Методики cектора разработки и исследований биметаллов и многослойных металлических композитов
Метод, используемый нами для получения биметаллов и многослойных композитов – это горячая прокатка в вакууме (метод ГПВ).
Особенности метода:
- возможность сварки в твердой фазе слоев из практически любых металлов и сплавов;
- прочность соединения слоев не уступает прочности свариваемых металлов;
- взаимное пространственное расположение слоев свариваемых металлов и их толщины в композите могут быть практически любыми.
Cущность метода
Пакет пластин, выполненных из разнородных металлов или сплавов, нагревается, прокатывается и остывает в условиях вакуума. Во время прохождения свариваемых пластин сквозь очаг деформации, между ними устанавливается прочная металлургическая связь, т.е. образуется сварное соединение разнородных металлов.
Для реализации метода используются вакуумные прокатные станы или вакуумные прокатно-сварочные установки.
Благодаря практически безокислительным условиям нагрева и отсутствию расплавления свариваемых металлов, прочность соединения слоев не уступает прочности самих металлов.
Метод позволяет получать сварное соединение даже таких металлов, которые традиционно считаются несвариваемыми (например, медь + молибден, алюминий + сталь и др.).
Взаимное пространственное расположение слоев из свариваемых металлов и их относительные толщины в композите могут быть практически любыми.
В качестве исходных материалов могут использоваться как традиционные виды металлопроката, так и различные дисперсные материалы - металлические порошки, стружка, высечка, а также порошковые смеси металлов с карбидами, нитридами и др. неметаллическими соединениями.
Данный метод позволяет получать:
- Переходниковые биметаллы,
- состоящие из слоев разнородных металлов, которые невозможно или очень трудно сварить традиционными методами сварки с расплавлением (например, пары таких металлов, как титан и сталь, цирконий и сталь, алюминий и сталь, а также стали, относящиеся к различным классам). Рациональный выбор промежуточных прослоек обеспечивает биметаллическим переходникам высокую прочность, ударную вязкость, вакуумплотность и коррозионную стойкость, а также работоспособность при высоких температурах в течении длительного времени. Из биметаллических заготовок изготавливают переходники той формы, которая соответствует свариваемым деталям, а сами детали из разнородных металлов приваривают к одноименным по составу частям переходника, используя обычные технологии.
- Применяются
- в ракетной, космической, авиационной технике, в приборостроении, производстве электротехнических изделий и пр.
- Антифрикционные биметаллы,
- состоящие из толстого основного слоя, выполненного, как правило, из конструкционной стали, и тонкого плакирующего слоя из антифрикционного сплава. Предназначены для изготовления деталей различных пар трения, позволяют экономно расходовать дорогостоящие антифрикционные материалы, повысить допустимые нагрузки в узлах трения и, за счет применения различных порошковых смесей, получать антифрикционные композиции с улучшенными характеристиками.
- Применяются
- для изготовления подшипников скольжения различного назначения, в частности, в производстве и для ремонта автомобилей, двигателей внутреннего сгорания, станков и пр.
- Электротехнические биметаллы и слоистые композиты,
- состоящие из слоев электропроводных материалов (меди, алюминия) и конструкционной стали. Позволяют повысить механическую прочность изделий без снижения их электрофизических характеристик, а также изготавливать детали и изделия с уникальным наперед заданным комплексом магнитных и электрических свойств - варьируя объемную долю электропроводящей диамагнитной компоненты и резистивной ферромагнитной компоненты, а также взаимное пространственное расположение слоев из разнородных металлов.
- Применяются
- для производства разнообразных электротехнических изделий, электрических генераторов и моторов, бытовой техники и пр.
- Инструментальные биметаллы,
- состоящие из основного слоя, выполненного из конструкционной стали, и небольшого объема инструментального материала (например, быстрорежущей стали), конфигурация и размеры которого достаточны для обеспечения работоспособности конкретного типа инструмента. Позволяют экономно расходовать дефицитные инструментальные материалы, повысить демпфирующие характеристики инструмента и снизить трудоемкость его изготовления.
- Применяются
- для изготовления практически любых видов и типоразмеров режущих инструментов (предпочтительно, плоских), штампов различных типов и пр.
- Самозатачивающиеся композиты,
- состоящие из одного или двух слоев из материалов с низкой износостойкостью и тонкого слоя из высокоизносостойкого материала. Обеспечивают режущим органам различных машин (например, сельхозорудий) тонкую (0,1 - 0,2 мм) режущую кромку, самовосстанавливающуюся в процессе эксплуатации машины.
- Применяются
- для изготовления режущих органов сельхозтехники и ручных сельхозорудий, оборудования для пищевой и легкой промышленности, деревообработки и пр.
- Композиты-заменители
- редких и драгоценных металлов, состоящие из тонкого внешнего слоя из дорогого металла (например, золота, серебра, тантала или сплавов цветных металлов) и основного слоя из более дешевого металла (например, стали). Эти композиты не только обеспечивают изделиям из них свойства, присущие аналогичным изделиям из дорогих металлов, но и позволяют значительно уменьшить расход таких металлов и, за счет этого, снизить издержки производства определенных изделий.
- Применяются
- для изготовления изделий, стойких в различных агрессивных средах, в частности, электролитических конденсаторов, тиглей для плавки активных металлов и пр., а также в производстве монет, жетонов, электрических контактов, ювелирных, декоративных изделий и пр.
