Способ получения литого алюмоматричного композиционного сплава



Способ получения литого алюмоматричного композиционного сплава
Способ получения литого алюмоматричного композиционного сплава

 


Владельцы патента RU 2555321:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет (RU)

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению литых алюмоматричных композиционных сплавов. Способ включает плавление алюминия, введение в расплав порциями экзотермической шихты, состоящей из порошков титана и углерода, и перемешивание расплава, при этом перед введением в расплав экзотермическую шихту гранулируют с использованием связующего, являющегося флюсом и представляющим собой фторкаучук, с получением гранул размером 0,2-6,0 мм и содержанием сухого фторкаучука 1-2%, полученные гранулы вводят в расплав порциями в алюминиевой фольге толщиной 0,2-0,5 мм, а по окончании ввода шихты осуществляют выдержку расплава не менее 5 мин. Применение флюса и искусственного гранулирования позволяет облегчить процесс ввода шихты в расплав, увеличить степень усвоения шихтовых компонентов в расплаве и повысить равномерность распределения синтезируемых частиц упрочняющей фазы в матричном сплаве. 1 пр., 1 табл., 2 ил.

 

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для получения литого композиционного сплава путем введения в расплав алюминия подготовленной специальным образом шихты, состоящей из порошков титана и углерода, образующих в расплаве упрочняющую дисперсную фазу карбида титана. Главное условие получения композиционного материала - смачивание наполнителя жидким металлом, но без образования продуктов химического взаимодействия. Существует множество предложений по способам подготовки и ввода шихты в расплав.

Известен способ получения композиционного материала на основе алюминиевого сплава [1], упрочненного карбидом титана, включающий подачу смеси тетрахлорида титана и тетрахлорида углерода в молярном соотношении 1:1 на поверхность расплава при непрерывном перемешивании, отличающийся тем, что смесь хлоридов подают на поверхность алюминиево-магниевого сплава и по окончании процесса восстановления полученный продукт выдерживают в вакууме при температуре 650-750°С.

Недостатком такого способа является использование вредных для здоровья человека хлоридов в больших количествах и необходимость выдержки в вакууме, требующая наличия специального оборудования.

Также интересен способ получения композиционных материалов, в котором применяется способ изготовления алюминиевых сплавов с упрочняющими включениями карбида кремния [2]. Данный способ получения литейного композиционного материала состоит в механическом перемешивании порошкового материала, содержащего в качестве матричного компонента алюминиевый сплав (Al+3% Mg, зернистость - до 200 мкр), а в качестве армирующего дискретные керамические частицы карбида кремния (SiC, зернистость - 30-50 мкр), и последующем брикетировании полученного порошкового материала под давлением 28-35 МПа. Содержание армирующих дискретных керамических частиц в прессуемом порошковом материале может достигать, 75 масс.%, при дальнейшем увеличении концентрации наблюдается хрупкость брикетов. Полученные брикеты вводят в расплав алюминиевого сплава, где происходит их равномерное распределение по всему объему сплава за счет диффузионных процессов.

Однако при реализации данного способа возникает необходимость приобретения уже готового карбида кремния, а также предварительного брикетирования шихты, что значительно усложняет предварительную подготовку армирующего компонента.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является способ приготовления композиционного сплава алюминий-карбид титана с применением метода самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) [3]. Поставленная цель достигается последовательным выполнением следующих технологических операций: плавление алюминия, введение в расплав алюминия порциями экзотермической смеси из порошков титана, углерода и флюса криолита в стехиометрическом соотношении с осуществлением после введения каждой порции СВС-реакции и кристаллизации множества керамических включений карбида титана с размером ≤1-2 мкм и перемешивание расплава перед введением следующей порции экзотермической смеси, при этом получают сплав, содержащий 10% карбида титана.

Однако в данной технологии существенную трудность представляет введение порошков в расплав алюминия, поскольку введение их непосредственно в первоначальном состоянии неизбежно приводит к выгоранию на поверхности расплава части шихты и приводит к снижению количества образуемой целевой фазы.

Техническим результатом заявляемого изобретения является упрощение процесса подготовки и ввода шихты в расплав, увеличение степени усвоения шихтовых компонентов в расплаве и повышение равномерности распределения синтезируемых частиц упрочняющей фазы в матричном сплаве.

