Способ получения композиционного материала титан-железо
Использование: при производстве изделий из специальных материалов, в частности деталей, работающих при повышенных температурах, например лопатки рабочего колеса турбины авиационного двигателя а также изделий, обладающих специальным комплексом теллофизических свойств, например детали теплообменной аппаратуры, энергетических установок Существо: предварительно составляют многослойный пакет чередующих пластин железа и титана с заданным соотношением толщин сваркой взрывом, отжигом и последующей прокаткой получают композиционный многослойный тонколистовой материал железо - титан с соотношением толщины слоев 1 : 2 - 4 при толщине слоя железа 8-15 мкм, после чего осуществляют дополнительный отжиг при температуре 800 - 900°С и выдержке 1 - 4 ч 2 табл.
Кемитет Российской Федерации пе патентам и товарным знакам
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ3 „.-." (21) 501 ЖИ6/27 (22) 08.0791 (46) 30.1193 Sea Na 43-44 (21) Волгоградский политехнический институт
P2) Трыков Ю.П„ Еловенко АИ„ Сапрыгин ВД; Яро-. шенко АП. (23) Волгоградский политехнический.институт (64) CflOCOS ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОН-:
НОГО МАТЕРИАЛА ТИТАН-ЖЕЛЕЗО (57) Использование: при производстве изделий из специальных материалов, в частности деталей, ра. ботающих при повышенных температурах например лопатки рабочего колеса турбины авиационно(19> ВЕ (и) 2 003446 С1 (51) В К20 08 32 К20 04 го двигателя, э также изделий, обладающих специальным комплексом теппофизичежих свойств, например детали теплообменной аппаратуры, энергетических установок Существо: предварительно составляют Многослойный пакет чередующих пластин железа и титана с заданным соотношением толщин, сваркой взрывоц отжигом и последующей прокаткой получают композиционный многослойный тонколистовой материал железо — титан с соотношением т(вицины слоев 1: 2 — 4 при толщине слоя железа 8 - 15 ма после чего осуществляют дополнительный отжиг при температуре 800 — 900 С и выдержке 1-4 ч 2 табл.
2003446 титано-стального композита горячей с прокаткой в вакууме (Yosh/rara
Se1sh)vo//J.Jap,N/å! б, $ос.-1989, 58;.,Ч.З, у с.188-192). с з .Недостатком данных способов является 20 с недостаточная прочность соединения слоев щ и низкая прочность и жаропрочность компо-. п зита в целом. Данные способы не обеспечи- м вают также снижения теплопроводности в композита. и
Известен способ изготовления много- и слойных композиций состава титан-железо и сваркой взрывом с последующей прокаткой б (Технология сварки взрывом различных ма- к териалов и свойства полученных сварных З0 д соединений. М,; ЦИНТИХимНефтеМаш,—
1970, с.97-102). ш
Данный способ обеспечивает высокую и прочность соединения слоев, однако не по- д зволяет получить высокую жаропрочность и 5 и теплоизоля цион н ые свдйства компоэита. о
В качестве прототипа выбран способ т изготовления слойного композита титан- о сталь с помощью сварки взрывом, отжига и д горячей прокатки, который считают перс- 40 к пективным для данной пары металлов.. и
Недостатками данного способа являет- с сА низкая жаропрочность композита и невысокие теплоизоля ционн ые свойства. У
Цель изобретения — повышение жароп- 45 д рочности и снижение теплопроводности ма- д те риала. с
Это достигается тем, что получают ком- ж позиционный материал титан-железо путем с сварки, отжига и прокатки, причем предва- 50 . рительно составляют многослойный пакет . и чередующихся пластин железа и титана с т заданным соотношением толщин, сваркой э взрывом и последующей. прокаткой, получа- с ют композиционный многослойный тонко- 55 листовой материал железо-титан с н соотношением слоев 1:2-4 при толщине и слоя железа 8-15 мкм, после чего осуществляют дополнительный отжиг при темпера- в туре 800-900 С и выдержке 1-4 ч. ц
Изобретение относится к производству изделий из специальчых материалов, в частности деталей, работающих при повышенных температурах, например лопатки . рабочего колеса турбины авиационногодви„гателя, а также изделий, обладающих специальным комплексом теплофизических свойств, например детали теплообменной . аппаратуры, энергетических установОк.
