PL238237B1 - Method for producing top composite layers on the steel armour surfaces - Google Patents

Method for producing top composite layers on the steel armour surfaces Download PDF

Info

Publication number
PL238237B1
PL238237B1 PL414542A PL41454215A PL238237B1 PL 238237 B1 PL238237 B1 PL 238237B1 PL 414542 A PL414542 A PL 414542A PL 41454215 A PL41454215 A PL 41454215A PL 238237 B1 PL238237 B1 PL 238237B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
armor
steel
layers
layer
steel armor
Prior art date
Application number
PL414542A
Other languages
Polish (pl)
Other versions
PL414542A1 (en
Inventor
Damian Janicki
Jacek GÓRKA
Marcin Żuk
Original Assignee
Politechnika Slaska Im Wincent
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Politechnika Slaska Im Wincent filed Critical Politechnika Slaska Im Wincent
Priority to PL414542A priority Critical patent/PL238237B1/en
Publication of PL414542A1 publication Critical patent/PL414542A1/en
Publication of PL238237B1 publication Critical patent/PL238237B1/en

Links

Landscapes

  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania warstw wierzchnich kompozytowych na powierzchni stalowych pancerzy.The subject of the invention is a method of producing composite outer layers on the surface of steel armor.

Znane i stosowane dotychczas technologie wytwarzania warstw wierzchnich kompozytowych na powierzchni pancerzy stalowych polegają na nakładaniu na podłoże stalowe warstw za pomocą natryskiwania cieplnego. W jednym z zastosowań mieszanina proszku metalicznego, osnowy oraz proszku ceramicznego, fazy umacniającej, nagrzewana jest i stapiana w łuku elektrycznym, bądź płomieniu gazowym, a następnie z dużą prędkością uderzana jest w chropowatą powierzchnię pancerza, co prowadzi do utworzenia warstw wierzchnich kompozytowych połączonych ze stalowym pancerzem adhezyjnie. Stosowanie procesów natryskiwania cieplnego jest korzystne ze względu na znacznie ograniczone oddziaływanie cieplne na stalowy pancerz w tych procesach, w porównaniu do technologii napawania warstw kompozytowych. Konieczność ograniczenia oddziaływania cieplnego na stalowy pancerz, przy wytwarzaniu na jego powierzchni warstw kompozytowych, wynika z faktu, iż stale pancerne należą do grupy stali ulepszanych cieplnie. Nagrzewanie tych stali do temperatur nawet ok. 250°C prowadzi do ich odpuszczania, a w konsekwencji obniżenia ich odporności balistycznej.The known and used so far technologies for the production of composite outer layers on the surface of steel armors consist in applying layers to the steel substrate by means of thermal spraying. In one application, a mixture of metal powder, matrix and ceramic powder, the strengthening phase, is heated and fused in an electric arc or gas flame, and then at high speed it is hit on the rough surface of the armor, which leads to the formation of composite outer layers connected to the steel. adhesive armor. The use of thermal spraying processes is advantageous due to the significantly limited thermal effect on the steel armor in these processes, compared to the deposition technology of composite layers. The need to limit the thermal impact on steel armor when producing composite layers on its surface results from the fact that armor steels belong to the group of heat treated steels. Heating these steels to temperatures as high as approx. 250 ° C leads to their tempering and, consequently, lowering their ballistic resistance.

Niedogodnością natryskiwanych cieplnie warstw wierzchnich kompozytowych jest brak połączenia metalurgicznego miedzy warstwą wierzchnią i stalowym pancerzem, co w przypadku uderzenia pocisku w pancerz prowadzi do dekohezji, czyli oderwania warstwy na dużej powierzchni, zmniejszając znacznie odporność balistyczną opancerzonego w ten sposób pojazdu.The disadvantage of thermally sprayed composite top layers is the lack of a metallurgical connection between the top layer and the steel armor, which in the event of a bullet hitting the armor leads to decohesion, i.e. detachment of the layer over a large area, significantly reducing the ballistic resistance of the armored vehicle.

