т.п.The invention relates to a technology for the production of wear-resistant and metal coatings on titanium using the energy of explosives (BB), as well as laser radiation and can be used in the manufacture of materials for friction pairs, brake devices, etc.
Известен способ получения износостойких покрытий, при котором осуществляют сварку взрывом пластины из титана со стальной пластиной на режимах, обеспечивающих амплитуду волн в зоне соединения металлов, равную 0,18-0,37 мм. Сваренную заготовку нагревают до температуры 900-950°С и выдерживают при этой температуре в вакуумной печи 10-14 часов до образования в волнообразной зоне соединения титана и стали высокотвердой интерметаллидной диффузионной прослойки толщиной 160-300 мкм. После охлаждения заготовки вместе с печью ее дополнительно нагревают до температуры 930-950°С, выдерживают при этой температуре, после чего ее охлаждают в воде для отделения титана от стали по диффузионной прослойке с формированием при этом на титане и стали высокотвердых износостойких покрытий с регулярной волнообразной поверхностью. Указанный способ обеспечивает одновременное получение на титановой и стальной пластинах износостойких интерметаллидных покрытий с регулярной волнообразной поверхностью с заданной амплитудой шероховатостей поверхности. (Патент РФ №2350442, МПК В23К 20/08, опубл. 27.10.2008, бюл. №30).A known method of producing wear-resistant coatings, in which the explosion is carried out by welding a plate of titanium with a steel plate in modes that ensure the amplitude of the waves in the zone of metal joining, equal to 0.18-0.37 mm The welded billet is heated to a temperature of 900-950 ° C and kept at this temperature in a vacuum oven for 10-14 hours until titanium and steel form a highly hard intermetallic diffusion interlayer with a thickness of 160-300 microns in the wave-like zone. After cooling the billet, together with the furnace, it is additionally heated to a temperature of 930–950 ° C, maintained at this temperature, after which it is cooled in water to separate titanium from steel through a diffusion layer with the formation of high-hardness wear-resistant coatings on titanium and steel with regular wave-like surface. The specified method provides the simultaneous obtaining on titanium and steel plates of wear-resistant intermetallic coatings with a regular undulating surface with a given amplitude of surface roughness. (RF patent No. 2350442, IPC V23K 20/08, publ. 10/27/2008, bull. No. 30).
Данный способ имеет невысокий технический уровень, что обусловлено наличием в его технологической схеме длительного высокотемпературного нагрева (10-14 часов), до температуры, достигающей 950°С, что приводит к значительному удорожанию получаемой продукции и к снижению пластических свойств металлических слоев из-за процессов рекристаллизации. Кроме того, из-за отсутствия с противоположной стороны титановой пластины специального металлического покрытия, облегчающего ее соединение с другими металлическими изделиями посредством пайки получение таких соединений крайне затруднено из-за наличия на поверхности титана слоя, насыщенного атмосферными газами. Перед пайкой этот слой необходимо удалять пескоструйной обработкой, травлением или иным трудоемким способом.This method has a low technical level, which is due to the presence in its technological scheme of prolonged high-temperature heating (10-14 hours), to a temperature reaching 950 ° C, which leads to a significant increase in the cost of the resulting product and to a decrease in the plastic properties of metal layers due to processes recrystallization. In addition, due to the absence on the opposite side of the titanium plate of a special metal coating that facilitates its connection with other metal products by soldering, obtaining such compounds is extremely difficult due to the presence on the titanium surface of a layer saturated with atmospheric gases. Before soldering, this layer must be removed by sandblasting, pickling or other laborious method.
Известен способ получения износостойкого покрытия на поверхности титановой пластины, при котором составляют пакет из слоев алюминия и титана, размещают на нем заряд взрывчатого вещества (ВВ), осуществляют сварку взрывом. Соотношение толщин слоев алюминия и титана в пакете выбирают 1:(2-8) при толщине слоя алюминия 1-1,5 мм, сварку осуществляют при скорости детонации заряда ВВ 1760-2700 м/с, при этом высоту заряда ВВ и сварочный зазор между пластинами пакета выбирают из условия получения скорости их соударения при сварке взрывом в пределах 550-650 м/с, после сварки пакет подвергают отжигу путем нагрева до температуры, превышающей температуру плавления алюминия на 90-100°С в течение 1,5-3 ч с формированием между слоями алюминия и титана сплошной интерметаллидной прослойки, затем производят обжатие пакета стальными пуансонами до полного удаления с поверхности интерметаллидной прослойки остатков алюминиевого слоя, после этого полученную заготовку нагревают до температуры 730-740°С, выдерживают в течение 0,2-0,3 ч, а затем ускоренно охлаждают между металлическими пластинами с высокой теплопроводностью с получением на поверхности титановой пластины высокотвердого износостойкого интерметаллидного покрытия. (Патент РФ №2273036, МПК В23К 20/08, С23С 26/00, опубл. 20.11.2009, бюл. №32).A known method of obtaining a wear-resistant coating on the surface of a titanium plate, in which a package of layers of aluminum and titanium is made, an explosive charge (BB) is placed on it, and explosion welding is performed. The ratio of the thicknesses of the layers of aluminum and titanium in the package is chosen 1: (2-8) with an aluminum layer thickness of 1-1.5 mm, welding is carried out at a detonation velocity of explosive charge of 1760-2700 m / s, while the explosive charge height and welding gap between the plates of the package are selected from the condition of obtaining the speed of their collision during explosion welding in the range of 550-650 m / s, after welding, the package is annealed by heating to a temperature exceeding the melting temperature of aluminum by 90-100 ° C for 1.5-3 h the formation between the layers of aluminum and titanium a continuous intermetallic layer, s thereby compressing the bag with steel punches until the aluminum residue is completely removed from the surface of the intermetallic layer, then the resulting billet is heated to a temperature of 730-740 ° C, kept for 0.2-0.3 hours, and then rapidly cooled between metal plates with high thermal conductivity with obtaining on the surface of the titanium plate a highly hard wear-resistant intermetallic coating. (RF patent No. 2273036, IPC В23К 20/08, С23С 26/00, published on November 20, 2009, bull. No. 32).
Данный способ имеет невысокий технический уровень, что обусловлено наличием в его технологической схеме операции длительного отжига сваренного пакета в течение 1,5-3 ч при температуре, превышающей температуру плавления алюминия, а также операции обжатия пакета стальными пуансонами до полного удаления с поверхности интерметаллидной прослойки остатков алюминиевого слоя, что требует применения специального прессового оборудования и дорогостоящей оснастки, при этом длина и ширина получаемых изделий с покрытиями обычно не превышает 120-150 мм, что исключает возможность применения данного способа для получения износостойких покрытий на титановых пластинах больших размеров и удорожает получаемую продукцию. Кроме того, твердость покрытия, полученного данным способом чрезмерно высока (7-7,5 ГПа), из-за чего оно обладает повышенной склонностью к хрупкому разрушению при эксплуатации в условиях динамических нагрузок. Как и в предыдущем способе из-за отсутствия с противоположной стороны титановой пластины специального металлического покрытия соединение таких пластин посредством пайки с другими металлами, например, со стальными изделиями крайне затруднено. Все это ограничивает применение данного способа для получения материалов для пар трения, тормозных устройств и т.п.This method has a low technical level, which is due to the presence in its technological scheme of the operation of prolonged annealing of the welded bag for 1.5-3 hours at a temperature higher than the melting temperature of aluminum, as well as the operation of compressing the bag with steel punches until the residue is completely removed from the surface of the intermetallic layer aluminum layer, which requires the use of special press equipment and expensive equipment, while the length and width of the resulting products with coatings usually does not exceed 120-150 m m, which excludes the possibility of using this method to obtain wear-resistant coatings on titanium plates of large sizes and increases the cost of the resulting product. In addition, the hardness of the coating obtained by this method is excessively high (7-7.5 GPa), because of which it has an increased tendency to brittle fracture during operation under dynamic loads. As in the previous method, due to the absence on the opposite side of the titanium plate of a special metal coating, the connection of such plates by soldering with other metals, for example, with steel products, is extremely difficult. All this limits the application of this method to obtain materials for friction pairs, brake devices, etc.