Известен способ получения компози- 1î ционного материала титан-сталь методом диффузионной сварки с применением промежуточной прокладки из сплава Та-С (Кока и То к ке кохо. Заявка М 61-267617, Япония) и способ изготовления слойного
Составление многослойного пакета чередующихся пластин титана и железа с заданным соотношением толщин необходимо для того, чтобы после сварки взрыв)M получи1ь композиционный материал с требуемой толщиной каждого слоя и при последующем отжиге обеспечить возможность образования химического соединения на основе титана и железа по каждой границе композита.
Сварка взрывом по плоскопараллельной схеме обеспечивает получение многослойного композиционного материала с равнопрочным соединением всех его слоев и отсутствием на границах раздела сплавов высокой твердостью.
Последующая прокатка позволяет полчить многослойный тонколистовой компоиционный материал требуемой толщины с охранением исходного соотношения толины слоев тйтана и железа. Кроме того, рокатка способствует "звлечиванию" воэожных незначительных дефектов сварки эрывом, а высокая степень обжатия при рокатке до 98 $ обеспечивает интенсивное ротекание диффузии в граничных зонах ри последующем отжиге композита. Во изежание растрескивания титана при проатке разовое обжатие за один проход не олжно превышать 10; .
Получение в готовом композите соотноения толщин слоев железа и титана 1:2-4 ри толщине слоя железа 8 — 15 мкм необхоимо для того, чтобы,.с одной стороны, обесечить протекание при последующем тжиге диффузии железа на всю толщину итанового слоя, с другой стороны, с учетом дносторонней направленности процесса иффузии железа в титан, максимально соратить объемную долю железа как мягкой рослойки, при условии сохранения ее плошности.
При соотношении толщин менее 1:2 с четом односторонней направленности иффузии железа в титан объемная доля иффузионных прослоек в компоэите недотаточна для обеспечения максимальных ароп рочных и теплоизоляционных войств.
При соотношении толщин слоев железа титана более 1;4 оптимальные параметры ермообработки не обеспечивают диффуию железа на всю толщину титанового лоя, При толщине слоя железа менее 8 мкм арушается сплошность слоя железа при рокатке. При толщине слоя железа более
5 мкм объемная доля железа в компоэите
ыше оптимальной, что снижает эксплуатаионные свойства.
2003446
Дополнительный отжиг полученного композиционного материала необходим для образования на межслойных границах композита. в результате диффузионного взаимодействия титана с железом, твердых прослоек интерметаллидов TlFe2 и TIFe.
Температура отжига 800-900 С и выдержка
1-4 ч являются оптимальными режимами, обеспечивающими сквозную диффузию железа в слоях титана.
Температура менее 800 С не обеспечивает достаточной интенсивности процесса диффузии, а отжиг при температуре более
900 С приводит к резкому росту зерна в
- титане, что снижает механические свойства композиционного материала.
При выдержке менее 1 ч не обеспечивается полное протекание процесса диффузии, выдержка более 4 ч приводит к росту зерна в титане. что снижает прочность композита.
Способ изготовления многоелайнога композиционного материала системы титан-железо осуществляется следующим образом, Собирают пакет из предварительно очищенных и обезжиренных чередующихся пластин титана и железа, располагающихся друг над другом на расстоянии.технологического зазора, и производят сварку взрывом при скорости соударения пластин 450520 м/с. Полученную многослойную заготовку прокатывают при 7ОООС да требуемой, толщины, после чего производят термообработку в виде отжига при температуре
800-900 С в течение 1-4 ч.
Предлагаемый способ позволяет получить жаропрочный композиционный материал с высокими теплоизоляционными свойствами и жарапрочностью.
Пример 1. Составляют 15-слойный пакет из предварительно зачищенных и обезжиренных чередующихся пластин титана толщиной 1 мм и железа толщиной
0,5 мм, располагаемых друг над другом с зазором 2 мм. Над собранным пакетам на расстоянии 5 мм устанавливают стальную фальшпластину толщиной 10 мм и производят сварку взрывом зарядом аммонита АТ1 высотой 100 мм, инициируемым от электроПредлагаемый способ обеспечивает высокие теплоизоляционные свойства композита при высокой жаропрочности, позволяет решить важную задачу получения жаропрочных материалов на основе титана и железа без легирующих добавок.