W przypadku warstw wierzchnich połączonych metalurgiczne z podłożem, w przypadku warstw napawanych, uszkodzenie warstwy zachodzi w bezpośrednim sąsiedztwie miejsca uderzenia pocisku, co w znacznie mniejszym stopniu obniża poziom odporności balistycznej pojazdu. Jednakże wadą metod napawania warstw kompozytowych na stalowych pancerzach jest duża grubość warstwy odpuszczonej w podłożu ze stali pancernej. W przypadku technologii napawania laserowego, charakteryzującej się najmniejszym oddziaływaniem cieplnym na materiał podłoża, w porównaniu do pozostałych technologii napawania, minimalna grubość warstwy odpuszczonej w stalowym pancerzu wynosi ok. 3 mm.In the case of surface layers connected with the substrate metallurgically, in the case of surfaced layers, the damage to the layer takes place in the immediate vicinity of the projectile impact, which reduces the level of ballistic resistance of the vehicle to a much lesser extent. However, the disadvantage of the methods of surfacing composite layers on steel armor is the large thickness of the tempered layer in the armor steel substrate. In the case of laser surfacing technology, characterized by the lowest thermal impact on the base material, compared to other surfacing technologies, the minimum thickness of the tempered layer in the steel armor is approx. 3 mm.

Istnieje zatem konieczność stosowania metod wytwarzania warstw wierzchnich kompozytowych o metalurgicznym połączeniu z podłożem, które będą zapewniać równocześnie minimalne oddziaływanie cieplne na stalowy pancerz.Therefore, it is necessary to use methods of producing composite outer layers with a metallurgical connection with the substrate, which will simultaneously ensure a minimal thermal effect on the steel armor.

Celem wynalazku jest metoda wytwarzania warstw wierzchnich kompozytowych na stalowych pancerzach, zapewniająca połączenie metalurgiczne warstwy z podłożem i minimalne oddziaływanie cieplne na stalowy pancerz.The object of the invention is a method of producing composite outer layers on steel armor, ensuring a metallurgical connection of the layer with the substrate and minimal thermal impact on the steel armor.

Sposób wytwarzania warstw wierzchnich kompozytowych na powierzchni stalowych pancerzy polega na tym, że nadtapia się powierzchnie stalowego pancerza na głębokość do 500 μm tworząc jeziorko ciekłego metalu za pomocą lasera o równomiernym rozkładzie energii na powierzchni ogniska wiązki laserowej, po czym podaje się do jeziorka strumień cząstek ceramicznych typu WC, eutektyka WC/W2C czy C3C2 o granulacji w przedziale 100-300 μm.The method of producing composite surface layers on the surface of steel armor is based on the fact that the surfaces of the steel armor are melted to a depth of up to 500 μm, creating a pool of liquid metal using a laser with an even energy distribution on the surface of the laser beam focus, and then a stream of ceramic particles is fed to the pool. WC type, WC / W2C eutectic or C3C2 with granulation in the range of 100-300 μm.

Sposób według wynalazku zapewnia wytwarzanie warstw wierzchnich kompozytowych o metalurgicznym połączeniu ze stalowym pancerzem, minimalne oddziaływanie cieplne na stalowy pancerz ograniczające grubość warstwy odpuszczonej w podłożu ze stali pancernej do ok. 1 mm oraz równomierny rozkład fazy ceramicznej, której udział objętościowy może sięgać 80%, grubość warstwy odpuszczonej w stalowym pancerzu ograniczyć można do ok. 1 mm.The method according to the invention ensures the production of composite surface layers with a metallurgical connection with steel armor, minimal thermal impact on the steel armor limiting the thickness of the tempered layer in the armor steel substrate to approx. 1 mm and uniform distribution of the ceramic phase, the volume share of which can reach 80%, thickness the tempered layer in the steel armor can be limited to approx. 1 mm.

