Способ получения литейного композиционного материала на основе алюминия и его сплавов


 


Владельцы патента RU 2538246:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "МАТИ-Российский государственный технологический университет имени К.Э. Циолковского" (RU)

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам получения литейных композиционных материалов (ЛКМ) на основе алюминия и его сплавов. Способ получения литейного композиционного материала, содержащего матрицу из алюминия или сплава на его основе, и дисперсные интерметаллидные частицы TiAl3, включает образование в расплаве алюминия интерметаллидных частиц TiAl3 путем введения в расплав при температуре 700-800°С измельченной титановой губки с размером фракций не более 5 мм, причем измельченная титановая губка вводится в расплав алюминия в таком количестве, чтобы содержание образованных частиц TiAl3 не превышало 35 об.%. Способ позволяет получать детали с повышенной жаропрочностью, твердостью и износостойкостью. 1 пр.

 

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам получения литейных композиционных материалов (ЛКМ) на основе алюминия и его сплавов. Предлагаемый способ позволяет получать детали с повышенной жаропрочностью, твердостью и износостойкостью и отличается простотой и низкой себестоимостью производства.

Известен способ получения ЛКМ на основе алюминиевого сплава, содержащий интерметаллидные включения TiAl3 (см. патент RU 2323991, МПК С22С 1/10, опубл. 10.05.2008).

Данный способ для создания упрочняющих частиц TiAl3, предполагает введение в нагретый до 850±10°C расплав алюминиевого сплава предворительно нагретого спрессованного брикета наполнителей, подвергнутых высокоэнергетическому перемешиванию, далее после выдержки и перемешивания проводят разливку расплава. Для образования интерметаллидов в вводимом брикете содержатся частицы титана с дискретными керамическими частицами размером до 50 нм, внедряемые в расплав алюминиевого сплава в количестве 0,1-2% от его массы, действующие при кристаллизации как модификаторы, что позволяет получать в материале включения интерметаллидных фаз размером до 10 мкм в количестве 5-20 об.%, способствующих повышению жаропрочности материала.

Недостатками известного способа являются:

- сложность, высокая энергозатратность и стоимость. Применение такого способа на производстве, спроектированном для выплавки классических сплавов, потребует серьезной модернизации и дополнительной установки дорогостоящего оборудования для смешивания наполнителей и их прессования;

- нагрев сплава для введения наполнителя до 850±10°C также ведет к увеличению энергозатрат на его производство;

- введение металлических частиц в брекетированном, а не в свободном виде не позволяет сразу приступить к перемешиванию расплава, что увеличивает время протекания реакций образования интерметаллидов.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа получения дисперсно-упрочненного ЛКМ для упрощения его получения, снижения себестоимости и энергозатрат на его производство.

Поставленная задача решается тем, что для получения литейного композиционного материала на основе алюминия и его сплавов, включающего дисперсные интерметаллидные частицы TiAl3, образование в расплаве алюминия интерметаллидных частиц TiAl3 проводят при температуре 700±800°C путем введения измельченной титановой губки размером фракций не более 5 мм, причем измельченная титановая губка вводится в расплав алюминия в количестве, чтобы содержание образованных частиц TiAl3 не превышало 35 об.%.

Поскольку образование в расплаве алюминия интерметаллидных частиц TiAl3 проводят при температуре 700±800°C путем введения измельченной титановой губки размером фракций не более 5 мм, причем измельченная титановая губка вводится в расплав алюминия в количестве, чтобы содержание образованных частиц TiAl3 не превышало 35 об.%, обеспечивается возможность получения дисперсно-упрочненного ЛКМ со снижением себестоимости и энергозатрат на его производство.

Самопроизвольное течение процесса образования интерметаллидных частиц при контакте расплава алюминия с титановой губкой позволяет придерживаться простых, традиционных и недорогих технологий получения отливок. Использование именно титановой губки позволяет облегчить и ускорить процесс получения интерметаллидных частиц из-за высокоразвитой поверхности вводимых частиц.

Предлагаемый способ получения ЛКМ осуществляется следующим образом.

В расплав чистого алюминия при температуре 700±800°C (данный температурный интервал оптимален по соотношению энергозатрат и времени протекания процесса образования интерметаллидов) вводят измельченную титановую губку с размером фракций до 5 мм. Больший размер частиц приводит к увеличению времени образования интерметаллидов, что показали опытно-экспериментальные работы. Введение титановой губки может осуществляться различными способами, в том числе и свободной засыпкой на зеркало расплава при постоянном перемешивании или введением порции титановой губки под зеркало расплава.

