Способ получения упрочненных сплавов на основе алюминия


 


Владельцы патента RU 2542044:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ) (RU)

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению легких сплавов с повышенной прочностью на основе алюминия, и может быть использовано в ракетно-космической, авиационной, автомобильной промышленностях. Способ включает получение лигатуры из смеси порошков алюминия и диборида или карбида титана ударно-волновым компактированием в виде стержней при содержании в лигатуре 5 мас.% порошка диборида или карбида титана с размером частиц (1÷5) мкм и введение полученных стержней в расплав алюминиевой основы, разогретой до 720°C, при одновременном воздействии на расплав ультразвукового поля. Изобретение направлено на повышение прочности и износостойкости сплавов. 1 пр.

 

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению легких сплавов на основе алюминия с повышенной прочностью и износостойкостью за счет введения в них упрочняющих дисперсных добавок. Дисперсно-упрочненные легкие сплавы на основе алюминия используются для изготовления отдельных деталей и изделий в целом, обладающих высокими эксплуатационными характеристиками при малом весе, в ряде отраслей промышленности (ракетно-космическая, авиационная, автомобильная и т.д.).

В настоящее время нашли широкое применение легкие сплавы с плотностью не более 3000 кг/м3 на основе алюминия, в которые вводят до 15 мас.% кремния, магния, цинка, меди, марганца, титана и других металлов. Одним из наиболее перспективных направлений повышения прочностных характеристик сплавов на основе алюминия (дюралей, силуминов, дуралюминов) является введение в их состав дисперсных добавок из тугоплавких соединений.

Известен способ получения дисперсно-упрочненных алюминиевых сплавов путем горячей экструзии гранулированных композиций, включающих карбонаты и оксид магния [1].

Известен способ получения литого композиционного материала на основе алюминиевого сплава путем введения в расплав алюминия брикетов из высокопрочных керамических частиц, причем брикетирование проводят под давлением (100÷130) МПа, а брикеты перед вводом в расплав нагревают до температуры ~110°C [2].

Наиболее близким по техническому решению к заявляемому изобретению является способ получения сплава на основе алюминия [3]. Этот способ основан на введении в расплавленную алюминиевую основу (1÷15) мас.% мелкодисперсных порошков оксидов металла с размером частиц в диапазоне (1÷100) нм, температура плавления которых превышает температуру плавления расплава.

Техническим результатом настоящего изобретения является разработка способа получения упрочненных сплавов на основе алюминия с повышенной прочностью и износостойкостью.

Для достижения указанного технического результата предложен способ получения упрочненных сплавов на основе алюминия, включающий введение в расплав алюминиевой основы лигатуры, содержащей модифицирующие добавки. В качестве лигатуры используют смесь порошков алюминия и модифицирующих добавок - диборида или карбида титана, которую предварительно компактируют ударно-волновым воздействием в виде стержней. Полученные стержни вводят в расплав алюминия, разогретый до 720°C, при одновременном воздействии на расплав ультразвукового поля. Содержание порошка диборида или карбида титана с размером частиц (1÷5) мкм в лигатуре составляет 5 мас.%.

Полученный положительный эффект (повышение прочности и износостойкости легких сплавов) обусловлен следующими факторами.

1. Использование в качестве модифицирующих добавок диборида (TiB2) или карбида (TiC) титана связано со снижением размеров зерен в алюминиевых сплавах при введении этих модификаторов. Снижение структурных элементов сплава (зерен) повышает его прочностные характеристики (см., например, [4]).

2. Использование ударно-волнового воздействия при компактировании лигатуры в отличие от традиционно применяемого метода механической активации с последующим прессованием брикетов позволяет получать образцы с высокой плотностью (близкой к плотности сплошного материала). Кратковременность воздействия высоких температур и давлений при взрывном компактировании позволяет в основном сохранить исходную структуру и свойства компонентов. В то же время варьирование интенсивности и времени воздействия высоких давлений и температур при ударном сжатии позволяет контролируемым образом варьировать структуру и свойства компактов [5].

3. Введение модифицирующих добавок (TiB2 или TiC) в расплав на основе алюминия обеспечивается плавлением матричного алюминия стержней. Это предотвращает агрегацию (коагуляцию) частиц модификатора, которая проявляется при введении в расплав порошкового модификатора.

4. Воздействие ультразвукового поля на расплав алюминиевой основы при введении в него стержней лигатуры обеспечивает более равномерное распределение модифицирующей добавки (TiB2 или TiC) в объеме расплава на основе алюминия.

