[go: up one dir, main page]

RU2844587C1 - Method of producing workpiece of composite aluminium-matrix armoured plates - Google Patents

Method of producing workpiece of composite aluminium-matrix armoured plates

Info

Publication number
RU2844587C1
RU2844587C1 RU2025105753A RU2025105753A RU2844587C1 RU 2844587 C1 RU2844587 C1 RU 2844587C1 RU 2025105753 A RU2025105753 A RU 2025105753A RU 2025105753 A RU2025105753 A RU 2025105753A RU 2844587 C1 RU2844587 C1 RU 2844587C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
melt
aluminum
rotor
particles
dispersed particles
Prior art date
Application number
RU2025105753A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Викторович Калмыков
Валентин Анатольевич Карамзин
Игорь Павлович Синчурин
Александр Георгиевич Семенов
Эдуард Николаевич Беспалов
Original Assignee
Александр Викторович Калмыков
Filing date
Publication date
Application filed by Александр Викторович Калмыков filed Critical Александр Викторович Калмыков
Application granted granted Critical
Publication of RU2844587C1 publication Critical patent/RU2844587C1/en

Links

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: invention relates to metallurgy, particularly, to production of armoured plates. Proposed method of producing workpiece of composite aluminium-matrix armoured plates comprises preparing charge in mixer, producing melt therefrom on metal base in furnace with introduction of disperse particles, placing melt with particles in vessel, cooling melt with particles to solid state and withdrawing it from vessel. Charge is prepared on the basis of aluminium with addition of refractory disperse particles by means of mixer. Molten metal of the second part of aluminium or aluminium alloy, for example, consisting of 96 % of aluminium and 4 % of silicon, is prepared by means of heating in the furnace. Charge is added to molten aluminium or aluminium alloy with simultaneous or subsequent introduction of refractory disperse particles into liquid body of metal behind its mirror by mixing of molten metal. Then, the rotation mode of the rotor of the horizontal centrifugal casting machine is switched on and the melt with refractory dispersion particles is loaded from the crucible into the rotor mould by means of a loading container and/or a chute of the said machine. Sleeve is formed in rotor to make said workpiece with wall thickness at its centre making, at least, 7 mm, with concentration of particles, mainly, in its surface layer and uniform distribution over outer cylindrical surface. Then cooling the centrifugal machine rotor mould to the formed bushing solid state, stopping the centrifugal machine rotor rotation, sleeve is withdrawn from rotary machine rotor mould to cut the workpiece and machine it to production of armoured plates.
EFFECT: invention allows obtaining workpiece with structure recommended for armoured plates.
6 cl, 4 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к металлургическому производству, с получением (приготовлением, изготовлением) литейных и деформируемых композиционных материалов в виде металлических матриц с включениями множества твердых частиц и в форме заготовки для последующего изготовления, путем механической обработки заготовки, броневых плит или иных средств броне-защиты.The invention relates to metallurgical production, with the production (preparation, manufacturing) of cast and deformable composite materials in the form of metal matrices with inclusions of many solid particles and in the form of a blank for subsequent manufacturing, by mechanical processing of the blank, armor plates or other means of armor protection.

Известна как гомогенная, так и гетерогенная броня, в том числе в виде композитных алюмоматричных (на основе алюминиевых сплавов) броневых плит с твердыми нерастворимыми в расплаве на основе алюминия частицами (включениями) в объеме матрицы [1. Арцруни А.А. (АО «НИИ Стали»). Российская алюминиевая танковая броня и зарубежные аналоги // Армия, №1, 2022. - URL: http://орр.gp-media.ru/2022/03/21/российская-алюминиевая-танковая-бро/?ysclid=m4721ck9b986013698 (дата обращения 29.12.2024);Both homogeneous and heterogeneous armor are known, including in the form of composite aluminum-matrix (based on aluminum alloys) armor plates with solid particles (inclusions) insoluble in aluminum-based melt in the volume of the matrix [1. Artsruni A.A. (JSC "Research Institute of Steel"). Russian aluminum tank armor and foreign analogues // Army, No. 1, 2022. - URL: http://орр.gp-media.ru/2022/03/21/россияющая-алюбления-танковая-бро/?ysclid=m4721ck9b986013698 (date of access 12/29/2024);

2. Современная броня на основе композитных материалов. Гомогенная и композитная броня… - URL: https://ezoteriker.ru/sovremennaya-bronya-na-osnove-kompozitnyh-materialov-gomogennaya-i/ (дата обращения 29.12.2024);2. Modern armor based on composite materials. Homogeneous and composite armor… - URL: https://ezoteriker.ru/sovremennaya-bronya-na-osnove-kompozitnyh-materialov-gomogennaya-i/ (date of access 12/29/2024);

3. Алюминиевые броневые сплавы в экстремальных условиях использования. - URL: https://www.niistali.ru/about-company/stati-nashikh-avtorov/alyuminievye-bronevye-splavy/ (дата обращения 29.12.2024)].3. Aluminum armor alloys in extreme conditions of use. - URL: https://www.niistali.ru/about-company/stati-nashikh-avtorov/alyuminievye-bronevye-splavy/ (date of access 12/29/2024)].

Такая броня обладает рядом преимуществ и поэтому нашла применение в бронетехнике (бронемашины, бронежилеты и т.д.). Однако более широкое ее применение, при конкуренции со стороны составных слоистых и иных конструктивов [4. RU 2831691 С1, МПК F41H 1/00, АО «НПО Спецматериалов», опубл. 11.12.2024 «Способ получения композита высокой плотности для средств бронезащиты»] сдерживается технологическими сложностями формирования заданных рациональных (по бронестойкости и прочим свойствам) структур с требуемым дифференцированным по объему матрицы распределением дисперсных частиц.Such armor has a number of advantages and therefore has found application in armored vehicles (armored cars, bulletproof vests, etc.). However, its wider application, in competition with composite layered and other designs [4. RU 2831691 C1, IPC F41H 1/00, JSC NPO Spetsmaterialov, published 12/11/2024 "Method for producing a high-density composite for armor protection"] is constrained by the technological difficulties of forming specified rational (in terms of armor resistance and other properties) structures with the required distribution of dispersed particles differentiated by the volume of the matrix.

Ряд зарубежных фирм освоили промышленное производство алюмоматричных композитов (наиболее известные - см. табл. 1).A number of foreign companies have mastered the industrial production of aluminum matrix composites (the best known ones are shown in Table 1).

Известны (с начала XX века) центробежные литейные машины горизонтального типа [5. Горизонтальные машины центробежного литья заготовок из металла: принцип действия и обзор 3 моделей. - URL: https.//eurasia-group.ru/blog/articles/gorizontalnye-mashiny-tsentrobezhnogo-litya-zagotovok-iz-metalla-printsip-deystviya-i-obzor-3-modele/?ysclid=m4jufx32qs42121867 (дата обращения 28.12.2024); 6. Машины центробежного литья с горизонтальной осью. - URL: https://aitcom.ru/litejnoe-i-formovochnoe-oborudovanie/mashinyi-czentrobezlmogo-litya/mashinyi-czentrobezhnogo-litya-s-gorizontalnoj-osyu?ysclid=m4julguibm806661908 (дата обращения 28.12.2024); 7. Матвеенко И.В. и Тарский В.Л. Оборудование литейных цехов. Учебник для техникумов. М., «Машиностроение», 1976, 440 с, ил. (Гл. 2 «Машины для центробежного литья», параграф 2 «Центробежные машины с горизонтальной осью вращения». - С. 249-251)].Centrifugal casting machines of horizontal type are known (since the beginning of the 20th century) [5. Horizontal machines for centrifugal casting of metal blanks: operating principle and review of 3 models. - URL: https.//eurasia-group.ru/blog/articles/gorizontalnye-mashiny-tsentrobezhnogo-litya-zagotovok-iz-metalla-printsip-deystviya-i-obzor-3-modele/?ysclid=m4jufx32qs42121867 (date of access 12/28/2024); 6. Centrifugal casting machines with horizontal axis. - URL: https://aitcom.ru/litejnoe-i-formovochnoe-oborudovanie/mashinyi-czentrobezlmogo-litya/mashinyi-czentrobezhnogo-litya-s-gorizontalnoj-osyu?ysclid=m4julguibm806661908 (date of access 12/28/2024); 7. Matveenko I.V. and Tarsky V.L. Equipment of foundries. Textbook for technical schools. Moscow, "Mashinostroenie", 1976, 440 p., ill. (Chapter 2 "Machines for centrifugal casting", paragraph 2 "Centrifugal machines with a horizontal axis of rotation". - Pp. 249-251)].

Однако эти источники посвящены именно оборудованию и оснастке, но не самим изделиям.However, these sources are dedicated specifically to equipment and tooling, but not to the products themselves.

