Способ получения композиционных борсодержащих сплавов для легирования сталей

 

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам получения композиционных борсодержащих сплавов для легирования сталей. Целью изобретения является повышение степени усвоения бора сталью. В способе получения композиционных борсодержащих сплавов для легирования сталей готовят реакционную смесь из порошков борсодержащей лигатуры , в качестве которой используют лигатуру на основе одного или более металлов , выбранных из группы железо, никель, кобальт, хром, марганец с содержанием 5- 50% бора с размером частиц менее 0,1 см, и порошков металлов, выбранных из группы титан, цирконий, гафний, ванадий, ниобий, тантал, хром, -молибден, вольфрам, марганец с размером частиц менее 0 25 см, смесь готовят при соотношении металла к бору 0,5-10, инициируют реакцию горения, при давлении инертного газа 10 -10 Па, которое поддерживают до конца реакции 1 табл. со с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s>>s С 22 С 33/02 1/05

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ табл. (21) 4671257/02 (22) 13,04.89 (46) 23.10.92. Бюл. ¹ 39 (71) Филиал Института структурной макрокинетики АН СССР и Институт структурной макрокинетики АН СССР (72) M.Х.Зиатдинов, Ю.M.Màêñèìoâ и

А.Г.Мержанов (56) Лякишев Н,П. и др, Борсодержащие стали и сплавы.- М.: Металлургия, 1986, с. 47—

57.

Алюминотермия. Под ред, Лякишева

Н.П. - М.; Металлургия, 1978, с, 352-355, (54) СПОСОБ ПОЛУЧ Е Н И Я КОМПОЗИЦИ0HHblX БОРСОДЕРЖАЩИХ СПЛАВОВ

ДЛЯ ЛЕГИРОВАНИЯ СТАЛЕЙ (57) Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам получения композиционных борсодержащих

Изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно, к способам получения борсодержащих легирующих сплавов, предназначенных для выплавки сталей, чугунов и сплавов на основе никеля и кобальта.

Целью изобретения является повышение степени усвоения бора сталью.

В известном способе получения борсодержащих легирующих сплавов, включающем смешивание порошков, борсодержащей лигатуры с металлами в качестве борсодержащей лигатуры используют один или несколько сплавов железа, никеля, кобальта, хрома, марганца, содержащих 5-50% бора, которые измельчают в порошок с размером частиц менее 0,1 см смешивают с порошками титана, циркония, Ж „„1770434 А1 сплавов для легирования сталей. Целью изобретения является повышение степени усвоения бора сталью. В способе получения композиционных борсодержащих сплавов для легировэния сталей готовят реакционную смесь из порошков борсодержащей лигатуры, в качестве которой используют лигатуру на основе одного или более металлов. выбранных из группы железо, никель, кобальт, хром, марганец с содержанием 550% бора с размером частиц менее 0,1 см, и порошков металлов, выбранных из группы титан, цирконий, гафний, ванадий, ниобий, тантал, хром, молибден, вольфрам, марганец с размером частиц менее 0.25 см, смесь готовят при соотношении металла к бору

0,5 — 10, инициируют реакцию гооения. при давлении инертного газа 10 -10 Па, котоД рое поддерживают до конца реакции. 1 гафния, ванадия, ниобия, тантала, хрома, молибдена, вольфрама и марганца с размером частиц менее 0,25 см в атомном отношении металлов к бору 0,5-10, полученную шихту зажигают при помощи экзотермичной смеси в атмосфере инертного газа при давлении 10 — 10 Па, которое поддержива4 7 ют до конца реакции, и осуществляют процесс взаимодействия компонентов шихты в режиме горения при температуре .1250—

1750 С.

В изобретении в качестве исходных материалов использованы сплавы железа, никеля и кобальта с бором. Обусловлено это тем, что наиболее часто бором легируют стали. чугуны, а также никелевые и кобальтовые сплавы. Концентрационные пределы бора в исходных борсодержэщих материа1770434

50 лах выбраны из следующих условий, Использование сплавов, содержащих менее

5% бора нецелесообразно, так как смеси на их основе обычно горят в нестационарном режиме, а часто горение реализовать не удается. Введение в исходную смесь сплавов, содержащих более 50;ь бора неэкономично, так как выплавка таких материалов сопряжена со значительными потерями сырья. а также расходом большого количества электроэнергии и использованием сложного специального оборудования из-за высокой температуры плавления ферробора, никельбора и кобальтбора, содержащих свыше 50% бора.

Использование в качестве исходных материалов таких металлов как титан, цирконий,гафний, ванадий, ниобий, тантал, хром, молибден, вольфрам, марганец определяет ся тем, что эти элементы наиболее часто используются для совместного легирования сталей, чугунов и сплавов, содержащих бор, Размер частиц исходных борсодержащих сплавов железа, никеля, кобальта, хрома, марганца ограничен 0,1 см вследствие того, что смеси с более крупным порошком обычно не взаимодействуют в режиме горения. В тех случаях, когда порошки реагируют, продукт из крупнозернистого сырья образуется непрочным с повышенной пористостью. Кроме того, при использовании исходного крупного порошка горение происходит в нестационарном режиме, что приводит к расслоению образца и неполному взаимодействию компонентов смеси. Те же причины не позволяют также использовать исходные порошки металлов с размером частиц более 0,25 см.