5. Заявляемые оптимальные значения диапазона размеров частиц порошка TiB2 или TiC (1÷5) мкм, содержание модифицирующих добавок в лигатуре (5 мас.%) и температуры расплава алюминия (720°C) получены экспериментально при упрочнении легких сплавов на основе алюминия (силумины АК-7 и АК-9, содержащие 7 и 9% кремния, соответственно). При повышении температуры расплава выше 720°C возможно укрупнение размеров зерен и интенсификация процесса окисления алюминия.

Пример реализации способа

Смесь порошка алюминия промышленной марки АСД-6 со среднемассовым диаметром частиц D43=4.6 мкм (95 мас.%) и порошка карбида титана TiC со среднемассовым диаметром частиц D43=3.0 мкм (5 мас.%) помещали в контейнер и подвергали ударно-волновому воздействию (взрывному компактированию). Взрывное компактирование происходило под действием продуктов детонации контактных зарядов взрывчатого вещества (аммонит 6ЖВ) с максимальным давлением в детонационной волне 1500 МПа.

Полученные в результате компактирования стержни лигатуры диаметром 15 мм и высотой 400 мм вводили в расплав силумина АК-7 (93 мас.% алюминия и 7 мас.% кремния), разогретый в тигле объемом 1 л дотемпературы 720°C. Соотношение массы вводимой лигатуры к массе расплава составляло Млр=0.1. В процессе ввода стержней лигатуры на расплав силумина в тигле в течение (7÷10) минут воздействовали ультразвуковым полем частотой f=17.5 кГц, генерируемым ультразвуковым технологическим аппаратом УЗТА-1/22-0. Амплитуда колебаний рабочего органа аппарата (стержень из тугоплавкого металла, помещенный в тигель с расплавом) составляла (10÷30) мкм.

Расплав с введенным модификатором (карбидом титана) разливали в кокиль и после полного остывания проводили металлографическое исследование образцов полученного материала.

По результатам лабораторного металлографического анализа показано, что введение модификатора (~0.5 мас.%) в расплав на основе алюминия - силумин АК-7 - уменьшает средний размер зерен на (30÷50)% - от 250 мкм (чистый алюминий в литом состоянии) до (125÷175) мкм (модифицированный материал).

Таким образом, предложенный способ позволяет повысить прочность легких сплавов на основе алюминия за счет снижения размеров зерен путем введения модификаторов (диборида или карбида титана) при его равномерном распределении в объеме расплава.

ЛИТЕРАТУРА

1. Патент РФ №1797218, МПК B22F 9/04, С22С 1/05. Способ получения дисперсно-упрочненных алюминиевых сплавов / Ф.Г. Ловшенко, Г.Ф. Ловшенко; опубл. 10.09.1996.

2. Патент РФ №2323991, МПК C22C 1/10, C22C 1/00, D22F 3/02, B22F 3/26, B82B 3/00. Литой композиционный материал на основе алюминиевого сплава и способ его получения / А.В. Панфилов, Д.Н. Бранчуков, А.А. Панфилов [и др.]; опубл. 10.05.2008.

3. Патент РФ №2177047, МПК B22F 9/04, C22C 1/05. Способ получения сплава на основе алюминия / В.А. Моисеев, В.Н. Стацура, Ю.И. Гордеев, В.В. Летуновский; опубл. 20.12.2001.

4. Разрушение. Т.1 Микроскопические и макроскопические основы механики разрушения. / Ред. Г. Либовиц; Пер. с англ. А.С. Вавакина и др. / Под ред. А.Ю. Ишлинского. М.: Мир, 1973. - 763 с.

5. Бузюркин А.Е. Теоретическое и экспериментальное исследование ударно-волнового нагружения металлических порошков под действием взрыва / А.Е. Бузюркин, Е.Н. Краус, Я.Л. Лукьянов // Вестник НГУ. Серия: Физика. - 2010. - Т.5. - Вып.3. - С.71-78.

Способ получения упрочненных сплавов на основе алюминия, включающий введение в расплав алюминиевой основы лигатуры, содержащей модифицирующие добавки, отличающийся тем, что лигатуру предварительно получают в виде стержней из смеси порошков алюминия и модифицирующих добавок диборида или карбида титана, которую компактируют путем ударно-волнового воздействия, при этом содержание порошка диборида или карбида титана с размером частиц (1÷5) мкм в лигатуре составляет 5 мас.%, а полученные стержни вводят в расплав алюминия, разогретый до 720°C, при одновременном воздействии на расплав ультразвукового поля.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к металлургии и литейному производству и может быть использовано при модифицировании чугуна, который используют для изготовления быстроизнашивающихся деталей, например мелющих элементов рудо- и углеразмольных мельниц.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству литейных жаропрочных сплавов на основе никеля, как безуглеродистых, так и содержащих углерод, для изготовления лопаток и других деталей газотурбинных двигателей с монокристаллической структурой.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к керметным композициям для изготовления деталей, подвергающихся воздействию эрозии и коррозии при высокой температуре.

