Способ получения модифицирующей лигатуры al - ti

Изобретение относится к производству алюминия, в частности к получению титансодержащих алюминиевых сплавов и лигатур, и может быть использовано в алюминиевой, авиационной, автомобильной и других отраслях промышленности, изготавливающих модифицированные деформируемые и литейные алюминиевые сплавы и изделия из них. Способ получения модифицирующей лигатуры Al-Ti включает взаимодействие пористого кускового титанового сырья с перегретым алюминиевым расплавом, при этом в качестве пористого кускового титанового сырья используют титановую губку и/или брикетированную титановую стружку, весовое отношение пористого кускового титанового сырья к алюминию выдерживают в пределах (0,38÷0,58):1, а уровень перегретого алюминиевого расплава поддерживают выше уровня пористого кускового титанового сырья, при этом методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза получают концентрированный титансодержащий сплав алюминия с содержанием титана 27,5-36.7 мас. %, полученный титансодержащий сплав охлаждают и измельчают до содержания фракции минус 10 мкм не менее 95%, после чего измельченные частицы сплава вводят в алюминиевый расплав с получением модифицирующей лигатуры или наносят на поверхность алюминиевой проволоки или полосы с получением модифицирующей лигатуры. Изобретение направлено на получение лигатуры алюминий-титан с равномерно распределенными в объеме лигатуры частицами алюминида титана. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл., 2 пр.

 

Изобретение относится к производству алюминия, в частности к получению титансодержащих алюминиевых сплавов и лигатур, и может быть использовано в алюминиевой, авиационной, автомобильной и других отраслях промышленности, изготавливающих модифицированные деформируемые и литейные алюминиевые сплавы и изделия из них.

Под модифицированием макроструктуры понимают получение отливок и слитков с мелкозернистым строением. Конечной задачей модифицирования является повышение механических, технологических и эксплуатационных свойств отливок, слитков, а также получаемых из них изделий и полуфабрикатов посредством измельчения литой структуры.

Наиболее распространенным и эффективным способом измельчения структуры (модифицирования) алюминия и его сплавов является использование алюминиевых лигатур с тугоплавкими переходными элементами: титаном, цирконием, бором, стронцием.

Известен способ получения лигатуры Al-Ti-B, в котором титан в виде титановой губки измельчают до размера 10-15 мм, смешивают с тетрафторборатом калия. Смесь помещают в металлический контейнер и нагревают до температуры 515-530°C, затем уплотняют давлением до исчезновения жидкой фазы и после снятия давления полученную смесь вынимают из контейнера и вводят в расплавленный алюминий. Изобретение позволяет повысить степень усвоения бора жидким алюминием и снизить потери бора со шлаком (Патент №2215810, МПК С22С 21/00, 35/00. Опубл. 10.11.2003 г.) [1].

К недостаткам известного способа получения тройной лигатуры Al-Ti-B относится необходимость использования тетрафторбората калия - дорогого и дефицитного сырья, а также сложность процесса, обусловленная обработкой давлением смеси титановой губки с расплавом тетрафторбората калия.

Перечисленных недостатков лишен способ получения лигатур для производства алюминиевых сплавов (Патент №2542191, МПК С22С 35/00, 1/03. Опубл. 20.02.2015 г.) [2], включающий плавление алюминия, введение в расплав алюминия переходного металла в виде порошка титана, смешанного в стехиометрическом соотношении с порошком алюминия для образования интерметаллидов в результате самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, перемешивание полученного расплава и его кристаллизацию, отличающийся тем, что предварительно на зеркале расплава алюминия размещают в качестве флюса криолит, смесь порошков алюминия и титана подвергают предварительной механоактивации, в расплав одновременно с механоактивированной смесью порошков титана и алюминия вводят прессованную титановую стружку и выдерживают расплав в течение не менее 30 минут с периодическим перемешиванием. Причем соотношение смеси порошков титана и алюминия и титановой стружки выбирают в пропорции 1/3:2/3, соответственно. 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.

Недостатками известного способа являются:

- необходимость использования специальных порошков титана и алюминия, химический состав и дисперсность которых должны соответствовать техническим условиям ТУ 1715-449-05785388 и требованиям ГОСТ 6058-73;

- предварительная механоактивация порошков титана и алюминия в течение 2 ч;

- использование в качестве флюса технического криолита (Na3AlF6) с температурой плавления 1008°C.

Наиболее близким по технической сущности, наличию сходных признаков к заявляемому способу является «Способ получения алюминиево-титановой лигатуры» (Патент РФ №2448181, С22С 1/02, 21/00. Опубл. 20.04.2012 г.) [3]. Согласно известному способу готовят алюминиевый расплав, перегревают его выше температуры ликвидус. В тигель с алюминиевым расплавом, покрытый флюсом, вводят перфорированный огнеупорный тигель с титановой губкой. Размер отверстий перфорированного тигля меньше размера титановой губки. Перфорированный тигель с титановой губкой располагают таким образом, что его край располагается выше зеркала металла в плавильном тигле. После этого титановую губку плавят с использованием концентрированного источника нагрева, в качестве которого используют электрическую дугу или сжатую электрическую дугу или лазер. Изобретение позволяет уменьшить время растворения титановой губки в алюминиевом расплаве за счет использования концентрированного источника нагрева, что повышает производительность процесса приготовления алюминиевых лигатур и снижает трудоемкость.

Это решение выбрано в качестве ближайшего аналога.