Соотношение между металлами и бором выбрано из условия проведения процесса в режиме послойного трения.

Исследования показали, что при других соотношениях компонентов процесс взаимодействия в режиме горения не происходит, Проведение процесса горения в атмосфере инертного газа необходимо для исключения окисления продукта, Интервал давлений инертного газа, при котором осуществляется горение исходной шихты, выбран из условия проведения процесса в стационарном режиме, Использование более высокого или более низкого давления нецелесообразно экономически, а также по требованиям техники безопасности. Пример. Получают композиционный легирующий сплав титан — бор — железо. Исходными материалами служат ферробор марки ФБ20 по ГОСТ 14848-69, содержащий 21,4 jL-бора и 73,0О железа, остальное примеси алюминия, кремния, углерода и др. и титановый

30 порошок марки ПТМ по ТУ 14--1-958-74 с размером частиц менее 0,008 см.

Ферробор измельчают в порошок с размером частиц менее 0.01 см, смешивают с порошком титана в атомном соотношении титана к бору равным 0,67, что соответствует весовому содержанию титана 38,77; и ферробора 61,3 (содержание бора в шихте

13,1 g>). Полученную шихту в количестве 40 кг помещают в установку для синтеза, рабочий объем которой герметизируют и заполняют аргоном до давления 10 Па. При помощи экзотермического состава подачей электрического теплового импульса шихту зажигают. Далее взаимодействие ферробора с титаном происходит в режиме горения при температуре 1380 С и давлении 1,2х10

Па. Горение продолжается 0,12 часа. По окончании процесса продукт охлаждается в течение 0,5 часа, затем установка разгерметизируется, целевой материал извлекается.

Продукт представляет собой хорошо спеченный композиционный состав, состоящий из боридов титана, боридов железа и железа. Вес брикета 40 кг, Содержание бора

13,1;, Химический анализ полученного сплава показал, что ликвация бора, титана и железа по сечению брикета отсутствует. Во всех точках, из которых производился пробоотбор, концентрации элементов оказались одинаковыми и совпадали с их концентрациями в иСходной шихте. Следовательно потери легирующих элементов во время переработки отсутствовали, а степень извлечения составила 100 ь.

В таблице приведены другие примеры выполнения предлагаемого изобретения.

В известном способе степень усвоения бора сталью составляет 62-777,, Формула изобретения

Способ получения композиционных борсодержащих сплавов для легирования сталей, включающий приготовление реакционной смеси иэ порошков борсодержащей лигатуры и металлов, инициирование реакции горения в инертной атмосфере, о тл и ч а ю шийся тем. что, с целью повышения степени усвоения бора сталью, в качестве борсодержащей лигатуры используют лигатуру на основе одного или более металлов, выбранных из группы: железо, никель, кобальт, хром, марганец с содержанием 550 бора с размером частиц менее 0,1 см, в качестве порошка металлов используют один или несколько металлов, выбранных из группы: титан, цирконий, гафний, ванадий, ниобий, тантал, хром, молибден, вольфрам, марганец, с размером частиц менее 0,25 см, 1770434 при давлении инертного газа 10 -10 Па, 4 7 которое поддерживают до конца реакции. смесь готовят при соотношении металла к бору 0,5-10, инициирование осуществляют

Степень

: уоаое: ния бо: ра Огелью

ФФ Иходжя

na омвоь

В

93,4

Ферробор титан

0005 0 5 О I

О,OI

0,02

Никак ьбор цирконий хром

9I,6

I7,5

96,4

О,OI I,25 I,O

О, IO

0,005

3. Кобвльтбор 25> I ванадий гафний

0,004 О, 625 ХОО

0,0i

98,I

5еррохромбор титан

93,3

0,005 0,57 5

6 о, о4

5. Никвльбор марганецбор ниобий цирконий

I7,5

35,Х

97,8

0,004 IO

0,0I

О,OOI титан вольфрамбор-келвзо

I3 8

40,0

6. Ферробор титан вольтерам

7. Фврробор фе ррохромбор та нтал хром

95,8 танталхрсм-борквле во

I2,4

40,0 .5,0

94,9

25,I

Кобальъбор титан молибден

9. Ферробор цирконий марганец

0,004 0,5 50

О,ОХ

0,25

40,0

92,6

IO. Никельбор титан

5,0

Ое004 2 ХО

О,OOI

94,3 титанборникель

3,5

Составитель С.Багрова

Редактор О,Полионова Техред M.Mîðãåíòaë Корректор Н.Гунько

Заказ 3717 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 Содваиа-:Пио-: Атом- Дав:ние бо-:йвронооть, ное,лвнив .ра в ио- ;ооотно- èíâðã ходном онла- o . шение; ного ве, й:: метал- rasa

:Да.ХО

:rgynn к:

0403

2I,4 О,OI 0,67 IÎ

0,008

0,004 2,0 8

О,OI

8:M

О,ОХ 0,67 IÎ

0,005 Продукт

° и оодврианйв

: вием бора в

: аеь.ь титан.бор Велено

: I3, I цирконий хром-борникель

II,Õ ванадийгафнийбор-кобальт

5,0 титанб ор. феррохром

9,4 ниобийбци кмоанийганецникель

Х4,9 титанмолибденборкобальт

8,5 циркониймарганецборивлево

6,9