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.

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.

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.

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.

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.
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при приготовлении литых алюминия, доэвтектических, эвтектических и заэвтектических алюминиево-кремниевых сплавов (силуминов).

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.
Изобретение относится к антифрикционным сплавам на основе алюминия и способам их получения. Сплав содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: свинец 20-40, цинк 5-15, алюминий - остальное. Способ получения сплава включает приготовление гетерофазного сплава на основе алюминия с 20-50 мас.% цинка, который получают непрерывным перемешиванием расплава при 7000С в течение 10 мин и быстрого охлаждения расплава на медной водоохлаждаемой пластине, и контактирование полученной заготовки из гетерофазного сплава с расплавом свинца при 530-570°C. Техническим результатом изобретения является повышение прочности и твердости сплава при снижении линейного износа и коэффициента трения. 2 н.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к области технологии производства прессованных полуфабрикатов из алюминиевого сплава системы Al-Mg-Si, с улучшенными эксплуатационными и технологическими свойствами в виде длинномерных, тонкостенных панелей и профилей, предназначенных для использования на железнодорожном транспорте, монорельсовом транспорте и в других транспортных системах. Способ включает литье слитка из алюминиевого сплава серии 6000, гомогенизацию, горячее прессование при скорости истечения 3,0-30,0 м/мин из подогреваемого контейнера, термическую обработку на твердый раствор путем закалки в воду, проведение после закалки правки растяжением и искусственное старение. Техническим результатом изобретения является создание технологии производства прессованных полуфабрикатов из высоколегированного алюминиевого сплава системы Al-Mg-Si, обладающего хорошими механическими, технологическими и коррозионными свойства. 5 табл., 3 ил.