К недостаткам ближайшего аналога можно отнести использование внешнего концентрированного источника нагрева, в качестве которого применяют электрическую дугу или сжатую электрическую дугу, или лазер. Также к недостаткам относится необходимость использования перфорированного огнеупорного тигля с отверстиями, который в процессе приготовления лигатуры под действием высоких температур (1100°C) и флюса постепенно приходит в негодность.

Задачей предлагаемого изобретения является интенсификация процесса получения титансодержащего алюминиевого сплава. Под титансодержащим алюминиевым сплавом понимают:

- высокоэффективную лигатуру алюминий-титан, содержащую частицы алюминида титана со средним размером в несколько микрон;

- алюминий или его сплав, модифицированный частицами алюминида титана со средним размером в несколько микрон.

Под интенсификацией процесса понимают снижение энергозатрат на получение титансодержащего алюминиевого сплава, повышение модифицирующей способности лигатуры алюминий-титан за счет уменьшения размера интерметаллических частиц алюминида титана.

Технический результат при внедрении изобретения:

- получение методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза концентрированного сплава алюминия с 27,5÷36,7% титана, основу которого составляет алюминид титана Al3Ti;

- снижение энергозатрат на получение концентрированного сплава за счет тепла, выделяющегося при самораспространяющемся высокотемпературном синтезе алюминида титана;

- получение качественной лигатуры алюминий-титан с равномерно распределенными в объеме лигатуры частицами алюминида титана со средним размером в несколько микрон;

- получение модифицирующей лигатуры алюминий-титан в форме длинномерной заготовки без плавления алюминия нанесением на поверхность алюминиевой проволоки или полосы частиц алюминида титана со средним размером в несколько микрон.

Технический результат достигается двумя вариантами.

Первый вариант: Способ получения модифицирующей лигатуры Al-Ti, включающий взаимодействие пористого кускового титанового сырья с перегретым алюминиевым расплавом, в качестве пористого кускового титанового сырья используют титановую губку и/или брикетированную титановую стружку, весовое отношение пористого кускового титанового сырья к алюминию выдерживают в пределах (0,38÷0,58):1, а уровень перегретого алюминиевого расплава поддерживают выше уровня пористого кускового титанового сырья, при этом методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза получают концентрированный титансодержащий сплав алюминия с содержанием титана 27,5-36.7 мас. %, полученный титансодержащий сплав охлаждают и измельчают до содержания фракции минус 10 мкм не менее 95%, после чего измельченные частицы сплава вводят в алюминиевый расплав с получением модифицирующей лигатуры.

Пористое кусковое титановое сырье предварительно нагревают до 100÷250°C.

Взаимодействие пористого кускового титанового сырья с перегретым алюминиевым расплавом осуществляют путем введения пористого кускового титанового сырья в перегретый алюминиевый расплав.

Взаимодействие пористого кускового титанового сырья с перегретым алюминиевым расплавом осуществляют путем его заливки алюминиевым расплавом.

При введении измельченных частиц концентрированного сплава алюминия с титаном в алюминиевый расплав, на него воздействуют низкочастотными колебаниями или ультразвуком.

При введении измельченных частиц концентрированного сплава алюминия с титаном в алюминиевый расплав, их предварительно смешивают с порошком галогенидсодержащего флюса.

Второй вариант: Способ получения модифицирующей лигатуры Al-Ti, включающий взаимодействие пористого кускового титанового сырья с перегретым алюминиевым расплавом, в качестве пористого кускового титанового сырья применяют титановую губку и/или брикетированную титановую стружку, весовое отношение пористого кускового титанового сырья к алюминию выдерживают в пределах (0,38÷0,58):1, а уровень перегретого алюминиевого расплава поддерживают выше уровня пористого кускового титанового сырья, при этом методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза получают концентрированный сплав алюминия с содержанием титана 27,5-36.7 мас. %, полученный титансодержащий сплав охлаждают и измельчают до содержания фракции минус 10 мкм не менее 95%, после чего измельченные частицы сплава наносят на поверхность алюминиевой проволоки или полосы с получением модифицирующей лигатуры.

Пористое кусковое титановое сырье предварительно нагревают до 100÷250°С.

Взаимодействие пористого кускового титанового сырья с перегретым алюминиевым расплавом осуществляют путем введения пористого кускового титанового сырья в перегретый алюминиевый расплав.

Взаимодействие пористого кускового титанового сырья с перегретым алюминиевым расплавом осуществляют путем его заливки алюминиевым расплавом.

Техническая сущность заявляемого решения заключается в следующем.

Титансодержащий алюминиевый сплав получают в две стадии. На первой стадии методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза получают концентрированный сплав алюминия с титаном, основу которого составляет алюминид титана Al3Ti, который измельчают до среднего размера частиц в несколько микрон. На второй стадии получают титансодержащий алюминиевый сплав, для чего измельченные частицы концентрированного сплава алюминия с титаном вводят в алюминиевый расплав или наносят на поверхность алюминиевой проволоки или полосы.

Описанные в научной и патентной литературе известные способы получения алюминидов титана методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза основаны на использовании смеси мелкодисперсных порошков алюминия и титана. В предлагаемом решении получают концентрированный сплав алюминия с содержанием титана ~27,5÷36,7% методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза с использованием не измельченной (кусковой) титановой губки и/или брикетированной титановой стружки. При этом весовое отношение пористого кускового титанового сырья к алюминию поддерживают в пределах (0,38÷0,58):1. Основу получаемого концентрированного сплава алюминия с титаном составляет алюминид титана Al3Ti. На фиг. 1 показана микроструктура сплава с содержанием титана 33,8%, полученного по предлагаемому способу с использованием кусковой титановой губки, где (1 - Al3Ti, 2 - AlTil,25, 3 - Al).

