Высокопрочный коррозионностойкий аморфный сплав на основе железа
Изобретение относится к области металлургии , и может быть использовано при получении микропровода и аморфных лент для композиционных материалов, малогабаритного режущего инструмента и мембран запорно-пусковыхустройств. В сплав на основе железа, содержащий хром, бор, кремний, ванадий и/или молибден, вольфрам , ниобий и/или тантал и медь дополнительно введены никель и РЗМ при следующем соотношении компонентов, ат.%: хром 2,0-8,5, бор 10-16, кремний 4,5- 10, никель 15-45, ванадий и/или молибден 0,5-5,5 вольфрам 0,3-2,0 ниобий и/или тантал 0,1-1,5, медь 0,1-1,5, РЗМ 0,001-0,05, железо остальное, причем суммарное содержание хрома, ванадия и/или молибдена, вольфрама, ниобия и/или тантала 5,0-10,5, бора и кремния 18-21. 2 табл. (Л С
СО103 СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)5 С 22 С 38/54
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ
К ПАТЕНТУ
О
О
Ы (л) (21) 5014222/02 (22) 27.11.91 (46) 23.01.93. Бюл. N 3 (71) Институт металлофизики АН Украины (72) В,З,Балан, О.Н.Кривенко, А.Д.Лобченко, В.В,Маслов, В.В.Немошкаленко, В.К,Носе н ко, Д, Ю, П аде р но и Ю.К. Покровский (73) Институт металлофизики АН Украины (56) Заявка Японии N 61 — 238538, кл. С 22 С 38/22, 1986.
Заявка Японии ¹ 61 — 403302, кл. С 22 С 38/18, 30/00, 1986.
Маслов B.„Падерно Д.Ю. Получение аморфных металлических сплавов, Аморфные металлические сплавы, Киев, Наукова думка, 1987, с.52-86, (54) ВЫСОКОПРОЧНЫЙ КОРРОЗИОННОСТОЙКИЙ АМОРФНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОBE ЖЕЛЕЗА
Изобретение относится к области металлургии, а именно к металлическим сплавам на основе железа, и может быть использовано при получении микропровода и аморфных лент для композиционных материалов, малогабаритного режущего инструмента и мембран запорно-пусковых устройств.
Известен аморфный железосодержащий сплав, отвечающий формуле
FeaCnbMcQd (где М вЂ” молибден и/или вольфрам, Q — углерод), содержащий, ат.%: а=28-82, Ь 20, c-=4-25, d--15-26, железо остальное, Основным недостатком этого сплава является его низкая способность к аморфизации, „„5U„„1790623 АЗ (57) Изобретение относится к области металлургии, и может быть использовано при получении микропровода и аморфных лент для композиционных материалов, малогабаритного режущего инструмента и мембран запорно-пусковых устройств. В сплав на основе железа, содержащий хром, бор, кремний, ванадий и/или молибден, вольфрам, ниобий и/или тантал и медь дополнительно введены никель и РЗМ при следующем соотношении компонентов, ат.%: хром 2,0 — 8,5, бор 10 — 16, кремний 4,510, никель 15-45, ванадий и/или молибден
0,5 — 5,5 вольфрам 0,3 — 2,0 ниобий и/или тантал 0,1-1,5, медь 0,1 — 1,5, РЗМ 0,001 — 0,05, железо остальное, причем суммарное содержание хрома, ванадия и/или молибдена, вольфрама, ниобия и/или тантала 5,0 — 10,5, бора и кремния 18 — 21, 2 табл.
Наиболее близким по технической сущности является высокопрочный аморфный сплав на основе железа, стойкий к общей, точечной и щелевой коррозии, коррозионному растрескиванию под напряжением в неагрессивных средах, включающий, ат,%:
1 — 40 хрома, 7 — 35 фосфора, углерода и/или бора и содержащий в качестве дополнительных компонентов:
1. 0,01 — 40 кобальта;
2. 0,01 — 20 молибдена, циркония, титана, кремния, алюминия, платины, марганца и/или палладия;
3. 0,01 — 10 ванадия, ниобия, тантала, вольфрама, германия и/или бериллия;
4, 0,01 — 5 золота, меди, цинка, кадмия, олова, мышьяка, сурьмы, висмута и/или серы;
1790623 при общем их содержании 0,01 — 75, остальное — железо, Основным недостатком этого сплава с точки зрения конкретного применения является его низкая технологичность, недостаточная прочность, коррозионная стойкость в агрессивных средах, Целью изобретения является повышение технологичности, прочности, коррозионной стойкости и способности к "0 аморфизацйи при сохранении высокой пластичности.