Центробежное литье - это технология, позволяющая создавать пустотелые круглые изделия (в частности, в форме цилиндра) из стали, чугуна, медных или алюминиевых сплавов). Благодаря гравитационным и, главным образом, центробежным силам, воздействующим на расплав, обеспечивается получение качественной отливки, отличающейся минимумом локальных пустот, газовых раковин и прочих подобных дефектов в сравнении с другими способами литья.Centrifugal casting is a technology that allows the creation of hollow round products (in particular, in the form of a cylinder) from steel, cast iron, copper or aluminum alloys). Due to the gravitational and, mainly, centrifugal forces acting on the melt, it is possible to obtain a high-quality casting, characterized by a minimum of local voids, gas cavities and other similar defects in comparison with other casting methods.

Однако, центробежное литье требует соответствующего, относительно непростого оборудования и имеет ограничения в части возможных форм заготовок.However, centrifugal casting requires appropriate, relatively complex equipment and has limitations in terms of the possible shapes of the blanks.

В числе аналогов заявляемого изобретения, применяющих центрифугу при формировании композитов с локализацией отдельных слоев, известны «Способ производства бронезащитной конструкции на основе пористого алюминия с локализованным объемом уплотнения» [8. RU 2686501 C1, МПК C25D 11/04, F41H 5/00, опубл. 29.04.2019, авт. И. Воробъев; патентообладатель ЦНИИ инженерных войск МО РФ]; 9. Алюминиевая броня - это не шутка. Сочетание металла с его оксидом дает легкий и прочный материал. - URL: https://www.kommersant.ru/doc/3968008 (дата выкладки 16.05.2019, дата обращения 29.12.2024].Among the analogues of the claimed invention, using a centrifuge in the formation of composites with localization of individual layers, are known "Method for producing an armor-protective structure based on porous aluminum with a localized compaction volume" [8. RU 2686501 C1, IPC C25D 11/04, F41H 5/00, published. 04/29/2019, author I. Vorobyev; patent holder Central Research Institute of Engineering Troops of the Ministry of Defense of the Russian Federation]; 9. Aluminum armor is no joke. The combination of metal with its oxide produces a lightweight and durable material. - URL: https://www.kommersant.ru/doc/3968008 (date of publication 05/16/2019, date of access 12/29/2024].

В способе-аналоге делают заготовку из пористого алюминия в форме защищаемого объекта. Затем алюминий переводят в оксид, который по твердости приближается к корунду, то есть монокристаллическому оксиду алюминия. Недоокисленная алюминиевая матрица обеспечивает пластичность материала. Пористый алюминийоксидный композит отличается легкостью и высокой ударной прочностью.In an analogous method, a porous aluminum blank is made in the shape of the protected object. Then the aluminum is converted into an oxide, which is close in hardness to corundum, i.e., single-crystal aluminum oxide. The under-oxidized aluminum matrix ensures the plasticity of the material. The porous aluminum oxide composite is lightweight and has high impact strength.

В способе-аналоге броню делают в четыре этапа.In a similar method, armor is made in four stages.

Первый - механическая обработка заготовки из пористого алюминия и придание ей необходимой формы. Толщина пластины зависит от заданных критериев стойкости, но не может быть менее 10 мм. На одной из торцевых сторон заготовки пластины заранее проектируют и вытачивают выступ высотой не менее 50 мм с поперечным сечением в виде окружности. Диаметр окружности соответствует толщине пластины. Профиль служит токопроводом и гидропроводом для подвода электрического тока и электролита.The first is mechanical processing of a porous aluminum blank and giving it the required shape. The thickness of the plate depends on the specified durability criteria, but cannot be less than 10 mm. On one of the end faces of the plate blank, a protrusion of at least 50 mm in height with a cross-section in the form of a circle is designed and turned in advance. The diameter of the circle corresponds to the thickness of the plate. The profile serves as a current conductor and a hydraulic conduit for supplying electric current and electrolyte.

На втором этапе формованную заготовку из пористого алюминия с выступом помещают в центрифугу. Далее губчатый мягкий материал (войлок либо поролон), по форме идентичный заготовке и пропитанный жидким гидрофобным диэлектрическим полимером, крепят к заготовке со стороны, не предназначенной для оксидирования. В центрифуге под действием центробежных сил жидкий гидрофобный диэлектрический полимер перетекает из губчатого материала в тело заготовки. Одновременно в центрифуге происходит нагревание заготовок. Полимер застывает на заданной толщине заготовки. Так формируется граница объема, который затем будет подвержен микродуговому оксидированию.At the second stage, the molded porous aluminum blank with a protrusion is placed in a centrifuge. Then a spongy soft material (felt or foam rubber), identical in shape to the blank and impregnated with a liquid hydrophobic dielectric polymer, is attached to the blank from the side not intended for oxidation. In the centrifuge, under the action of centrifugal forces, the liquid hydrophobic dielectric polymer flows from the spongy material into the body of the blank. At the same time, the blanks are heated in the centrifuge. The polymer hardens at a given thickness of the blank. This is how the boundary of the volume is formed, which will then be subjected to microarc oxidation.

На третьем этапе заготовки, прошедшие в центрифуге обработку, помещают в установку для оксидирования. В ванне установки часть заготовки, где нанесен диэлектрик, не будет участвовать в электрохимической реакции оксидирования, остальная часть превратится в упрочненный слой оксида алюминия.At the third stage, the workpieces processed in the centrifuge are placed in the oxidation unit. In the bath of the unit, the part of the workpiece where the dielectric is applied will not participate in the electrochemical oxidation reaction, the rest will turn into a hardened layer of aluminum oxide.

На четвертом этапе заготовки подвергаются механической обработке, в процессе которой упомянутые выступы удаляют.At the fourth stage, the blanks undergo mechanical processing, during which the mentioned protrusions are removed.

Описанный аналог, однако, интересен здесь только использованием центрифуги для локального внедрения жидкого вещества (полимера) в алюминиевую матрицу.The described analogue, however, is interesting here only in that it uses a centrifuge for local introduction of a liquid substance (polymer) into an aluminum matrix.

Известен способ получения нейтронопоглощающего материала на основе алюминия, содержащего слои с различной концентрацией карбида бора, включающий изготовление плоских плит из алюминиевого сплава с кремнием и дисперсных частицами карбида бора с размером 10-30 мкм в концентрации 10-55 масс. %, с воздействием вибрации, когда вследствие последней в расплаве алюминиевого сплава происходит всплывание частиц карбида бора и обогащение ими верхнего слоя [10. DE 102011120988 A1, МПК С22С 21/02, опубл. 13.06.2013].A method is known for producing a neutron-absorbing material based on aluminum, containing layers with different concentrations of boron carbide, including the production of flat plates of an aluminum alloy with silicon and dispersed particles of boron carbide with a size of 10-30 μm in a concentration of 10-55 mass %, with the effect of vibration, when, as a result of the latter, boron carbide particles float up in the aluminum alloy melt and enrich the upper layer with them [10. DE 102011120988 A1, IPC C22C 21/02, published 13.06.2013].

Однако этот способ не позволяет получить крупные заготовки, а вибрация, «по определению», предполагает разнознаковые инерционные силы воздействия на внедренные в расплав твердые дисперсных частицы (движение вверх-вниз), что в принципе не может обеспечить высокой послойной дифференциации концентрации (содержания) дисперсных частиц в расплаве. И вообще, он посвящен решению другой задачи - получению эффективных защитных материалов от радиации.However, this method does not allow obtaining large blanks, and vibration, "by definition", assumes opposite inertial forces of action on solid dispersed particles introduced into the melt (up-down movement), which in principle cannot provide high layer-by-layer differentiation of the concentration (content) of dispersed particles in the melt. And in general, it is devoted to solving another problem - obtaining effective protective materials from radiation.

Еще более близким аналогом можно считать способ получения нейтронопоглощающего материала на основе алюминия, содержащего слои с карбидом бора, при котором используют центробежную литейную машину горизонтального типа и формируют в ней многослойную («вафельной» структуры) втулку-заготовку последовательным формированием (с отвердеванием) и оставлением в изложнице) концентричных слоев-втулок, с чередующимися слоями без дисперсных частиц и с дисперсных частицами высокой концентрации [11. RU 2693669 C1, МПК С22С 21/00, С22С 1/10, АО «ВПО «ВНИИМАШ», опубл. 03.07.2019].An even closer analogue can be considered a method for producing a neutron-absorbing material based on aluminum containing layers with boron carbide, which uses a horizontal centrifugal casting machine and forms a multilayer (“wafer” structure) sleeve-blank in it by sequentially forming (with hardening) and leaving in the mold) concentric layers-sleeves, with alternating layers without dispersed particles and with dispersed particles of high concentration [11. RU 2693669 C1, IPC C22C 21/00, C22C 1/10, JSC VPO VNIIMASH, published 03.07.2019].