Известен способ восстановления изделий из титановых сплавов с помощью лазерной наплавки, при котором осуществляют подачу порошкового присадочного материала на основе титана и дальнейшее его оплавление лазерным лучом, подачу порошкового присадочного материала осуществляют непосредственно в зону воздействия коаксиально лазерному лучу, при этом устанавливают мощность лазерного излучения 4800-5000 Вт, скорость наплавки 800-1000 мм/мин и расход присадочного материала 45-51 г/мин. (Патент РФ №2509640, МПК В23К 26/34, В23Р 6/04, опубл. 20.03.2014, бюл. №8).A known method of restoring products from titanium alloys using laser welding, in which the filing of a powder filler material based on titanium and its further fusion with a laser beam, the supply of powder filler material is carried out directly in the area of exposure to the coaxial laser beam, while setting the laser radiation power 4800- 5000 W, surfacing speed 800-1000 mm / min and filler material consumption 45-51 g / min. (RF patent No. 2509640, IPC В23К 26/34, В23Р 6/04, published on March 20, 2014, bull. No. 8).
Недостатком данного способа является невысокая твердость, а, следовательно, и низкая износостойкость наплавленного этим способом металла. Кроме того, наплавленный таким способом металл содержит значительное количество пор, поэтому герметичность у него невысокая, а это ограничивает применение этого способа для нанесения металлических слоев (покрытий) на изделия ответственного назначения.The disadvantage of this method is the low hardness, and, consequently, low wear resistance of the metal deposited in this way. In addition, the metal deposited in this way contains a significant number of pores; therefore, its tightness is low, and this limits the application of this method for applying metal layers (coatings) to critical products.
Наиболее близким по техническому уровню и достигаемому результату является способ получения композиционного материала медь-титан, при котором составляют трехслойный пакет из чередующихся слоев меди и титана с симметричным расположением титановой пластины относительно медных, располагают на поверхностях медных пластин защитные металлические прослойки с зарядами взрывчатого вещества и осуществляют сварку взрывом полученной сборки путем одновременного взрыва зарядов взрывчатого вещества. После горячей прокатки сваренного трехслойного пакета производят разделку прокатанного пакета на мерные трехслойные заготовки, из которых составляют многослойный пакет под сварку взрывом из расположенных параллельно друг другу 3-8 трехслойных заготовок и медной пластины, располагают на поверхности верхней трехслойной заготовки защитную металлическую прослойку с зарядом взрывчатого вещества и осуществляют сварку взрывом многослойного пакета. Отжиг сваренной многослойной заготовки для образования сплошных интерметаллидных слоев из меди и титана проводят при температуре 850-860°С в течение 20-30 ч с последующим охлаждением на воздухе. В результате на медной пластине получают толстое многослойное износостойкое покрытие, содержащее от 4 до 9 сплошных интерметаллидных слоев из титана и меди, а также от 3 до 8 слоев из титана. Такое покрытие обладает большой величиной допускаемого износа и малой скоростью изнашивания в контакте с потоками газов, содержащих абразивные вещества, а также высокой стойкостью к хрупкому разрушению при изгибающих нагрузках. (Патент РФ №2533508, МПК В23К 20/08, В32В 7/04, опубл. 20.11.2014, бюл. №30 - прототип). Благодаря наличию медной пластины в составе указанного материала, его можно без затруднений соединять посредством пайки с другими металлами, например, со сталями.The closest in technical level and the achieved result is a method of producing a copper-titanium composite material, in which a three-layer package of alternating layers of copper and titanium with a symmetrical arrangement of the titanium plate relative to the copper is composed, protective metal layers with explosive charges are placed on the surfaces of the copper plates and they are carried out explosion welding of the assembly obtained by simultaneously exploding explosive charges. After hot rolling the welded three-layer package, the rolled package is cut into three-layer measured workpieces, of which a multilayer package for explosion welding is made up of 3-8 three-layer workpieces and a copper plate located parallel to each other, a protective metal layer with an explosive charge is placed on the surface of the upper three-layer workpiece and carry out explosion welding of the multilayer package. Annealing of the welded multilayer billet to form continuous intermetallic layers of copper and titanium is carried out at a temperature of 850-860 ° C for 20-30 hours, followed by cooling in air. As a result, a thick multilayer wear-resistant coating is obtained on a copper plate containing 4 to 9 continuous intermetallic layers of titanium and copper, as well as 3 to 8 layers of titanium. Such a coating has a large amount of allowable wear and a low wear rate in contact with gas streams containing abrasive substances, as well as high resistance to brittle fracture under bending loads. (RF patent No. 2533508, IPC В23К 20/08, ВВВ 7/04, published on November 20, 2014, bull. No. 30 - prototype). Due to the presence of a copper plate in the composition of the specified material, it can be connected without difficulty by soldering with other metals, for example, with steel.
Недостатком данного способа является недостаточно высокая твердость интерметаллидных слоев из меди и титана, не превышающая 4-4,2 ГПа по Виккерсу, что приводит к ускоренному износу таких слоев в изделиях ответственного назначения. Кроме того, наличие в его технологической схеме весьма длительного высокотемпературного нагрева сваренной заготовки (20-30 ч) при температуре 850-860°С приводит к значительному удорожанию получаемой продукции и к снижению механических свойств всех металлических слоев из-за процессов рекристаллизации.The disadvantage of this method is the insufficiently high hardness of the intermetallic layers of copper and titanium, not exceeding 4-4.2 GPa according to Vickers, which leads to accelerated wear of such layers in critical products. In addition, the presence in his technological scheme of a very long high-temperature heating of the welded billet (20-30 h) at a temperature of 850-860 ° C leads to a significant increase in the cost of the resulting product and to a decrease in the mechanical properties of all metal layers due to recrystallization processes.
