Лигатура для титановых сплавов
Владельцы патента RU 2441937:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" (ФГУП "ЦНИИ КМ "Прометей") (RU)
Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано при производстве сплавов титана. Заявлена лигатура для титановых сплавов. Лигатура содержит, мас.%: ниобий 60,0-70,0, алюминий 27,0-38,0, углерод 1,0-3,0, примеси - остальное. В качестве примесей лигатура содержит, мас.%: железо ≤0,18, кремний ≤0,19, кислород ≤0,07. Технический результат - снижение температуры плавления и плотности лигатуры для обеспечения ее физических характеристик, близких к титану, а также повышение ее технологичности, в том числе дробимости.1 з.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано при производстве сплавов титана.
Введение в сплав легирующих компонентов, различающихся по плотности, температуре плавления и другим характеристикам, невозможно без применения промежуточного сплава - лигатуры, которая по физическим параметрам близка к титану и позволяет получать однородный бездефектный металл с заданными характеристиками.
В цветной металлургии известны лигатуры на основе ниобия, содержащие алюминий и другие элементы, входящие в состав сплавов на основе цветных металлов, в том числе и титана [1].
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к описываемой является лигатура-прототип, которая содержит, мас.%: алюминий 8-15, ниобий - остальное [2].
Недостатком лигатуры-прототипа является ее высокая температура плавления 1920°С (температура плавления титана 1665°С) и плотность более 6,5 г/см3 (плотность титана 4,5 г/см3) из-за высокого содержания тугоплавкого ниобия и низкого содержания алюминия.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является снижение температуры плавления и плотности заявляемой лигатуры для обеспечения приближения ее физических характеристик к титану.
Для достижения технического результата в лигатуру-прототип, которая содержит алюминий и ниобий, дополнительно вводят углерод при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| ниобий | 60,0-70,0, |
| алюминий | 27,0-38,0, |
| углерод | 1,0-3,0, |
| примеси | остальное. |
В качестве примесей лигатура содержит, мас.%: железо ≤0,18, кремний ≤0,19, кислород ≤0,07.
Снижение содержания ниобия и повышение содержания алюминия по сравнению с лигатурой-прототипом позволяет снизить температуру плавления до 1630÷1720°С и плотность до 4,5÷5,2 г/см3 заявляемой лигатуры. Дополнительное введение в состав лигатуры углерода вызвано необходимостью микролегирования титановых сплавов.
Лигатуру получают методом внепечной алюмотермической плавки. Ниобий вводят в шихту в виде окисла, который в процессе плавки восстанавливается до металла. Алюминий и углерод вводят в шихту в виде порошков (углерод в виде графитового порошка). Необходимое количество тепла обеспечивается экзотермичностью химической реакции восстановления окиси ниобия алюминием. Для обеспечения жидкотекучести шлака, достижения равномерного хода реакции и увеличения выхода годного лигатуры в состав алюмотермической смеси вводится СаО.
Пример конкретного выполнения
Для получения предлагаемой лигатуры была приготовлена шихта трех составов, приведенных в таблице, из которых были получены алюмотермическим методом лигатуры с процентным содержанием компонентов на нижнем, промежуточном и верхнем пределах составов. Полученные лигатуры были подвергнуты испытаниям по определению температуры плавления и плотности.
Шихтовые составы смесей для получения предлагаемой лигатуры и результаты химического анализа и физических характеристик в сравнении с лигатурой-прототипом приведены в таблице.
| № п/п | Содержание компонентов в шихте, % | Содержание элементов в лигатуре, % | Свойства лигатуры | |||||||||
| основные | примеси | |||||||||||
| Nb2O5 | Al | Графит | CaO | Nb | Al | C | Fe | Si | O | t° плавл., °C | плотн., г/см3 | |
| Пре-дла гае-мая ли-га-ту- ра |
52,7 | 40,2 | 1,2 | 5,9 | 60,0 | 38,0 | 1,6 | 0,16 | 0,19 | 0,05 | 1630 | 4,5 |
| 55,6 | 37,3 | 1,3 | 5,8 | 64,9 | 32,7 | 2,0 | 0,17 | 0,17 | 0,06 | 1668 | 4,8 | |
| 58,3 | 34,4 | 1,7 | 5,6 | 70,0 | 27,0 | 2,6 | 0,18 | 0,15 | 0,07 | 1720 | 5,2 | |
| Лигатура-прототип | 88,0 | 12,0 | - | 0,09 | 0,09 | 0,18 | 1920 | 6,5 |
Полученные результаты показали, что температура плавления предлагаемой лигатуры в зависимости от состава находится в пределах от 1630 до 1720°C и плотность - от 4,5 до 5,2 г/см3, которые близки к титану, что обеспечивает хорошее ее растворение в процессе вакуумно-дуговой плавки титана. При подготовке шихты к выплавке титановых слитков лигатуры подвергают дроблению. В результате была выявлена лучшая дробимость предлагаемой лигатуры по сравнению с лигатурой-прототипом, что связано с введением в состав предлагаемой лигатуры углерода.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР №436880, кл. C22C 27/00 1972.
2. Авторское свидетельство СССР №692886, кл. C22C 35/00 1978.
1. Лигатура для титановых сплавов, содержащая ниобий и алюминий, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит углерод при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Ниобий | 60-70 |
| Алюминий | 27-38 |
| Углерод | 1-3 |
| Примеси | Остальное |
2. Лигатура по п.1, отличающаяся тем, что в качестве примесей она содержит железо, кремний и кислород при их содержании, мас.%:
| Железо | ≤0,18 |
| Кремний | ≤0,19 |
| Кислород | ≤0,07 |