Однако, во-первых, в тонких слоях с высокой концентрацией дисперсных частиц последние распределятся при вращении изложницы практически равномерно (а иное и не требуется при таком послойном формировании втулок). При этом внешний слой - не содержит дисперсных частиц. Во-вторых, в принципе нарушена целостность алюмоматрицы. В-третьих, реализация способа технически сложна, так как карбид бора смачивает жидкий алюминий лишь при температуре более 950°С. В-четвертых, как и у предыдущего аналога, решаются задачи, отличные от поставленных авторами заявляемого изобретения.However, firstly, in thin layers with a high concentration of dispersed particles, the latter will be distributed almost uniformly during the rotation of the mold (and nothing else is required with such layer-by-layer formation of bushings). At the same time, the outer layer does not contain dispersed particles. Secondly, the integrity of the aluminum matrix is, in principle, violated. Thirdly, the implementation of the method is technically difficult, since boron carbide wets liquid aluminum only at a temperature of more than 950 ° C. Fourthly, as with the previous analogue, problems are solved that differ from those set by the authors of the claimed invention.

Наиболее близким аналогом (принятым за прототип) заявляемого способа по назначению и совокупности существенных признаков представляется способ получения заготовки композитных броневых плит, приготовление шихты в смесителе, получение из нее в печи расплава на металлической основе с введением дисперсных частиц, сохраняющих твердое свое состояние в расплаве, размещение расплава с дисперсными частицами в емкости по форме упомянутой заготовки, принудительное перемещение дисперсных частиц в упомянутом расплаве до заданного распределения по его объему, охлаждение расплава с дисперсными частицами до твердого состояния и, как финишная операция, извлечение ее из емкости с возможностью последующих разрезания и механической обработки до формирования броневых плит [12. RU 94005166 A от 14.02.1994, МПК С21С 1/10, опубл. 20.10.1995, авт. - Семенов Б.И., заявитель - Московский институт приборостроения]. В способе-прототипе:The closest analogue (adopted as a prototype) of the claimed method in terms of purpose and a set of essential features is a method for producing a blank of composite armor plates, preparing a charge in a mixer, obtaining a melt from it on a metal base in a furnace with the introduction of dispersed particles that retain their solid state in the melt, placing the melt with dispersed particles in a container in the shape of the said blank, forced movement of the dispersed particles in the said melt to a given distribution over its volume, cooling the melt with dispersed particles to a solid state and, as a finishing operation, removing it from the container with the possibility of subsequent cutting and mechanical processing to form armor plates [12. RU 94005166 A dated 14.02.1994, IPC C21C 1/10, published 20.10.1995, author - Semenov B.I., applicant - Moscow Institute of Instrument Engineering]. In the prototype method:

получают в тигле путем нагрева в печи расплав на металлической основе (металлическую матрицу), с введением в него дисперсных (керамических) частиц,obtained in a crucible by heating a melt on a metal base (metal matrix) in a furnace, with the introduction of dispersed (ceramic) particles into it,

перемешивают расплав с дисперсными частицами дисковой мешалкой, закрепленной на валу привода с возможностью возвратно-поступательного перемещения в вертикальной плоскости,the melt is mixed with dispersed particles using a disk mixer, fixed on the drive shaft with the possibility of reciprocating movement in the vertical plane,

причем тигель, печь и мешалка с ее приводом используют в составе предназначенной для этого установки,wherein the crucible, furnace and stirrer with its drive are used as part of a unit designed for this purpose,

в которой, за счет перемешивания и гравитационного поля, формируют расплав с перераспределенными в его объеме (в матрице) дисперсными частицами,in which, due to mixing and the gravitational field, a melt is formed with dispersed particles redistributed in its volume (in the matrix),

переливают содержимое тигля в формообразующую (по форме заготовки) емкость,pour the contents of the crucible into a molding container (according to the shape of the workpiece),

охлаждают и извлекают полученную заготовку.cool and remove the resulting workpiece.

При этом матрица приобретает требуемую финишную структуру.In this case, the matrix acquires the required finishing structure.

Однако способ-прототип, при всех своих положительных характеристиках, ограничен в своих возможностях.However, the prototype method, despite all its positive characteristics, is limited in its capabilities.

Проблема состоит в сложности, а то и невозможности известными способами, в том числе и способом-прототипом, эффективно внедрить дисперсные частицы в алюмоматрицу и, тем более, получить структуру алюмоматрицы с максимально насыщенным этими частицами внешнем поверхностном слоем броневой плиты (а значит и заготовки для таких плит), причем с равномерным распределением частиц по поверхности этого слоя (на любой его глубине).The problem is the complexity, if not the impossibility, of using known methods, including the prototype method, to effectively introduce dispersed particles into the aluminum matrix and, moreover, to obtain an aluminum matrix structure with the outer surface layer of the armor plate (and therefore the blanks for such plates) maximally saturated with these particles, and with a uniform distribution of particles over the surface of this layer (at any depth).

Соответственно авторами заявляемого изобретения поставлена задача получения заготовки композитных алюмоматричных броневых плит с рекомендуемой (по бронестойкости) для средств бронезащиты структурой, характеризующейся преимущественной концентрацией тугоплавких дисперсных частиц (ТДЧ) в поверхностном слое алюмоматрицы, равномерно по площади наружной заявляемого цилиндрической поверхности (ожидаемый технический результат изобретения), при дополнительном уплотнении материала алюмоматрицы по всему объему заготовки (ожидаемый сопутствующий технический результат, известный в сравнении со способом центробежного литья вообще и новый в сравнении со способом-прототипом).Accordingly, the authors of the claimed invention have set the task of obtaining a blank of composite aluminum matrix armor plates with a structure recommended (in terms of armor resistance) for armor protection means, characterized by a predominant concentration of refractory dispersed particles (RDP) in the surface layer of the aluminum matrix, uniformly over the area of the outer claimed cylindrical surface (the expected technical result of the invention), with additional compaction of the aluminum matrix material over the entire volume of the blank (the expected accompanying technical result, known in comparison with the centrifugal casting method in general and new in comparison with the prototype method).

Решение указанной задачи достигается тем, что в способе получения заготовки алюмоматричных композитных броневых плит, включающий приготовление шихты в смесителе, получение из нее в печи расплава на металлической основе с введением дисперсных частиц, сохраняющих твердое свое состояние в расплаве, размещение расплава с дисперсными частицами в емкости по форме упомянутой заготовки, принудительное перемещение дисперсных частиц в упомянутом расплаве до заданного распределения по его объему, охлаждение расплава с дисперсными частицами до твердого состояния и, как финишная операция, извлечение ее из емкости с возможностью последующих разрезания и механической обработки до формирования броневых плит, согласно заявляемому изобретению,The solution to the said problem is achieved by the fact that in the method for producing a blank of aluminum matrix composite armor plates, including the preparation of a charge in a mixer, obtaining from it in a furnace a melt on a metal base with the introduction of dispersed particles that retain their solid state in the melt, placing the melt with dispersed particles in a container in the shape of the said blank, forced movement of the dispersed particles in the said melt to a specified distribution over its volume, cooling the melt with dispersed particles to a solid state and, as a finishing operation, removing it from the container with the possibility of subsequent cutting and mechanical processing until the formation of armor plates, according to the claimed invention,

шихту приготавливают на основе алюминия в виде, например, крупки или стружки с добавлением тугоплавких дисперсных частиц (ТДЧ), смачиваемых расплавом и сохраняющих твердое свое состояние в расплаве, посредством смесителя, например аттритора или мельницы, до образования однородной механической смеси - премикса,the charge is prepared on the basis of aluminum in the form of, for example, grits or shavings with the addition of refractory dispersed particles (RDP), wetted by the melt and retaining their solid state in the melt, using a mixer, for example an attritor or mill, until a homogeneous mechanical mixture is formed - a premix,

приготавливают посредством нагрева в печи расплав второй части алюминия или алюминиевого сплава, например, состава 96% алюминия и 4% кремния,prepare by heating in a furnace a melt of the second part of aluminum or an aluminum alloy, for example, a composition of 96% aluminum and 4% silicon,

шихту добавляют в расплав алюминия или алюминиевого сплава, не извлекая для указанного объединения двух компонентов с одновременным или последующим внедрением ТДЧ под зеркало металла и перемешивают расплав, например, мешалкой, до получения равномерного распределения всех компонентов по объему расплава,the charge is added to the aluminum or aluminum alloy melt without removing the two components for the specified combination, with the simultaneous or subsequent introduction of the TDC under the metal mirror, and the melt is stirred, for example, with a stirrer, until a uniform distribution of all components is obtained throughout the volume of the melt,

включают режим вращения ротора литейной центробежной машины горизонтального типа и загружают расплав с ТДЧ из тигля в изложницу ротора посредством загрузочной емкости и/или желоба указанной машины,the rotation mode of the rotor of the horizontal centrifugal casting machine is switched on and the melt with the TDC is loaded from the crucible into the rotor mold by means of the loading container and/or chute of the said machine,

за счет предыдущей операции и, преимущественно, центробежных сил в роторе формируют втулку в качестве упомянутой заготовки с толщиной стенки в ее середине не менее 7 мм, с концентрацией ТДЧ преимущественно в поверхностном ее слое и равномерным распределением по площади наружной цилиндрической поверхности,due to the previous operation and, mainly, centrifugal forces in the rotor, a bushing is formed as the mentioned blank with a wall thickness in its middle of at least 7 mm, with the concentration of TDC mainly in its surface layer and uniform distribution over the area of the outer cylindrical surface,

охлаждают изложницу ротора центробежной машины до твердого состояния сформированной втулки,cool the mold of the centrifugal machine rotor until the formed sleeve is in a solid state,

останавливают вращение ротора центробежной машины,stop the rotation of the rotor of the centrifugal machine,

извлекают втулку из изложницы ротора центробежной машины с возможностью последующих разрезания заготовки и механической обработки до формирования броневых плит.the sleeve is removed from the mold of the centrifugal machine rotor with the possibility of subsequent cutting of the workpiece and mechanical processing until the formation of armor plates.