Наряду с Al3Ti в составе концентрированного сплава присутствует незначительное количество алюминида титана состава AlTi1,25 и алюминия. Образование алюминида титана состава AlTi1,25 обусловлено, по-видимому, неполным взаимодействием пористого кускового титанового сырья с алюминием, в силу концентрационных особенностей процесса. При весовом отношении пористого кускового титанового сырья к алюминию менее 0,38:1 (например, 0,33:1) снижается интенсивность самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, уменьшается количество образующегося алюминида титана, в результате чего увеличивается расход концентрированного сплава на получение лигатуры, повышается пластичность получаемого концентрированного сплава за счет избыточного алюминия, что затрудняет его последующее дробление и измельчение. При весовом отношении пористого кускового титанового сырья к алюминию более 0,58:1 (например, 0,63:1) усложняется загрузка титанового сырья под уровень алюминиевого расплава, что приводит к окислению на воздухе части титана, не погруженного в алюминий. Как результат - в продуктах высокотемпературного синтеза (в концентрированном сплаве) появляются диоксид титана и не прореагировавший с алюминием избыточный титан.

Реализовать самораспространяющийся высокотемпературный синтез алюминида титана можно загрузкой пористого кускового титанового сырья под уровень алюминиевого расплава или его заливкой алюминиевым расплавом. В течение нескольких десятков секунд после приведения в контакт алюминиевого расплава и титанового сырья начинается самопроизвольный разогрев реакционной смеси до 1350-1450°C, сопровождающийся синтезом алюминида титана. Предварительный нагрев пористого кускового титанового сырья до 100÷250°C удаляет из него влагу и интенсифицирует высокотемпературный синтез. Интенсификация выражается в сокращении времени взаимодействия алюминия с титаном, снижении температуры, при которой начинается высокотемпературный синтез, в повышении температуры реакционной смеси во время синтеза. Предварительный нагрев титанового сырья выше 250°C на воздухе может привести к его возгоранию с образованием TiO2, что снизит извлечение титана в сплав.

Полученный концентрированный сплав алюминия с титаном охлаждают и измельчают до среднего размера частиц в несколько микрон, предпочтительно до содержания фракции минус 10 мкм не менее 95%. Измельчение проводят в несколько этапов: сначала среднее и мелкое дробление, а затем сплав размалывают, например, в планетарной мельнице. Размер полученных частиц алюминида титана изменяется в зависимости от времени и интенсивности помола. Размер частиц алюминида титана в лигатуре алюминий-титан оказывает определяющую роль на эффективность модифицирования. Из литературных источников (Бродова И.Г., Башлыков Д.В. Роль кинетики растворения интерметаллидов при легировании расплавов титаном // Расплавы. - 1995. - №6. - С. 23-31) [4] известно, что зародышевые частицы размером менее 1 мкм достаточно быстро растворяются в расплаве алюминия и не успевают оказать модифицирующее действие на затвердевающий сплав. Экспериментально установлено, что оптимальный с точки зрения эффективности модифицирования размер частиц алюминида титана составляет 2÷7 мкм. Именно поэтому в предлагаемом техническом решении рекомендуемое содержание частиц фракцией минус 10 мкм должно составлять не менее 95%. В этом случае, в соответствии с нормальным распределением крупности частиц (распределение Гаусса), средний размер частиц алюминида титана составит 3÷5 мкм.

Сравнение предлагаемого решения с ближайшим аналогом показывает следующее. Предлагаемое решение и ближайший аналог характеризуются сходными признаками:

- оба решения направлены на получение титансодержащего алюминиевого сплава в виде модифицирующей лигатуры алюминий-титан;

- для получения титансодержащего алюминиевого сплава используют перегретый алюминиевый расплав;

- в качестве пористого титанового сырья применяют кусковую титановую губку.

Предлагаемое решение отличается от ближайшего аналога следующими признаками:

в качестве пористого титанового сырья применяют кусковую титановую губку и/или брикетированную титановую стружку;

- предварительно получают концентрированный сплав алюминия с титаном методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза;

- при получении концентрированного сплава весовое отношение пористого титанового сырья к алюминию поддерживают в пределах (0,38÷0,58):1;

- при получении концентрированного сплава уровень алюминиевого расплава поддерживают выше уровня пористого титанового сырья;

- пористое титановое сырье предварительно нагревают до 100÷250°C;

- концентрированный сплав алюминия с титаном охлаждают и измельчают до среднего размера частиц в несколько микрон, предпочтительно до содержания фракции минус 10 мкм не менее 95%;

- измельченные частицы концентрированного сплава алюминия с титаном вводят в алюминиевый расплав;

- при введении измельченных частиц концентрированного сплава алюминия с титаном в алюминиевый расплав, на расплав воздействуют низкочастотными колебаниями или ультразвуком;

- при введении измельченных частиц концентрированного сплава алюминия с титаном в алюминиевый расплав, их предварительно смешивают с порошком галогенидсодержащего флюса;

- измельченные частицы концентрированного сплава алюминия с титаном наносят на поверхность алюминиевой проволоки или полосы.

Предлагаемое техническое решение характеризуется признаками, как сходными с признаками ближайшего аналога, так и отличительными признаками, что позволяет сделать вывод о его соответствии условию патентоспособности «новизна».

