Способ получения композиционного материала на основе сплава алюминий-магний с содержанием нанодисперсного оксида циркония

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению композиционных материалов, упрочненных нанодисперсными частицами. Упрочняющие нанодисперсные частицы оксида циркония вводят в расплав на основе сплава алюминий-магний. Расплав кристаллизуют в поле центрифуги с коэффициентом гравитации 150-200 g и времени жизни расплава 8-10 сек/кг. Обеспечивается получение градиентного материала с пространственно неоднородной структурой и высокими свойствами. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к производству композиционных материалов, в частности к их упрочнению нанодисперсными частицами.

Известен способ получения конструкционного материала из сплава на основе алюминия с содержанием Mg [Патент 2380453 Российская Федерация, МПК C22F 1/047 (2006.01); C22C 21/06 (2006.01). Способ получения конструкционного материала из сплава на основе алюминия с содержанием Mg 10% /, Анисимов О.В, Костиков В.И. и др.; заявитель НИТУ МИСиС, патентообладатель Анисимов О.В. - №2008114166/02; заявл. 15.04.2008; опубл. 27.01.2010]. В основу данного изобретения положена задача создания способа производства конструкционного материала из сплава на основе алюминия с содержанием магния до 15,5%, включающего получение слитка, термообработку, прокат, который обеспечил бы повышение прочности, пластичности проката и повысил бы технологичность получения листового материала. Достигаемый при этом технический результат заключается в повышении физических характеристик материала на основе алюминия с содержанием магния около 15% за счет перевода литейного сплава в конструкционный и получение материала с прочностью выше, чем у материала с содержанием магния до 10%. Кристаллизацию слабо перегретого расплава производят во вращающемся кристаллизаторе при коэффициенте гравитации, равном 180-250, времени жизни расплава, равном 12-15 с/кг, и скорости охлаждения не выше 5°C/с. Величина перегрева расплава вместе со скоростью охлаждения должна обеспечить завершение процессов кристаллизации в силовом поле центрифуги до начала кристаллизации расплава в обычных условиях.

Данное изобретение имеет несколько отличий и недостатков:

1. Кристаллизацию расплава проводят во вращающемся кристаллизаторе при коэффициенте гравитации, равном 180-250;

2. Время жизни расплава составляет 12-15 с/кг;

3. Скорость охлаждения не выше 5°C/с;

4. Слиток подвергают термообработке и прокатке.

Однако данный способ по совокупности сходных признаков: использование сплава алюминий-магний, силовых полей центрифуги, близкие значения коэффициента гравитации, принят за прототип.

Целью предлагаемого изобретения является равномерное распределение нанодисперсных частиц ZrO2 по сечению композиционного материала на основе сплава Al-Mg. В связи с этим был использован метод центробежного литья. В результате центрифугирования композиционного расплава получаются градиентные композиционные материалы. Такие композиты отличаются наличием пространственно неоднородных структур, благодаря которым приобретают новые свойства. Поверхностные слои с повышенной концентрацией армирующей фазы различной природы и состава организуются за счет направленного перемещения дисперсных частиц в жидкометаллической суспензии. Твердые дисперсные частицы, имеющие плотность большую, чем матричный алюминиевый сплав, перемещаются к наружной стенке изложницы, а менее плотные - к оси вращения, во внутреннюю часть отливки.

Матричный сплав - АМг6 - получен сплавлением в открытом индукторе в керамическом тигле чистых алюминия и магния при соотношениях, вес.%: алюминий 94, магний 6. Температура расплава составила 700°C.

В качестве упрочняющих добавок использовали нанодисперсный порошок ZrO2 (2% Y2O3, ост. - ZrO2, размер частиц 10-20 нм).

Кристаллизацию расплава проводят в поле центрифуги, при коэффициенте гравитации, равном 150-200 g, при времени жизни расплава, равном 8-10 сек/кг, и скорости охлаждения 450°C\сек. Кристаллизующийся материал при вращении испытывает переменные в радиальном направлении нагрузки в зависимости от складывающегося коэффициента гравитации. Обороты ротора задавались такими, что при радиусе 75 мм давали значения коэффициента гравитации, равным 200, 175, 150 g.

Испытания установки проводились в диапазоне скоростей вращения от 1300 до 1600 об/мин.