Кроме того, поставленная цель достигается за счет ряда дополнительных (зависимых, не обязательных, но рекомендуемых как рациональные) признаков заявляемого способа, а именно:In addition, the stated goal is achieved due to a number of additional (dependent, not mandatory, but recommended as rational) features of the claimed method, namely:

- между упомянутыми операциями приготовления шихты и добавления ее в расплав на основе алюминия шихту могут подпрессовывать, с возможностью компактирования (это позволяет не только рациональнее использовать рабочий объем тигля, но и снизить опасность окисления металла, образующего алюмоматрицу, избежать коагуляции ТЧД и упростить процесс введения ТДЧ в сравнении с альтернативными способами);- between the above-mentioned operations of preparing the batch and adding it to the aluminum-based melt, the batch can be pressed, with the possibility of compaction (this allows not only more rational use of the working volume of the crucible, but also reduces the risk of oxidation of the metal forming the aluminum matrix, avoids coagulation of the TCD and simplifies the process of introducing the TCD in comparison with alternative methods);

- ТДЧ могут вводить в количестве от 3 до 15 масс. % (нижний предел определяется достижением заметного уровня повышения механических свойств, определяющих уровень бронестойкости, а верхний предел определяется способностью расплава заполнять литейную форму);- TDC can be introduced in quantities from 3 to 15 mass % (the lower limit is determined by achieving a noticeable level of increase in mechanical properties that determine the level of armor resistance, and the upper limit is determined by the ability of the melt to fill the casting mold);

при любой из трех перечисленных выше совокупностей признаковwith any of the three sets of features listed above

- в качестве ТДЧ могут использовать оксиды, например оксид алюминия AL2O3, размером до 20 мкм (это альтернативный предыдущему частный случай, дополнительно позволяющий снизить затраты);- oxides, such as aluminum oxide AL2O3, with a size of up to 20 µm, can be used as TDCs (this is an alternative to the previous special case, which additionally allows for a reduction in costs);

- в качестве ТДЧ могут использовать карбиды, например карбид кремния SiC, размером до 20 мкм (это альтернативный предыдущим частный случай, дополнительно позволяющий обеспечить хорошую технологическую обрабатываемость полученных заготовок композитных алюмоматричных броневых плит);- carbides, such as silicon carbide SiC, with a size of up to 20 µm, can be used as TDC (this is an alternative to the previous special case, which additionally allows for good technological machinability of the resulting blanks of composite aluminum matrix armor plates);

- в качестве ТДЧ могут использовать бориды, например борид титана TiB2 или циркония ZrB2, размером до 20 мкм (это альтернативный предыдущим частный случай, дополнительно позволяющий повысить уровень механических свойств композитного материала за счет практически полной устойчивости боридов к расплаву алюминия).- borides can be used as TDCs, for example titanium boride TiB 2 or zirconium boride ZrB 2 , with a size of up to 20 µm (this is an alternative to the previous special case, which additionally allows for an increase in the level of mechanical properties of the composite material due to the almost complete resistance of borides to molten aluminum).

Среди известных способов и описаний работы устройств не обнаружены такие, совокупность существенных признаков которых совпадала бы с заявляемой. В то же время, именно за счет последней достигается новый технический результат в соответствии с поставленной задачей.Among the known methods and descriptions of the operation of devices, none have been found whose set of essential features would coincide with the declared one. At the same time, it is due to the latter that a new technical result is achieved in accordance with the task set.

Четкое разграничение ограничительной и отличительной частей приведенных совокупностей существенных признаков, отражающее результаты сравнительного анализа заявляемого способа с прототипом, соотносятся с мировым уровнем новизны технического решения. Мировой уровень новизны -первый из триады признаков (критериев) изобретения.A clear distinction between the restrictive and distinctive parts of the given sets of essential features, reflecting the results of a comparative analysis of the claimed method with the prototype, is related to the world level of novelty of the technical solution. The world level of novelty is the first of the triad of features (criteria) of the invention.

Далее, совокупности отличительных существенных признаков заявляемого способа не является простой суммой известных технических результатов применения порознь известных операций - «компонентов» способа. Имеет место «эмерджентность», то есть «сверхэффект» (в патентоведческом значении этого термина), которая(ый) не была(был) очевидным для специалиста из достигнутого уровня техники/технологии, разумеется, до рассмотрения заявляемого технического решения. Со спектром дополнительных технологических и технико-эксплуатационных преимуществ и возможностей. Это убедительно демонстрирует изобретательский уровень разработки как второй из триады квалификационных признаков изобретения.Further, the set of distinctive essential features of the claimed method is not a simple sum of known technical results of the application of separately known operations - "components" of the method. There is "emergence", that is, a "super-effect" (in the patent meaning of this term), which was not obvious to a specialist from the achieved level of technology/technical equipment, of course, before considering the claimed technical solution. With a range of additional technological and technical-operational advantages and possibilities. This convincingly demonstrates the inventive level of development as the second of the triad of qualifying features of an invention.

Третий квалификационный признак, - промышленная применимость, - также неоспорим и вытекает, прежде всего, из известности и практического использования в литейном деле литейных центробежных машин горизонтального типа, опыта получения алюмоматриц и получения композитов на их основе.The third qualifying feature, industrial applicability, is also indisputable and follows, first of all, from the fame and practical use in the foundry business of horizontal centrifugal casting machines, experience in obtaining aluminum matrices and obtaining composites based on them.

Для осуществления заявляемого способа не требуется какого-либо (каких-либо) нового устройства (новых устройств), поскольку достаточно устройств известных, основное из которых - литейная центробежная машина горизонтального типа, неоднократно упомянутая выше по тексту и дополнительно - далее по тексту.To implement the claimed method, no new device (new devices) is required, since known devices are sufficient, the main one of which is a horizontal centrifugal casting machine, repeatedly mentioned above in the text and additionally - further in the text.

Заявляемый способ излагается ниже с иллюстрациями фиг. 1-4: на фиг. 1 схематично показан процесс загрузки в тигель шихты (премикса), предварительно приготовленной(ого) из частиц (гранул или стружки) алюминиевого сплава и ТДЧ (в твердом состоянии перемешиванием с последующей компактирующей подпрессовкой), и установки тигля в индукционной печи, где 1 - тигель, 2 - витки индуктора печи, 3 - расплав металла (алюминия или алюминиевого сплава), 4 - премикс, содержащий ТДЧ;The claimed method is described below with illustrations in Fig. 1-4: Fig. 1 schematically shows the process of loading a charge (premix) into a crucible, previously prepared from particles (granules or chips) of an aluminum alloy and TDC (in a solid state by mixing followed by compacting pressing), and installing the crucible in an induction furnace, where 1 is a crucible, 2 are the turns of the furnace inductor, 3 is a metal melt (aluminum or aluminum alloy), 4 is a premix containing TDC;

на фиг. 2 показан процесс получения в тигле, установленном в индукционной печи, при перемешивании содержимого тигля мешалкой, расплава алюминия или алюминиевого сплава, с включением ТДЧ из упомянутой шихты (премикса), где 1 - тигель, 2 - витки индуктора печи, 4 - частично подплавленный премикс, содержащий ТДЧ, 5 - расплав, 6 - мешалка;Fig. 2 shows the process of obtaining, in a crucible installed in an induction furnace, with the contents of the crucible being stirred with a stirrer, molten aluminum or an aluminum alloy, with the inclusion of TDC from the said batch (premix), where 1 is the crucible, 2 are the turns of the furnace inductor, 4 is the partially melted premix containing TDC, 5 is the melt, 6 is the stirrer;

на фиг. 3 показан процесс формирования конечного продукта способа - композитной втулки-заготовки из загружаемого в изложницу центробежной литейной машины горизонтального типа приготовленного по фиг. 2 расплава на основе алюминия или алюминиевого сплава, с включением ТДЧ, с последующим охлаждением в изложнице и окончательным формированием алюмоматрицы с ТДЧ в ней, где n - угловая скорость (число оборотов) ротора машины; 1 - тигель, 5 - расплав с ТДЧ, 7 - ротор, 8 - изложница, 9 - загрузочная емкость машины, 10 - желоб, 11-13 - элементы изложницы ротора (11 - вставка, 12 - крышка передняя, 13 - крышка задняя);Fig. 3 shows the process of forming the final product of the method - a composite sleeve-blank from a melt based on aluminum or an aluminum alloy, with the inclusion of TDC, prepared according to Fig. 2, loaded into the mold of a horizontal centrifugal casting machine, with subsequent cooling in the mold and the final formation of the aluminum matrix with the TDC in it, where n is the angular velocity (number of revolutions) of the machine rotor; 1 - crucible, 5 - melt with TDC, 7 - rotor, 8 - mold, 9 - loading container of the machine, 10 - trough, 11-13 - elements of the rotor mold (11 - insert, 12 - front cover, 13 - rear cover);

на фиг. 4 изображен конечный продукт способа - отвердевшая в результате охлаждения и извлеченная из кокиля литейной машины втулка-заготовка, в продольной разрезе, с условным изображением слоя преимущественного наполнения алюмоматрицы ТДЧ, где h - толщина поверхностного слоя преимущественного наполнения (концентрации) ТДЧ; 14 - втулка-заготовка, 15 - наружная поверхность втулки-заготовки, 16 - внутренняя поверхность втулки-заготовки, 17 - ТДЧ в алюмоматрице.Fig. 4 shows the final product of the method - a sleeve-blank that has hardened as a result of cooling and been removed from the chill mold of the casting machine, in longitudinal section, with a conventional image of the layer of predominant filling of the aluminum matrix with TDC, where h is the thickness of the surface layer of predominant filling (concentration) of TDC; 14 - sleeve-blank, 15 - outer surface of the sleeve-blank, 16 - inner surface of the sleeve-blank, 17 - TDC in the aluminum matrix.