Сравнительный анализ предлагаемого технического решения с известными решениями в данной области техники, проведенный по результатам поиска в патентной и научно-технической литературе, выявил следующее:

Известен способ получения интерметаллидных сплавов на основе алюминида титана с повышенным содержанием ниобия и содержанием кислорода не более 0,08 мас. %. Способ включает подготовку шихты, содержащей в качестве исходных материалов титановую губку с легирующими компонентами и лигатуру, изготовление расходуемого электрода, его переплав с получением слитка интерметаллидного сплава. В качестве лигатуры используют стружку сплава, содержащего, мас. %: Nb 45-55, Ti 45-55, O2+N2 - не более 0,05, причем массовое количество лигатуры составляет 70% или 75% или 85% от общей массы шихты. Повышается химическая однородность слитков сплавов на основе алюминида титана с высоким содержанием ниобия и содержанием кислорода до 0,08 мас. % для обеспечения высоких механических и технологических свойств получаемых из него изделий (Патент №2576288, С22В 9/20, С22С 14/00, С22С 1/02. Опубл. 27.02.2016 г.) [5].

Известен способ получения лигатур для алюминиевых сплавов, включающий плавление алюминия, введение в расплав переходного металла для образования интерметаллидов, перемешивание и кристаллизацию, отличающийся тем, что перед введением в расплав переходный металл смешивают с алюминием в стехиометрическом соотношении и полученную экзотермическую смесь брикетируют (А.с. №1759930, С22С 1/03, 1/04. Опубл. 07.09.1992 г.) [6].

В способе получения литого сплава на основе гамма алюминида титана для фасонных отливок получают смесь порошков из чистых металлов, содержащую титан, алюминий, ниобий и молибден в количестве, мол. %: алюминий 40-44, ниобий 3-5, молибден 0,6-1,4, титан - остальное. Брикет формируют с относительной плотностью 50-85% и подвергают его термовакуумной обработке при температуре 550-650°C в течение 10-40 мин, скорости нагрева 5-40°C/мин и давлении 10-1-10-3 Па, а самораспространяющийся высокотемпературный синтез проводят при начальной температуре 560-650°C (Патент №2523049, С22С 14/00, B22F 3/23. Опубл. 20.07.2014 г.) [7].

В способе приготовления лигатуры алюминий - тугоплавкий металл алюминиевый расплав обрабатывают галогенидом тугоплавкого металла при одновременном воздействии наносекундными электромагнитными импульсами с удельной мощностью 1000-1500 МВт/м3. Изобретение позволяет увеличить жаростойкость, прочностные и пластические характеристики получаемых лигатур, а также их жидкотекучесть путем повышения растворимости и равномерности распределения тугоплавких легирующих элементов в матрице, измельчения ее микроструктуры (Патент №2232827, С22С 1/00, С22С 21/00, C22F 3/00. Опубл. 20.07.2004 г.) [8].

В способе получения лигатуры алюминий-титан (варианты) (Патент №2477759, С22С 35/00, С22С 1/02. Опубл. 20.03.2013 г.) [9] для получения лигатуры осуществляют алюмотермическое восстановление титана из его соединений в среде расплавленных галогенидов металлов. Титан восстанавливают из его фторида или оксида, а также из фтортитаната или оксифтортитаната щелочного или щелочноземельного металла в присутствии хлорида калия, фторида натрия и фторида алюминия, вводимых в расплав или образовавшихся в процессе алюмотермии. Температура процесса составляет 850-1150°C. Восстановление осуществляют под слоем хлоридного покровного флюса, содержащего хлориды калия и натрия при следующем соотношении компонентов в смеси, мас. %: хлорид калия 42-45, хлорид натрия - остальное. Расплав выдерживают в течение 15-30 минут и разливают в слитки.

Проведенный авторами анализ показал, что на момент подачи заявки на изобретение не выявлены технические решения, характеризующиеся аналогичной с предлагаемым решением совокупностью известных и неизвестных признаков, что свидетельствует о соответствии предлагаемого технического решения условию патентоспособности изобретения «изобретательский уровень».

Соответствие условию патентоспособности «промышленная применимость» доказывается экспериментальными данными, полученными в ходе лабораторных испытаний.

Пример 1

Использование титановой губки и брикетированной титановой стружки и обоснование заявляемых пределов по весовому отношению пористого кускового титанового сырья к алюминию (0,38÷0,58):1

В лабораторных условиях получают 5 концентрированных сплавов алюминия с титаном с различным весовым отношением пористого кускового титанового сырья к алюминию: №1 - 0,33:1; №2 - 0,38:1; №3 - 0,48:1; №4 - 0,58:1; №5 - 0,63:1. В опытах №1 и №2 используют титановую губку, в опыте №3 - титановую губку и брикетированную титановую стружку в соотношении 1:1, в опытах №4 и №5 - брикетированную титановую стружку.

Для этого в тигель, разогретый в печи сопротивления до 850÷10°C, загружают соответствующее количество просушенного пористого кускового титанового сырья, а затем заливают расчетное количество алюминиевого расплава, нагретого до 800±10°C. Алюминиевый расплав полностью закрывает поверхность пористого кускового титанового сырья в опытах №№1-4. В опыте №5 из-за увеличенного количества титанового сырья часть его оказалась не покрыта алюминиевым расплавом. В результате самораспространяющегося высокотемпературного синтеза в тигле синтезируют концентрированный сплав алюминия с титаном. По данным рентгенофазового анализа основу концентрированного сплава составляет алюминид титана Al3Tic небольшой примесью алюминия. В опыте №1 интенсивность самораспространяющегося высокотемпературного синтеза невысокая вследствие большого избытка алюминия. В опыте №5 в продуктах высокотемпературного синтеза идентифицирован диоксид титана TiO2 и металлический титан.

