Литейный композиционный материал на основе алюминия и его сплавов


 


Владельцы патента RU 2538247:

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 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 металлургии, а именно к литейным композиционным материалам (ЛКМ) на основе алюминия и его сплавов. Материал может применяться для изготовления деталей с повышенной жаропрочностью, твердостью и износостойкостью.

Известен ЛКМ на основе алюминиевого сплава, содержащий дисперсные интерметаллидные включения TiAl3 (см. патент RU 2323991, МПК C22C 1/10, опубл. 10.05.2008).

Данный материал содержит включения интерметаллидных фаз размером до 10 мкм в количестве 5-20 об.%, способствующих повышению жаропрочности материала, также в матрицу данного материала введены дискретные керамические частицы размером до 50 нм, внедренные в расплав алюминиевого сплава в количестве 0,1-2% от его массы, действующие при кристаллизации как модификаторы, и высокопрочные керамические частицы с размером до 14 мкм, введенные в расплав алюминиевого сплава в количестве 1-5% от его массы. Материал получают введением в расплав алюминиевого сплава спрессованного брикета наполнителей, подвергнутых предварительному высокоэнергетическому перемешиванию, далее после выдержки и перемешивания проводят разливку расплава.

Недостатками известного композиционного материала являются:

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

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

В основу изобретения поставлена задача создания ЛКМ, который обладает высокой термодинамической стабильностью упрочняющих частиц и не требует при своем производстве дополнительных мероприятий по изменению в технологической цепочке процесса получения, для снижения себестоимости производства, уменьшения времени протекания реакции образования интерметаллидов, с меньшей энергозатратностью производства.

Поставленная задача решается тем, что литейный композиционный материал на основе алюминия и его сплавов, включающий интерметаллидные частицы TiAl3, содержит упрочняющие интерметаллидные частицы размером не более 25 мкм в количестве до 35 об.%, образованные в расплаве алюминия при замешивание в него измельченной титановой губки размером фракций не более 5 мм.

Поскольку композиционный материал содержит упрочняющие интерметаллидные частицы размером не более 25 мкм в количестве до 35 об.%, образованные в расплаве алюминия путем введения в него измельченной титановой губки размером фракций не более 5 мм, обеспечивается получение ЛКМ, который обладает высокой термодинамической стабильностью упрочняющих частиц и не требует при своем производстве дополнительных мероприятий по изменению в технологической цепочке процесса получения, для снижения себестоимости производства, уменьшения времени протекания реакции образования интерметаллидов, с меньшей энергозатратностью производства.

Так как частицы упрочнителя имеют естественное происхождение, исключается проблема термодинамического совмещения компонентов композиционного материала и сложности с обеспечением качественной границы раздела между матрицей и наполнителем. 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.

ЛКМ получают следующим образом.

В расплав 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, как показали опытно-экспериментальные работы, 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 и последующим перемешиванием.

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 образования интерметаллидов идет с выделением большого количества тепла, что разогревает сплав дополнительно и способствует ускорению процессов образования упрочняющих частиц. 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 данного материала 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.

Полученные характеристики ЛКМ проиллюстрированы следующим примером.

Было изучено влияние данного упрочнения на сплав системы Al-Mg-Si, так как данная система весьма распространена при создании конструкционных материалов.

Поиск оптимального количества упрочнителя осуществлялся путем пошагового увеличения на 1 (вес.)% вводимой в расплав титановой губки, начав с 2 (вес.)% до количества, обеспечивающего максимальных прирост механических характеристик и позволяющего получать отливки методом свободной заливки. Механические характеристики полученных материалов приведены в таблице 1.

Таблица 1
Механические характеристики образцов из сплавов с матрицей системы Al-Mg-Si
Количество введенной титановой губки, вес.% Предел прочности образцов из опытных сплавов (σв, МПа) Относительное удлинение образцов (δ, %) Твердость образцов (HRB)
0 205.1 4.5 22.7
2 226.2 4.3 37.8
3 240.1 3.7 38.7
4 251.3 3.2 44.8

По результатам исследования можно заключить, что данное упрочнение алюминиевых литейных сплавов дисперсными частицами TiAl3 достаточно эффективно. Подобное упрочнение действительно позволяет обеспечить необходимые прочностные характеристики сплава.

Литейный композиционный материал на основе алюминия, содержащий матрицу из алюминия или сплава на его основе и упрочняющие дисперсные интерметаллидные частицы TiAl3, отличающийся тем, что он содержит упрочняющие интерметаллидные частицы размером не более 25 мкм в количестве до 35 об.%, образованные в расплаве алюминия путем введения в него измельченной титановой губки размером фракций не более 5 мм.



 

Похожие патенты:

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

Изобретение относится к алюминиевым сплавам, применяемым по военному назначению, в частности к способам старения алюминиевых сплавов для достижения улучшенных баллистических характеристик.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к легированию алюминия и сплавов на его основе. В способе осуществляют введение в расплав легирующего компонента в составе порошковой смеси путем продувки смесью в струе транспортирующего газа.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к производству сплавов на основе алюминия с несмешивающимися компонентами. Способ получения контактным плавлением сплавов на основе алюминия с несмешивающимися компонентами включает приведение в контакт с алюминием двух или более несмешивающихся компонентов и пропускание через зону контакта импульсного тока с плотностью (1-4)×103 А/см2 и длительностью 0,01-1,00 с.

Изобретение относится к электрохимическому получению лигатурных алюминий-циркониевых сплавов. В способе осуществляют анодную гальваностатическую поляризацию циркония с плотностью тока 0,5-4,0 мАсм-2 в течение 1-5 часов в расплавленных хлоридах щелочных металлов или смеси хлоридов щелочных и щелочноземельных металлов, содержащих расплавленный алюминий или алюминий-магниевый сплав, при температуре 700-750°С в атмосфере аргона.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению композиционных материалов с металлической матрицей из алюминия или его сплавов, армированных керамическим наполнителем из нитридов или карбидов бора и вольфрамом.
Изобретение относится к области металлургии цветных металлов, в частности к получению сплавов алюминия с редкоземельными металлами. Способ получения лигатуры алюминий-скандий включает расплавление алюминия, алюминотермическое восстановление скандия из исходной шихты, содержащей фторид скандия, хлорид калия и фторид натрия под покровным флюсом и последующую выдержку полученного расплава.

Изобретение относится к металлургии, в частности к получению литых композиционных сплавов для отливок ответственного назначения. .
Изобретение относится к области цветной металлургии и электротехники, в частности к сплавам, используемым для изготовления электрических проводов. .

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к антифрикционным материалам и способам их получения. .
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.%.

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 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.
Наверх