Для осуществления заявляемого способа можно использовать оборудование, включая центробежную литейную машину горизонтального типа, и оснастку как известные и применяемые в литейном деле (см., например, [5, 6,]), так и вновь создаваемые.To implement the claimed method, it is possible to use equipment, including a horizontal centrifugal casting machine, and tooling, both known and used in the foundry industry (see, for example, [5, 6]), and newly created.

Заявляемый способ получения заготовки алюмоматричных композитных броневых плит включает следующую последовательность операций материальными средствами над материальными объектами:The claimed method for producing a blank of aluminum matrix composite armor plates includes the following sequence of operations with material means on material objects:

Первая операция: приготавливают шихту на основе алюминия с возможными присадками (в том числе металлическими) в виде, например, крупки или стружки с добавлением тугоплавких дисперсных частиц (ТДЧ), смачиваемых расплавом и сохраняющих твердое свое состояние в расплаве указанной первой части алюминия или алюминиевого сплава. Делают это в смесителе (посредством смесителя), например, в аттриторе или мельнице, до образования однородной механической смеси - премикса.The first operation: prepare a charge based on aluminum with possible additives (including metallic ones) in the form of, for example, grits or shavings with the addition of refractory dispersed particles (RDP), wetted by the melt and retaining their solid state in the melt of the said first part of aluminum or aluminum alloy. This is done in a mixer (by means of a mixer), for example, in an attritor or mill, until a homogeneous mechanical mixture - premix - is formed.

Иллюстрации к этой операции не приведены по причине достаточности текстового изложения для понимания. Однако шихта (премикс) показана(ан) в верхней части фиг. 1 (поз. 4), причем по рекомендуемому авторами частному исполнения способа - с финишной обжимкой в прессе (компактированием), о чем будет сказано подробнее ниже по тексту в описании дополнительных признаков способа.Illustrations for this operation are not given due to the sufficiency of the textual presentation for understanding. However, the charge (premix) is shown in the upper part of Fig. 1 (pos. 4), and according to the particular implementation of the method recommended by the authors - with final pressing in the press (compacting), which will be discussed in more detail below in the text in the description of additional features of the method.

Преимущественный характерный размер упомянутых ТДЧ - до 20 мкм (см. далее по тексту рекомендуемый частный химический состав указанных частиц, с температурой плавления выше максимальной температуры жидкой алюмоматрицы) и в количестве от 3 до 15 масс. %, сохраняющих, соответственно, твердое свое состояние в расплаве на всех стадиях осуществления способа (см. фиг. 1-3) и, тем более, в финишной (отвердевшей) алюмоматрице (см. фиг. 4). Характерный размер ТДЧ определяется, в значительной степени, способом их производства.The predominant characteristic size of the mentioned TDCs is up to 20 µm (see below in the text the recommended particular chemical composition of the said particles, with a melting point higher than the maximum temperature of the liquid aluminum matrix) and in an amount of 3 to 15 mass. %, which, accordingly, retain their solid state in the melt at all stages of the method (see Figs. 1-3) and, especially, in the final (hardened) aluminum matrix (see Fig. 4). The characteristic size of the TDCs is determined, to a large extent, by the method of their production.

Результат первой операции по отношении ко второй операции можно назвать «предварительно приготовленной(ым) шихтой (премиксом), включающей(им) в себя в общем случае (повторим) ТДЧ (главный компонент) плюс алюминий или алюминиевый сплав (первая часть, с учетом последующей операции).The result of the first operation in relation to the second operation can be called a “pre-prepared charge (premix), which generally includes (let us repeat) the TDC (main component) plus aluminum or aluminum alloy (the first part, taking into account the subsequent operation).

Вторая операция: приготавливают расплав второй части алюминия или алюминиевого сплава (поз. 3 на фиг. 1).Second operation: prepare a melt of the second part of aluminum or aluminum alloy (pos. 3 in Fig. 1).

При этом упомянутая вторая часть 3 совместно с упомянутой первой частью (в структуре шихты 4) металла составляют общее заданное количественное (массовое или объемное) содержание будущей алюмоматрицы (то есть матрицы на основе алюминия) в составе конечного продукта способа - заготовки композиционных алюмоматричных броневых плит.In this case, the said second part 3 together with the said first part (in the structure of the charge 4) of the metal constitute the total specified quantitative (mass or volume) content of the future aluminum matrix (i.e., the matrix based on aluminum) in the composition of the final product of the method - the blank of composite aluminum matrix armor plates.

Кроме того, по химическому составу первая и вторая части металлических компонентов могут быть как одинаковыми, так и отличными друг от друга. Но в любом случае на основе алюминия, в связи с чем употребляется принятое в отрасли понятие «алюмоматрица».In addition, the first and second parts of the metal components may be the same or different in chemical composition. But in any case, they are based on aluminum, which is why the industry-accepted term "aluminum matrix" is used.

Во второй операции (см. также фиг. 1) алюминий или алюминиевый сплав (обобщенно говоря, «на основе алюминия») помещают в тигель 1 и расплавляют за счет нагрева в индукционной (см. фиг. 1, поз 2) или иной печи, обеспечивая температуру расплава не ниже температуры плавления алюминия или алюминиевого сплава соответственно, то есть плавят вторую часть металла (обеспечивают жидкотекучее состояние второй части алюминия или алюминиевого сплава).In the second operation (see also Fig. 1), aluminum or aluminum alloy (generally speaking, “aluminum-based”) is placed in crucible 1 and melted by heating in an induction (see Fig. 1, pos. 2) or other furnace, ensuring that the melt temperature is not lower than the melting point of aluminum or aluminum alloy, respectively, that is, the second part of the metal is melted (the liquid state of the second part of the aluminum or aluminum alloy is ensured).

Печь индукционного типа обладает многими преимуществами и наиболее широко используется в литейном деле (промышленности).Induction type furnace has many advantages and is most widely used in foundry industry.

Хронологически первую и вторую операции можно делать как одна за другой (в том числе и с перерывом), так и с тем или иным (в зависимости от конкретной ситуации) перекрытием во времени. Главное - иметь в наличии к началу третьей операции оба продукта, соответственно шихты (премикса) 4 и расплава 3 (см. фиг. 1) второй части металла.Chronologically, the first and second operations can be done either one after the other (including with a break), or with some (depending on the specific situation) overlap in time. The main thing is to have both products available at the beginning of the third operation, respectively, the charge (premix) 4 and the melt 3 (see Fig. 1) of the second part of the metal.

Примечание к понятию «сплав на основе алюминия» («алюминиевый сплав»): здесь он может быть, например, в составе: 96% алюминия и 4% кремния. Сплав марки АЛ5 имеет средний химический состав 5% кремния, 0,4% магния, 1,25%) меди, остальное - алюминий, температура плавления 620°С, рекомендуемая температура заливки 720-740°С.Note on the term "aluminium-based alloy" ("aluminium alloy"): here it may be, for example, in the composition: 96% aluminium and 4% silicon. The alloy grade AL5 has an average chemical composition of 5% silicon, 0.4% magnesium, 1.25%) copper, the rest is aluminium, melting point is 620°C, recommended pouring temperature is 720-740°C.