Изобретение относится к производству лигатур цветных металлов, в частности к получению алюминиево-титановой лигатуры, и может быть использовано в авиационной, автомобильной и других отраслях промышленности, изготавливающих деформируемые и литейные алюминиевые сплавы. Готовят экзотермическую смесь порошков алюминия и титана, затем подвергают ее механоактивации. Одновременно подготавливают брикеты прессованной титановой стружки. Смесь порошков и брикеты из прессованной титановой стружки вводят одновременно в расплав алюминия, на поверхности которого находится криолит, выдерживают расплав в течение не менее 30 минут с периодическим перемешиванием. Соотношение количества стехеметрической смеси порошков и брикета из титановой стружки выбирают в пропорции 1/3 смеси порошков : 2/3 титановой стружки. Изобретение позволяет повысить качество лигатуры, улучшить ее структуру и равномерность распределения титана в объеме лигатуры, а также исключить шлаковые включения и ликвационные зоны, обедненные интерметаллидами Al3Ti. 1 з.п. ф-лы, 3 табл., 1 ил., 10 фото.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению порошков агломератов вентильных металлов и субоксидов вентильных металлов для изготовления конденсаторов с твердым электролитом. Спеченная заготовка анода конденсатора получена из порошка агломерата вентильного металла или субоксида вентильного металла и имеет скелетную плотность, превышающую 88% теоретической плотности. Порошок агломерата вентильных металлов и/или субоксидов вентильных металлов получен путем смешивания предшествующих частиц порошков агломератов с мелкочастичными порообразователями. После чего его уплотняют с получением богатого порами, адгезивно связанного агломерата предшествующих частиц, термически удаляют порообразователь, и подвергают адгезивно связанный агломерат температурной обработке при температуре и в течение промежутка времени, достаточных для образования мостиков спекания. Затем как минимум частично спеченный агломерат перерабатывают в порошки агломератов вентильных металлов и/или субоксидов вентильных металлов. Обеспечивается повышение скелетной плотности анода, а также повышение прочности проволоки конденсатора на вырывание и улучшение характеристик конденсатора по току утечки, эквивалентному последовательному сопротивлению и ударному току. 12 н. и 15 з.п. ф-лы, 1 ил., 6 табл., 1 пр.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к спеченным композиционным материалам на основе порошковой легированной стали, содержащим антифрикционный наполнитель. Может использоваться в подшипниковых узлах трения, во втулках тормозных рычажных устройств грузовых и пассажирских вагонов железнодорожного транспорта. Композиционный материал содержит, мас.%: масло индустриальное 1,0-2,0; углеродные наномодификаторы фуллероидного типа 0,001-0,050; порошковая легированная сталь - остальное. Обеспечивается повышение износостойкости и надежности в эксплуатации. 2 табл.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к магниевому сплаву, подходящему для применения при комнатной температуре. Способ получения сплава на магниевой основе включает расплавление магния или магниевого сплава, добавление от 0,05 мас.% до 1,2 мас.% оксида кальция (СаО) на поверхность расплава, перемешивание с обеспечением, по существу, полного расходования СаО, обеспечение взаимодействия кальция (Са), полученного в результате указанной реакции, с указанным расплавом, литье и отверждение сплава. Сплав характеризуется повышенными характеристиками прочности на разрыв, предела текучести, удлинения при комнатной температуре. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 15 ил., 5 табл.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе никеля для изготовления механических компонентов турбомашин. Суперсплав на основе никеля для механических компонентов турбомашин содержит, мас.%: хром - от 3 до 7, вольфрам - от 3 до 15, тантал - от 4 до 6, алюминий - от 4 до 8, углерод менее 0,8, никель и примеси - остальное. Сплав характеризуется высокой механической, химической и термической стойкостью. Механические компоненты, изготовленные из заявленного сплава, могут эксплуатироваться при высоких температурах. 5 н. и 5 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам рафинирования и модифицирования алюминиевых сплавов. Способ включает расплавление металла, обработку расплава наносекундными электромагнитными импульсами (НЭМИ) в течение 15 минут и разливку по формам, при этом перед обработкой НЭМИ расплав обрабатывают рафинирующими солями, а во время обработки или после обработки НЭМИ расплав подвергают вакуумированию в течение 15 минут. Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение качества отливок алюминиевых сплавов за счет устранения газовой пористости. 4 ил.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению литого композиционного материала (ЛКМ) на основе алюминиевого сплава для изготовления циклически и термически нагруженных до 230°С деталей авиационного назначения - лопаток вентилятора и ступеней компрессора низкого давления перспективных авиационных двигателей и газоперекачивающих аппаратов. Литой композиционный материал на основе алюминиевого сплава системы Al-Cu-Mg-Ag содержит армирующие дискретные керамические частицы оксида алюминия зернистостью 10-100 нм в количестве 0,2-10 об.% и диборида титана зернистостью 0,5-1,5 мкм в количестве, при котором содержание титана в сплаве составляет 0,1-0,2 мас.%. Способ получения ЛКМ включает получение модифицированной лигатуры Al-Ti-B путем сухой механофрикционной обработки в размольно-смесительном устройстве крупнозернистого порошка или стружки лигатуры Al-Ti-B, выбранной из ряда AlTi3B1, AlTi5B0,2, AlTi5B0,6, AlTi5B1, введения в нее в заданном количестве дискретных керамических частиц оксида алюминия зернистостью 10-100 нм, перемешивания до получения однородной консистенции, дальнейшей высокоэнергетической механической обработки полученной смеси, ее брикетирования посредством холодного изостатического прессования под давлением 200-400 МПа для достижения плотности свыше 60% от теоретической, введение полученных брикетов в расплав алюминиевого сплава системы Al-Cu-Mg-Ag, перегретый до 750-850°С, выдержку при заданной температуре в течение 20-60 минут, разливку со скоростью затвердевания не менее 70 К/сек и окончательную термообработку путем проведения гомогенизирующего отжига при 450-500°С в течение 2-24 часов, нагрева до 510-520°С с выдержкой в течение 1-5 часов, закалки в воду и последующего искусственного старения при температуре 190-250°С в течение 2-10 часов. Техническим результатом изобретения является повышение жаропрочности и трещиностойкости ЛКМ за счет равномерного распределения наноразмерных керамических частиц оксида алюминия в объеме отливки. 2 н.п. ф-лы.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе магния, подходящим для применения при высокой температуре. Способ получения сплава на магниевой основе включает расплавление магния или магниевого сплава с получением жидкой фазы, добавление 0,5-4,0 мас.% СаО на поверхность расплава, поверхностное перемешивание с обеспечением по существу полного расходования СаО в магнии, образование соединения кальция (Са) с металлом или другими легирующими элементами в сплаве на магниевой основе и отверждение расплава. Сплав характеризуется высокими механическими свойствами при высокой температуре. 3 н. и 13 з. п. ф-лы, 15 ил., 5 табл.
Наверх