В связи с этим важнейшей задачей является создание нового способа получения износостойкого и медно-никелевого покрытий на поверхностях титановой пластины по новой, в сравнении с прототипом, технологической схеме формирования состава и свойств покрытий за счет сварки взрывом на оптимальных режимах трехслойного пакета из медно-никелевого сплава и титана с заданным соотношением толщин плакирующих и плакируемой пластин, операции горячей прокатки сваренного взрывом трехслойного пакета, способствующей увеличению его длины и ширины, а также получению необходимой оптимальной толщины каждого слоя из медно-никелевого сплава равной 0,1-0,3 мм, с термическим воздействием на прокатанную заготовку лазерным лучом с оплавлением металлических слоев с одной стороны прокатанной заготовки на заданную глубину, с формированием при этом с одной стороны титановой пластины износостойкого покрытия с повышенной твердостью, а, следовательно, и износостойкостью, с пониженной склонностью к хрупкому разрушению при эксплуатации в условиях динамических нагрузок, а с другой стороны титановой пластины - покрытия из медно-никелевого сплава, защищающего ее поверхность от возникновения в ней микротрещин при эксплуатации в условиях повышенных температур, позволяющего соединять полученные изделия пайкой с другими металлами, например, с углеродистыми сталями, без снижения механических свойств титанового слоя при термическом воздействии на прокатанную заготовку лазерным лучом.In this regard, the most important task is to create a new method of obtaining wear-resistant and copper-nickel coatings on the surfaces of a titanium plate according to a new, in comparison with the prototype, technological scheme for forming the composition and properties of coatings due to explosion welding at optimal conditions of a three-layer package made of copper-nickel alloy and titanium with a given ratio of thicknesses of clad and clad plates, the operation of hot rolling explosion-welded three-layer package, contributing to an increase in its length and width, and f obtaining the required optimal thickness of each layer of copper-nickel alloy equal to 0.1-0.3 mm, with thermal impact on the rolled billet with a laser beam with the fusion of metal layers on one side of the rolled billet to a given depth, with the formation of one side a titanium plate of a wear-resistant coating with increased hardness and, consequently, wear resistance, with a reduced tendency to brittle fracture during operation under dynamic loads, and on the other hand, a titanium plaz tins - coatings made of a copper-nickel alloy that protects its surface from the occurrence of microcracks during operation at elevated temperatures, allowing the products to be joined by soldering with other metals, for example, carbon steels, without compromising the mechanical properties of the titanium layer when exposed to heat by rolling blank with a laser beam.
Техническим результатом заявленного способа является создание новой технологии, обеспечивающей с помощью сварки взрывом трехслойного пакета из двух медно-никелевых пластин и титановой пластины на оптимальных режимах, горячей прокатки сваренного пакета с последующим термическим воздействием на прокатанную заготовку лазерным лучом заданной интенсивности с оплавлением металлических слоев с одной стороны прокатанной заготовки на заданную глубину, с формированием при этом с одной стороны титановой пластины покрытия с повышенной твердостью, а, следовательно, и износостойкостью, с пониженной склонностью к хрупкому разрушению при эксплуатации в условиях динамических нагрузок, а с другой стороны титановой пластины - покрытия из медно-никелевого сплава, защищающего ее поверхность от возникновения в ней микротрещин при эксплуатации в условиях повышенных температур, позволяющего соединять полученные изделия пайкой с другими металлами, например, с углеродистыми сталями, без снижения механических свойств титанового слоя при термическом воздействии на прокатанную заготовку лазерным лучом.The technical result of the claimed method is the creation of a new technology that ensures, by explosion welding, a three-layer package of two copper-nickel plates and a titanium plate at optimal conditions, hot rolling of the welded package with subsequent thermal treatment of the rolled billet with a laser beam of a given intensity with melting of metal layers with one side of the rolled billet to a predetermined depth, with the formation of a high hardness coating on one side of the titanium plate resistance, and, consequently, wear resistance, with a reduced tendency to brittle fracture during operation under dynamic loads, and on the other hand a titanium plate - a coating of copper-nickel alloy, which protects its surface from microcracks during operation under conditions of elevated temperatures , allowing you to connect the obtained products by soldering with other metals, for example, carbon steels, without reducing the mechanical properties of the titanium layer during thermal treatment of the rolled billet from a laser beam.
Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе получения износостойкого и медно-никелевого покрытий на поверхностях титановой пластины, включающий составление трехслойного пакета из металлических пластин с использованием плакируемой пластины из титана, располагаемой симметрично относительно плакирующих слоев, размещение на поверхностях плакирующих пластин защитных прослоек с зарядами взрывчатого вещества, осуществление сварки взрывом полученной сборки путем одновременного взрыва зарядов взрывчатого вещества (ВВ), горячую прокатку сваренного трехслойного пакета, составляют трехслойный пакет из чередующихся слоев из медно-никелевого сплава (плакирующие слои) и титана, в котором соотношение толщин слоев медно-никелевый сплав - титан - медно-никелевый сплав составляет 1:(10-20):1 при толщине каждого слоя из медно-никелевого сплава равной 0,8-1,2 мм, располагают на поверхностях плакирующих пластин защитные прослойки из высокоэластичного материала, например, из резины, с зарядами ВВ имеющими скорость детонации 2000-2580 м/с, при этом высоту зарядов ВВ, а также сварочные зазоры между пластинами в пакете выбирают из условия получения скорости соударения каждой плакирующей пластины с плакируемой в пределах 520-600 м/с, после сварки взрывом производят горячую прокатку сваренного трехслойного пакета при температуре 600-650°С с обжатием, обеспечивающим толщину каждого слоя из медно-никелевого сплава равную 0,1-0,3 мм, термическое воздействие на прокатанную заготовку осуществляют сканирующим лазерным лучом со стороны одного из слоев из медно-никелевого сплава с мощностью излучения 1,3-1,4 кВт, с оплавлением металлических слоев, при этом скорость его перемещения относительно обрабатываемой поверхности, а также его диаметр выбирают из условия получения проплавления титанового слоя на глубину, равную 1-1,2 толщины слоя из медно-никелевого сплава. При реализации предлагаемого способа в качестве медно-никелевого сплава для изготовления плакирующих пластин используют сплав МН19.The specified technical result is achieved by the fact that in the proposed method for the production of wear-resistant and copper-nickel coatings on the surfaces of a titanium plate, comprising a three-layer package of metal plates using a clad plate of titanium arranged symmetrically relative to the cladding layers, the placement of protective layers with explosive charges, the implementation of explosion welding of the resulting assembly by simultaneously exploding explosive charges about the substance (BB), hot rolling of the welded three-layer package, comprise a three-layer package of alternating layers of copper-nickel alloy (cladding layers) and titanium, in which the ratio of the thicknesses of the layers of copper-nickel alloy - titanium - copper-nickel alloy is 1 :( 10-20): 1 with a thickness of each layer of copper-nickel alloy equal to 0.8-1.2 mm, protective layers of highly elastic material, for example, rubber, with explosive charges having a detonation velocity of 2000-2580 are placed on the surfaces of the cladding plates m / s, while the height of the charges In C, as well as the welding gaps between the plates in the bag, are selected from the condition for obtaining the collision speed of each clad plate with the clad plate within 520-600 m / s, after explosion welding, the welded three-layer bag is hot rolled at a temperature of 600-650 ° C with compression, providing the thickness of each layer of copper-nickel alloy is 0.1-0.3 mm, the thermal effect on the rolled billet is carried out by a scanning laser beam from the side of one of the layers of copper-nickel alloy with a radiation power of 1.3-1.4 kW, s oppl advent of metal layers, wherein the speed of its movement relative to the surface being treated, and its diameter is selected from the conditions for obtaining the fusion of the titanium layer at a depth equal to the thickness of 1-1.2 bed of a copper-nickel alloy. When implementing the proposed method as a copper-nickel alloy for the manufacture of clad plates using alloy MH19.