Коэффициент гравитации рассчитывается по следующей формуле:

F = μ V ω 2 R g , ( 1 )

где µ - плотность расплава, г/см3;

V - объем материала, см3, ω - угловая скорость, рад/с2;

R - радиус, м;

g - ускорение свободного падения, g=9,8 м/с2.

Уравнение, связывающее коэффициент гравитации и давление, имеет следующий вид:

P = 2 π 2 n 2 ( R ( t ) R ( t 0 ) ) + h μ , ( 2 )

где µ - плотность расплава, г/см3;

h - глубина, м;

R(t), R(t0) - радиус внешний и внутренний, м;

n - число оборотов, об/мин.

В таблице представлены значения используемых коэффициентов гравитации и соответствующие им давления. Максимальный коэффициент гравитации соответствует скорости вращения ротора в 1500 об/мин.

Значения коэффициентов гравитации
Коэффициент гравитации Давление в расплаве
атм МПа
К150 150-200 20
К175 175-253 25,3
К200 303 30

Введение порошка-наполнителя в расплав можно осуществлять, используя различные методы, в том числе метод порошковой металлургии.

Пример

Был выбран метод введения частиц в алюминиевый расплав в виде предварительно подготовленной порошковой лигатуры (алюминиевая пудра ГОСТ 5494-95 и оксид циркония в соотношениях, вес.%: 1:3 соответственно), что исключает риск попадания в расплав вредных примесей, возможный при введении легирующих добавок в виде механической смеси порошков. Таким образом, за счет исключения воздействия примесей повышаются физические и технологические свойства готовых изделий. Оптимальная масса брикетов составила 1-2 г. Приготовление брикетов осуществляется прессованием механической смеси порошков в стальной пресс-форме. Оптимальное давление прессования составляет 1,5-2 т/см2.

Для обеспечения полного растворения брикетов их вводили в расплав АМг6, перегретый на 40-50°C выше температуры плавления, и выдерживали 10-15 минут перед заливкой в ротор с изложницей, закрепленной в центрифуге для равномерного распределения упрочняющих добавок.

Затем расплав заливали в крутящийся ротор с изложницей. Испытания установки проводились в диапазоне скоростей вращения от 1300 до 1600 об/мин. Время центрифугирования составляло 2 минуту. После полной остановки ротора отливку извлекали и охлаждали в воде со скоростью охлаждения 450°C\сек до комнатной температуры.

1. Способ получения композиционного материала на основе сплава алюминий-магний, включающий введение упрочняющих нанодисперсных частиц, отличающийся тем, что в качестве упрочняющих частиц вводят оксид циркония, а процесс ведут путем кристаллизации расплава в поле центрифуги с коэффициентом гравитации, равным 150-200 g, и временем жизни расплава, равном 8-10 с/кг.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что оксид циркония вводят в расплав в виде таблеток, спрессованных из предварительно смешанных порошков алюминия и оксида циркония, которые упрочняют полученный композиционный материал.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что скорость охлаждения расплава составляет 450°C/с.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к производству алюминиевых сплавов, в частности алюминиевых сплавов, содержащих обладающий высокой реакционной способностью магний. При приготовлении алюминиевого сплава, содержащего Mg, к расплаву сплава добавляют Са, Sr и Ва в таком количестве, чтобы содержание кальция составляло 0,001-0,5 мас.%, а их соотношение находилось в пределах, заключенных между линиями, соединяющими пять точек на фиг.1: точку Е (Са: 28 ат.%, Sr: 0 ат.%, Ва: 72 ат.%), точку F (Са: 26 ат.%, Sr: 30 ат.%, Ва: 44 ат.%), точку G (Са: 54 ат.%, Sr: 46 ат.%, Ва: 0 ат.%), точку Н (Са: 94 ат.%, Sr: 6 ат.%, Ва: 0 ат.%), точку I (Са: 78 ат.%, Sr: 0 ат.%, Ва: 22 ат.%), при исключении соотношений на образованных между указанными точками линиях.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к разработке новых сплавов и технологий получения из них листовых полуфабрикатов методами термической обработки и обработки давлением.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для изготовления отливок, предназначенных для получения деталей ответственного назначения, работающих под действием высоких нагрузок при температурах до 300-350°С, автомобильных двигателей, деталей водозаборной арматуры, ступеней погружного насоса для нефтегазового комплекса, деталей радиаторов отопления и др.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым сплавам на основе алюминия, используемым в качестве конструкционного материала в авиационной промышленности.
Изобретение относится к цветной металлургии и может быть применено при получении сплавов системы алюминий-свинец. .