45 (56) Нарухина К.Е. и др. Биметаллические соединения. M.; Металлургия, 1970, с.192193. детонатора. При этом обеспечивается скорость соударения пластин 450-520 м/с.
Сваренную взрывом многослойную заготовку прокатывают при 700 С с разовым обжа5 тием за проход 8-10 на толщину 0,4 мм и получают тонколистовой многослойный композит с толщиной слоев железа.1215 мкм. Полученный таким образом материал подвергают высокотемпературной
10 обработке при 850 С и выдержке 2 ч. Соотношение толщин слоев перед отжигом 1:3.
Свойства полученного материала следующие: коэффициент теплопроводности 1=1 ВтУм град, прочность при 500ОС-900 МПа, 15 прочность при 700 С вЂ” 500 МПа.
Пример 2 ° . Получение. тонколистового многослойного композита из чередующихся слоев титана и железа осуществляют аналогично примеру 1, при этом соотношение тол20 щин железа и титана после прокатки 1:2. Температура отжига 800 С, выдержка 1 ч.
Свойства материала: коэффициент теплопроводностиА 0,9-1 Вт/и град, прочность при 560 С -800- 850 МПа, при 700 С -45025 500 МПа.
Пример 3, Получение тонколистового многослойного композита из чередующихся слоев титана и железа осуществляют анало-. гично примеру 1..Соотношение слоев желе30 за и титана после прокатки 1:4 при толщине слоя железа 10 мкм,. Отжиг проводят при температуре 900 С в течение 4 ч. Свойства материала. коэффициент теплопроводности
А -0,9-1,2 Вт/мК, прочность при 500 С—
35 850-900 МПа, при 700ОС вЂ” 350-400 МПа.
Результата измерений коэффициента теплопроводности и жаропрочности материала при различных температурах приведены в таблице, 40
2003446
- 2003446
Ю
X a е S с- ICg о »л аО ао е
c m а е о о о
CD О л . л о
CD л е д и
CL + о а
v щ
CD
СО о
OI ь о
С0 о
О IX д S
r v о е о аZ о, с5 о <
2 и о
Ol СЧ СЧ Ol СЧ Of СЧ СЧ Ol СЧ СЧ СЧ а» е е ° е» е е м а» г а» м с о
II о z с -„С е ц (Х о о>е е СС с
u о о е
3 о о
X
X (II с е о
Щ с
55 о с х о
1- I о о е () S с
Щ S а
Ф д
CU
:Е
S г
Е .о ь
ID
CD
LA ID Il) LA МЪ LO L0 LA LA ID iD ОЪ
Ch ОЪ ОЭ CI) 0) Cb CI) Cb Cb C5 О) О)
СЧ hl СЧ СЧ СЧ СЧ . СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ
tA LO LC) МЪ Lh !O ID . ID iD Ж LA Ltl о о о о о о о о о о о о о
® v о
Q а д
C q
))S
2 о о о щ
2003446
СЧ
° »
С )
1 фС ) . сч о
С9 1 1
ID
СЧ
СЧ Ch Ch
1 1. 1
СЧ СЧ
1 -I
2 о
v o о вь.
« с CC
С0
Q. !0
QJ IX
СЧ !
СЧ
СО СЧ сб
1 1 ю»
С Ъ
Ф Д С
I- О
О
* X
Ф 1- ф ОЛ.. ОО
& «l.
Я- О
LA
С"Ъ
С"Ъ
% % с
CQ
l» и х
I_#_
О с о о..о е СЧ
А а!» о
O O О CO
Ч %» Ф °
1 I I 1
О» О» О» LA о о о
LA, If) 1
l 1
СЧ СЧ ь» г т
° CV СЧ
I 1» 1
ID С > С9
СЧ СЧ о о е»
1 I
Ch- ОЪ о о
2 о о о
БС) фО а
Ф !о о
LA о
X Cl с
К о о о ь3, СЧ ÑO 00 с
1- z с=
O X0! «L
I о 3
q! Я
g.1- М
О я
С0 С„)
О.О
Э
С5 а
Ф са
М и о < с х
i»
O V C0 о, а а
СЧ
ment
z K Х
CK сод (p!