Введенная в расплав титановая губка реагирует с расплавом алюминия, что приводит к образованию дисперсных частиц TiAl3 благоприятной округлой формы, размером частиц в среднем 10-25 мкм. Процесс идет с выделением большого количества тепла, что разогревает сплав дополнительно и способствует ускорению процессов образования интерметаллидов, а также уменьшает энергопотребление плавильной установки. Для ускорения процесса образования интерметаллидных частиц можно применять перемешивание расплава. В частности, рекомендуется механическое перемешивание расплава со скоростью вращения импеллера 200-300 об/мин в течение от 5 до 20 мин в зависимости от количества введенной титановой губки, такое перемешивание обеспечивает заметное сокращение времени образования интерметаллидов в сочетании с малыми энергозатратами на свое осуществление. Перед введением титановую губку рекомендуется прокалить в течение 15-30 мин при температуре 200°C для удаления адсорбционной влаги. Процесс легирования аналогичен легированию простых алюминиевых сплавов. В качестве матрицы для получаемых таким способом материалов может использоваться любой алюминиевый сплав. После легирования рекомендуется провести рафинирование сплава. В зависимости от объемного содержания упрочнителя в сплаве возможно применение любых техник получения отливок: как свободное литье, так и принудительное. В зависимости от матричного сплава возможно проведение соответствующей термообработки.

Предлагаемый способ получения ЛКМ может быть проиллюстрирован следующим примером.

Был получен ЛКМ, упрочненный частицами TiAl3, с матрицей из сплава системы Al-Mg-Si, так как данная система весьма распространена при создании конструкционных материалов. Для этого в перегретый до 780°C алюминий вводилась предварительно прокаленная при 200°C в течение 30 мин титановая губка в количестве до 4 (вес.)%, после чего расплав в течение 20 минут перемешивался со скоростью вращения импеллера 300 об/мин. Легирование матрицы проводилось аналогично приготовлению чистого сплава системы Al-Mg-Si. Время продувки аргоном, ввиду небольшого объема плавки, составило 6 минут. Данный способ, без серьезных изменений в технологической цепочке производства отливок, позволил получить ЛКМ с равномерным распределением упрочняющих частиц TiAl3 по всему объему отливок, твердость и жаропрочность которого выше чем у сплава, аналогичного с матрицей данного ЛКМ состава. Размер частиц не превысил 25 мкм, а их объемное содержание позволило применить метод свободной заливки.

Способ получения литейного композиционного материала на основе алюминия, содержащего матрицу из алюминия или сплава на его основе, и дисперсные интерметаллидные частицы TiAl3, включающий образование в расплаве алюминия интерметаллидных частиц TiAl3 путем введения в расплав при температуре 700÷800°С измельченной титановой губки с размером фракций не более 5 мм в таком количестве, чтобы содержание образованных частиц TiAl3 не превышало 35 об.%.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к металлургии, а именно к получению литейного композиционного материала (ЛКМ) на основе алюминиевого сплава, упрочненного короткими волокнами, и может использоваться в качестве конструкционных материалов при создании конструкций и оборудования авиационных средств.

Изобретение относится к электрохимическому получению лигатурных алюминий-титановых сплавов и может быть использовано для получения коррозионно-стойких алюминиевых сплавов.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению порошка сплава серебро-кадмий для изготовления контактов. Раствор нитратов серебра и кадмия обрабатывают раствором гидроксида натрия, выдерживают пульпу и отделяют осадок смеси AgOH и Cd(OH)2 от маточного раствора.

Изобретение относится к производству композиционного материала. Композиционный материал содержит металлический компонент металлической матрицы (201, 211) и расположенный в металлической матрице (201, 211) армирующий компонент (202) и дополнительный армирующий компонент.

Группа изобретений относится к технике производства тонких прутков и проволоки, обладающих эффектом «памяти» формы и сверхупругостью из сплавов системы никель-титан с эффектом «памяти» формы, используемых в авиации, радиоэлектронике, медицине, космической технике, машиностроении и других областях техники.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к высокотемпературным антифрикционным материалам. Может использоваться в высокотемпературных зонах промышленного оборудования, в частности на АЭС.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности получению порошка интерметаллида NdNi5. Cинтез порошка осуществляется в герметичном сосуде в среде аргона, при температуре 850 К.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению алмазных абразивных инструментов. Композиционный алмазосодержащий материал содержит, мас.%: технический порошок алмазов зернистостью 315/250 мкм - 5,0-7,0; ультрадисперсный порошок алмазов зернистостью 2/0 мкм - 1,0-3,0; олово - 18,0-20,0; медь - остальное.