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к литейным сплавам на основе алюминия, применяемым в авиационной технике и других отраслях машиностроения для нагруженных деталей внутреннего набора фюзеляжа, деталей управления, силовых кронштейнов и др.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым термически неупрочняемым сплавам системы алюминий-магний, используемым для сварных конструкций в судостроении, авиакосмической технике и транспортном машиностроении.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым термически неупрочняемым алюминиевым сплавам, предназначенным для использования в виде деформированных полуфабрикатов в качестве конструкционного материала, преимущественно для токопроводящих и теплопроводных элементов конструкции в авиакосмической технике, судостроении, криогенном машиностроении и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к подбору состава материала при производстве изделий из порошковых металлических композиционных материалов с заданным физико-механическим свойством.
Изобретение относится к области металлургии цветных металлов и, в частности, к получению слитков из алюминиевых сплавов с недендритной структурой. Способ включает введение в расплав алюминиевого сплава модифицирующей добавки и кристаллизацию расплава, при этом в качестве модифицирующей добавки используют лигатуру Al-Sc-Zr, содержащую 0,002-0,02% Sc и 0,002-0,02% Zr, которую вводят в расплав в виде прутка перед кристаллизацией.

Изобретение относится к производству алюминиевых сплавов, в частности алюминиевых сплавов, содержащих обладающий высокой реакционной способностью магний. При приготовлении алюминиевого сплава, содержащего Mg, к расплаву сплава добавляют Са, Sr и Ва в таком количестве, чтобы содержание кальция составляло 0,001-0,5 мас.%, а их соотношение находилось в пределах, заключенных между линиями, соединяющими пять точек на фиг.1: точку Е (Са: 28 ат.%, Sr: 0 ат.%, Ва: 72 ат.%), точку F (Са: 26 ат.%, Sr: 30 ат.%, Ва: 44 ат.%), точку G (Са: 54 ат.%, Sr: 46 ат.%, Ва: 0 ат.%), точку Н (Са: 94 ат.%, Sr: 6 ат.%, Ва: 0 ат.%), точку I (Са: 78 ат.%, Sr: 0 ат.%, Ва: 22 ат.%), при исключении соотношений на образованных между указанными точками линиях.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению высокопористых ячеистых материалов на основе жаростойкого сплава. Может применяться для получения фильтров, носителей катализаторов, шумопоглотителей, теплообменников в энергетике, машиностроении и химической промышленности.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к борсодержащим алюмоматричным композиционным материалам, и может быть использовано при получении изделий, к которым предъявляются требования низкого удельного веса в сочетании с высоким уровнем поглощения при нейтронном излучении.

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способам получения изделий на основе железного порошка, и может быть использовано при изготовлении средне- и тяжелонагруженных конструкционных деталей, испытывающих динамические и истирающие нагрузки.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению жаростойких высокопористых проницаемых ячеистых сплавов. Может использоваться для получения блочных высокотемпературных носителей катализаторов, высокотемпературных фильтров газов и расплавов.
Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано для производства сплавов на основе алюминия, например, силуминов, применяемых в авиастроении, ракетной технике, машиностроении и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к металлургии, в частности к получению литых композиционных сплавов для отливок ответственного назначения. .
Изобретение относится к металлургии, в частности к получению изделий и полуфабрикатов из пеноалюминия. .

Изобретение относится к производству высокочистого кремния в виде наноразмерного порошка, который может быть использован в полупроводниковой электронике и в нанотехнологиях.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению композиционных материалов, упрочненных нанодисперсными частицами. Упрочняющие нанодисперсные частицы оксида циркония вводят в расплав на основе сплава алюминий-магний. Расплав кристаллизуют в поле центрифуги с коэффициентом гравитации 150-200 g и времени жизни расплава 8-10 секкг. Обеспечивается получение градиентного материала с пространственно неоднородной структурой и высокими свойствами. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 пр.

Наверх