- о с
CLL Cy X
Я K оесй и
О3О к х
«3 е
CD С ) о о
LD
О и
О
Ф 0«
С» о
З! а < и
СС
О С ихе а C0 cL
v 4.
Б
М а
3
Ф
I» с0 х
О
О
X
О
Б
=г
О (»
С5
О
Б
Cl
Ф с0
Я, Щ
О О O O O
O ID .LA LA LA
CV СЧ Ф 3 СЧ ь о о о о о а о о о
Ьйа о о ID LA
СЧ " СЧ а» ооооо
В ID LA LA LA
00 СО 00 CO 00 о о о о о о о о о о о о о о о ь о о о в в о о Ха-.- о g о о о о
3 Ф 0) P0 CO СЧ о! Ь Ь Ь Ь Ь
00 СО СО 1- !.- P4 е.ь о а в о о
СЧ С Э СЧ СЧ
СЧ СЧ hl СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ о о о о о о о о о а в в в а о о о о
СО СО СО CO СО (О Ф CO Ф сс о о о о о о.о о
СЧ С Ъ tt CD СЧ СЧ СЧ СЧ о а о о о о о о
% ° СЧ с % % °
СЧ СЧ С4 С4 СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ
Г- I I Л о о î î о о о о о
" 2003446
I
bl C4
%» сс) l
° ф 1» Р р Сб з
C и -с 0
Фо å
Дз а gg
Ф !с
Е о с
e S и а
z - о
Ф Х
С
° о ос еа ее
hl СЧ СЧ
М ° Ф
l ! о
С Э ! l
° g) сч сч
Ф»
1 сч !
Ч
° е» а
° Ф М»
S
Ф
S о. с щ и>
Ю !
СЬ
О е» е С ) (") оъ Й Ь о о о
Ф
z
Ф ,о с .и
CU
С з с 0
ФО å
1к
2 щ с
lл@ о з
X P, о с а Ф сС
Ю
Ю
Ф !
С й,",С О с а: о с с г о
I- S
o z e n.YS о сч.й 3
Ф д Y!
- М
foe
h0 ао
Ф с е а е с.
LA И !
О D.,. о
Ю щ сй!
3 о ф ь сч
my X кМй
Я с с о,„ о = Ф !
- и с оФ
zSS> оeX f2
Q3o и в"
3 х
Qo о с!
" л о! с»
Ю
t5 .о и е )я о. у о с Б о 1 с и>Ф о Ф с >
v с is
I» . o Q о g
P u) М о о
Z
Ф с о с
S
I»
S а
Ф
Y е о. х
l X о
I о
z.
X о
=т
Ф
Q r
X с Ф о
СР
S !
Б
CL
Ф
I» х
° % t %» 1»
С Э
Ф 777-1 ! «!» Ь А о о о о о
О О О О О О О о оо в в î о
OI CP СО » 1 С"Ъ СЪ сО ОО, Р» сч сч
Ю О О ОООО сч сч сч сч сч сч сч! и д, СЧ Ф tlt COCO 1 о а
ОО оооо
6 N N N CQ 6
D О О О О О О О О со О о
cv сч сч сч сч сч сч сч cv сч
О О О О Ю О О О О О О
° ч а с» а» а» е» ч» м- со сч
СЧ СЧ ht C4 СЧ СЧ СЧ СЧ ч» ° г с» t л t t i !» Л с
О О О О О О О О О О С!
2003446
Составитель И,Николаева
Техред M.Ìîðãåíòàë. Корректор M. Шароши
Редактор Л.Народная
Заказ 3296
Тираж Подписное
НПО" Поиск" Роспатента
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101
Ф о р м ул а и з о бр е те н и я отличающийся тем, что сварку взрывом и
СПОСОБ ПОЛуЧЕНИя КОМПОЗИцИ прокатку осуществляют до соотношения
ОННОГОМАТЕРИАЛАТИТАН-ЖЕЛЕЗО, толщин с оев 1 (2 -4) при толщине слоя включающий составление. пакета из чере-,5. железа 8- 15 мкм, после чего осуществлЯдующихся слоев титана и железа, его свар» ют дополнительный отжи полученного ма-. ку взрывом, отжиг и горячую прокатку, геРиала пРи темпеРа УРе 800- 900 С и вы держке 1 -4 ч.