PrzykładExample

W celu uzyskania warstw wierzchnich kompozytowych o metalurgicznym połączeniu ze stalowym pancerzem oraz uzyskaniu minimalnego odziaływania cieplnego na stalowy pancerz nadtapia się powierzchnię pancerza ze stali pancernej za pomocą lasera diodowego dużej mocy HPDDL, DL020 firmy Rofin Sinar z prostokątnym ogniskiem wiązki o wymiarach 6,8 χ 1,8 mm i równomiernym rozkładzie energii na powierzchni ogniska. Wykorzystuje się wygenerowany w ten sposób ciekły metal jako metaliczną osnowę warstwy kompozytowej, w której fazę umacniającą stanowią cząsteczki ceramiczne takie jak WC, eutektyka WC/W2C czy C3C2, o granulacji w przedziale 100-300 μm, charakteryzujące się dużą zwilżalnością w ciekłym metalu, co umożliwia stosowanie dużych szybkości formowania się warstwy i jednocześnie minimalne wprowadzanie ciepła do stalowego pancerza. Wiązkę promieniowania laserowego o mocy 1 kW ogniskuje się na górnej powierzchni pancerza ze stali pancernej typu ARMOX 500T o grubości 15 mm i przemieszcza po powierzchni pancerza z prędkością 0,15 m/min, co powoduje utworzenie jeziorka ciekłego metalu o głębokości ok. 500 μm, do którego podaje się strumień proszkuIn order to obtain composite surface layers with a metallurgical connection with a steel armor and to obtain a minimum thermal effect on the steel armor, the armor surface of the armor is melted using a high-power HPDDL, DL020 diode laser by Rofin Sinar with a rectangular beam focus with dimensions of 6.8 χ 1 , 8 mm and even distribution of energy on the surface of the focus. The liquid metal generated in this way is used as a metallic matrix of the composite layer, in which the strengthening phase is made of ceramic particles such as WC, WC / W2C or C3C2 eutectic, with a granulation in the range of 100-300 μm, characterized by high wettability in liquid metal, which it enables the use of high rates of layer formation and, at the same time, minimal heat input to the steel armor. A beam of laser radiation with a power of 1 kW is focused on the upper surface of armor made of 15 mm ARMOX 500T armor steel and moves along the armor surface at a speed of 0.15 m / min, which creates a pool of liquid metal with a depth of approx. 500 μm, to which the powder stream is fed

PL 238 237 B1PL 238 237 B1

WC, o natężeniu 10 g/min i granulacji 100-300 μm, poprzez płaską dyszę nachyloną pod kątem 45° do powierzchni stalowego pancerza. Proces prowadzi się ściegami prostymi zakładkowo, przy zakładce 30%. Stopiony materiał stalowego pancerza stanowi metal osnowy warstwy kompozytowej, przy czym cząstki ceramiczne ulegają całkowitemu zwilżeniu przez ciekły metal jeziorka.WC, with an intensity of 10 g / min and granulation of 100-300 μm, through a flat nozzle inclined at an angle of 45 ° to the surface of the steel armor. The process is carried out with straight stitches with an overlap of 30%. The molten steel armor material is the matrix metal of the composite layer, the ceramic particles being completely wetted by the molten pool metal.

Utworzony pancerz posiada następujące parametry:The created armor has the following parameters:

- grubość warstwy kompozytowej: 1,0 mm - w tym 0,5 mm w głąb powierzchni pancerza oraz 0,5 mm ponad powierzchnię pancerza,- composite layer thickness: 1.0 mm - including 0.5 mm deep into the armor surface and 0.5 mm above the armor surface,

- średnia twardość wytworzonej warstwy kompozytowej: 1600 HV,- average hardness of the produced composite layer: 1600 HV,

- udział objętościowy cząstek WC w warstwie: 80%,- WC particles volume fraction in the layer: 80%,

- grubość warstwy odpuszczonej w stalowym pancerzu: 1,0 mm,- thickness of the tempered layer in steel armor: 1.0 mm,

- średnia twardość warstwy (strefy) odpuszczonej: 400 HV,- average hardness of the tempered layer (zone): 400 HV,

- twardość podłoża (stali pancernej ARMOX 500T): 500 HV.- substrate hardness (armor steel ARMOX 500T): 500 HV.