Поставленная цель достигается тем, что в сплав на основе железа, содержащий хром, бор, кремний, ванадий, и/или молибден, вольфрам, ниобий и/или тантал и медь дополнительно введены никель и Р3М при следующем соотношении компонентов, ат. /:
Хром 2,0-8,5 20
Бор 10-16
Кремний 4,5 — 10
Никель 15 — 45
Ванадий и/или молибден 0,5-5,5 25
Ниобий и/или тантал 0,1-1,5
Медь 0,1 — 1,5
PM 0,001 — 0,05
Железо Остальное, причем суммарное содержание хрома, ва- 30 надия и/или молибдена, вольфрама, ниобия и/или тантала 5,0 — 10,5, бора и кремния 1821, Вводимые в предлагаемый сплав на основе железа легирующие элементы дают 35 следующие эффекты . технологичность сплава повышают бор, кремний, никель, медь и
Р3М; повышению прочности способствуют хром, бор, кремний, ванадий, вольфрам, ниобий, тантал, молибден; коррозионную 40 стойкость увеличивают хром, никель, ванадий, вольфрам, медь, тантал, молибден и ниобий; все элементы (кроме меди) в указанных пределах концентраций способствуют аморфизации сплава, 45
Концентрационные пределы введения элементов при этом установлены на основании следующего.
При содержании хрома менее 2,0 ат, ванадия и/или молибдена < 0,5 ат,, вольфрама < 0,3 ат., ниобий и/или тантала <
0,1 и суммарной концентрации хрома, .ванадия и/или молибдена, вольфрама, ниобия и/или тантала менее 5,0 ат. / наблюдается уменьшение прочности сплава, 55
При увеличении концентрации хрома выше 8,5 ат,, ванадия и/или молибдена
> 5,5 ат., вольфрама > 2,0 ат.7,, ниобия и/или тантала > 1,5 ат, и суммарном содержании хрома, ванадия и/или молибдена, вольфрама, ниобия и/или тантала более
10,5 ат, снижается способность сплава к аморфизации.
При концентрации бора менее 10 ат,, кремния — 4,5 ат. и суммарном содержании металлоидов ниже 18 ат. / способность сплава к аморфизации ухудшается. Аналогичная картина наблюдается, если в сплаве более 16 ат. бора и 10 ат. кремния и суммарное содержание этих элементов превышает 21 ат. .
При содержании в сплаве менее 15,0 ат. никеля уменьшается коррозионная стойкость сплава, Превышение концентрации никеля более 45 ат. приводит к снижению прочностных характеристик сплава, Не установлено положительного влияния меди, если концентрация ее менее 0,1 ат, Д, а повышение более 1,5 ат. снижает способность сплава к аморфизации.
Влияние на сплав Р3М при концентрации менее 0,001 ат. не установлено, Превышение концентрации 0,05 ат. ведет к снижению способности сплава к аморфизации и ухудшению его технологичности.
Способ получения аморфного сплава включает выплавку предварительного сплава и резкое охлаждение расплава, Выплавка предварительного сплава осуществлялась из ингредиентов в элементарном состоянии с помощью высокочастотной электропечи в защитной среде инертного газа. Состояние и чистота исходных элементов соответствовали: железо карбонильное особо чистое класса 13 — 2 по
ТУ 6-09 — 3000-78, хром электролитический
3РХ по ТУ 1 — 4576 — 76, ниобий вакуумной плавки по ТУ 48-19-284-78, молибден высокой чистоты по ТУ 48 — 69 — 73, кремний монокристаллический по ТУ 48 — 44 — 293 — 82, бор аморфный Б 99 по ТУ 6-02 — 923 — 74, Концентрация примесей в никеле, ванадии, вольфраме, тантале, меди и Р3М не превышала содержание их в материалах высокой чистоты.
Для получения сплава в аморфном состоянии применялся способ закалки из жидкого состояния по методу спиннингования расплава литьем плоской струи на внешнюю цилиндрическую поверхность быстровращающего диска (3), позволяющий достигать скоростей охлаждения до
10 град/сек, Такой способ позволяет получать аморфные сплавы, например, в виде длинных лент толщиной 10 — 50 мкм и шириной, например, от 5 до 50 мкм.
Характеристики предлагаемого аморфного сплава могут быть проиллюстрированы на конкретных примерах.
1790623
40
50
С помощью описанного выше способа были получены аморфные сплавы составов, приведенных втабл.1, в виделенттолщиной от 10 до 45 мкм и шириной от 15 до 30 мкм.
По данным рентгеновских дифракционных исследований, ленты сплавов М 1 — 8, 13 — 17, 20-26 по табл.1 обладают рентгеноаморфной структурой. На дифракционных картинах лент сплавов N 9 — 12, 18 — 19 наблюдались линии отражений от кристаллических фаз.
Механические испытания аморфных сплавов на растяжение проводились на разрывной машине P — 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 A= t/(L — 1), гдето — толщина ленты, L — расстояние между пластинами в момент, когда деформация становится неупругой.
Коррозионная стойкость оценивалась с помощью измерителя скорости коррозии P
5035 в 6Н растворе НгЯО4 при 20 С после выдержки образца в течение одного часа.
Технологичность сплава определялась визуально по 5-бал ьной ш кале: и ри наличии одного из дефектов на лентах (неровные края, вздутия, заметная шероховатость поверхности, пористость, обрывы) оценка соответственно снижалась на единицу.
