178946. lajstromszámú szabadalom • Eljárás aluminiumalapú ötvözetekből és vasalapú ötvözetekből készített alkatrészek összekapcsolására
5 178946 6 Az egymáshoz kapcsolandó felületek kerülete mentén olyan tömítőelemet helyezünk el, amely trapéz vagy háromszög keresztmetszetű, és olyan anyagból készül, amelynek olvadási hőmérséklete 650 °C fölött van. Ilyen anyag például a cink vagy a cinknek alumíniummal alkotott ötvözete, amely 95% cinkből és 5% alumíniumból áll. Elvégezhető az árnyékolás oly módon is, hogy valamelyik összekapcsolandó felület kerülete mentén alakítjuk ki a háromszögletű vagy trapéz keresztmetszetű tömítőelemet. További módja az árnyékolásnak, illetve tömítésnek az, hogy az összekapcsolandó alkatrészeket az érintkező felületek mentén vékony fémlemezzel burkoljuk be. Erre a célra jól használható például 70 p vastagságú alumíniumszalag. Az oxidálódás elleni védelmet nem csupán tömítéssel lehet biztosítani. Megoldható ez oly módon is, hogy a felületek egyesítését redukálóközegben végezzük. Ekkor az egész folyamatot zárt térben, semleges vagy redukáló gáz alkalmazása mellett, illetve vákuumban lehet végezni. Adott esetben a térbe getter-elemeket is be lehet vinni. További módja az oxidálódás elleni védelemnek az, hogy az alkatrészek hevítését olyan gyorsan végezzük, hogy az oxidáció ne tudjon lejátszódni. Ez úgy oldható meg, hogy a hevítést például indukciós kemencében végezzük, amikor is a hevítési sebesség legalább 20 °C/perc lehet. Ezen túlmenően segítheti az oxidálódás elleni védelmet maga az acélfelületre felvitt fémfilm, például króm is. A találmány szerint az összeillesztett munkadarabokat ezután 500—650 °C közötti hőmérsékletre melegítjük, és olyan mértékben szorítjuk össze őket, hogy a kialakuló eutektikum legalább egy részét kipréseljük az összekapcsolandó felületek közül. A hevítés során ugyanis, mint már említettük, olyan eutektikum jön létre, amely tisztító hatást fejt ki. Megjegyezzük, hogy a hevítést nem csupán a két alkatrészen együttesen lehet elvégezni, hanem külön-külön is. Ez esetben az egyes alkatrészek hőmérséklete a sajtoláskor különböző lehet. Miután a kívánt 500-650 °C-os hőmérsékletet elértük, az összeillesztett alkatrészeket egymáshoz préseljük. Ekkor játszódik le a már ismertetett folyamat, amelynek során a szilíciumszemcsék felszakítják az alumínium felületén levő oxidréteget, és az eutektikum részben vagy teljes mértékben kiáramlik a felületek közül. A sajtolást általában 0,2-2 kp/m2 nyomással végezzük. Az összeszorítás ideje a technológiai paraméterektől és az anyagminőségektől függően a legkülönbözőbb lehet, általában azonban kevesebb, mint 1 perc. Ha az összekapcsolandó munkadarabokat együtt hevítjük, nyomást alkalmazhatunk már a hevítés során is. Ez azzal az előnnyel jár, hogy csökken az összekapcsolandó felületek között a hevítés alatti távolság, ami a tömítést is elősegíti. Ezen túlmenően a szilíciumszemcsék könnyebben törnek össze, illetve szakítják fel az alumínium felszínén levő alumíruumoxid réteget. A sajtolási műveletet jól el lehet végezni a hagyományos sajtolóberendezéseken. Miután az ismertetett technológiai lépéseket elvégeztük, az összeszorított munkadarabokat lehűtjük. A hűtést célszerűen két lépésben végezzük: először gyors hűtést alkalmazunk a sajtolási hőmérséklet és 450 C között, majd 450 C és 200 °C között lassan hűtjük a munkadarabot. Gyors hűtésen jelen esetben legalább 20 °C/perc hűtési sebességet értünk. Bizonyos esetekben célszerű a hűtés két szakasza között egy órás hőntartást végezni 450 °C hőmérsékleten. A hűtési folyamat első szakaszában a gyors hűtés korlátozza az összekapcsolt felületek között az átmeneti fémekből levő vegyületek képződését és ezzel törékeny réteg kialakulását. A hűtés második lassú szakaszában, illetve a hőntartás alatt tulajdonképpen feszültségmentesítést végzünk, amely lehetővé teszi, hogy az összekapcsolás során létrejövő deformációk, illetve feszültségek kiegyenlítődjenek. A hűtési technológia lényegében azonos az ismert technológiákkal, a gyors hűtéshez hűtőközeget lehet alkalmazni, a lassú hűtést pedig a kemencében történő hevertetéssel vagy hőszigetelés alkalmazásával lehet elvégezni. A hűtés során célszerű a sajtolóerő fenntartása, ez azonban kisebb is lehet, mint a munkadarabok összesajtolása alatt. A találmány további részleteit kiviteli példán, rajz segítségével ismertetjük. A rajzon két alkatrész összesajtolása látható. A sajtolóberendezés 1 sajtolóelemei között, illetve azok körül 2 induktor van elhelyezve. A 2 induktorral lehet a munkadarabok fűtését elvégezni. Fölül helyezkedik el a 3 acél munkadarab, amelyet 4 fémfilm borít. Az alsó két alumínium munkadarabon 6 szilíciumréteg van elhelyezve, és a tömítést a háromszög keresztmetszetű 5 léc biztosítja. A sajtolás az ábrán nyíllal jelölt irányban történik és a fent leírt folyamatok lejátszódása után a 3 acél munkadarab és a 4 alumínium munkadarab egyetlen alkatrésszé kapcsolódik össze. A találmány szerinti eljárás foganatosítása szempontjából közömbös, hogy a munkadarabok függőlegesen vagy vízszintesen, esetleg szögben hajolva helyezkednek el egymáshoz képest, az összekapcsolás bármilyen helyzetben elvégezhető. A továbbiakban a találmány szerinti eljárást különböző anyagokkal és technológiákkal végzett kísérletek ismertetésével mutatjuk be. Az előállított alkatrészeket szakítópróbának vetettük alá, és összehasonlítottuk a kapott alkatrészek szakítószüárdságát az ismert 1050 jelű alumíniumötvözet szakítószilárdságával. Az eredményeket táblázatban tüntettük fel. A táblázatban megjelöltük azt is, hogy a g/alraHás az összekapcsolási helyen vagy attól eltérő helyen jött létre. A vizsgálatok során azt is megfigyeltük, hogy hogyan viselkednek az összekapcsolt munkadarabok, ha azokat az ismertetett összekapcsolás után 560 °C-on 1 órás hőntartással kezeljük, hogy a magas hőmérsékleten történő üzemeltetést és az ennek során létrejövő öregedést szimuláljuk. A szakítóvizsgálatokon kívül hajlítóvizsgálatokat is végeztünk 4 mm-es lemezekből álló munkadara-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
