Способ получения лигатуры алюминий-титан

Авторы патента:

C22C35/00 - Сплавы (лигатуры) для легирования железа или стали

C22C1/02 - Сплавы (кремни C06C 15/00; обработка сплавов C21D, C22F)

Владельцы патента RU 2599134:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт вычислительного моделирования Сибирского отделения Российской академии наук (ИВМ СО РАН) (RU)

Изобретение относится к области металлургии, в частности к технологии приготовления модифицирующих лигатур алюминий-титан, которые применяются при приготовлении алюминиевых сплавов для измельчения структуры отливаемых из них изделий. В способе измельчение частиц алюминида титана TiAl₃ происходит за счет введения в лигатуру при ее расплавлении в вакуумной индукционной высокочастотной печи при 1100-1200°C и разрежении 0,799-1,066 Па до 0,05 мас.% нанопорошка нитрида тантала TaN, содержащегося в объеме отпрессованного прутка, состоящего из композиции частиц алюминия и нанопорошка нитрида тантала TaN, с последующей разливкой лигатуры в изложницы без снятия вакуума. Изобретение позволяет использовать лигатуру для измельчения структуры литейных сплавов, модифицирующим агентом в которой являются частицы интерметаллического соединения алюминида титана TiAl₃. 1 з.п. ф-лы, 1 пр.,1 табл.

Предлагаемое изобретение относится к области металлургии, в частности к технологии приготовления модифицирующих лигатур, которые применяются при приготовлении алюминиевых сплавов с целью измельчения структуры отливаемых из них изделий. При этом одной из широко применяющихся для этой цели лигатур, является лигатура алюминий-титан, модифицирующим компонентом которой являются частицы интерметаллического соединения алюминида титана TiAl₃, выполняющие роль центров кристаллизации и которые образуются в результате взаимодействия с жидким алюминием вводимых в него при приготовлении лигатуры либо титана, либо соединений содержащих титан [Напалков В.И., Бондарев Б.И., Тарарышкин В.И. Лигатуры для производства алюминиевых и магниевых сплавов. М.: Металлургия, 1983. - 160 с.].

И, как показало изучение ГОСТ 1583-93 «Сплавы алюминиевые литейные», из 39-ти представленных в нем сплавов, в 23-х из них титан содержится в пределах 0,05…0,35 масс. %, а из 63 сплавов, представленных в ГОСТ 4784-97 «Алюминий и сплавы алюминиевые деформируемые», в 47-ми из них титан содержится в пределах 0,02…0,2 масс. %. Практически такие же количества титана содержатся в алюминиевых сплавах, приведенных в международной спецификации алюминиевых сплавов [International Alloy Designations and Chemical Composition Limits for Wrought Aluminum and Wrought Aluminum Alloys // The Aluminum Association. - 2009. 37 p.], в которой представлены сплавы 21 страны (от Австрии до Японии, включая Россию).

Известен способ приготовления лигатуры алюминий-титан [Бондарев Б.И., Напалков В.И., Тарарышкин В.И. Модифицирование алюминиевых деформируемых сплавов. М.: Металлургия, 1979. - 224 с.] путем введения титановой стружки или титановой губки в жидкий алюминий при температуре расплава 1000…1200°C.

Недостатком такого способа является насыщение лигатуры газами, в результате чего при ее введении в расплав в литых изделиях образуется газовая пористость, что снижает их качество (понижаются механические свойства и герметичность).

Известен способ приготовления лигатуры алюминий-титан в результате алюмотермического восстановления оксида титана в присутствии бифторида щелочного металла (натрия или калия) и хлорида калия в качестве флюса [Patent US 2,955,935. 7 Claims. (C1. 75-135). Filed Nov. 21, 1956, Ser. No 623,524. Manufacture of Aluminium Titanium Alloys / Robert V. Horrigan, Leviston. United States Patent Office. Patented Oct. 11, 1960.].

Известен также способ приготовления лигатуры алюминий-титан [Патент РФ №2477759 C1, C22C 35/00 C22C 1/02 / С.В. Махов. В.И. Москвитин, Д.А. Попов, Г.А. Козловский. Бюл. 2013. №8], включающий алюмотермическое восстановление титана из фторида титана в среде расплавленных хлорида калия и фторида натрия при температуре 850…1150°C с последующей разливкой в слитки.