Полученные концентрированные сплавы алюминия с титаном охлаждают, дробят и измельчают в планетарной мельнице до содержания фракции минус 10 мкм ~96%. На измельчение подают навески концентрированных сплавов алюминия с титаном по 300 г. Измельчение проводят в несколько приемов, периодически контролируя размер частиц концентрированного сплава алюминия с титаном в лазерном гранулометре. При этом фиксируют суммарное время измельчения концентрированных сплавов алюминия с титаном в планетарной мельнице.

С использованием 5-ти измельченных до микронных размеров концентрированных сплавов алюминия с титаном готовят 5 лигатур. Для этого расчетное количество полученных в опытах №№1-5 и измельченных до фракции минус 10 мкм и содержанием этой фракции ~96% концентрированных сплавов алюминия с титаном вводят при перемешивании под уровень алюминиевого расплава с температурой 850±20°C, покрытого галогенидсодержащим флюсом. Во время введения частиц концентрированного сплава в алюминиевый расплав, на него воздействуют низкочастотными колебаниями. Для возбуждения в расплаве колебаний используют электромагнитный вибратор из силицированного графита с преобразователем частоты переменного тока, питающего обмотку катушки электромагнита. Обработку расплава проводят при амплитуде колебаний ~1 мм и частотах 20÷30 Гц. Воздействие низкочастотными колебаниями на расплав лигатур приводит к диспергированию крупных агломератов частиц алюминида титана на отдельные частицы и мелкие агломераты и их равномерному распределению в расплаве. Содержание титана в полученных лигатурах 5,00÷0,08%. Полученные лигатуры разливают в холодные стальные изложницы.

Результаты опытов №№1-5 представлены в таблице 1.

Из приведенных в таблице 1 результатов лабораторных опытов следует:

- для получения концентрированного сплава алюминия с титаном в качестве пористого кускового титанового сырья применяют титановую губку и/или брикетированную титановую стружку;

- при получении концентрированного сплава алюминия с титаном оптимальное весовое отношение пористого кускового титанового сырья к алюминию находится в пределах (0,38÷0,58):1;

- при весовом отношении пористого кускового титанового сырья к алюминию 0,33:1, в получаемом концентрированном сплаве большой избыток алюминия, что приводит к увеличению времени измельчения сплава до крупности частиц минус 10 мкм (за счет большего объема и большей пластичности сплава), а также к повышенному расходу сплава на приготовление лигатуры Al-5%Ti. Также при получении такого концентрированного сплава отмечается снижение интенсивности самораспространяющегося высокотемпературного синтеза из-за большого избытка алюминия;

- при весовом отношении пористого кускового титанового сырья к алюминию 0,63: 1 в получаемом концентрированном сплаве присутствуют избыточный титан и диоксид титана TiO2, что увеличивает расход титана на производство лигатуры Al-5%Ti, снижает извлечение титана в концентрированный сплав алюминия с титаном.

Пример 2

Обоснование крупности частиц измельченного концентрированного сплава алюминия с титаном

Три образца концентрированного сплава алюминия с титаном с содержанием титана 31,8% вес., полученные в опыте №3 (см. пример 1), измельчают в планетарной мельнице соответственно до крупности минус 5 мкм; минус 10 мкм; минус 15 мкм при содержании указанных фракций в измельченном сплаве ~96%. Суммарное время измельчения до указанной крупности составило соответственно: 41 мин, 31 мин и 27,5 мин.

С использованием измельченных частиц концентрированного сплава алюминия с титаном готовят три лигатуры алюминий-титан: №1 - с частицами минус 5 мкм, №2 - с частицами минус 10 мкм, №3 - с частицами минус 15 мкм. Для этого расчетное количество измельченных частиц концентрированного сплава алюминия с титаном вводят под уровень алюминиевого расплава с температурой 850±20°C, покрытого галогенидсодержащим флюсом, при интенсивном перемешивании и воздействии на расплав низкочастотными колебаниями. Для возбуждения в расплаве колебаний используют электромагнитный вибратор из силицированного графита с преобразователем частоты переменного тока, питающего обмотку катушки электромагнита. Обработку расплава проводят при амплитуде колебаний ~1 мм и частотах 20÷30 Гц. Содержание титана в трех полученных лигатурах ~4,95÷5,03%. Полученные лигатуры алюминий-титан разливают в холодные стальные изложницы при одинаковых условиях.

Следующим этапом оценивают модифицирующую способность трех приготовленных лигатур с различной крупностью частиц алюминида титана Al3Ti. Для этого навески лигатур №№1-3 растворяют в алюминиевом расплаве марки А7 с температурой 725±10°C при перемешивании, из расчетного содержания титана в модифицируемом алюминии 0,005%. Во всех трех опытах условия введения лигатуры алюминий-титан в алюминиевый расплав, выдержки расплава, его заливки в изложницы и кристаллизации - одинаковы. Из образцов модифицированного металла готовят макрошлифы и методом линейного анализа (по методу секущих) определяют число зерен алюминия на см2 макрошлифа. Исходные данные и результаты опытов по модифицированию алюминия лигатурами алюминий-титан представлены в таблице 2 и на фиг. 2, где: 1 - микроструктура алюминия, модифицированного лигатурой Al-Ti с размером алюминидов титана - 3 мкм; 2 - Микроструктура алюминия, модифицированного лигатурой Al-Ti с размером алюминидов титана - 7 мкм; 3 - Микроструктура исходного алюминия.