Новый способ получения износостойкого и медно-никелевого покрытий на поверхностях титановой пластины имеет существенные отличия по сравнению с прототипом как по используемым материалам, составу получаемых покрытий, а также по совокупности технологических приемов и режимов получения покрытий. Так предложено составлять трехслойный пакет из чередующихся слоев из медно-никелевого сплава (плакирующие слои) и титана, в котором соотношение толщин слоев медно-никелевый сплав - титан - медно-никелевый сплав составляет 1:(10-20):1 при толщине каждого слоя из медно-никелевого сплава равной 0,8-1,2 мм, что создает необходимые условия для получения качественных сварных соединений разнородных металлических слоев, исключает появление расслоений и других дефектов в сваренных взрывом заготовках при их горячей прокатке, способствует получению при последующем термическом воздействии на прокатанную заготовку лазерным лучом со стороны одного из слоев из медно-никелевого сплава высокотвердого износостойкого покрытия на поверхности титановой пластины, состоящего из титана и компонентов медно-никелевого сплава.A new method for producing wear-resistant and copper-nickel coatings on the surfaces of a titanium plate has significant differences compared with the prototype both in the materials used, the composition of the coatings obtained, as well as in the totality of technological methods and modes for producing coatings. It was proposed to make a three-layer package of alternating layers of copper-nickel alloy (cladding layers) and titanium, in which the ratio of the thicknesses of the layers of copper-nickel alloy - titanium - copper-nickel alloy is 1: (10-20): 1 with the thickness of each layer from a copper-nickel alloy equal to 0.8-1.2 mm, which creates the necessary conditions for obtaining high-quality welded joints of dissimilar metal layers, eliminates the appearance of delamination and other defects in the explosion-welded workpieces during their hot rolling, contributes to the next thermal effect on the rolled billet with a laser beam from the side of one of the layers of copper-nickel alloy of a high hardness wear-resistant coating on the surface of a titanium plate consisting of titanium and components of a copper-nickel alloy.
При толщине каждого слоя из медно-никелевого сплава менее 0,8 мм возможны их неконтролируемые деформации при сварке взрывом. Их толщина более 1,2 мм является избыточной, поскольку при этом потребуется применение слишком больших обжатий при прокатке сваренной заготовки, а это, в свою очередь, может привести к появлению в ней трещин.When the thickness of each layer of copper-nickel alloy is less than 0.8 mm, their uncontrolled deformation during explosion welding is possible. Their thickness of more than 1.2 mm is excessive, since it will require the use of too large reductions when rolling the welded billet, and this, in turn, can lead to the appearance of cracks in it.
Соотношение толщин слоев медно-никелевый сплав - титан - медно-никелевый сплав в пакете равное 1:(10-20):1 обеспечивает оптимальную толщину металлических слоев сваренной заготовки после ее горячей прокатки. При соотношении толщин плакирующих и плакируемой пластин в пакете, выходящим за рекомендованные пределы, возможно уменьшение толщины титанового слоя при горячей прокатке до недопустимой толщины, либо увеличение доли металла, идущего в отходы после прокатки.The ratio of the thicknesses of the layers of copper-nickel alloy - titanium - copper-nickel alloy in the package equal to 1: (10-20): 1 provides the optimal thickness of the metal layers of the welded workpiece after hot rolling. If the ratio of the thicknesses of the clad and clad plates in the bag exceeds the recommended limits, it is possible to reduce the thickness of the titanium layer during hot rolling to an unacceptable thickness, or to increase the proportion of metal that goes to waste after rolling.
Симметричное расположение титановой пластины относительно плакирующих слоев обеспечивает одинаковое качество сварных соединений медно-никелевых слоев с титановой пластиной с двух ее сторон при сварке взрывом.The symmetrical arrangement of the titanium plate relative to the cladding layers ensures the same quality of the welded joints of the copper-nickel layers with the titanium plate on both sides during explosion welding.
Предложено для осуществления сварки взрывом располагать на поверхностях плакирующих пластин защитные прослойки из высокоэластичного материала, например, из резины, с зарядами ВВ имеющими скорость детонации 2000-2580 м/с, при этом высоту зарядов ВВ, а также сварочные зазоры между пластинами в пакете выбирать из условия получения скорости соударения каждой плакирующей пластины с плакируемой в пределах 520-600 м/с.It is proposed for explosive welding to place protective layers of highly elastic material, for example, rubber, on the surfaces of cladding plates, with explosive charges having a detonation velocity of 2000-2580 m / s, while the height of explosive charges, as well as the welding gaps between the plates in the bag, should be selected from conditions for obtaining the collision speed of each clad plate with the clad plate within 520-600 m / s.
Использование защитных прослоек из высокоэластичного материала, например, из резины, связано с тем, что они значительно дешевле металлических, применяемых в способе по прототипу, и надежно защищают поверхности плакирующих медно-никелевых пластин от повреждений продуктами детонации зарядов ВВ.The use of protective interlayers of highly elastic material, for example, rubber, is due to the fact that they are much cheaper than metal ones used in the prototype method and reliably protect the surfaces of clad copper-nickel plates from damage by detonation products of explosive charges.
При скорости детонации ВВ и скорости соударения пластин в пакете ниже нижних предлагаемых пределов в зонах соединения пластин возможно появление непроваров, что приводит к невозможности дальнейшего использования полученных заготовок. При скорости детонации ВВ и скорости соударения пластин выше верхних предлагаемых пределов в зонах соединения пластин возможно появление обширных оплавленных зон, что исключает возможность получения качественного износостойкого покрытия на титановой пластине. Кроме того, это приводит к неоправданно высокому расходу взрывчатых материалов в расчете на единицу продукции.When the detonation velocity of the explosive and the collision rate of the plates in the package are lower than the proposed lower limits in the areas of connection of the plates, lack of fusion is possible, which makes it impossible to further use the obtained blanks. When the detonation velocity of the explosive and the collision velocity of the plates are higher than the upper suggested limits, extensive melted zones may appear in the plate connection zones, which excludes the possibility of obtaining a high-quality wear-resistant coating on a titanium plate. In addition, this leads to an unreasonably high consumption of explosive materials per unit of production.
Горячую прокатку сваренного трехслойного пакета предложено производить при температуре 600-650°С с обжатием, обеспечивающим толщину каждого слоя из медно-никелевого сплава равную 0,1-0,3 мм, что обеспечивает увеличение длины и ширины сваренной заготовки с одновременным уменьшением толщины металлических слоев до оптимальных размеров. При температуре горячей прокатки менее 600°С возможно появление трещин в металлических слоях. Ее температура более 650°С является избыточной, поскольку это приводит к излишним энергетическим затратам при осуществлении прокатки. При обжатии сваренного пакета до толщины каждого слоя из медно-никелевого сплава менее 0,1 мм толщина получаемых покрытий на поверхностях титановой пластины оказывается недостаточной для обеспечения их сплошности, а при обжатии до толщины каждого слоя из медно-никелевого сплава более 0,3 мм наблюдается снижение стойкости сформированного лазерным лучом покрытия к хрупкому разрушению при динамических нагрузках, а для медно-никелевого покрытия с другой стороны титановой пластины толщина медно-никелевого слоя более 0,3 мм является избыточной, поскольку это приводит к излишнему расходу металла в расчете на одно изделие.It is proposed that hot rolling of a welded three-layer package be carried out at a temperature of 600-650 ° C with compression, providing a thickness of each layer of copper-nickel alloy equal to 0.1-0.3 mm, which ensures an increase in the length and width of the welded workpiece while reducing the thickness of the metal layers to optimal sizes. At hot rolling temperatures of less than 600 ° C, cracks in the metal layers may occur. Its temperature of more than 650 ° C is excessive, since this leads to excessive energy costs during rolling. When the welded bag is compressed to a thickness of each layer of copper-nickel alloy less than 0.1 mm, the thickness of the coatings obtained on the surfaces of the titanium plate is insufficient to ensure continuity, and when compressed to a thickness of each layer of copper-nickel alloy more than 0.3 mm a decrease in the resistance of the coating formed by the laser beam to brittle fracture under dynamic loads, and for a copper-nickel coating on the other side of the titanium plate, the thickness of the copper-nickel layer over 0.3 mm is excessively d, since this leads to excessive metal consumption per product.