К недостатку обоих приведенных выше способов приготовления лигатуры алюминий-титан (Patent US 2,955,935 и Патент РФ №2477759) является применение хлоридов и фторидов, которые обладают высокой гигроскопичностью, что ведет к насыщению лигатуры алюминий-титан газами, и что впоследствии ведет к образованию пористости в литых изделиях при использовании такой лигатуры.

Кроме того, хлориды и фториды взаимодействуют с материалом плавильных емкостей, в которых готовится лигатура алюминий-титан, что ведет к ее загрязнению продуктами этого взаимодействия, а, следовательно, и к загрязнению ими литых изделий.

Следует также отметить, что в описании этих способов не упоминаются размеры получаемых в лигатуре алюминий-титан зародышеобразующих частиц алюминида титана TiAl₃, что должно являться главной ее характеристикой.

Известен способ приготовления алюминиево-титановой лигатуры, принятый за прототип [Патент РФ №2430177 C1, МПК C22С 1/03 / Г.Г. Крушенко. Бюл. 2011, №27], согласно которому поставляемую с металлургических предприятий алюминиево-титановую лигатуру в виде слитков, предварительное изучение микроструктуры которых показало, что они поражены газовой пористостью 2…3 балла по шкале ВИАМ, переплавляют в вакуумной индукционной высокочастотной печи при 1100-1200°C и разрежении 0,799-1,066 Па с последующей ее разливкой в изложницы слоем 15-20 мм без снятия вакуума.

Недостаток указанного способа заключается в том, что при заливке переплавленной лигатуры в изложницы с высокой температуры, которая составляет 1100-1200°C, затвердевание слитка происходит достаточно долго, в связи с чем в его объеме формируются частицы интерметаллического соединения алюминида титана TiAl₃ с достаточно крупными и с отличающимися размерами, что влияет и на структуру литых изделий, отливаемых из модифицированного такой лигатурой сплава.

Другой недостаток заключается в том, что при заливке лигатуры в изложницы получаются горизонтальные слитки с неоднородной толщиной, что затрудняет соблюдение точного весового дозирования лигатуры.

Задача предлагаемого изобретения заключается в разработке способа приготовления алюминиево-титановой лигатуры, при реализации которого будут получены слитки с уменьшенными размерами частиц интерметаллического соединения алюминида титана TiAl₃.

Поставленная цель достигается тем, что в расплавленную по описанному в Патенте РФ №2430177 способу алюминиево-титановую лигатуру вводится нанопорошок нитрида тантала TaN, размеры частиц которого не превышают 100 нанометров, с помощью прутка, отпрессованного из композиции, состоящей из частиц алюминия и нанопорошка нитрида тантала TaN, которые выполняют роль модифицирующих агентов.

Способ изготовления модифицирующих прутков, содержащих нанопорошки химических соединений, и технология их применения запатентован [А.с. СССР 831840 A1, МПК⁵ C22C 1/06. Способ модифицирования литейных алюминиевых сплавов эвтектического типа / Г.Г. Крушенко, Ю.М. Мусохранов, И.С. Ямских, А.А. Корнилов и др. - Бюл. 1981, №19], и его применение показало высокий эффект измельчения структуры получаемых в производственных условиях фасонных отливок и слитков из целого ряда алюминиевых сплавов.

Пример

Поставляемые с металлургического предприятия плоские слитки алюминиево-титановой лигатуры состава Al-4,34% Ti расплавляли в вакуумной индукционной высокочастотной печи при разрежении 0,799-1,066 Па, доводили температуру расплава до 1100-1200°C и вводили в него нанопорошок нитрида тантала TaN, который содержался в объеме прутка, отпрессованного из частиц алюминия и нитрида тантала TaN, с последующей разливкой лигатуры в изложницы без снятия вакуума.

Тестирование полученной лигатуры производили путем ее введения в расплавленный алюминий высокой чистоты марки A99, который вследствие малого содержания в нем примесей (не более 0,01 масс. %) кристаллизуется с образованием крупнокристаллической структуры, с последующей отливкой из него проб диаметром 60 мм и высотой 120 мм. После затвердевания проб на подготовленных на их поперечных сечениях шлифах оценивали степень измельчения (модифицирования) зерновой структуры путем деления площади сечения пробы на количество находящихся на нем кристаллов.