Из полученных результатов следует, что при одинаковом содержании титана в модифицированном алюминии (~0,005% вес.) наибольший эффект измельчения зерна алюминия обеспечивает лигатура Al - 5%Ti с частицами алюминида титана фракцией минус 10 мкм (940 зерен на см2 макрошлифа).

При модифицировании алюминия лигатурами Al - 5%Ti с частицами алюминида титана фракцией минус 5 мкм и минус 15 мкм эффект измельчения зерна алюминия снижается, в первом случае - благодаря полному растворению части мелких частиц алюминида титана без образования центров кристаллизации, во втором случае - в связи с более крупными размерами частиц алюминида титана и, соответственно, меньшим количеством центров кристаллизации. Кроме того, при измельчении частиц концентрированного сплава до фракции минус 5 мкм, возрастают время и энергозатраты на размол сплава.

Пример 3

Получение титансодержащего алюминиевого сплава нанесением измельченных частиц концентрированного сплава алюминия с титаном на поверхность длинномерной алюминиевой заготовки

Концентрированный сплав алюминия с титаном с содержанием титана 31,8% вес., измельченный до содержания фракции минус 10 мкм ~96%, наносят на поверхность алюминиевой полосы шириной 3 см, толщиной 0,5 мм методом газодинамического напыления азотом с помощью оборудования ДИМЕТ, модель 403. Расход сжатого азота 0,3 м3/мин, давление 0,6÷0,7 МПа.

Погонный метр алюминиевой полосы до нанесения частиц концентрированного сплава алюминия с титаном весил 40,5 г. После нанесения на алюминиевую полосу частиц концентрированного сплава с двух сторон, вес одного погонного метра полосы составил в среднем 45,0 г. Среднее содержание титана в полосе с нанесенным покрытием концентрированного сплава составляет ~3,18%. Полученную лигатуру алюминий-титан в виде полосы используют для модифицирования алюминия и его сплавов.

Пример 4

Введение измельченных частиц концентрированного сплава алюминия с титаном в алюминиевый расплав в смеси с порошком галогенидсодержащего флюса.

Образец концентрированного сплава алюминия с 31,8% вес. титана, полученный в опыте №3 (пример 1), измельчают в планетарной мельнице совместно с хиолитом Na5Al3F14 до крупности частиц минус 10 мкм; при содержании указанной фракции в измельченной смеси ~97%. Весовое соотношение сплава алюминия с титаном и хиолита 1:0,6. Полученную смесь прессуют в брикеты цилиндрической формы.

Расчетное количество брикетированной смеси концентрированного сплава алюминия с титаном и хиолитом вводят под уровень алюминиевого расплава с температурой 870±20°C, покрытого флюсом KCl + NaCl эквимолекулярного состава, при интенсивном перемешивании. После загрузки брикетированной смеси расплав выдерживают в течение 30 мин при слабом перемешивании для разделения шлаковой и металлической фаз. Затем с поверхности лигатуры снимают шлак, после чего лигатуру интенсивно перемешивают в течение 5 мин. Полученную лигатуру алюминий-титан заливают в холодную стальную изложницу, охлаждают, взвешивают и анализируют на содержание титана.

Концентрация титана в полученной лигатуре ~3,73±0,06%. Микроструктура полученной лигатуры, по данным металлографического анализа, представлена частицами алюминида титана Al3Ti размером преимущественно 3÷15 мкм без крупных агломератов интерметаллидов.

Ссылка на информационные источники:

1. Патент №2215810, МПК С22С 21/00, 35/00. Опубл. 10.11.2003 г.

2. Патент №2542191, МПК С22С 35/00, 1/03. Опубл. 20.02.2015 г.

3. Патент РФ №2448181, С22С 1/02, 21/00. Опубл. 20.04.2012 г.

4. Бродова И.Г., Башлыков Д.В. Роль кинетики растворения интерметаллидов при легировании расплавов титаном // Расплавы. - 1995. - №6. - С. 23-31.

5. Патент №2576288, С22В 9/20, С22С 14/00, С22С 1/02. Опубл. 27.02.2016 г.

6. А.с. №1759930, С22С 1/03, 1/04. Опубл. 07.09.1992 г.

7. Патент №2523049, С22С 14/00, B22F 3/23. Опубл. 20.07.2014 г.

8. Патент №2232827, С22С 1/00, С22С 21/00, C22F 3/00. Опубл. 20.07.2004 г.

9. Патент №2477759, С22С 35/00, С22С 1/02. Опубл. 20.03.2013 г.

1. Способ получения модифицирующей лигатуры Al-Ti, включающий взаимодействие пористого кускового титанового сырья с перегретым алюминиевым расплавом, отличающийся тем, что в качестве пористого кускового титанового сырья используют титановую губку и/или брикетированную титановую стружку, весовое отношение пористого кускового титанового сырья к алюминию выдерживают в пределах (0,38÷0,58):1, а уровень перегретого алюминиевого расплава поддерживают выше уровня пористого кускового титанового сырья, при этом методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза получают концентрированный титансодержащий сплав алюминия с содержанием титана 27,5-36.7 мас. %, полученный титансодержащий сплав охлаждают и измельчают до содержания фракции минус 10 мкм не менее 95%, после чего измельченные частицы сплава вводят в алюминиевый расплав с получением модифицирующей лигатуры.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что пористое кусковое титановое сырье предварительно нагревают до 100÷250°C.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что взаимодействие пористого кускового титанового сырья с перегретым алюминиевым расплавом осуществляют путем введения пористого кускового титанового сырья в перегретый алюминиевый расплав.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что взаимодействие пористого кускового титанового сырья с перегретым алюминиевым расплавом осуществляют путем его заливки алюминиевым расплавом.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при введении измельченных частиц концентрированного сплава алюминия с титаном в алюминиевый расплав, на него воздействуют низкочастотными колебаниями или ультразвуком.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при введении измельченных частиц концентрированного сплава алюминия с титаном в алюминиевый расплав, их предварительно смешивают с порошком галогенидсодержащего флюса.