Статистически усредненные характери стики аморфных сплавов, соответствующих табл.1, приведены в табл,2, Ленты, изготовленные из предложенного сплава М 2-8, 13 — 15, 21 — 26 по сравнению с лентами, изготовленными из известного сплава М 27 — 30, как видно из таблицы 2, 5 имеют более высокую технологичность, более высокий предел прочности (на 15 — 80 кгс/мм ). Коррозионная стойкость предложенного сплава увеличивается более чем на порядок, и на 30 — 50 возрастает способ10 ность сплава к аморфизации.
Пластичность предложенного сплава соответствует уров н ю известн ых спла во в.
Формула изобретения
Высокопрочный коррозионностойкий
15 аморфный сплав на основе железа, содержащий хром, бор, кремний, ванадий и/или молибден, вольфрам, ниобий и/или тантал и медь, отличающийся тем, что он дополнительно содержит никель и Р3М при
20 следующем соотношении компонентов, ат. :
Хром 2,0-8.5
Бор 10 — 16
Кремний 4,5 — 10
Ванадий и/или молибден 0,5-5,5
Вольфрам 0,3 — 2
Ниобий и/или тантал 0,1 — 1,5
Медь 0,1 — 1,5
30 Никель 15 — 45
Р3М 0,001 — 0,05
Железо Остальное причем суммарное содержание хрома, ванадия и/или молибдена, вольфрама, ниобия
35 и/или тантала равно 5,0 — 10,5, бора и кремния 18 — 21.
1790623
Таблица 1
Химический состав сплава. ат.
Сплав
SI
Мо
Сг
0,1
0,005
1,5
0,1
0,1
2,6
0,5
0,1
0,05
0,1
0,8
0.4
1,5
0.4
0,5
3,0
1,5
5,5
6,5
2,5
2,5
1,5
1,5
1,5
1,0
1,5
6,5
6,5
5,0
3,5
t,7
3,5
5,0
3.5
1,8
15Со
13Р
Продолжение таблицы 1
Химический состав сплава. ат
Сплав
РЗМ
Та
1,5
0,1
0,05
0.1
0,8
0.4
1.5
2.5
1,5
1,7
Ост.
Ост.
Предложенный
2
4
6
8
11
12
13
14
16
17
18
19
21
22
23
24
26
Прототип
27
2,0
1,0
2,7
2,0
2,0
2,7
4,1
4,1
1,0
1.0
2,0
2.0
5.2
5.2
5,2
8,5
8.5
9,5
9,5
9,5
2,0
2,0
3,5
3,5
3.5
3,5
13.5
13,5
13,5
13.5
13,5
13,5
13,5
t 3.5
9
13
13
13
16
16
17
17
t6
16
16
16
16
16 l6
Предложенный
2
4
6
8
11
12
13
14
16
17
18
19
21
22
23
24
26
Прототип
27
4,5
4,5
4,5
4,5
4,5
4,5
4,5
4,5
3,5
3.5
4,5
4.5
7.2
7,2
7,2
11
11
5
5
5
14
14
14
30 30
46
46
". 45
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,05
0,05
0,1
0,1
0,8
0,8
0,8
1,5
1,5
2,5
2,5
2.5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
2,6
0,4
0,5
2,6
0,5
0,5
0,4
0,5
3,0
1.5
5,5
0,001
0,001
0,001
0,001
0.001
0,001
0,001
0,001
0,005
0,005
0,001
0,001
0.025
0,025
0,025
0,05
0,05
0,1
0,1
0,1
0,1
0.1
0.1
0.1
0,1
0,1
Ост.
Ост.
Ост.
Ост.
Ост.
Ост.
Ост.
Ост.
Ост.
Ост.
Ост.
Ост.
Ост.
Ост.
Ост.
Ост.
Ост.
Ост.
Ост.
Ост.
Ост.
Ост.
Ост.
Ост.
Ост.
Ост.
0,3
0,2
0,3
0,3
0,3
0,3
0,3
0,3
0,2
0,2
0,3
0,3
1,1
1,1
1,1
2,0
2.0
3.0
3,0
3,0
2,0
2,0
2,0
2,0
1,0
2,0
1790623
Таблица 2
Свойства
Сплав
Пластичность. вг
Критическая толщина амо ной ленты, мкм
Скорость коррозии мм/го
Предел прочности, кгс/мм
Технологичность, балл
Предложенный
2
4
6
8
11
12
13
14
16
17
18
19
21
22
23
24
26
Прототип
27
> 40
> 40
> 40
> 40
> 40
> 35
> 40
> 40
Неаморф.
0,1
0.08
0,07
0,07
0.07
0.07
0.06
0.06
365
0.01
0.04
0.04
0.03
0.04
0.04
378
380
1
1
0.01
1
1
1
> 40
> 35
> 40
< 20
< 20
Неаморф.
< 15
> 35
> 35
> 40
> 40
> 35
> 35
378
2.0
0.1
< 30
< 30
325
35
45
Составитель В.Балан
Редактор Т.Иванова Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Н.Ревская
Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101
Заказ 367 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