Третья операция: шихту (премикс) 4 добавляют в расплав алюминия или алюминиевого сплава 3 (иначе говоря, в расплав второй части 3 металла, см. фиг. 1 с учетом стрелки, не извлекая из работающей (питание индуктора 2) печи или временно извлекая для указанного объединения двух компонентов), с одновременным или последующим внедрением ТДЧ под зеркало металла 3 (являющееся сопротивлением внедрению по причине существенного поверхностного натяжения окисной пленки алюминия), и перемешивают расплав 5 (на основе упомянутого расплава 3 первой части металла), например мешалкой 6 (движения которой показаны стрелками, см. фиг. 2) до получения равномерного распределения (степень равномерности задается в зависимости от конкретной ситуации) всех компонентов по объему расплава. Вследствие чего новый расплав становится незавершенной, находящейся в жидкотекучем состоянии алюмоматрицей 6 (см. фиг. 3).Third operation: the charge (premix) 4 is added to the melt of aluminum or aluminum alloy 3 (in other words, to the melt of the second part 3 of the metal, see Fig. 1 taking into account the arrow, without removing it from the operating (power supply of the inductor 2) furnace or temporarily removing it for the specified unification of the two components), with the simultaneous or subsequent introduction of the TDC under the mirror of the metal 3 (which is a resistance to introduction due to the significant surface tension of the oxide film of aluminum), and the melt 5 is stirred (based on the aforementioned melt 3 of the first part of the metal), for example, with a stirrer 6 (the movements of which are shown by arrows, see Fig. 2) until a uniform distribution (the degree of uniformity is set depending on the specific situation) of all components is obtained throughout the volume of the melt. As a result, the new melt becomes an incomplete aluminum matrix 6, which is in a liquid-flowing state (see Fig. 3).

Иначе говоря, объединяют в тигле первый (твердый, премикс) 4 компонент и второй (жидкий, расплав) компонент (см. фиг. 2) и, перемешивая, продолжают ведение плавки. Распределяя ТДЧ по объему расплава за счет перемешивания, плавления и растворения содержащегося в шихте (премиксе) металла. До получения в конце операции жидкотекучего промежуточного продукта 5 (см. фиг. 3) способа (технологического процесса), как очередной шаг формирования алюмоматрицы (см. фиг. 2).In other words, the first (solid, premix) component 4 and the second (liquid, melt) component (see Fig. 2) are combined in a crucible and, while mixing, the melting process is continued. The TDC is distributed throughout the melt volume by mixing, melting and dissolving the metal contained in the charge (premix). Until a liquid intermediate product 5 (see Fig. 3) of the method (technological process) is obtained at the end of the operation, as the next step in the formation of the aluminum matrix (see Fig. 2).

Содержание ТДЧ в премиксе желательно обеспечивать на максимально высоком уровне, который ограничивается причинами технологического характера (по рекомендуемому авторами частному варианту исполнения способа - возможностью финишной обжимки в прессе). Высокий уровень содержания ТДЧ позволяет существенно повысить эффективность получения промежуточного продукта аналогично использованию лигатуры в металлургии. Необходимое количество премикса может подготавливаться (и вводится) в жидкий расплав порционно. Это позволяет применять менее мощное прессовое оборудование и упростить ведение плавки: не допускать охлаждения расплава в процессе расплавления отдельной порции премикса. В ряде случаев, в основном, в зависимости от длительности связанных с плавлением операций, могут потребоваться мероприятия по защите расплава от взаимодействия с окружающей атмосферой, например, использование инертного газа.It is desirable to ensure the content of TDC in the premix at the highest possible level, which is limited by technological reasons (according to the particular version of the method recommended by the authors - the possibility of final pressing in a press). A high level of TDC content allows to significantly increase the efficiency of obtaining an intermediate product similar to the use of ligature in metallurgy. The required amount of premix can be prepared (and introduced) into the liquid melt in portions. This allows to use less powerful pressing equipment and simplify the melting process: to prevent cooling of the melt during the melting of a separate portion of the premix. In some cases, mainly depending on the duration of the operations associated with melting, measures may be required to protect the melt from interaction with the surrounding atmosphere, for example, the use of an inert gas.

Четвертая операция: включают режим вращения (угловая скорость п) ротора 7 литейной центробежной машины горизонтального типа (см. фиг. 3) и загружают (переливают) расплав с ТДЧ (в совокупности - жидкого тела 5) из тигля 1 в изложницу 8 ротора 7 посредством загрузочной емкости 9 и/или желоба 10 указанной машины.Fourth operation: the rotation mode (angular velocity n) of the rotor 7 of the horizontal type centrifugal casting machine is switched on (see Fig. 3) and the melt with the TDC (in aggregate - the liquid body 5) is loaded (pouring) from the crucible 1 into the mold 8 of the rotor 7 by means of the loading container 9 and/or the chute 10 of the specified machine.

Пятая операция: за счет четвертой операции и, преимущественно, центробежных сил в роторе 7 формируют втулку в качестве упомянутой заготовки с толщиной стенки (между наружной 15 и внутренней 16 поверхностями) в ее середине не менее 7 мм, с концентрацией частиц (главное!) преимущественно в поверхностном ее слое и равномерным распределением по площади наружной цилиндрической поверхности 15 (слой толщиной h - см. фиг. 4).Fifth operation: due to the fourth operation and, mainly, the centrifugal forces in the rotor 7, a bushing is formed as the mentioned blank with a wall thickness (between the outer 15 and inner 16 surfaces) in its middle of at least 7 mm, with a concentration of particles (the main thing!) mainly in its surface layer and uniform distribution over the area of the outer cylindrical surface 15 (layer of thickness h - see Fig. 4).

Управление указанным формированием втулки 14 заключается, главным образом, в задании/контроле скорости п вращения ротора 7 и продолжительности пятой операции.The control of the said formation of the sleeve 14 consists mainly in setting/controlling the speed of rotation of the rotor 7 and the duration of the fifth operation.

Шестая операция: охлаждают изложницу 8 ротора 7 центробежной машины до твердого состояния сформированной втулки 14.Sixth operation: cool the mold 8 of the rotor 7 of the centrifugal machine until the formed sleeve 14 is in a solid state.

Седьмая операция: останавливают вращение ротора 7 центробежной машины.Seventh operation: stop the rotation of rotor 7 of the centrifugal machine.

Восьмая операция: извлекают втулку 14 из изложницы 8 ротора 7 центробежной машины (с использованием, как правило, предусмотренного при машине устройства, а само извлечение облегчается конусностью внутренней стенки вставки 11 и осевой подвижностью задней ее стенки 13).Eighth operation: the sleeve 14 is removed from the mold 8 of the rotor 7 of the centrifugal machine (using, as a rule, a device provided with the machine, and the removal itself is facilitated by the taper of the inner wall of the insert 11 and the axial mobility of its rear wall 13).

С оговоркой (в части выполнения требования единства терминологии), что все участвующие в способе (технологическом процессе) компоненты образуют «алюмоматрицу» в момент завершения упомянутых процессов плавления, растворения и перемешивания в тигле, формирования твердой охлажденной (то есть перед извлечением из изложницы 8) втулки-заготовки 14 (см. фиг. 4).With the proviso (in terms of fulfilling the requirement of uniformity of terminology) that all components participating in the method (technological process) form an “aluminum matrix” at the moment of completion of the mentioned processes of melting, dissolution and mixing in the crucible, the formation of a solid cooled (i.e. before removal from the mold 8) sleeve-blank 14 (see Fig. 4).

Как частный случай способа, возможен и рекомендуется как рациональный, нижеописанный: между упомянутыми операциями приготовления шихты (премикса) 4 и добавления ее (его) в расплав на основе алюминия шихту (премикс) 4 подпрессовывают (посредством пресса), с возможностью компактирования (что рациональнее с позиций использования рабочих объемов тигля 1, пресса и изложницы 8).As a special case of the method, the following is possible and recommended as rational: between the mentioned operations of preparing the charge (premix) 4 and adding it (him) to the aluminum-based melt, the charge (premix) 4 is pressed (by means of a press), with the possibility of compaction (which is more rational from the standpoint of using the working volumes of the crucible 1, press and mold 8).

ТДЧ могут вводить, преимущественно, в количестве от 3 до 15 масс. %.TDC can be introduced, preferably, in an amount of 3 to 15% by weight.

При высоком (по оценкам, превышающем 10% массовом содержании ТДЧ 17 в композитном материале) сама шихта 4 может являться всем исходным материалом (то есть ранее упомянутой «второй части металла» не предусматривают). В этом случае ее (4) элементный состав должен совпадать с элементным составом композита (5, 14).At high (estimated to exceed 10% by weight content of TDC 17 in the composite material) the batch 4 itself can be the entire initial material (i.e. the previously mentioned “second part of the metal” is not provided). In this case, its (4) elemental composition should coincide with the elemental composition of the composite (5, 14).

Рассмотрим конкретный пример осуществления заявляемого способа.Let us consider a specific example of the implementation of the claimed method.

Приготовили шихту на основе алюминия (крупки марки АКП, содержащей не ниже 96% основного металла, с размерами гранул 2-5 мм, производства ООО «КМК», ТУ1791-002-4735049-2004) массой 700 г, добавив тугоплавких дисперсных частиц (ТДЧ) SiC с характерным размером в среднем 20 мкм, в количестве 300 г. Принимая при этом во внимание принципиальную смачиваемость последних расплавом и их способность сохранять твердое свое состояние в расплаве указанной части алюминия. Шихту приготовили на имеющейся у Заявителя мельнице, до образования однородной механической смеси - премикса. Для контроля процесса измельчения использовали микроскоп.A charge based on aluminum (grains of the AKP brand containing at least 96% of the base metal, with granule sizes of 2-5 mm, manufactured by KMK LLC, TU 1791-002-4735049-2004) weighing 700 g was prepared, with the addition of refractory dispersed particles (RDP) of SiC with a characteristic size of 20 μm on average, in an amount of 300 g. Taking into account the fundamental wettability of the latter by the melt and their ability to maintain their solid state in the melt of the said portion of aluminum. The charge was prepared in the mill available to the Applicant until a homogeneous mechanical mixture - premix - was formed. A microscope was used to control the grinding process.