Изобретение относится к сварке, в частности к изготовлению порошков, используемых для плазменно-порошковой наплавки антифрикционных упрочняющих покрытий при изготовлении износостойких деталей.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению жаропрочных сплавов. Может использоваться в области авиационного двигателестроения для получения лопаток и защитных покрытий на бандажных полках лопаток газотурбинных двигателей (ГТД) и газотурбинных установок (ГТУ).
Изобретение относится к области металлургии, а именно к литейным композиционным материалам (ЛКМ) на основе алюминия и его сплавов, и может применяться для изготовления деталей с повышенной жаропрочностью, твердостью и износостойкостью. Литейный композиционный материал на основе алюминия или его сплавов содержит упрочняющие интерметаллидные частицы TiAl3 с размером не более 25 мкм в количестве до 35 об.%, образованные в расплаве алюминия путем введения в него измельченной титановой губки с размером фракций не более 5 мм. Материал обладает высокой прочностью за счет высокой термодинамической стабильности упрочняющих частиц. 1 табл., 1 пр.

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к изготовлению изделий из порошков твердых сплавов на основе карбидов. Смешивают временное связующее, содержащее двухкомпонентный диспергатор и двухкомпонентную смазочную добавку в весовом соотношении от 1:3,6 до 1:13,1, и порошкообразную смесь неорганических порошков, содержащую порошки карбидов и постоянного связующего. Формируют деталь и проводят термическое удаление временного связующего в два этапа в вакууме. На первом этапе остаточное давление поддерживают в диапазоне от 13 до 1,3 Па при нагреве от комнатной температуры до 300°С, на втором этапе - в интервале значений от 1,3 до 0,13 Па при нагреве от комнатной температуры до 1370°С или 1390°С. Спекание детали осуществляют под избыточным давлением инертного газа в диапазоне температур от 1370 до 1390°С. Обеспечивается энерго- и ресурсосберегающее получение изделий с высокими эксплуатационными характеристиками. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 пр.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к бор-содержащим алюмоматричным композиционным материалам, и может быть использовано при получении изделий, к которым предъявляются требования низкого удельного веса в сочетании, в частности, с высоким уровнем поглощения при нейтронном излучении. Способ включает приготовление алюминиевого расплава, содержащего 0,5-0,9% Si, l,3-1,9% Mg, 0,2-0,4% Cu, формирование в нем бор-содержащих частиц путем введения в расплав лигатуры, содержащей бор, при поддержании его температуры в пределах от 850 до 930°C в течение 30-45 минут, получение слитка путем кристаллизации расплава, его гомогенизацию, получение листов путем прокатки слитка и их термообработку, при этом получают листы со структурой композиционного материала, содержащей равномерно распределенные в алюминиевой матрице включения AlB2 со средним размером не более 30 мкм и массовой долей от 4 до 8%. Техническим результатом изобретения является повышение механических свойств катаных листов из алюмоматричного бор-содержащего композиционного материала. 2 табл., 1 ил., 2 пр.
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при приготовлении литых алюминия, доэвтектических, эвтектических и заэвтектических алюминиево-кремниевых сплавов (силуминов). Способ включает модифицирование расплава углеродом в количестве 0,05-0,5% от массы шихты при температуре 740-800°C, углерод вводится в несвязанном виде в наноструктурном состоянии или аморфном состоянии. Технический результат заключается в повышении механических и эксплуатационных характеристик отливок за счет уменьшения размеров дендритов алюминия и всех составляющих структур алюминиево-кремниевого сплава: α-твердого раствора, эвтектики и первичных кристаллов кремния. 2 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для получения многослойных композитов на основе системы Cu-Al, а также прекурсоров для синтеза наноструктурных интерметаллических соединений данной системы. Способ получения многослойного композита на основе меди и алюминия включает механическую обработку смеси металлических порошков в шаровой мельнице в инертной атмосфере и последующее компактирование кручением под квазигидростатическим давлением на наковальнях Бриджмена. В качестве исходных материалов используют смесь порошков меди и алюминия чистотой не менее 98% с долей алюминия от 5 до 50 мас.%, обработку порошков проводят в планетарной шаровой мельнице при ускорении шаров от 100 до 600 м/с2 продолжительностью от 0,5 до 10 минут. Компактирование осуществляют при температуре от 10 до 100°C, давлении от 2 до 10 ГПа и относительном повороте наковален при кручении до достижения сдвиговой деформации γ≥100. Материал характеризуется увеличенной площадью межфазных границ, что повышает его твердость. 3 ил., 1 пр.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к созданию композиционных материалов пропиткой пористого каркаса. Пористую заготовку погружают в расплав матричного сплава, вакуумной дегазацией, нагревом и воздействием избыточным давлением на заготовку за счет термического расширения расплава в замкнутом объеме емкости, в качестве расплава матричного сплава используют расплав свинца, а при нагреве дополнительно проводят пропитку заготовки, последующее охлаждение и кристаллизацию. Используют емкость, состоящую из двух камер: камеры для пропитки и камеры для создания давления, при этом пористую заготовку погружают в расплав матричного сплава алюминия, находящегося в камере для пропитки, и нагревают на 100°C выше температуры ликвидус сплава алюминия одновременно с расплавом свинца, находящимся в камере для создания давления. Полученный композиционный материал имеет высокую электропроводность, антифрикционные свойства и стойкость в агрессивных средах. 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл., 3 пр.

