Способ получения композиционного материала Советский патент 1992 года по МПК C22C1/09 B22F3/26 

Изобретение относится к материаловедению, в частности к получению металлических сплавов на основе алюминия, и может быть использовано в различных областях машиностроения.

Известно применение алюминиевых сплавов для поршней двигателей внутреннего сгорания. В настоящее время из изготовление производят наряду с другими сплавами из сплава АК 4-1 (ГОСТ 21488-76).

Основными недостатками этого сплава в эксплуатации являются низкая износостойкость и прочность, что вызывает образование задиров из-за повышенной пластичности алюминия как основы сплава.

Поэтому задача состоит в необходимости получения материала с повышенной износостойкостью и прочностью наряду с минимальной массой.

Известно, что повышенной прочностью обладают композиционные материалы.

Известен способ получения композиционных материалов, включающий приготовление рабочей смеси, заполнение ею формы, причем укладку производят послойно с тканями, после чего наливают форму эпоксидными смолами при 120 - 160°С.

Однако данный способ не может быть использован для получения материала на основе силумина или другого алюминиевого сплава.

Наиболее близким к предлагаемому является способ, предусматривающий укладку в литейную форму предварительно обожженного волокнистого армирующего наполнителя в виде неорганического рыхлого волокна, заливку формы жидким легким сплавом, например алюминием, и пропитку под небольшим избыточным давлением и кристаллизацию.

(Л

С

N|

N -N

OJ

ел

Цель изобретения - упрощение способа получения композиционного материала при сохранении прочности и износостойкости.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения композицией- ного материала, включающему нагрев компонента, который является основой материала, смешивание его с наполнителем и выдержку при температуре нагрева, в качестве наполнителя используют предвари- тельно обезжиренную стальную или чугунную стружку, а в качестве основы - силумин и выдержку ведут в технологическом интервале температур 750 - 800°С.

Общими признаками предлагаемого способа получения композиционного материала и известного являются смешивание алюминия с наполнителем, заливка в форму и выдержка при повышенной температуре с последующим охлаждением.

Новым по сравнению с известным способом является то, что к наполнителю добавляют волокнистый наполнитель - стальную стружку, промытую в водном растворе тринатрийфосфата и соляной кисло- ты, стружку дробят, а нагрев силумина осуществляются до 750 - 800°С с выдержкой 15 - 20 мин.

Преимуществом предлагаемого способа перед известным является его упроще- ние и утилизация стружки (вместо специального изготовления волокнистого наполнителя) при сохранении высокого уровня механических свойств полученного материала. Существенными являются при- знаки, характеризующие наличие предварительной обработки наполнителя, перемешивание после введения стружки в матрицу, проведение выдержки в течение 15-20 мин.

Предлагаемый способ отличается от известного тем, что матричный сплав перед пропиткой нагревают до 750 - 800°С, пропитку осуществляют путем введения наполнителя в расплав при перемешивании с выдержкой 15-20 мин, при этом в качестве

матричного сплава используют силумин, а в качестве наполнителя - стальную стружку.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Стальная стружка из стали Ст 3 дробится, обезжиривается химическим путем от следов СОЖ и коррозии в водном растворе тринатрийфосфата и соляной кислоты в соответствии с ГОСТ 9.047-75. Затем очищенную стружку просушивают при комнатной температуре, после чего укладывают в расплав силумина, перемешивают и выдерживают при 750 - 800°С в печи в течение 15 - 0 мин, после чего производят заливку формы и охлаждение на воздухе.

В результате получают композиционный сплав, отличающийся от базового объекта - силумина следующими свойствами (см. таблицу).

Таким образом, предлагаемым способом получения композиционного материала удалось получить новый по свойствам материал, износостойкость и прочность которого в 1,5 раза выше исходного материала. Это дает основание применять этот композиционный материал для изготовления поршней двигателей внутреннего сгорания.

Формула изобретения

Способ получения композиционного материала, содержащего матрицу из сплава на основе алюминия и металлический волокнистый наполнитель, включающий предварительную обработку наполнителя, нагрев матричного сплава выше температуры плавления, введение наполнителя в расплав и охлаждение, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа за счет утилизации отходов при сохранении прочности и износостойкости материала, нагрев матрицы проводят до 750 - 800°С, введение наполнителя в расплав матрицы осуществляют при перемешивании с выдержкой в течение 15 - 20 мин, при этом в качестве сплава на основе алюминия используют силумин, а в качестве волокнистого наполнителя - стальную стружку.

Использование: машиностроение, например для изготовления поршней двигателей внутреннего сгорания. Сущность изобретения: способ получения композиционного материала, содержащего в качестве металлической матрицы силумин, а в качестве волокнистого наполнителя - стальную стружку, включает нагрев матрицы до 750 - 800°С и введение наполнителя в расплав матрицы при перемешивании с последующей выдержкой 15-20 мин и последующим охлаждением. При этом перед введением наполнителя в расплав его подвергают предварительной обработке. Композиционный материал имеет следующие характеристики: предел прочности 475 МПа, момент трения 19 Дж/см2. 1 табл.