Шихту (премикс) подпрессовали (посредством пресса, также имеющегося в распоряжении Заявителя), до компактирования (в связи с рациональной номенклатурой тиглей, пресса и изложницы в распоряжении Заявителя). Всего приготовили 10 прессованных частей премикса в виде цилиндров массой около 100 г, в каждой части которого содержалось 30 г ТДЧ.The charge (premix) was pressed (using a press, also available to the Applicant) before compaction (due to the rational nomenclature of crucibles, press and mould available to the Applicant). A total of 10 pressed parts of the premix were prepared in the form of cylinders weighing approximately 100 g, each part containing 30 g of TDC.

Приготовили расплав второй части алюминия массой 1000 г, которая, совместно с первой частью (в структуре шихты) металла составили общее количественное (объемное) содержание будущей алюмоматрицы. Это обеспечило расчетное массовое содержание (отношение массы ТДЧ к расчетной суммарной массе полученного материала) 15% (отношение массы ТДЧ к массе алюминия, используемого для получения премикса равно 42,9%, а отношение массы ТДЧ к массе алюминия, содержащейся в алюмоматрице, равно 17,6%).A melt of the second part of aluminum weighing 1000 g was prepared, which, together with the first part (in the structure of the charge) of the metal, made up the total quantitative (volume) content of the future aluminum matrix. This ensured the calculated mass content (the ratio of the mass of the TDC to the calculated total mass of the obtained material) of 15% (the ratio of the mass of the TDC to the mass of aluminum used to obtain the premix is 42.9%, and the ratio of the mass of the TDC to the mass of aluminum contained in the aluminum matrix is 17.6%).

Алюминий поместили в тигель и расплавили за счет нагрева в индукционной печи (также имеется в литейной мастерской Заявителя), до температуры 720°С (с запасом, из расчета на компенсацию остывания от подаваемого премикса).The aluminum was placed in a crucible and melted by heating in an induction furnace (also available in the Applicant’s foundry) to a temperature of 720°C (with a reserve to compensate for cooling from the supplied premix).

Объединили в тигле первый (твердый, премикс) компонент и второй (жидкий, расплав) компонент, добавляя порционно премикс и перемешивая мешалкой (из арсенала Заявителя), распределяя однородно ТДЧ по объему расплава (за счет перемешивания, плавления и растворения содержащегося в шихте металла). В конце операции получили жидкотекучий промежуточный продукт, очередной шаг формирования алюмоматрицы.The first (solid, premix) component and the second (liquid, melt) component were combined in a crucible, adding the premix in portions and stirring with a stirrer (from the Applicant's arsenal), distributing the TDC uniformly throughout the melt volume (due to stirring, melting and dissolving the metal contained in the charge). At the end of the operation, a liquid intermediate product was obtained, the next step in the formation of the aluminum matrix.

Включили режим вращения ротора литейной центробежной машины горизонтального типа (имеется в распоряжении контрагента Заявителя) и загрузили расплав с ТДЧ (в совокупности - жидкого тела) из тигля в изложницу ротора посредством загрузочной емкости и желоба машины. Диаметр изложницы составлял 215 мм, длина - 250 мм.The rotation mode of the rotor of the horizontal centrifugal casting machine (available to the Applicant's counterparty) was switched on and the melt with the TDC (collectively, the liquid body) was loaded from the crucible into the rotor mold by means of the loading container and the machine chute. The diameter of the mold was 215 mm, the length was 250 mm.

За счет предыдущей операции и центробежных сил в роторе сформировали втулку в качестве упомянутой заготовки,Due to the previous operation and centrifugal forces in the rotor, a sleeve was formed as the mentioned blank,

Охладили изложницу до твердого состояния сформированной втулки, остановили вращение ротора и извлекли втулку из изложницы с использованием предусмотренного при машине устройства и подвижной стенки машины.The mold was cooled until the formed sleeve was in a solid state, the rotation of the rotor was stopped, and the sleeve was removed from the mold using the device provided with the machine and the movable wall of the machine.

Измерили внешний и внутренний диаметры в средней части длины втулки, и вычли из одного другое значение, определив тем самым среднюю толщину стенки втулки (получилась 8.5 мм). Подбором (заданием и контролем) режима вращения ротора (скорости и продолжительности операции центрифугирования) можно при необходимости скорректировать полученную толщину 8.5 мм в меньшую или большую сторону в заявляемом диапазоне рекомендуемых толщин.We measured the outer and inner diameters in the middle part of the sleeve length and subtracted the other value from one, thereby determining the average thickness of the sleeve wall (it turned out to be 8.5 mm). By selecting (setting and monitoring) the rotor rotation mode (speed and duration of the centrifugation operation), it is possible, if necessary, to adjust the obtained thickness of 8.5 mm to a smaller or larger side in the declared range of recommended thicknesses.

Разрезали втулку (алмаз содержащим диском) продольно и изучили структуру среза во фрагменте втулки под микроскопом.The sleeve (with a diamond-containing disk) was cut longitudinally and the structure of the cut in the sleeve fragment was studied under a microscope.

Выявили концентрацию частиц преимущественно в поверхностном ее слое и достаточно однородным (равномерным) распределением по площади наружной цилиндрической поверхности.The concentration of particles was found to be predominantly in its surface layer and fairly uniform (even) in distribution over the area of the outer cylindrical surface.

Что и требовалось.Which is what was required.

После этого экспериментальным путем на том же оборудовании и при тех же участниках эксперимента опыт повторили при в количестве ТДЧ 3 масс. %, то есть минимального из заявляемого диапазона, при прочих равных условиях. Использовали аналогичным образом выполненные прессовки премикса в виде цилиндров массой около 100 г, в каждой части которого содержалось 30 г ТДЧ в количестве двух.After this, the experiment was repeated experimentally on the same equipment and with the same participants in the experiment, with a TDC quantity of 3 mass %, i.e. the minimum of the declared range, all other things being equal. Similar premix pressings were used in the form of cylinders weighing about 100 g, each part of which contained 30 g of TDC in the amount of two.

Приготовили расплав второй части алюминия массой 1800 г, которая, совместно с первой частью (в структуре шихты) металла составили общее количественное (объемное) содержание будущей алюмоматрицы. Это обеспечило расчетное массовое содержание (отношение массы ТДЧ к расчетной суммарной массе полученного материала) 3%. (отношение массы ТДЧ к массе алюминия, содержащейся в алюмоматрице, равно 3,1%).A melt of the second part of aluminum weighing 1800 g was prepared, which, together with the first part (in the structure of the charge) of the metal, made up the total quantitative (volume) content of the future aluminum matrix. This provided the calculated mass content (the ratio of the mass of the TDC to the calculated total mass of the obtained material) of 3%. (The ratio of the mass of the TDC to the mass of aluminum contained in the aluminum matrix is 3.1%).

Результат, разумеется, не идентичный, но приемлемый, особенно в отношении характера распределения ТДЧ в алюмоматрице.The result, of course, is not identical, but acceptable, especially with regard to the nature of the distribution of TDC in the aluminum matrix.

Таким образом, с учетом показанных причинно-следственных связей, изобретение позволяет получить заготовку (14) с рекомендуемой (по броне-стойкости) для броневых плит структурой, характеризующейся преимущественной концентрацией тугоплавких дисперсных частиц (17) в поверхностном слое (h) алюмоматрицы, равномерно по площади наружной цилиндрической поверхности (15) на любой глубине этого слоя (это главный технический результат заявляемого изобретения), при дополнительном уплотнении материала алюмоматрицы по всему объему заготовки (14).Thus, taking into account the shown cause-and-effect relationships, the invention makes it possible to obtain a workpiece (14) with a structure recommended (in terms of armor resistance) for armor plates, characterized by a predominant concentration of refractory dispersed particles (17) in the surface layer (h) of the aluminum matrix, uniformly over the area of the outer cylindrical surface (15) at any depth of this layer (this is the main technical result of the claimed invention), with additional compaction of the aluminum matrix material over the entire volume of the workpiece (14).