7. Способ получения модифицирующей лигатуры Al-Ti, включающий взаимодействие пористого кускового титанового сырья с перегретым алюминиевым расплавом, отличающийся тем, что в качестве пористого кускового титанового сырья применяют титановую губку и/или брикетированную титановую стружку, весовое отношение пористого кускового титанового сырья к алюминию выдерживают в пределах (0,38÷0,58):1, а уровень перегретого алюминиевого расплава поддерживают выше уровня пористого кускового титанового сырья, при этом методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза получают концентрированный сплав алюминия с содержанием титана 27,5-36.7 мас. %, полученный титансодержащий сплав охлаждают и измельчают до содержания фракции минус 10 мкм не менее 95%, после чего измельченные частицы сплава наносят на поверхность алюминиевой проволоки или полосы с получением модифицирующей лигатуры.

8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что пористое кусковое титановое сырье предварительно нагревают до 100÷250°C.

9. Способ по п. 7, отличающийся тем, что взаимодействие пористого кускового титанового сырья с перегретым алюминиевым расплавом осуществляют путем введения пористого кускового титанового сырья в перегретый алюминиевый расплав.

10. Способ по п. 7, отличающийся тем, что взаимодействие пористого кускового титанового сырья с перегретым алюминиевым расплавом осуществляют путем его заливки алюминиевым расплавом.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к алюминиевому сплаву для изготовления полуфабрикатов или деталей автомобилей, в котором легирующие компоненты алюминиевого сплава имеют следующее содержание в мас.%: Fe≤0,80, Si≤0,50, 0,90≤Mn≤1,50, Mg≤0,25, Cu≤0,125, Cr≤0,05, Ti≤0,05, V≤0,05, Zr≤0,05, остальное - алюминий и неизбежные примесные элементы, отдельно взятые <0,05, в сумме <0,15, и общее содержание Mg и Cu удовлетворяет соотношению в мас.%: 0,15≤Mg+Cu≤0,25, при этом содержание Mg в алюминиевом сплаве больше, чем содержание Cu.

Изобретение относится к области металлургии проводниковых алюминиевых сплавов и может быть использовано для изготовления изделий электротехнического назначения, в частности проводов высоковольтных ЛЭП и кабелей погружных нефтенасосов, работающих при температуре до 230°C, когда требуется сочетание высокой прочности при повышенных температурах, высокой коррозионностойкости, повышенной электропроводности, пониженной ползучести и пониженной массы.

Изобретение относится к получению AlMn-ленты или листа для производства компонентов высокотемпературной пайкой, а также к изделиям, полученным упомянутым способом, и может быт использовано, в частности, для получения материалов тонкой толщины с оребрением, используемых в теплообменниках.

Группа изобретений относится к получению суперсплава, состоящего из титана, алюминия, железа, хрома, меди и кремния, из водной суспензии частиц руд, содержащих соединения титана, алюминия, железа, хрома, меди и кремния.

Изобретение откосится к стальному листу с покрытием для горячего прессования, способу горячего прессования, а также к детали автомобиля, сделанной способом горячего прессования.

Изобретение относится к получению материала на основе алюминида никеля. Способ включает приготовление экзотермической шихты путем смешивания порошков алюминия, оксида никеля и по крайней мере одной легирующей добавки и инициирование в экзотермической шихте металлотермической реакции с обеспечением восстановления оксидов и образования алюминида никеля.

Изобретение относится к способу термической обработки алюминиевой заготовки и может быть использовано для изготовления конструкционных компонентов. Способ термической обработки алюминиевой заготовки (304, 404, 504, 604, 710, 802) в структурном состоянии Т4 включает проведение на первом участке (328, 422, 522, 626, 720) заготовки (304, 404, 504, 604, 710, 802) первого процесса дисперсионного твердения посредством искусственного старения для изменения структурного состояния первого участка (328, 422, 522, 626, 720) заготовки, причем в течение первого процесса дисперсионного твердения осуществляют активное охлаждение таким образом, что температура второго участка (330, 424, 524, 628, 722) заготовки, отделенного от первого участка заготовки охлаждаемой частью, поддерживается ниже температуры искусственного старения для сохранения неизменным структурного состояния второго участка заготовки.
Изобретение относится к получению дисперсно-упрочненного нанокомпозитного материала на основе алюминия. Способ включает введение лигатуры в расплав матрицы на основе алюминия при одновременном воздействии на расплав ультразвукового поля.

Изобретение относится к способу получения алюминиевой лигатуры с 2 мас.% скандия. Способ включает электролиз расплава, содержащего фториды калия, натрия, алюминия, загрузку в расплав оксида скандия и проведение электролиза расплавленной смеси с оксидом скандия в электролизере при температуре 800-850°С и катодной плотности тока не выше 1А/см2 с периодической выгрузкой алюминиевой лигатуры из электролизера и загрузкой оксида скандия и металлического алюминия в электролизер с расплавленной смесью, при этом оксид скандия в расплавленную смесь загружают в количестве 3-6 мас.% от расплавленной смеси, а металлический алюминий – в количестве, обеспечивающем соотношение масс алюминия и расплавленной смеси в электролизере, составляющее 1:1-4.