Предложено термическое воздействие на прокатанную заготовку осуществлять сканирующим лазерным лучом со стороны одного из слоев из медно-никелевого сплава с мощностью излучения 1,3-1,4 кВт, с оплавлением металлических слоев, при этом скорость его перемещения относительно обрабатываемой поверхности, а также его диаметр выбирать из условия получения проплавления титанового слоя на глубину, равную 1-1,2 толщины слоя из медно-никелевого сплава, что обеспечивает одновременное оплавление медно-никелевого и титанового слоев: медно-никелевого - на всю толщину, а титанового лишь на часть его толщины с перемешиванием титана с компонентами медно-никелевого сплава и с формированием при этом требуемого состава и свойств износостойкого покрытия на поверхности титановой пластины, при этом структура и свойства титана вне зоны его оплавления остаются неизменными. Использование сканирующего лазерного луча для термического воздействия на прокатанную заготовку позволяет за короткое время получать покрытия на титановых пластинах с большими размерами. Мощность лазерного излучения 1,3-1,4 кВт является достаточной для получения покрытия необходимой толщины и высокого качества. Мощности лазерного излучения менее 1,3 кВт может быть недостаточно для проплавления металлических слоев на заданную глубину. Его мощность более 1,4 кВт является избыточной для получения покрытий требуемого качества. Предложено скорость перемещения лазерного луча относительно обрабатываемой поверхности, а также его диаметр выбирать из условия получения проплавления титанового слоя на глубину, равную 1-1,2 толщины слоя из медно-никелевого сплава, что обеспечивает формирование покрытия на поверхности титановой пластины необходимой толщины и состава, а также с необходимыми служебными свойствами. При проплавлении титанового слоя на глубину менее толщины слоя из медно-никелевого сплава твердость получаемого покрытия оказывается недостаточной для обеспечения его высокой износостойкости. Проплавление титанового слоя на глубину более 1,2 толщины слоя из медно-никелевого сплава является избыточным, поскольку это приводит к появлению высокого уровня внутренних напряжений как в титановом слое, так и в получаемом покрытии, а это снижает его стойкость к хрупкому разрушению при динамических нагрузках.It is proposed that the rolled billet be thermally affected by a scanning laser beam from one of the copper-nickel alloy layers with a radiation power of 1.3-1.4 kW, with metal layers being melted, while its speed relative to the surface being machined, as well as its diameter choose from the conditions for obtaining the penetration of the titanium layer to a depth equal to 1-1.2 the thickness of the layer of copper-nickel alloy, which provides simultaneous fusion of copper-nickel and titanium layers: copper-nickel - the entire thickness, and that of titanium, only to a part of its thickness with mixing of titanium with the components of the copper-nickel alloy and with the formation of the required composition and properties of a wear-resistant coating on the surface of the titanium plate, while the structure and properties of titanium outside its fusion zone remain unchanged. The use of a scanning laser beam for thermal impact on a rolled billet allows for a short time to obtain coatings on titanium plates with large sizes. The laser radiation power of 1.3-1.4 kW is sufficient to obtain the coating of the required thickness and high quality. Laser power of less than 1.3 kW may not be enough to melt metal layers to a given depth. Its power of more than 1.4 kW is excessive to obtain coatings of the required quality. It is proposed that the speed of the laser beam relative to the surface being machined, as well as its diameter, is selected from the conditions for obtaining the penetration of the titanium layer to a depth equal to 1-1.2 of the thickness of the copper-nickel alloy layer, which ensures the formation of a coating on the surface of the titanium plate of the required thickness and composition, as well as with the necessary service properties. When the titanium layer is melted to a depth less than the thickness of the copper-nickel alloy layer, the hardness of the resulting coating is insufficient to ensure its high wear resistance. The melting of the titanium layer to a depth of more than 1.2 of the thickness of the copper-nickel alloy layer is excessive, since this leads to the appearance of a high level of internal stresses both in the titanium layer and in the resulting coating, and this reduces its resistance to brittle fracture under dynamic loads .
Использование сплава МН19 при изготовлении плакирующих пластин обеспечивает получение оптимального состава покрытия с одной стороны титановой пластины с необходимой высокой твердостью и износостойкостью, а медно-никелевое покрытие с другой ее стороны защищает ее поверхность от газонасыщения и, благодаря этому, защищает от ее возникновения в ней микротрещин, снижающих долговечность полученных изделий при эксплуатации в условиях повышенных температур (до 600°С). Кроме того, данное медно-никелевое покрытие позволяет соединять полученные изделия пайкой с другими металлами, например, с углеродистыми сталями.The use of the MH19 alloy in the manufacture of cladding plates provides an optimal coating composition on one side of the titanium plate with the required high hardness and wear resistance, and the copper-nickel coating on the other side protects its surface from gas saturation and, therefore, protects it from microcracks , reducing the durability of the obtained products during operation at elevated temperatures (up to 600 ° C). In addition, this copper-nickel coating allows you to connect the resulting products by soldering with other metals, for example, with carbon steels.
Предлагаемый способ получения износостойкого и медно-никелевого покрытий на поверхностях титановой пластины осуществляется в следующей последовательности. Составляют трехслойный пакет из предварительно очищенных от окислов и загрязнений чередующихся слоев из медно-никелевого сплава (плакирующие слои) и титана с симметричным расположением титановой пластины относительно плакирующих слоев, в котором соотношение толщин слоев медно-никелевый сплав - титан - медно-никелевый сплав составляет 1:(10-20):1 при толщине каждого слоя из медно-никелевого сплава равной 0,8-1,2 мм. Слои в пакете располагают параллельно друг другу на расстоянии одинаковых технологических сварочных зазоров. Располагают на поверхностях плакирующих пластин защитные прослойки из высокоэластичного материала, например, из резины, с одинаковыми зарядами ВВ, располагают полученную сборку вертикально на песчаном грунте и осуществляют сварку взрывом полученной при этом сборки путем одновременного взрыва зарядов ВВ с помощью электродетонатора и двух отрезков детонирующих шнуров равной длины. Скорость детонации каждого заряда ВВ должна быть равной 2000-2580 м/с, при этом высоту зарядов ВВ, а также сварочные зазоры между пластинами трехслойного пакета выбирают из условия получения скорости соударения каждой плакирующей пластины с плакируемой в пределах 520-600 м/с.The proposed method for obtaining wear-resistant and copper-nickel coatings on the surfaces of a titanium plate is carried out in the following sequence. A three-layer package is made up of alternating layers of a copper-nickel alloy (cladding layers) and titanium with a symmetrical arrangement of the titanium plate relative to the cladding layers, which are pre-cleaned of oxides and contaminants, in which the ratio of the thicknesses of the layers of copper-nickel alloy - titanium - copper-nickel alloy is 1 : (10-20): 1 with a thickness of each layer of copper-nickel alloy equal to 0.8-1.2 mm. The layers in the package are arranged parallel to each other at a distance of the same technological welding gaps. Protective layers of highly elastic material, for example, rubber, with the same explosive charges are placed on the surfaces of the cladding plates, the assembly is placed vertically on sandy soil, and welding is performed by explosion of the assembly obtained by simultaneous explosion of explosive charges with an electric detonator and two pieces of detonating cords equal to lengths. The detonation velocity of each explosive charge should be equal to 2000-2580 m / s, while the height of the explosive charges, as well as the welding gaps between the plates of the three-layer package, are selected from the condition for obtaining the collision speed of each clad plate with the clad plate within 520-600 m / s.