Полученные результаты показали (Таблица), что с увеличением количества вводимого в расплавленную лигатуру Al-4,34% Ti нанопорошка нитрида тантала TaN длина частиц интерметаллического соединения TiAl₃ уменьшается, а при введении этой лигатуры в жидкий алюминий A99 соответственно уменьшаются размеры макрозерна отливаемых из этого алюминия проб.

1. Способ приготовления лигатуры Al-4,34% Ti, включающий расплавление слитков лигатуры в вакуумной индукционной высокочастотной печи при 1100-1200°С и разрежении 0,799-1,066 Па, с последующей разливкой в изложницы без снятия вакуума, отличающийся тем, что после расплавления слитка в расплав лигатуры вводят до 0,05 мас.% нанопорошка нитрида тантала (TaN), содержащегося в объеме отпрессованного прутка, состоящего из композиции частиц алюминия и нанопорошка TaN.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после введения в расплав лигатуры нанопорошка TaN в объеме отпрессованного прутка ее заливают в вертикальную цилиндрическую изложницу, после чего полученный слиток прессуют в пруток лигатуры.

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к производству легирующих сплавов, и может быть использовано при получении азотсодержащих лигатур для легирования азотом марганецсодержащих сталей.

Синтетический сплав для металлургии // 2577660

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в литейном производстве как добавка в сплав при изготовлении отливок из стали и чугуна с повышенными механическими и служебными свойствами.

Лигатура для обработки чугуна // 2577633

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам лигатуры, которая может быть использована для производства чугуна. Лигатура содержит, мас.%: алюминий 2,0-3,0; гафний 23,0-25,0; бор 3,0-5,0; углерод 0,5-1,5; ниобий 15,0-20,0; цирконий 5,0-10,0; железо - остальное.

Лигатура для титановых сплавов // 2568551

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при производстве титановых сплавов. Лигатура для титановых сплавов содержит, мас.%: ванадий 30-50, углерод 1-4, молибден 5-25, титан 5-20, алюминий 20-50, примеси - остальное.

Модифицирующая смесь для внепечной обработки стали // 2567928

Изобретение относится к области металлургии, в частности к составам смесей для легирования и модифицирования сталей, используемых для производства литых изделий высокой эксплуатационной надежности для работы техники, железнодорожных вагонов в сложных низкотемпературных климатических условиях.

Лигатура для стали // 2564803

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству жаростойких нейтронопоглощающих сталей, применяемых в атомной энергетике. Лигатура содержит, % мас.: гадолиний 41-74, алюминий 14,0-25,4, кремний 0,6-20, железо остальное.

Способ получения лигатуры никель-редкоземельный металл // 2556176

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению лигатуры никель-редкоземельный металл. В способе расплавляют никель, выдерживают полученный расплав и смешивают его с редкоземельным металлом, производят индукционное перемешивание расплава, его разливку и охлаждение, при этом расплавляют никель в вакууме в инертном тигле индукционной печи, полученный расплав нагревают до температуры 1500-1700°C и выдерживают до его дегазации в плавильной камере под вакуумом, после чего снижают температуру расплава никеля до 1400-1550°C и в вакууме или атмосфере инертного газа порционно добавляют в него редкоземельный металл.

Модифицирующая смесь // 2553125

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для обработки расплавов медных сплавов и чугуна. Модифицирующая смесь содержит, мас.%: углекислый барий 40-50, кальцинированную соду 10-20, карбонат стронция 40-45.

Лигатура для титановых сплавов // 2547376

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано при производстве сплавов титана. Лигатура содержит, мас.%: ванадий 40-50, титан 5-20, углерод 3-5, алюминий - остальное.

Способ получения лигатур для производства алюминиевых сплавов // 2542191

Изобретение относится к производству лигатур цветных металлов, в частности к получению алюминиево-титановой лигатуры, и может быть использовано в авиационной, автомобильной и других отраслях промышленности, изготавливающих деформируемые и литейные алюминиевые сплавы.

Разрушающаяся трубная заанкеривающая система и способ ее применения // 2598106

Группа изобретений относится к горному делу и может быть применена для разрушаемого скважинного инструмента. Разрушающаяся трубная заанкеривающая система содержит элемент в форме конической призмы; втулку по меньшей мере с одной первой поверхностью, радиально изменяющейся в ответ на продольное перемещение элемента в форме конической призмы относительно втулки, причем первая поверхность может взаимодействовать со стенкой конструкции; уплотнение по меньшей мере с одной второй радиально изменяющейся поверхностью и гнездо, имеющее контактную площадку, взаимодействующую с уплотнением со съемной пробкой, спускаемой на нее враспор.

