Способ получения композиционных материалов, содержащих алюминий и титан

 

Сущность изобретения: способ включает горячее прессование плакированного алюминием порошка титана следующего состава, мас.%: титан 37 - 50, алюминий 50 - 6 при 630 - 650°С и выдержке при этой температуре 0,5 - 1,5 ч.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению сплава с использованием композиционного порошка, и может быть использовано для получения деталей различной формы из интерметаллида Аl₃Ti, которые могут найти применение в машиностроении и авиастроении.

Известен способ получения алюминиевого сплава (1), включающий прессование порошков титана, алюминия и алюминида титана, проводимое сначала при 420-500^оС, затем при 450-600^оС, последующий отжиг при 520-600^оС, формообразование при 420-500^оС и дальнейший отжиг для синтеза алюминида титана при 620-950^оС. При этом все операции с шихтой из порошков проводят в вакуумированной капсуле.

Способ позволяет получить сплав, который обладает следующими свойствами: предел прочности при растяжении 42-70 кгс/мм² при 20^оС и 6-24 кгс/мм² при 800^оС. Относительное удлинение при 20^оС составляет 0,7-1,5% предел текучести при 20^оС 40-62 кгс/мм².

Сложная и многостадийная технология получения сплава по описанному способу предусматривает использование порошков титана, алюминия и наличие алюминида титана. Несмотря на применение в процессе вакуума, содержащиеся в исходных порошках окисные пленки влияют на эксплуатационные свойства конечного сплава.

Известен способ получения сплава алюминий-титан, включающий перегрев расплава алюминия до 950-970^оС и введение в него в смеси с криолитом порошка двуокиси титана с размером частиц 0,03-0,4 мкм. Смесь вводят небольшими порциями, двуокись титана восстанавливается до титана, и после того, как вся композиция прореагировала, расплав при температуре 950^оС разливают в металлическую изложницу. В результате получают сплав, содержащий триалюминид титана с линейным размером интерметаллического соединения Аl₃Ti, равным 1-2 мкм.

Способ требует использования высоких температур, необходимых для перегрева расплава алюминия. Способ не предусматривает использования инертной атмосферы в процессе изготовления сплава, что повлечет за собой интенсивное окисление алюминия. Кроме того введение в расплав двуокиси титана и криолита, необходимого для его восстановления, вызывает дополнительный ввод кислорода, а также введение в сплав нежелательных продуктов реакции.

Цель повышение эксплуатационных свойств сплавов системы титан-алюминий за счет использования интерметаллидных соединений при одновременном упрощении технологии их получения.

Существуют три интерметаллических соединения системы Аl-Ti, все они отличаются высокой удельной прочностью в условиях высокотемпературной ползучести. Из них Аl₃Ti изучено менее других, хотя оно перспективно для высокотемпературных конструкций. Недостатками являются малая пластичность материала, разрушение при температуре < 200^оС хрупкое, выше удлинение не превышает 1% Малая пластичность Аl₃Ti не позволяет пока использовать его в виде конструкционного материала.

Предложен способ получения сплава системы титан-алюминий, включающий сначала компактирование композиционного порошка, содержащего алюминий и титан, до плотности 93-97% затем нагрев компакта под давлением до 630-650^оС и выдержку в течение времени, определяемом с учетом скорости образования интерметаллидного соединения. В качестве композиционного порошка берут частицы титана, покрытие алюминием при массовом содержании титана, равном 37-50% и алюминия 50-63% В результате твердофазной реакции получают сплав, содержащий или чистую фазу триалюминида титана или интерметаллидное соединение в сплаве с титаном.

Композиционный порошок с дисперсностью до 100 мкм, представляющий собой плакированный алюминием титан, практически не содержащий окисных пленок, компактируют при температуре 500^оС и проводят формообразование. Компактирование можно проводить одновременно с формообразованием, например, при изготовлении изделия, или формообразование производить после компактирования, например, при изготовлении листа путем прокатки компакта. Компакт прогревают при 630-650^оС в течение 0,5-1,5 ч под давлением около 10 кг/мм². В результате получают деталь из интерметаллида Аl₃Ti. Сплав может содержать до 10% непрореагировавшего титана в зависимости от состава исходного композиционного порошка.

П р и м е р. Для получения сплава, содержащего Аl₃Ti, используют темно-серый порошок с дисперсностью 80 мкм, представляющий собой частицы титана, плакированные алюминием и содержащий 62,3 мас. алюминия, титан остальное. Порошок компактируют при давлении 50 кг/мм² при комнатной температуре. Полученный компакт устанавливают в пресс-форму и под давлением 9 кг/мм² производят нагрев до 650^оС, выдерживают при этой температуре 1 ч. При этом происходит взаимодействие высокоактивного пиролитического алюминия с титаном с образованием интерметаллида Аl₃Ti. Полученный материал имеет прочность на сжатие при комнатной температуре σ_в 59 кг/мм², а при Т 800^оС материал деформируется более чем на 50% без разрушения.

Предлагаемый способ изготовления сплава позволяет получать интерметаллид Аl₃Ti при невысоких температурах до температуры плавления алюминия. Отсутствие окисных пленок на титане и алюминии, которое обеспечивается при получении композиционного порошка, снижает температуру начала реакции титана с алюминием с образованием интерметаллида до 630^оС. Это дает возможность производить формообразование с одновременной термической обработкой с целью получения деталей из интерметаллида. Преимуществами метода являются невысокие температуры процесса, однородность химического состава по объему материала, которая является серьезной проблемой при получении интерметаллидов по литейной технологии. Метод позволяет получать интерметаллиды заданного химсостава, варьируя соотношение металлов в исходном композиционном порошке можно получать любой интерметаллид системы Ti-Аl.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ, СОДЕРЖАЩИХ АЛЮМИНИЙ И ТИТАН, включающий горячее прессование плакированного металлом порошка на основе титана, отличающийся тем, что используют порошок титана, плакированный алюминием, следующего состава, мас.

Титан 37 50 Алюминий 50 63 предварительно из него компактируют полуфабрикаты, а горячее прессование осуществляют посредством нагрева полуфабрикатов до 630 650^oС и выдержки при этой температуре 0,5 1,5 ч.