Технический результат достигается последовательным выполнением следующих технологических операций: плавление алюминия, введение в расплав алюминия порциями экзотермической шихты, состоящей из порошков титана и углерода, и перемешивание расплава, при этом перед введением в расплав экзотермическую шихту гранулируют с использованием связующего, являющегося флюсом и представляющим собой фторкаучук, с получением гранул размером 0,2-6,0 мм и содержанием сухого фторкаучука 1-2%, полученные гранулы вводят в расплав порциями в алюминиевой фольге толщиной 0,2-0,5 мм, а по окончании ввода шихты осуществляют выдержку расплава не менее 5 мин.

Пример выполнения способа получения композиционного сплава Al-10% TiC.

В состав исходной порошковой шихты входят следующие компоненты: порошок титана марки ТПП-7 (ТУ 1715-449-057853 88), порошок углерода технической марки П-701 (ГОСТ 7585-86), связующее в качестве флюса, например, синтетический фторкаучук СКФ-26 (ГОСТ 18376-79).

Подготовка шихты производится следующим образом: порошки титана и углерода, взятые в стехиометрическом соотношении (4:1), подвергаются искусственному гранулированию в следующем порядке:

1) Приготовление раствора связки - синтетического фторкаучука (C5H2F8)n - в ацетоне с концентрацией 10-15 масс.%; 2) Сухое смешивание исходных порошков (Ti-C) в течение 5-10 мин; 3) Влажное смешивание с раствором фторкаучука в течение 20-30 мин; 4) Протирание влажной смеси через металлическую сетку с размером ячейки 0,2-6,0 мм; 5) Испарение растворителя (ацетона) при температуре 80-90°С в течение 24 ч; 6) Получение конечных гранул размером 0,2-6,0 мм с сухим содержанием фторкаучука 1-2%.

Ввод искусственно гранулированной экзотермической порошковой шихты в расплав осуществляется порциями в алюминиевой фольге толщиной 0,2-0,5 мм (3-6 навесок в зависимости от массы плавки) при температуре 900°С.

Каждая навеска выдерживается под зеркалом расплава до начала СВС-реакции, о наличии которой судят по бурному искрообразованию и газовыделению. После завершения реакции расплав перемешивается и вводится следующая навеска. Развивающиеся значения температур в зоне экзотермических реакций (до 1500°С) обеспечивают высокие скорости образования целевой керамической фазы. После завершения реакции горения происходит кристаллизация керамических включений карбида титана. Локальные разогревы в месте ввода навесок снижают вязкость расплава, повышают смачиваемость кристаллизующейся после прохождения реакции фазы и увеличивают равномерность распределения образующихся включений в расплаве при его перемешивании. Время ввода всех порций (навесок) составляет 2-3 мин. По окончании ввода шихты осуществляется выдержка при включенной печи - не менее 5 мин. Разливка осуществляется в чугунную вафельную изложницу или в стальной кокиль. По результатам экспериментальных исследований были сделаны следующие выводы:

1) введение в состав экзотермической шихты синтетического фторкаучука, содержащего активные атомы фтора, приводит к образованию газообразных легколетучих продуктов, которые оказывают рафинирующее воздействие на расплав в целом. Свидетельством данного процесса является:

- значительное сокращение времени задержки СВС-реакции (с 25-30 с в случае применения шихты без флюса до 5-6 с при использовании шихты, содержащей данный флюс) (табл.1);

- повышенное искро- и газовыделение, фиксирующее полноту прохождения и завершение СВС-реакции.

2) гранулирование исходной порошковой шихты и ввод в виде навесок из алюминиевой фольги обеспечивает постоянный и плотный контакт между частицами реагентов и исключает выгорание части шихты на поверхности расплава, способствует более полному ее усвоению. Полнота прохождения СВС-реакции подтверждается данными спектрального анализа (табл.1), на основании которых следует, что усвоение введенных шихтовых компонентов повысилось с 89 до 97%.