Разрушающийся металлический конус, способ его изготовления и применение // 2598103

Группа изобретений относится к горному делу и может быть применена для разрушаемого скважинного инструмента. Элемент в форме конической призмы включает в себя металлический композит, который имеет сотовую наноматрицу, содержащую материал наноматрицы с металлическими свойствами; металлическую матрицу, размещенную в сотовой наноматрице; и первый участок в форме конической призмы.

Нанокомпозиционный электроконтактный материал и способ его получения // 2597204

Изобретение относится к области электротехники и нанотехнологии, в частности к нанокомпозитному материалу на основе меди (Cu) для производства силовых разрывных электрических контактов в переключателях мощных электрических сетей и вакуумных дугогасительных камерах и способу его получения.

Материал на основе объемных металлических стекол на основе циркония и способ его получения в условиях низкого вакуума // 2596696

Изобретение относится к области металлургии, а именно к материалу на основе объемных металлических стекол на основе циркония, и может быть использовано для производства деталей микромашин и механизмов с требованиями высокой износостойкости и прочности.

Способ получения магнитотвердого материала // 2596563

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при получении магнитотвердого материала на основе системы редкоземельный металл-железо-кобальт-бор, который используют при изготовлении магнитов для создания навигационных приборов.

Способ получения жаропрочного сплава на основе ниобиевой матрицы с интерметаллидным упрочнением // 2595084

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству жаропрочных сплавов на основе ниобия, которые могут быть использованы для изготовления рабочих лопаток ГТД.

Способ получения литьевых изделий из сплава на основе никелида титана // 2593255

Изобретение относится к изготовлению сплавов на основе никелида титана, применяемых для медицинских имплантатов. Способ изготовления литых изделий включает переплав металлического полуфабриката индукционной центробежной плавкой в карборундовом тигле.

Способ получения лигатуры алюминий-скандий // 2593246

Изобретение относится к области металлургии цветных металлов и может быть использовано для получения лигатуры алюминий-скандий. Способ включает приготовление и расплавление смеси, содержащей фториды алюминия, фториды натрия и алюминий, подачу оксида скандия, алюмотермическое восстановление скандия из его оксида с получением лигатуры алюминий-скандий и ее выгрузку.

Способ получения борсодержащего металломатричного композиционного материала на основе алюминия в виде листов // 2590429

Изобретение относится к области металлургии, в частности к деформированным борсодержащим алюмоматричным композиционным материалам в виде листов, к которым предъявляются специальные требования по поглощению нейтронного излучения в сочетании с низким удельным весом.

Сплав на основе алюминия и способ получения из него деформированных полуфабрикатов // 2590403

Изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым сплавам на основе алюминия, и может быть использовано при получении деформированных полуфабрикатов в виде прессованных профилей, прутков, труб, катаных плит и листов, предназначенных для использования в строительстве, судостроении, авиационной, автомобильной и других отраслях промышленности.

Электролитический способ непрерывного получения алюминиевого сплава со скандием // 2599312

Изобретение относится к области металлургии цветных металлов, в частности к получению сплава алюминия с редкоземельными металлами, и может быть использовано для получения алюминиевого сплава с 0,2-0,4 мас. % скандия в условиях промышленного производства алюминия. Способ электролитического получения алюминиевого сплава с содержанием скандия 0,2-0,4 мас. % включает добавление оксида скандия в криолит-глиноземный расплав, содержащий алюминий, и восстановление оксида скандия путем электролиза криолит-глиноземного расплава, содержащего алюминий и оксид скандия, при этом оксид скандия добавляют в расплав в количестве 1,5-3,1 мас. %, причем суммарную концентрацию оксида скандия и образующегося в процессе электролиза оксида алюминия поддерживают в пределах 2,0-4,5 мас. % путем периодического добавления в расплав оксида скандия, при этом полученный в процессе электролиза алюминиевый сплав с заданным содержанием скандия периодически выгружают. Изобретение направлено на непрерывное получение алюминиевого сплава, содержащего 0,2-0,4 мас. % скандия, за счет снижения в расплаве, образующегося в ходе алюмотермической реакции оксида алюминия. 1 пр.