Сваренный трехслойный пакет подвергают горячей прокатке при температуре 600-650°С с обжатием, обеспечивающим толщину каждого слоя из медно-никелевого сплава равную 0,1-0,3 мм, после чего осуществляют термическое воздействие на прокатанную заготовку сканирующим лазерным лучом со стороны одного из слоев из медно-никелевого сплава с мощностью излучения 1,3-1,4 кВт, с оплавлением металлических слоев, при этом скорость его перемещения относительно обрабатываемой поверхности, а также его диаметр выбирают из условия получения проплавления титанового слоя на глубину, равную 1-1,2 толщины слоя из медно-никелевого сплава.The welded three-layer package is subjected to hot rolling at a temperature of 600-650 ° C with compression, providing a thickness of each layer of copper-nickel alloy equal to 0.1-0.3 mm, after which they are thermally exposed to the rolled billet by a scanning laser beam from one of layers of a copper-nickel alloy with a radiation power of 1.3-1.4 kW, with the melting of metal layers, while the speed of its movement relative to the surface to be treated, as well as its diameter, is selected from the conditions for obtaining penetration of titanium o layer to a depth equal to 1-1.2 of the thickness of the layer of copper-nickel alloy.
В результате реализации предлагаемого способа с одной стороны титановой пластины получают высокотвердое износостойкое покрытие с толщиной 0,2-0,63 мм без пор, трещин и других дефектов, с пониженной склонностью к хрупкому разрушению при эксплуатации в условиях динамических нагрузок, а с другой стороны титановой пластины получают покрытие из коррозионностойкого медно-никелевого сплава, защищающее ее поверхность от возникновения в ней микротрещин, снижающих долговечность полученных изделий при эксплуатации в условиях повышенных температур (до 600°С). Кроме того, данное медно-никелевое покрытие позволяет соединять полученные изделия пайкой с другими металлами, например, с углеродистыми сталями. При термическом воздействии на прокатанную заготовку лазерным лучом пластические и другие механические свойства титанового слоя остаются без изменений.As a result of the implementation of the proposed method, on one side of the titanium plate, a highly hard wear-resistant coating with a thickness of 0.2-0.63 mm without pores, cracks and other defects is obtained, with a reduced tendency to brittle fracture during operation under dynamic loads, and on the other hand, titanium the plates receive a coating of a corrosion-resistant copper-nickel alloy that protects its surface from the occurrence of microcracks in it, which reduce the durability of the obtained products when operating at elevated temperatures p (600 ° C). In addition, this copper-nickel coating allows you to connect the resulting products by soldering with other metals, for example, with carbon steels. When the laser beam is thermally exposed to a rolled billet, the plastic and other mechanical properties of the titanium layer remain unchanged.
Пример 1 (см. таблицу, пример 1).Example 1 (see table, example 1).
Составляют трехслойный пакет под сварку взрывом, для чего берут пластины из медно-никелевого сплава МН19 и титана ВТ 1-0 и очищают их соединяемые поверхности от окислов и загрязнений. Размеры каждой плакирующей (метаемой) пластины из сплава МН19: длина 270 мм, ширина 220 мм, толщина δ1=0,8 мм. У плакируемой пластины из титана ВТ 1-0 длина и ширина такие же, но толщина δ2=8 мм, при этом соотношение толщин δ1:δ2:δ1=1:10:1. Плакируемую титановую пластину в пакете располагают симметрично относительно плакирующих слоев, которые устанавливают параллельно друг другу на расстоянии одинаковых технологических сварочных зазоров. Для сварки взрывом выбираем взрывчатое вещество со скоростью детонации Dвв=2580 м/с, представляющее собой смесь порошкообразного аммонита 6ЖВ с аммиачной селитрой в соотношении 3:1. Взрывчатое вещество помещают в два одинаковых контейнера, например, из электрокартона высотой каждого из них Нвв=20 мм, длиной 300 мм, шириной 240 мм. Из предлагаемого диапазона выбираем необходимую для надежной сварки скорость соударения Vc=600 м/с. Для обеспечения такой скорости с помощью компьютерной технологии, с учетом указанных выше параметров ВВ и свариваемых пластин, определяем величину необходимых сварочных зазоров h между титановой пластиной и плакирующими слоями. Величина каждого из них в данном случае равна: h=l,5 мм.They make up a three-layer package for explosion welding, for which they take plates from a copper-nickel alloy MH19 and titanium VT 1-0 and clean their joined surfaces from oxides and contaminants. The dimensions of each clad (thrown) plate made of MH19 alloy: length 270 mm, width 220 mm, thickness δ 1 = 0.8 mm. The clad plate of titanium VT 1-0 has the same length and width, but the thickness is δ 2 = 8 mm, and the ratio of thicknesses is 1 : δ 2 : δ 1 = 1: 10: 1. The plated titanium plate in the bag is placed symmetrically relative to the plating layers, which are installed parallel to each other at the same technological welding gaps. For explosion welding, we select an explosive with a detonation velocity D BB = 2580 m / s, which is a mixture of powdered 6GV ammonite with ammonium nitrate in a ratio of 3: 1. Explosive placed in two identical containers, for example, pressboard height H of each cc = 20 mm, length 300 mm, width 240 mm. From the proposed range, we select the collision velocity V c = 600 m / s necessary for reliable welding. To ensure such a speed using computer technology, taking into account the above parameters of the explosive and the welded plates, we determine the value of the necessary welding gaps h between the titanium plate and the cladding layers. The value of each of them in this case is equal to: h = l, 5 mm.
Располагают на поверхностях плакирующих пластин защитные прослойки из высокоэластичного материала толщиной 1 мм, например, из резины, с одинаковыми зарядами ВВ, располагают полученную сборку вертикально на песчаном грунте и осуществляют сварку взрывом полученной при этом сборки путем одновременного взрыва зарядов ВВ с помощью электродетонатора и двух отрезков детонирующих шнуров равной длины. Направление детонации - вдоль свариваемого пакета. У сваренного трехслойного пакета, например, на фрезерном станке, обрезают боковые кромки с краевыми эффектами. Ширина удаленных кромок - по 10 мм каждой стороны сваренной заготовки.Place protective layers of highly elastic material 1 mm thick, for example, rubber, with the same explosive charges on the surfaces of the cladding plates, arrange the assembly obtained vertically on sandy soil and weld by explosion of the assembly obtained by simultaneously exploding explosive charges with an electric detonator and two segments detonating cords of equal length. The direction of detonation is along the welded package. In a welded three-layer package, for example, on a milling machine, side edges with edge effects are cut off. The width of the removed edges is 10 mm on each side of the welded workpiece.
Горячую прокатку сваренного трехслойного пакета проводят при температуре 600°С с обжатием, обеспечивающим толщину каждого слоя из медно-никелевого сплава равную 0,1 мм. После обрезки боковых кромок размеры у прокатанной заготовки: длина - 1900 мм, ширина - 180 мм, толщина - 1,1 мм.Hot rolling of the welded three-layer package is carried out at a temperature of 600 ° C with compression, providing a thickness of each layer of copper-nickel alloy equal to 0.1 mm After trimming the side edges, the dimensions of the rolled billet: length - 1900 mm, width - 180 mm, thickness - 1.1 mm.