Таблица 1
Технологические и СВС-параметры процесса получения композиционного сплава Al-10% TiC при начальной температуре расплава 900°С
Вид флюса СВС-параметры Технологические параметры (Ti, С), % масс. (спектр. анализ) % усвоенной шихты
Тмах, °С Тзал, °С τзад, c ВГ, % mост, г излом
без флюса 980 950 26 56 40 грязный Ti=7,4; C=1,5 89
с флюсом СКФ-26 1000 940 6 71 40 чистый Ti=7,9; C=1,8 97
где:
Тмах - максимальная температура расплава после прохождения СВС-реакции;
Тзал - температура, при которой осуществлялась разливка расплава;
τзад - время задержки реакции, по истечении которого наблюдалось искро- и газовыделение;
ВГ - выход годного продукта;
mост - масса остатка в тигле после разливки сплава;

3) вследствие полного прохождения СВС-реакции фиксируется «чистый» излом однородного серого цвета и наблюдается более равномерное распределение синтезируемых частиц упрочняющей фазы в матричном сплаве. На рис.1 - Изломы образцов композиционного сплава Al-10% TiC (ТПП-7, П-701), полученных: а - без флюса; б - с применением флюса СКФ-26.

На рис.2 - Структура образцов композиционного сплава Al-10% TiC (ТПП-7, П-701) (×400), полученных: а - без флюса; б - с применением флюса СКФ-26.

Использованная литература

1. Заявка на изобретение РФ 97121120/02, приоритет от 02.12.1997 г. Способ получения композиционного материала.

2. Патент РФ №2353475, приоритет от 20.03.2007 г. Литой композиционный материал на основе алюминиевого сплава и способ его получения.

3. Патент РФ №2448178, приоритет от 18.08.2009 г. Способ получения литейного композиционного сплава алюминий-карбид титана.

Способ получения литого алюмоматричного композиционного сплава, включающий плавление алюминия, введение в расплав порциями экзотермической шихты, состоящей из порошков титана и углерода, и перемешивание расплава, отличающийся тем, что перед введением в расплав экзотермическую шихту гранулируют с использованием связующего, являющегося флюсом и представляющим собой фторкаучук, с получением гранул размером 0,2-6,0 мм и содержанием сухого фторкаучука 1-2%, полученные гранулы вводят в расплав порциями в алюминиевой фольге толщиной 0,2-0,5 мм, а по окончании ввода шихты осуществляют выдержку расплава не менее 5 мин.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способам получения высокопористых ячеистых материалов (ВПЯМ), предназначенных для использования в качестве фильтров, шумопоглотителей, носителей катализаторов, теплообменных систем, конструкционных материалов, работающих в условиях высоких температур, и может найти применение в энергетике, машиностроительной, химической и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к области материаловедения и может быть использовано для получения многослойных композитов на основе системы Ni-Al, а также прекурсоров для синтеза наноструктурных интерметаллических соединений данной системы.

Группа изобретений относится к способу получения органических частиц субстрата, связанных с переключаемыми ферромагнитными наночастицами со средним диаметром частиц в интервале от 10 до 1000 нм, к применению таких частиц для гипертермического лечения организма и к медикаменту для гипертермического лечения.
Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к получению порошка для нанесения износо- и коррозионно-стойких покрытий с высокой адгезионной и когезионной прочностью методом холодного газодинамического напыления (ХГДН).

Изобретение относится к области порошковой металлургии сплавов на основе алюминия, используемых в подшипниках скольжения. Cпособ получения антифрикционного износостойкого сплава на основе алюминия включает получение смеси чистых порошков алюминия и олова, содержащей 35-45% вес.
Изобретение относится к металлургии, а именно к способам получения сплавов баббита. Способ получения кальциевого баббита включает плавление смеси свинца с восстановителем и смесью солей.
Изобретение относится к материалу для кабелей на основе алюминиевого сплава и способу его получения. Сплав на основе алюминия содержит, мас.%: 0,3-1,2 Fe, 0,03-0,10 Si, 0,01-0,30 редкоземельных элементов Ce и La, неизбежные примеси - менее 0,3 и алюминий - остальное, причем содержание в примесях Ca составляет 0,02%, а содержание любого другого примесного элемента - 0,01%.

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.
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.

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.