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано для получения сплавов на основе алюминия. Способ включает получения лигатуры алюминий-фосфор в виде таблеток состава, мас.%: фосфор 1,5-3,5, железо 6,0-16, алюминий остальное. При этом осуществляют перемешивание алюминиевых гранул и порошка феррофосфора в шаровой мельнице со скоростью вращения 60-250 об /мин в течение 1-7 часов и холодное прессование компонентов смеси. Таблетки получают диаметром 20-100 мм прессованием с усилием 100-5000 кг при свободной насыпке смеси на гидравлическом прессе. Изобретение позволяет уменьшить средний размер частиц в лигатуре до 1,5-2,5 мкм, формировать вторые фазы и равномерно их распределять по объему формуемой таблетки. 5 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл., 3 пр.

Группа изобретений относится к области медицины. Описан биосовместимый пористый материал, содержащий никелид титана с пористостью 90-95% и открытой пористостью 70-80% со средним размером пор 400 мкм, который пропитан гидроксиапатитом в количестве 26-46 мас.% от массы никелида титана. Описан также способ получения биосовместимого пористого материала, включающий предварительную ионную обработку поверхности высокопористого ячеистого никеля, помещенного на планетарный механизм поворотного стола установки ионно-плазменного напыления, в низкотемпературной плазме в атмосфере аргона при токе разряда 40-45 А при постепенном увеличении отрицательного потенциала на поворотном столе от 100 до 1000 B в течение 80-90 мин, последующее электродуговое напыление путем осаждения ионов титана на поверхность никеля с использованием расходуемого катода, выполненного из титана, при отрицательном потенциале 0,9-1,2 кВ между планетарным механизмом и корпусом рабочей камеры при токе катода 75-80 А, с последующим установлением при достижении температуры 700°C потенциала на планетарном механизме 300-350 B и выдержкой 20-60 мин, охлаждение полученного продукта при давлении (5-7)·10-5 мм рт.ст. в течение 100-120 мин, а затем введение в него гидроксиапатита путем 3-9-кратной вакуумной пропитки 10-12%-ной суспензией гидроксиапатита с размером частиц менее 1 мкм при давлении 1·10-1÷8·10-1 с последующей сушкой на воздухе. Биосовместимый пористый материал обладает наряду с высокой пористостью также высокой биологической активностью за счет наличия в его составе гидроксиапатита, имеющего высокие остеозамещающие свойства. 2 н.п. ф-лы, 2 ил., 2 пр.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению сверхпроводящего материала в виде покрытия, и может быть использовано при изготовлении экранов электронных схем от воздействия электромагнитного и ионизирующего излучений в энергетике, транспорте, связи, приборостроении, в ракетной и аэрокосмической отраслях промышленности. Способ получения сверхпроводящего покрытия включает подачу в плазмотрон порошка материала покрытия фракцией 80-150 мкм, его нагрев до температуры плавления в прикатодной высокотемпературной области плазменной струи и напыление на подложку с предварительно нанесенным на ее поверхность изоляционным слоем. При напылении плазменную струю с напыляемым порошком SmBa2Cu3O7 на всей дистанции напыления охватывают коаксиальным цилиндрическим потоком кислорода, а подложку охлаждают теплоносителем, при этом путем регулирования расхода кислорода и скорости взаимного перемещения плазменной струи и подложки обеспечивают температуру в пятне напыления 940-980°С. Сокращается время процесса получения сверхпроводящего материала с сохранением структуры и стехиометрии исходного спеченного материала. 4 ил.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к керметным композициям для изготовления деталей, подвергающихся воздействию эрозии и коррозии при высокой температуре. Керметная композиция, выраженная формулой (PQ)(RS), включает связующую фазу (RS) и распределенную в ней в виде частиц керамическую фазу (PQ). Связующая фаза включает легирующий металл S, выбранный из Si, Cr, Ti, Al, Nb, Mo и их смесей, а керамическая фаза (PQ) представляет собой смесь 51 мас.% ZrO2 - 49 мас.% TiO и распределена в связующей фазе в виде частиц в количестве 45-52 об.% в расчете на объем керметной композиции. Предотвращается растрескивание композиции на стадии спекания за счет равномерного распределения связующих компонентов в объеме изделия. Обеспечивается равномерность усадки металлической матрицы изделия, повышается выход годной продукции, отвечающей техническим требованиям. 3 пр.
Наверх