Claims (1)

1. Sposób wytwarzania warstw wierzchnich kompozytowych na powierzchni stalowych pancerzy, znamienny tym, że nadtapia się powierzchnie stalowego pancerza na głębokość do 500 μm tworząc jeziorko ciekłego metalu za pomocą lasera o równomiernym rozkładzie energii na powierzchni ogniska wiązki laserowej, po czym podaje się do jeziorka strumień cząstek ceramicznych typu WC, eutektyka WC/W2C czy Cr3C2 o granulacji w przedziale 100-300 μm.1. The method of producing composite surface layers on the surface of steel armor, characterized in that the surfaces of the steel armor are melted to a depth of up to 500 μm, creating a pool of liquid metal using a laser with an even energy distribution on the surface of the laser beam focus, and then a stream is fed to the pool ceramic particles such as WC, WC / W2C or Cr3C2 eutectics with granulation in the range of 100-300 μm.
PL414542A 2015-10-26 2015-10-26 Method for producing top composite layers on the steel armour surfaces PL238237B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL414542A PL238237B1 (en) 2015-10-26 2015-10-26 Method for producing top composite layers on the steel armour surfaces

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL414542A PL238237B1 (en) 2015-10-26 2015-10-26 Method for producing top composite layers on the steel armour surfaces

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL414542A1 PL414542A1 (en) 2017-05-08
PL238237B1 true PL238237B1 (en) 2021-07-26

Family

ID=58643857

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL414542A PL238237B1 (en) 2015-10-26 2015-10-26 Method for producing top composite layers on the steel armour surfaces

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL238237B1 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
PL414542A1 (en) 2017-05-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6197386B1 (en) Method for applying a coating by means of plasma spraying while simultaneously applying a continuous laser beam
RU2011148607A (en) SURFACE TREATMENT OF AMORPHOUS COATINGS
Riveiro et al. Laser cladding of aluminium on AISI 304 stainless steel with high-power diode lasers
JP6157452B2 (en) Brake disc and method of manufacturing brake disc
CN104789921A (en) Process for spraying composite coating on metal surface
Matějíček et al. The role of laser texturing in improving the adhesion of plasma sprayed tungsten coatings
CA2893921A1 (en) Method of laser cladding a metallic coat on a metal element
Riveiro et al. Optimization of laser cladding for Al coating production
CN110592523A (en) Method for improving bonding strength of thermal spraying coating and metal substrate
Škamat et al. Pulsed laser processed NiCrFeCSiB/WC coating versus coatings obtained upon applying the conventional re-melting techniques: Evaluation of the microstructure, hardness and wear properties
CN104911585B (en) A kind of preparation method of composite liner
CN101724806A (en) Method for manufacturing hot roller plate with anti-corrosive metal coating formed by continuous thermal spraying
CN108044221A (en) A kind of gas flame cuttiug technique of middle, high-carbon steel plate
RU2016131959A (en) COMPOSITE MATERIAL BASED ON TITANIUM ALLOYS AND METHOD FOR PRODUCING IT
Kim et al. Surface hardness as a function of laser metal deposition parameters
CN102225485A (en) TC18 titanium alloy welding process using laser-argon arc composite heat source
CN102127729B (en) Soldering strengthening method for thermal sprayed coating on surface of metal material
Barroi et al. Influence of the Laser and its Scan Width in the LDNA Surfacing Process
PL238237B1 (en) Method for producing top composite layers on the steel armour surfaces
MX2014006052A (en) COOLING ELEMENT AND METHOD FOR THE MANUFACTURE OF A COOLING ELEMENT.
Israfilov et al. Pulse plasma surface thermostrengthening of machine parts
CN109371350A (en) A method for composite preparation of WC-12Co coating by laser micro-melting and supersonic flame spraying
PL227720B1 (en) Method for producing top layers with tungsten carbide on the steel armour surfaces
CN107900518A (en) A kind of high-rate laser silk filling penetration fustion welding method of high strength dual phase steel thick plate
CN101678510B (en) Method for producing component using asymmetrical energy input along parting or predetermined breaking line