Изобретение относится к области порошковой металлургии. Готовят смесь, содержащую не более 65 мас.% порошка, полученного методом плазменного распыления титанового сплава ВТ-22, не менее 30 мас.% смеси технических порошков титана ПТМ и никеля ПНК, взятых в соотношении 1:1, и 3-5 мас.% полученного электролизом порошка меди ПМС-1 фракции менее 50 мкм. Полученную смесь прессуют при давлении 800-1000 МПа, а затем проводят спекание в вакууме при температуре не менее 900°C более 1 часа. Обеспечивается получение материала на основе титана, обладающего высокой прочностью. 1 табл., 1 пр.
Изобретение относится к области металлургии, в частности для получения пропиткой композиционных материалов, имеющих пористый углеграфитовый каркас, и может быть использовано для получения вкладышей радиальных и упорных подшипников, направляющих втулок, пластин, поршневых колец, щеток, вставок пантографов, токосъемников, а также в различных узлах и изделиях ракетно-космического назначения. Литейный сплав на основе алюминия для пропитки углеграфитового каркаса содержит, мас.%: кремний 11,0-13,0, никель 0,5-3,0, хром 0,5-2,0, свинец 0,1-1,5, ванадий 0,01-0,3, алюминий - остальное. Техническим результатом изобретения является повышение прочности сцепления между пропитывающим сплавом и армирующим каркасом. 5 пр., 1 табл.
Заявленное изобретение относится к порошковой металлургии. Готовят шихту из металлических компонентов заданного состава псевдосплава путем их перемешивания, полученную шихту прессуют. Проводят отжиг заготовки в вакууме при давлении не более 1,33×10-2 Па, при температуре не ниже 300°С и не выше температуры плавления легкоплавкого компонента псевдосплава в течение не менее 1 ч. Спекают заготовку псевдосплава в среде водорода в два этапа. На первом этапе осуществляют нагрев до температуры не менее 800°С, на втором - до температуры спекания упомянутой шихты с выдержкой при этих температурах не менее 1 ч соответственно. После спекания дополнительно проводят осевое прессование заготовки псевдосплава при снижении давления от 300 МПа до 80 МПа со скоростью не более 80 МПа/мин. Обеспечивается повышение электропроводности и теплопроводности композиционного материала за счет повышения его однородности и снижения температурного коэффициента линейного расширения при сохранении высокой предельной плотности. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 6 пр.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению лигатуры никель-редкоземельный металл. В способе расплавляют никель, выдерживают полученный расплав и смешивают его с редкоземельным металлом, производят индукционное перемешивание расплава, его разливку и охлаждение, при этом расплавляют никель в вакууме в инертном тигле индукционной печи, полученный расплав нагревают до температуры 1500-1700°C и выдерживают до его дегазации в плавильной камере под вакуумом, после чего снижают температуру расплава никеля до 1400-1550°C и в вакууме или атмосфере инертного газа порционно добавляют в него редкоземельный металл. Изобретение позволяет обеспечить низкое содержание в лигатуре вредных примесей, например кислорода, серы, азота, и примесей цветных металлов, например свинца, висмута, сурьмы, олова, цинка, улучшить рафинирующее действие лигатуры и обеспечить точный расчет количества лигатуры, необходимого для рафинирования сплавов. 5 з.п. ф-лы, 3 табл., 3 пр.

Алюминий-медный сплав для литья, содержащий по существу нерастворимые частицы, которые занимают междендритные области сплава, и свободный титан в количестве, достаточном для измельчения зернистой структуры в литейном сплаве. Сплав содержит, мас.%: Cu 3,0-6,0 , Mg 0,0-1,5, Ag 0,0-1,5, Mn 0,0-0,8, Fe 0,0-1,5, Si 0,0-1,5, Zn 0,0-4,0, Sb 0,0-0,5, Zr 0,0-0,5, Со 0,0-0,5, свободный титан >0,15-1,0, нерастворимые частицы 0,5-20, Al и неизбежные примеси - остальное. Нерастворимые частицы занимают междендритные области сплава и содержат частицы диборида титана. Алюминий-медный сплав обладает высокой пластичностью и прочностью на разрыв, а также усталостной долговечностью. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к металлургии. Пористый сплав на основе никелида титана для медицинских имплантатов, полученный самораспространяющимся высокотемпературным синтезом, содержит в качестве легирующей добавки медь, замещающую никель, в концентрации от 3 до 6 атомарных процентов. Обеспечивается повышение гибкости имплантатов и облегчение их моделирования применительно к конфигурации замещаемых дефектов за счет уменьшения напряжения мартенситного сдвига в диапазоне температур, свойственном условиям функционирования в организме пациента. 6 ил.
Изобретение относится к металлургии алюминиевых сплавов, содержащих металлы, практически не растворяющиеся в твердом алюминии: железо, никель, кобальт, редкоземельные металлы, иттрий, и предназначено для изготовления проводников электрического тока в виде проволоки диаметром 0,1-0,3 мм, работающих при повышенных температурах до 250°C. Способ получения многослойной проволоки, состоящей из сердечника из алюминиевого сплава и плакирующих металлических слоев, включает изготовление заготовки сердечника из сплава Al - 8% Ce путем охлаждения жидкого сплава со скоростью 0,2-0,8°C/с до температуры ниже температуры его полного затвердевания, нагрева до температуры литья 720±10°C со скоростью, равной или большей 0,2°C/с и литья слитка диаметром 50-100 мм со скоростью 0,001-0,005 м/с при создании в лунке слитка интенсивного кругового движения расплава, последовательное нанесение на заготовку сердечника концентрических слоев меди и серебра и прессование полученной трехслойной заготовки в пруток, который подвергают волочению с получением проволоки диаметром 0,1-0,3 мм. Техническим результатом изобретения является улучшение качества пайки проволоки, повышение удельной электропроводности и стабильности механических свойств при рабочей температуре до 250°C. 5 з.п. ф-лы, 2 табл., 4 пр.