Термическое воздействие на прокатанную заготовку осуществляют сканирующим лазерным лучом со стороны одного из медно-никелевых слоев с мощностью излучения 1,3 кВт, с оплавлением металлических слоев. Скорость перемещения лазерного луча относительно обрабатываемой поверхности (скорость сканирования) Vск=12 мм/с. Диаметр лазерного луча равен 1,2 мм. Глубина проплавления титанового слоя соответствует толщине слоя из медно-никелевого сплава и равна δпр=0,1 мм.Thermal action on the rolled billet is carried out by a scanning laser beam from one of the copper-nickel layers with a radiation power of 1.3 kW, with the melting of metal layers. The speed of movement of the laser beam relative to the workpiece (scanning speed) V SK = 12 mm / s The diameter of the laser beam is 1.2 mm. The penetration depth of the titanium layer corresponds to the thickness of the layer of copper-nickel alloy and is equal to δ CR = 0.1 mm.
В результате с одной стороны титановой пластины получают высокотвердое износостойкое покрытие с толщиной около 0,2 мм, с твердостью по Виккерсу 5-5,5 ГПа, что в 1,2-1,4 раза больше, чем у интерметаллидных слоев по прототипу, обладающее пониженной склонностью к хрупкому разрушению при динамических нагрузках, а с другой стороны этой пластины - покрытие из медно-никелевого сплава МН19 имеющее толщину 0,1 мм, обеспечивающее надежную защиту ее поверхности от возникновения в ней микротрещин, снижающих долговечность полученных изделий при эксплуатации в условиях повышенных температур (до 600°С). Кроме того, данное медно-никелевое покрытие позволяет надежно соединять полученные изделия пайкой с другими металлами, например, с углеродистыми сталями. Толщина пластины вместе с покрытием δизд=1,1 мм. Ее длина - 2100 мм, ширина - 180 мм. При термическом воздействии на прокатанную заготовку лазерным лучом механические свойства титанового слоя остались без изменений.As a result, on one side of the titanium plate, a highly hard wear-resistant coating is obtained with a thickness of about 0.2 mm, with a Vickers hardness of 5-5.5 GPa, which is 1.2-1.4 times more than that of the intermetallic layers of the prototype, having reduced tendency to brittle fracture under dynamic loads, and on the other side of this plate is a coating of copper-nickel alloy MH19 having a thickness of 0.1 mm, which provides reliable protection of its surface from the occurrence of microcracks in it, which reduce the durability of the obtained products during operation elevated temperatures (up to 600 ° C). In addition, this copper-nickel coating allows you to reliably connect the products obtained by soldering with other metals, for example, carbon steel. The thickness of the plate together with the coating δ ed = 1.1 mm Its length is 2100 mm, width - 180 mm. When the laser beam was thermally applied to the rolled billet, the mechanical properties of the titanium layer remained unchanged.
Пример 2 (см. таблицу, пример 2).Example 2 (see table, example 2).
То же, что в примере 1, но внесены следующие изменения. Толщина каждой плакирующей пластины из сплава МН19 δ1=l мм. У плакируемой пластины из титана ВТ 1-0 толщина δ2=15 мм, при этом соотношение толщин δ1:δ2:δ1=1:15:1. Для сварки взрывом выбираем взрывчатое вещество со скоростью детонации Dвв=2240 м/с, представляющее собой смесь порошкообразного аммонита 6ЖВ с аммиачной селитрой в соотношении 1:1. Из предлагаемого диапазона выбираем необходимую для надежной сварки скорость соударения пластин Vc=560 м/с. Для обеспечения такой скорости величина необходимых сварочных зазоров h=3 мм.The same as in example 1, but the following changes. The thickness of each clad plate of the MH19 alloy is δ 1 = l mm. The clad plate made of titanium BT 1-0 has a thickness of δ 2 = 15 mm, and the ratio of thicknesses is δ 1 : δ 2 : δ 1 = 1: 15: 1. For explosion welding, we select an explosive with a detonation speed D BB = 2240 m / s, which is a mixture of powdered 6GV ammonite with ammonium nitrate in a ratio of 1: 1. From the proposed range, we select the plate collision velocity V c = 560 m / s necessary for reliable welding. To ensure such a speed, the required welding gaps h = 3 mm.
Горячую прокатку сваренного трехслойного пакета проводят при температуре tпр=630°С с обжатием, обеспечивающим толщину каждого слоя из медно-никелевого сплава равную 0,2 мм. После обрезки боковых кромок размеры у прокатанной заготовки: длина - 900 мм, ширина - 180 мм, толщина - 4,5 мм.Hot rolling of the welded three-layer package is carried out at a temperature t ol = 630 ° C with compression, providing a thickness of each layer of copper-nickel alloy equal to 0.2 mm After trimming the side edges, the dimensions of the rolled billet: length - 900 mm, width - 180 mm, thickness - 4.5 mm.
Термическое воздействие на прокатанную заготовку осуществляют сканирующим лазерным лучом с мощностью излучения 1,35 кВт. Скорость перемещения лазерного луча относительно обрабатываемой поверхности Vск=10 мм/с. Глубина проплавления с одной стороны титанового слоя составляет 1,1 толщины слоя из медно-никелевого сплава и равна δпр=0,22 мм. Толщина износостойкого покрытия с одной стороны титановой пластины - 0,42 мм, а покрытия из медно-никелевого сплава МН19 с другой ее стороны - 0,2 мм. Толщина пластины вместе с покрытием δизд=4,5 мм. Ее длина - 900 мм, ширина - 180 мм.The thermal effect on the rolled billet is carried out by a scanning laser beam with a radiation power of 1.35 kW. The speed of movement of the laser beam relative to the surface to be treated is V ck = 10 mm / s. The penetration depth on one side of the titanium layer is 1.1 of the thickness of the layer of copper-nickel alloy and is equal to δ ol = 0.22 mm. The thickness of the wear-resistant coating on one side of the titanium plate is 0.42 mm, and the coating of copper-nickel alloy MH19 on its other side is 0.2 mm. The thickness of the plate together with the coating δ ed = 4.5 mm Its length is 900 mm, its width is 180 mm.
Пример 3 (см. таблицу, пример 3).Example 3 (see table, example 3).
То же, что в примере 1, но внесены следующие изменения. Толщина каждой плакирующей пластины из сплава МН19 δ1=l,2 мм. У плакируемой пластины из титана ВТ 1-0 толщина δ2=24 мм, при этом соотношение толщин δ1:δ2:δ1=1:20:1. Для сварки взрывом выбираем взрывчатое вещество со скоростью детонации Dвв=2000 м/с, представляющее собой смесь порошкообразного аммонита 6ЖВ с аммиачной селитрой в соотношении 1:2. Нвв=30 мм.The same as in example 1, but the following changes. The thickness of each clad plate from the MH19 alloy is δ 1 = l, 2 mm. The clad plate of titanium VT 1-0 has a thickness of δ 2 = 24 mm, and the ratio of thicknesses is δ 1 : δ 2 : δ 1 = 1: 20: 1. For explosion welding, we select an explosive with a detonation speed D BB = 2000 m / s, which is a mixture of powdered 6GV ammonite with ammonium nitrate in a ratio of 1: 2. H cc = 30 mm.