Claims (13)

1. Способ получения заготовки алюмоматричных композитных броневых плит, включающий приготовление шихты в смесителе, получение из нее в печи расплава на металлической основе с введением дисперсных частиц, сохраняющих твердое свое состояние в расплаве, размещение расплава с дисперсными частицами в емкости по форме упомянутой заготовки, принудительное перемещение дисперсных частиц в упомянутом расплаве до заданного распределения по его объему, охлаждение расплава с дисперсными частицами до твердого состояния и, как финишная операция, извлечение ее из емкости с возможностью последующих разрезания и механической обработки до формирования броневых плит, отличающийся тем, что1. A method for producing a blank of aluminum matrix composite armor plates, which includes preparing a charge in a mixer, obtaining a melt from it in a furnace on a metal base with the introduction of dispersed particles that retain their solid state in the melt, placing the melt with dispersed particles in a container in the shape of the said blank, forcibly moving the dispersed particles in the said melt to a specified distribution over its volume, cooling the melt with dispersed particles to a solid state and, as a finishing operation, removing it from the container with the possibility of subsequent cutting and mechanical processing to form armor plates, characterized in that шихту приготавливают на основе алюминия в виде, например, крупки или стружки с добавлением тугоплавких дисперсных частиц, смачиваемых расплавом и сохраняющих твердое свое состояние в расплаве, посредством смесителя, например аттритора или мельницы, до образования однородной механической смеси - премикса,the charge is prepared on the basis of aluminum in the form of, for example, grits or shavings with the addition of refractory dispersed particles, wetted by the melt and retaining their solid state in the melt, using a mixer, for example an attritor or mill, until a homogeneous mechanical mixture is formed - a premix, приготавливают посредством нагрева в печи расплав второй части алюминия или алюминиевого сплава, например, состава 96% алюминия и 4% кремния,prepare by heating in a furnace a melt of the second part of aluminum or an aluminum alloy, for example, a composition of 96% aluminum and 4% silicon, шихту добавляют в расплав алюминия или алюминиевого сплава с одновременным или последующим внедрением тугоплавких дисперсных частиц под зеркало металла и перемешивают расплав, например, мешалкой, до получения равномерного распределения всех компонентов по объему расплава,the charge is added to the aluminum or aluminum alloy melt with the simultaneous or subsequent introduction of refractory dispersed particles under the metal mirror and the melt is stirred, for example, with a stirrer, until a uniform distribution of all components is obtained throughout the volume of the melt, включают режим вращения ротора литейной центробежной машины горизонтального типа и загружают расплав с тугоплавкими дисперсионными частицами из тигля в изложницу ротора посредством загрузочной емкости и/или желоба указанной машины,the rotation mode of the rotor of a horizontal centrifugal casting machine is switched on and the melt with refractory dispersion particles is loaded from the crucible into the rotor mold by means of a loading container and/or a chute of the said machine, за счет предыдущей операции и, преимущественно, центробежных сил в роторе формируют втулку в качестве упомянутой заготовки с толщиной стенки в ее середине не менее 7 мм, с концентрацией частиц преимущественно в поверхностном ее слое и равномерным распределением по площади наружной цилиндрической поверхности,due to the previous operation and, mainly, centrifugal forces in the rotor, a bushing is formed as the mentioned blank with a wall thickness in its middle of at least 7 mm, with a concentration of particles mainly in its surface layer and uniform distribution over the area of the outer cylindrical surface, охлаждают изложницу ротора центробежной машины до твердого состояния сформированной втулки,cool the mold of the centrifugal machine rotor until the formed sleeve is in a solid state, останавливают вращение ротора центробежной машины, извлекают втулку из изложницы ротора центробежной машины с возможностью последующих разрезания заготовки и механической обработки до формирования броневых плит.stop the rotation of the rotor of the centrifugal machine, remove the bushing from the mold of the rotor of the centrifugal machine with the possibility of subsequent cutting of the workpiece and mechanical processing until the formation of armor plates. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что между упомянутыми операциями приготовления шихты и добавления ее в расплав на основе алюминия шихту подпрессовывают с возможностью компактирования.2. The method according to paragraph 1, characterized in that between the mentioned operations of preparing the charge and adding it to the aluminum-based melt, the charge is pressed with the possibility of compaction. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что тугоплавкие дисперсные частицы вводят в количестве от 3 до 15 масс. %.3. The method according to item 1, characterized in that the refractory dispersed particles are introduced in an amount of 3 to 15 mass%. 4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что в качестве тугоплавких дисперсных частиц используются оксиды, например оксид алюминия, размером до 20 мкм.4. The method according to any one of paragraphs 1-3, characterized in that oxides, for example aluminum oxide, up to 20 microns in size are used as refractory dispersed particles. 5. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что в качестве тугоплавких дисперсных частиц используются карбиды, например карбид кремния, размером до 20 мкм.5. The method according to any of paragraphs 1-3, characterized in that carbides, for example silicon carbide, up to 20 µm in size, are used as refractory dispersed particles. 6. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что в качестве тугоплавких дисперсных частиц используются бориды, например борид титана или циркония, размером до 20 мкм.6. The method according to any one of paragraphs 1-3, characterized in that borides, for example titanium or zirconium boride, with a size of up to 20 μm, are used as refractory dispersed particles.
RU2025105753A 2025-03-11 Method of producing workpiece of composite aluminium-matrix armoured plates RU2844587C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2844587C1 true RU2844587C1 (en) 2025-08-04

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1532628A (en) * 1974-11-15 1978-11-15 Ass Eng Ltd Metal bonding method
RU2371660C1 (en) * 2008-02-07 2009-10-27 Открытое Акционерное Общество "Научно-Исследовательский Институт Стали" (Оао "Нии Стали") Aluminium-based laminar plate for bulletproof welded armor
RU2457422C2 (en) * 2010-04-16 2012-07-27 Российская Федерация в лице Министерства промышленности торговли Российской Федерации Manufacturing method of sandwich plate based on aluminium for bullet-proof welded armour
US10335841B2 (en) * 2013-01-25 2019-07-02 Aleris Rolled Products Germany Gmbh Method of forming an Al—Mg alloy plate product

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1532628A (en) * 1974-11-15 1978-11-15 Ass Eng Ltd Metal bonding method
RU2371660C1 (en) * 2008-02-07 2009-10-27 Открытое Акционерное Общество "Научно-Исследовательский Институт Стали" (Оао "Нии Стали") Aluminium-based laminar plate for bulletproof welded armor
RU2457422C2 (en) * 2010-04-16 2012-07-27 Российская Федерация в лице Министерства промышленности торговли Российской Федерации Manufacturing method of sandwich plate based on aluminium for bullet-proof welded armour
US10335841B2 (en) * 2013-01-25 2019-07-02 Aleris Rolled Products Germany Gmbh Method of forming an Al—Mg alloy plate product

Similar Documents

Publication Publication Date Title
El-Galy et al. Characterization of functionally graded Al-SiCp metal matrix composites manufactured by centrifugal casting
Onat et al. Production and characterisation of silicon carbide particulate reinforced aluminium–copper alloy matrix composites by direct squeeze casting method
Sharma et al. Dry sliding wear investigation of Al6082/Gr metal matrix composites by response surface methodology
Huang et al. Aluminum alloy pistons reinforced with SiC fabricated by centrifugal casting
Ray Synthesis of cast metal matrix particulate composites
Hassan et al. Effect of graphite and/or silicon carbide particles addition on the hardness and surface roughness of Al-4 wt% Mg alloy
Rana et al. Development and analysis of Al-matrix nano composites fabricated by ultrasonic assisted squeeze casting process
US4943413A (en) Process for producing an aluminum/magnesium alloy
Nagaral et al. Microstructure and mechanical properties of Al6061-graphite composites fabricated by stir-casting process
Upadhyay et al. Role of stir casting in development of aluminium metal matrix composite (AMC): an overview
Singh et al. A comprehensive review on the new developments consideration in a stir casting processing of aluminum matrix composites
Bhowmik et al. Microstructure, mechanical and wear behaviour of Al7075/SiC aluminium matrix composite fabricated by stir casting
Radhika et al. Three body abrasion wear behaviour of functionally graded aluminium/B4C metal matrix composite using design of experiments
Anbuchezhiyan et al. Microstructural transition from ZrO₂ to Zr–Al intermetallics and property evolution in AA5051 composites
CN102791893A (en) Nanoparticle Reinforced Aluminum Matrix Composite Material and Its Production Process
Radhika Analysis of tribological behaviour of functionally graded LM13 aluminium/TiS2 composite using design of experiments
JPS58110652A (en) Wear resistant composite aluminum material and its manufacture
RU2621198C2 (en) Production method of reinforced nanocomposit material based on magnesium
Tallam et al. Advancements in the fabrication of metal matrix composites: a detailed review of manufacturing and characterization techniques
RU2844587C1 (en) Method of producing workpiece of composite aluminium-matrix armoured plates
Biswas et al. A review on the development of processing techniques for the production and casting of Al-alloy and metal matrix composite material
Muraliraja et al. The effects of electroless Ni-P coated SiC on the properties of magnesium composite
Okafor et al. Effect of zircon silicate reinforcements on the microstructure and properties of as cast Al-4.5 Cu matrix particulate composites synthesized via squeeze cast route
Radhika et al. Synthesis of functionally graded aluminium composite and investigation on its abrasion wear behaviour
Ivanchev et al. Rheo-processing of semi-solid metal alloys: a new technology for manufacturing automotive and aerospace components: research in action