Изобретение относится к области специальной электрометаллургии, а именно к вакуумно-индукционной выплавке сплава на основе хрома. Для повышения горячей пластичности используют жаропрочный сплав, содержащий, в мас. %: никель 31-33, вольфрам 1-3, ванадий 0,1-0,4, титан 0,05-0,3, алюминий + кремний не более 0,2, кислород не более 0.08, азот не более 0,04, железо не более 0,5, углерод не более 0,08, хром - остальное и имеющий в литом состоянии структуру, не содержащую эвтектики. Для обеспечения высокого качества слитка из указанного сплава и повышения выхода годного металла за счет исключения подкорковых пузырей на поверхности слитка и уменьшения усадочной раковины, а также повышенной пластичности сплава при последующей горячей пластической деформации в вакуумную электрическую печь загружают шихту, состоящую из чистых исходных материалов: электролитически рафинированного хрома, никеля вольфрама, ванадия, титана, микролегирующих добавок для раскисления и модифицирования сплава, расплавляют шихту и полученный расплав металла разливают в изложницы при температуре 1550-1570°С. 2 н. п. ф-лы, 4 табл., 6 ил., 1 пр.

Изобретение может быть использовано в металлургии. Способ переработки бериллийсодержащих отходов производства медно-бериллиевой лигатуры включает плавление с флюсом, выдержку расплава и последующее разделение продуктов плавки с получением металлической фазы и вторичного шлака. Процесс плавления ведут при температуре 1250-1350°C с выдержкой расплава 15-30 мин. В процессе плавления шихты в качестве флюса используют комбинированный фторщелочной флюс. В качестве фторагента при этом берут отход производства металлического бериллия - фторид магния. В качестве щелочного агента используют соду. Соотношение компонентов флюса от исходной массы отходов следующее: фторид магния 15-50%, сода 5-20%. По окончании процесса плавления проводят раздельный слив сначала более легкого вторичного шлака, затем металлической фазы. Металлическую фазу используют как оборотный продукт при выплавке медно-бериллиевой лигатуры. Полученный вторичный шлак перерабатывают методом плавления с флотоконцентратами с получением гидроксида бериллия, а затем металлического бериллия. Изобретение позволяет организовать безотходную технологию и улучшить состояние окружающей среды. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 5 табл., 2 пр.

Редкоземельный спеченный магнит состоит по существу из 26-36 вес.% R, 0,5-1,5 вес.% В, 0,1-2,0 вес.% Ni, 0,1-3,0 вес.% Si, 0,05-1,0 вес.% Cu, 0,05-4,0 вес.% M, а остальное - Т и случайные примеси, где R представляет собой редкоземельный элемент, Т представляет собой Fe или Fe и Со, М выбран из Ga, Zr, Nb, Hf, Ta, W, Mo, Al, V, Cr, Ti, Ag, Mn, Ge, Sn, Bi, Pb и Zn. Одновременное добавление Ni, Si и Cu наряду с высокими магнитными свойствами спеченного магнита повышает его коррозионную стойкость 4 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл., 9 пр.
Наверх