Из предлагаемого диапазона выбираем необходимую для надежной сварки скорость соударения Vc=520 м/с. Для обеспечения такой скорости сварочный зазор h=3 мм. Горячую прокатку сваренного пакета проводят при температуре tnp=650°С с обжатием до толщины слоя из медно-никелевого сплава равной 0,3 мм. После обрезки боковых кромок размеры у прокатанной заготовки: длина - 780 мм, ширина - 180 мм, толщина - 7,8 мм. Термическое воздействие на прокатанную заготовку осуществляют сканирующим лазерным лучом с мощностью излучения 1,4 кВт. Скорость перемещения лазерного луча относительно обрабатываемой поверхности Vск=8 мм/с. Глубина проплавления титанового слоя составляет 1,2 толщины слоя из медно-никелевого сплава и равна δпр=0,36 мм. Толщина износостойкого покрытия с одной стороны титановой пластины - 0,66 мм, а у покрытия из медно-никелевого сплава МН19 с другой ее стороны - 0,3 мм. Толщина пластины вместе с покрытием δизд=7,8 мм. Ее длина - 780 мм, ширина - 180 мм.From the proposed range, we select the impact velocity V c = 520 m / s necessary for reliable welding. To ensure such a speed, the welding gap is h = 3 mm. Hot rolling of the welded bag is carried out at a temperature of t np = 650 ° C with compression to a thickness of a layer of copper-nickel alloy equal to 0.3 mm After trimming the side edges, the dimensions of the rolled billet: length - 780 mm, width - 180 mm, thickness - 7.8 mm. The thermal effect on the rolled billet is carried out by a scanning laser beam with a radiation power of 1.4 kW. The speed of movement of the laser beam relative to the surface to be treated is V ck = 8 mm / s. The penetration depth of the titanium layer is 1.2 of the thickness of the layer of copper-Nickel alloy and is equal to δ CR = 0.36 mm The thickness of the wear-resistant coating on one side of the titanium plate is 0.66 mm, and the coating of a copper-nickel alloy MH19 on its other side is 0.3 mm. The thickness of the plate together with the coating δ ed = 7.8 mm Its length is 780 mm, its width is 180 mm.
При получении многослойного износостойкого покрытия на поверхности медной пластины по прототипу (см. таблицу, пример 4) твердость интерметаллидных слоев из меди и титана, не превышает 4-4,2 ГПа по Виккерсу, что приводит к ускоренному износу таких слоев в изделиях ответственного назначения. Кроме того, наличие в его технологической схеме весьма длительного высокотемпературного нагрева сваренной заготовки (20-30 ч) при температуре 850-860°С приводит к значительному удорожанию получаемой продукции и к снижению механических свойств всех металлических слоев из-за процессов рекристаллизацииUpon receipt of a multilayer wear-resistant coating on the surface of a copper plate according to the prototype (see table, example 4), the hardness of the intermetallic layers of copper and titanium does not exceed 4-4.2 GPa according to Vickers, which leads to accelerated wear of such layers in critical products. In addition, the presence in his technological scheme of a very long high-temperature heating of the welded billet (20-30 h) at a temperature of 850-860 ° C leads to a significant increase in the cost of the resulting product and to a decrease in the mechanical properties of all metal layers due to recrystallization processes
Все это ограничивает применение данного способа для получения материалов для пар трения, тормозных устройств и т.п.All this limits the application of this method to obtain materials for friction pairs, brake devices, etc.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018143622A RU2700441C1 (en) | 2018-12-10 | 2018-12-10 | Method of producing copper-nickel coating on surfaces of titanium plate |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018143622A RU2700441C1 (en) | 2018-12-10 | 2018-12-10 | Method of producing copper-nickel coating on surfaces of titanium plate |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2700441C1 true RU2700441C1 (en) | 2019-09-17 |
Family
ID=67989905
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018143622A RU2700441C1 (en) | 2018-12-10 | 2018-12-10 | Method of producing copper-nickel coating on surfaces of titanium plate |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2700441C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115094417A (en) * | 2022-07-28 | 2022-09-23 | 重庆理工大学 | High-wear-resistance nickel-based laser cladding powder for titanium alloy surface and laser cladding method thereof |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004055467A1 (en) * | 2002-12-17 | 2004-07-01 | Svos S.R.O. | Multilayered steel armour |
| RU2373036C1 (en) * | 2008-05-20 | 2009-11-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) | Method of fabrication of wear resistant coating |
| RU2463140C1 (en) * | 2011-04-13 | 2012-10-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) | Method of producing titanium-aluminium composite material |
| RU2533508C1 (en) * | 2013-07-26 | 2014-11-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Method of making composite copper-titanium material |
| RU2560472C2 (en) * | 2013-08-08 | 2015-08-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Making of sandwiched material |
-
2018
- 2018-12-10 RU RU2018143622A patent/RU2700441C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004055467A1 (en) * | 2002-12-17 | 2004-07-01 | Svos S.R.O. | Multilayered steel armour |
| RU2373036C1 (en) * | 2008-05-20 | 2009-11-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) | Method of fabrication of wear resistant coating |
| RU2463140C1 (en) * | 2011-04-13 | 2012-10-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) | Method of producing titanium-aluminium composite material |
| RU2533508C1 (en) * | 2013-07-26 | 2014-11-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Method of making composite copper-titanium material |
| RU2560472C2 (en) * | 2013-08-08 | 2015-08-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Making of sandwiched material |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115094417A (en) * | 2022-07-28 | 2022-09-23 | 重庆理工大学 | High-wear-resistance nickel-based laser cladding powder for titanium alloy surface and laser cladding method thereof |
| CN115094417B (en) * | 2022-07-28 | 2024-04-30 | 重庆理工大学 | High-wear-resistance nickel-based laser cladding powder for titanium alloy surface and laser cladding method thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2373036C1 (en) | Method of fabrication of wear resistant coating | |
| CN102581554A (en) | Method for producing metal combined plate rolls by hot-rolling brazing | |
| RU2649929C1 (en) | Method of heat-resistant intermetallide coating producing on the surface of the low-carbon steel plate | |
| RU2350442C2 (en) | Method of wear-resistant coating receiving | |
| RU2679814C1 (en) | Method for obtaining wear-resistant coatings on surfaces of copper and magnesium alloy plates | |
| RU2700441C1 (en) | Method of producing copper-nickel coating on surfaces of titanium plate | |
| RU2688792C1 (en) | Method of producing wear-resistant coatings on surfaces of titanium plate | |
| RU2399471C1 (en) | Method for production of composite aluminium-nickel articles with inner cavity by means of explosion welding | |
| CN207403291U (en) | A kind of explosive clad plate | |
| RU2463140C1 (en) | Method of producing titanium-aluminium composite material | |
| RU2293004C1 (en) | Titanium-steel composition material producing method | |
| RU2688791C1 (en) | Method of producing wear-resistant coating on surface of titanium plate | |
| RU2486043C1 (en) | Method of producing composite articles with inner cavities by explosion welding | |
| RU2701699C1 (en) | Method of obtaining wear-resistant coatings on surfaces of plates from aluminum alloy and copper | |
| RU2711284C1 (en) | Method of obtaining wear-resistant coatings on surfaces of plates from copper and aluminum alloy | |
| RU2463139C1 (en) | Method of producing titanium-steel composite material | |
| RU2243871C1 (en) | Explosion welding method | |
| RU2463141C1 (en) | Method of producing titanium-steel composite material | |
| RU2391191C1 (en) | Method of producing wear-resistant coatings | |
| RU2533508C1 (en) | Method of making composite copper-titanium material | |
| RU2370350C1 (en) | Method of producing composite titanium-aluminium material | |
| RU2488469C1 (en) | Method of producing composite articles with inner cavities by explosion welding | |
| RU2649920C1 (en) | Method of heat-resistant intermetallide coating producing on the surface of the low-carbon steel plate | |
| RU2221682C1 (en) | Method for making composition material | |
| CN104827241A (en) | Manufacturing method of blanks for producing steel-zirconium composite boards |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201211 |