Аморфный сплав на основе железа

 

Изобретение относится к металлургии, а именно к аморфным металлическим сплавам на основе железа, и может быть использовано в измерительных и контролирующих приборах, а также в аварийно-сигнальных и запорно-пусковых устройствах. Аморфный сплав на основе железа содержит компоненты в следующем соотношении, ат.%: хром 2,0-7,5; бор 10-16; кремний 5-10; никель 15-45; молибден 0,5-8,0; медь 0,1-1,5; лантан 0,01-0,05; железо остальное. Суммарное содержание хрома и молибдена - 6,5-10,0, кремния и бора 18-25. Введение никеля, молибдена, меди и лантана позволяет повысить технологичность, прочность и коррозионную стойкость при сохранении высокой пластичности и способности к аморфизации.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s С 22 С 38/44

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4913062/02 (22) 20.02.91 (46) 07.09.92. Бюл. ¹ 33 (71) Институт металлофизики АН УССР (72) В,З.Балан, О.Н,Кривенко, А,Д.Лобченко, В.В.Маслов, В,В.Немошкаленко, Д.Ю.Падерно и Ю.К.Покровский (56) Судзуки К., Фудзимори X., и Хасимото К, Аморфные сплавы. М.Металлургия, 1987, с.

360.

Патент США ¹ 5484034, кл. С 22 В 38/02, 1986, (54) АМОРФНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА (57) Изобретение относится к металлургии, а именно к аморфным металлическим сплаИзобретение относится к металлургии, а именно к аморфным металлическим сплавам на основе железа, и может быть использовано в измерительных и контролирующих приборах, а также в аварийно-сигнальных и запорно-пусковых устройствах.

Известен аморфный сплав на основе железа, состоящий из следующих компонентов, ат.%:

Бор 10-25

Кремний 0 — 17

Железо Остальное

Основным недостатком этого сплава является низкая коррозионная стойкость.

Наиболее близким по технической сущности является сплав на основе железа, содержащий, ат.%:

Хром 2 — 9

Бор 7,5 — 16

Кремний 7,5 — 16

Железо Остальное!

Ж„„1759943 А1 вам на основе железа, и может быть использовано в измерительных и кон ролирующих приборах, а также в аварийно-сигнальных и запорно-пусковых устройствах. Аморфный сплав на основе железа содержит компоненты в следующем соотношении, ат.7,; хром 2,0 — 7,5; бор 10 — 16; кремний 5 — 10; никель 15 — 45; молибден 0,5 — 8,0; медь 0,1 — 1,5; лантан 0,01 — 0,05; железо остальное. Суммарное содержание хрома и молибдена—

6,5 — 10,0, кремния и бора 18 — 25. Введение никеля, молибдена, меди и лантана позволяет повысить технологичность, прочность и коррозионную стойкость при сохранении высокой пластичности и способности к аморфизации.

По сравнению с аналогом в слабоокислительной атмосфере этот сплав имеет более высокую коррозионную стойкость.

Однако он недостаточно технологичен при получении изделий, имеет низкую прочность и не обладает высокой коррозионной стойкостью в агрессивных средах.

Цель изобретения — повышение технологичности, прочности и коррозионной стойкости сплава при сохранении его высокой пластичности, склонности к аморфизации.

Поставленная цель достигается тем, что в сплав на основе железа, содержащий хром, бор и кремний, дополнительно вводят никель, молибден, медь и лантан при следующем соотношении компонентов, ат,%:

Хром 2 — 7,5

Бор 10-18

Кремний 5,0 — 10

Никель 15 — 45

1759943

Молибден 0,5-8,0

Медь 0,1 — 1,5

Лантан 0,01 — 0,05

Железо Остальное причем суммарное содержание хрома и молибдена составляет 6,5-10, кремния и бора

18 — 25.

Комплексное легирование сплава на основе железа дает следующие эффекты: склонность к аморфизации увеличивают бор, кремний, молибден, хром; высокую технологичность обеспечивают бор, кремний, никель, молибден, медь; хром, бор, кремний, молибден улучшают прочностные характеристики; коррозионную стойкость увеличивают хром, молибден, медь и никель.

Концентрационные пределы введения легирующих элементов при этом установлены на основании следующего, При содержании хрома менее 2 ат,, а также суммарном содержании хрома и молибдена менее 6,5 ат. сплав обладает пониженными прочностными характеристиками. При концентрации хрома более

7,5 ат. технологичность сплава снижается, Склонность к аморфизации резко уменьшается, если суммарная концентрация этого элемента с молибденом превышает

10 ат./.

При содержании бора менее 10 ат. u более 18 ат./, кремния менее 5 ат./ и более 10 ат, и суммарном содержании этих металлоидов менее 18 ат. / и более 25 ат. снижает склонность сплава к аморфизации и его технологичность.

При концентрации никеля менее 15 ат. / уменьшается коррозионная стойкость сплава. При введении его в сплав более 45 ат, значительного улучшения характеристик не установлено, При содержании молибдена менее

0,5 ат. / и суммарном содержании с хромом менее 6,5 ат. / сплав менее прочен. Превышение концентрации 8 ат, / молибдена в сплаве сопровождается снижением технологичности и склонности к аморфизации сплава.

При вводе в сплав менее 0,1 ат. / меди и 0,01 ат. лантана влияние этих элементов соответственно на коррозионную стойкость и технологичность не выявляется, а при концентрации более 1,5 ат. / меди и 0,05 ат. лантана снижается склонность к аморфизации.