Изобретение относится к литейному производству в области металлургии, в частности к модифицированию литейных алюминиевых сплавов. Пруток изготавливают путем раскатки алюминиевой пластины до толщины 0,2-0,3 мм, рекристаллизации полученной алюминиевой ленты при температуре 200-300°С, нанесения на нее рассыпчатого модификатора на основе наноуглерода и последующей запрессовки ленты с модификатором в пруток.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам получения листов из алюминиевых сплавов на основе системы алюминий-магний-марганец, применяемых для изготовления ряда ответственных конструкций в судостроении, авиационной и ракетной промышленности, в вагоностроении для скоростных поездов, а также для изготовления корпусов автомобилей.
Изобретение относится к изготовлению твердосплавных гранул, включающий смешивание порошков карбида вольфрама и кобальта, пластифицирование полученной смеси с использованием растворенного в бензине каучука, прессование, размол, ситовое разделение на фракции с отсевом гранул размером до 400 мкм и не менее 130 мкм, смешивание отсеянных гранул с порошком более мелкодисперсной инертной не спекаемой засыпки, отжиг, выделение спеченных гранул путем ситового отсева инертной порошковой засыпки.
Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве лигатур на основе меди, никеля, магния и алюминия. При производстве лигатуры шихтовые материалы в виде гранул чистых металлов размером от 1 до 10 мм, таких как никель, медь и магний смешивают в требуемых пропорциях и подвергают брикетированию, при этом размер гранул каждого компонента уменьшается пропорционально увеличению температуры его плавления.

Изобретение относится к получению композиционного металломатричного материала, армированного сверхупругими сверхтвердыми углеродными частицами. Способ включает приготовление смеси порошков металла и фуллеритов и ее прессование при давлении 5-8 ГПа и температурах 800-1000°С с обеспечением образования сверхтвердых углеродных частиц.

Изобретение относится к получению интерметаллидного ортосплава на основе титана. Способ включает перемешивание порошков титана и ниобия с обеспечением механического легирования порошка титана порошком ниобия в течение 8-24 ч, затем проводят механическое перемешивание легированного ниобием порошка титана с порошком алюминия.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству литейных жаропрочных углеродсодержащих и безуглеродистных сплавов на никелевой основе, и может быть использовано для литья лопаток газотурбинных двигателей.

Изобретение относится к порошковой металлургии. Способ получения металлического порошка включает выбор исходного сырья и его измельчение с контролем удельной поверхности полученного порошка, при этом определяют удельную поверхность исходного сырья, а выбор сырья и его измельчение производят в соответствии с условием: , где Sуд.с - удельная поверхность исходного сырья (м2/г), Sуд.п - удельная поверхность полученного порошка (м2/г).

Изобретение относится к получению материала на основе алюминида никеля. Способ включает приготовление экзотермической шихты путем смешивания порошков алюминия, оксида никеля и по крайней мере одной легирующей добавки и инициирование в экзотермической шихте металлотермической реакции с обеспечением восстановления оксидов и образования алюминида никеля.
Изобретение относится к получению дисперсно-упрочненного нанокомпозитного материала на основе алюминия. Способ включает введение лигатуры в расплав матрицы на основе алюминия при одновременном воздействии на расплав ультразвукового поля.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению легких сплавов на основе алюминия с повышенной прочностью. Способ заключается во введении в расплав алюминия лигатуры, содержащей модифицирующую добавку, при одновременном воздействии на расплав ультразвукового поля, причем лигатуру получают в виде цилиндрических рулонных элементов из алюминиевой фольги, на одну из поверхностей которой предварительно наносят электростатическим напылением модифицирующую добавку - порошок оксида алюминия, при содержании порошка оксида алюминия с размерами частиц 1-15 мкм в лигатуре 4,5-5,5 мас.
Изобретение относится к изготовлению твердосплавных гранул, включающий смешивание порошков карбида вольфрама и кобальта, пластифицирование полученной смеси с использованием растворенного в бензине каучука, прессование, размол, ситовое разделение на фракции с отсевом гранул размером до 400 мкм и не менее 130 мкм, смешивание отсеянных гранул с порошком более мелкодисперсной инертной не спекаемой засыпки, отжиг, выделение спеченных гранул путем ситового отсева инертной порошковой засыпки.

Изобретение относится к производству алюминия, в частности к получению титансодержащих алюминиевых сплавов и лигатур, и может быть использовано в алюминиевой, авиационной, автомобильной и других отраслях промышленности, изготавливающих модифицированные деформируемые и литейные алюминиевые сплавы и изделия из них. Способ получения модифицирующей лигатуры Al-Ti включает взаимодействие пористого кускового титанового сырья с перегретым алюминиевым расплавом, при этом в качестве пористого кускового титанового сырья используют титановую губку иили брикетированную титановую стружку, весовое отношение пористого кускового титанового сырья к алюминию выдерживают в пределах :1, а уровень перегретого алюминиевого расплава поддерживают выше уровня пористого кускового титанового сырья, при этом методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза получают концентрированный титансодержащий сплав алюминия с содержанием титана 27,5-36.7 мас. , полученный титансодержащий сплав охлаждают и измельчают до содержания фракции минус 10 мкм не менее 95, после чего измельченные частицы сплава вводят в алюминиевый расплав с получением модифицирующей лигатуры или наносят на поверхность алюминиевой проволоки или полосы с получением модифицирующей лигатуры. Изобретение направлено на получение лигатуры алюминий-титан с равномерно распределенными в объеме лигатуры частицами алюминида титана. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл., 2 пр.

Наверх