Поскольку ни среди аналогов предложенного сплава, ни среди других известных аморфных сплавов на основе железа не обнаружены совпадающие составы, позволяющие достичь требуемого положительного

55 эффекта. то можно сделать вывод о соответствии найденного технического решения критерию "существенные отличия". Достижение положительного эффекта при использовании предложенного сплава подтверждается актом испытаний.

Способ получения аморфного сплава включает выплавку предварительного сплава и резкое охлаждение расплава, Выплавка осуществлялась из ингредиентов в элементарном состоянии при помощи высокочастотной электропечи в защитной среде инертного газа. Состояние и чистота исходных составляющих соответствовали: железо карбонильное особой чистоты по ТУ 6 — 09—

3000 — 78, хром электролитический ЭРХ ТУ

1 — 4576 — 76, молибден высокой частоты по Т

48 — 4-293 — 82, кремний монокристаллический по ТУ 48 — 4 — 293 — 82, бор аморфный Б99 по ТУ 6 — 02 — 923 — 74, никель электролитический марки НО, медь катодная ОСЧ 11-4

ЦМТУ 03 — 9 — 69, Для получения сплава в аморфном состоянии осуществлялась закалка жидкого расплава на внешней цилиндрической поверхности вращающегося диска, что позволяло достигать скорости охлаждения до 10 град./с.

Этим способом возможно получение аморфных сплавов в соответствии с настоящим изобретением в виде длинных ленттолщиной, например, от 15 до 50 мкм и шириной, например, от 5 до 50 мм.

Характеристики предлагаемого аморфного сплава могут быть проиллюстрированы на конкретных примерах. С помощью описанного метода были получены аморфные сплавы составов, приведенных в табл. 1, в виде лент толщиной от 15 до 40 мкм и шириной от 15 до 30 мм, По данным рентгеновских дифракционных исследований ленты сплавов 3 — 17, 23, 24 по табл, 1 обладали рентгеноаморфной структурой, на дифракционных картинах лент сплавов 1 — 2, 18 — 22 наблюдались линии отражений от кристаллических фаз, Склонность сплавов к аморфизации оценивалась по максимальной критической толщине лент без присутствия кристаллических фаз.

Механические испытания аморфных сплавов на растяжение проводились на разрывной машине Р-05 согласно стандартной методике по ГОСТ 7875 — 74.

Пластичность материала оценивалась с помощью испытаний на изгиб между двумя параллельными пластинами и определялась величиной критической, деформации Et =

=d(L — d) где d — толщина ленты; L — расстояние между пластинами, 1759943

Таблица 1

Технологичность сплава оценивалась по пятибалльной системе, Наличие трещин, полостей, проколов, наплывов, обрывов ленты свидетельствовало о недостаточной технологичности сплава, При обнаружении одного из перечисленных недостатков оценку технологичности сплава снижали на единицу.

Коррозионная стойкость определялась по результатам испытаний образцов после выдержки в течении 1 ч в 6Н 6z 04 при 20 С с помощью измерителя Р 5035, определяющего скорость электролитической коррозии сплавов в кислых средах путем контроля поляризационного сопротивления измерительl1ого преобразователя с предварительной компенсацией сопротивления раствора и начальной ЭДС.

Температура кристаллизации аморфных сплавов измерялась резистивным методом в ходе непрерывного нагрева со скоростью 10 град./мин и для предлагаемых сплавов находилась в и первале От 410 до 550 С.

Как видно по табл. 2. прочность заявляемого сплава (6 — 13) по сравнению с известHblM (22 — 24) повысилась на 40 — 80 кгс/мм, коррозионная стойкость — более чем на 2

5 порядка. Технологичность заявляемого сплава по сравнению с известным увеличилась в 1.5 раза. Заявляемый сплав обладает высокой пластичностью и склонностью к аморфизации, 10 Формула изобретения

Аморфный сплав на основе железа, содержащий хром, бор и кремний, о т л и ч а— ю шийся тем, что, с целью повышения технологичности, прочности и коррозион

15 ной стойкости при сохранении высокой плаСТИЧНОСТИ И СПОСОО! Gl 1м1 к с: СрфИЗацни, Qll дополнительно содержи-. никель, мол 1áäåí, медь и лантан при следующем соотношении I компонентов. MGc, 7о. хром — 2.0-".,5; 50p—

20 1" — 18; кремний — 5,0-10,0; н кель -- 15 — 45; молибден — 0,5 — B,O; медь — 0,1 — 1.5: лантан—

0,01 — 0,05; железо — остальное. причем суммарное содержание хрома и молибдена составляет 6,5-10,0, кремния 1 бора — 18-25, 1759943

Таблица 2

ММ п/и

Скорость коррозии, мм/год

Механические свойства

Технологичность, балл

Максимальная толщина аморфной ленты, мкм

Предел прочности дв, кгс/мм

Критическая деформация е

Не аморфизируется

305

25 — 32

25 — 32

4,5

Составитель

Техред М.Моргентал

Корректор Е. Папп

Редактор

Заказ 3159 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

2

4

6

8

11

12

13

14

16

17

18

19

21

22

23

25 — 32

25 — 32

25 — 32

25 — 32

35 — 42

25 — 32

30 — 35

30 — 35

25 — 32

30 — 35

25 — 32

25 — 32

16

16

Не аморфизируется

5

5

5

5

5

5

3

0,15

0,12

0,12

0,12

0,02

0,02

0,02

0,015

0,03

0,015

0,03

0,03

0,03

0,03

0,02

380

0,01

0,01

1

1

1

1

1

1

1

0,01

0,01

0,01

0,01

0,01