Способ получения титановой лигатуры для алюминиевых сплавов

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению таблетированной титановой лигатуры, и может быть использовано в ракетостроительной, авиационной, автомобильной и других отраслях промышленности, в которых используются высоколегированные литейные и деформируемые алюминиевые сплавы. Способ включает смешивание порошков активных металлов и их прессование. В качестве порошков активных металлов используют титановые порошки гранулометрического состава от 0,25 до 0,50 мм в количестве от 25 до 35% и от 1,5 до 2,0 мм в количестве от 45 до 50%, их смешивание совместно с порошком легкоплавкого флюса в количестве не менее 18% и мелассой, а прессование смеси осуществляют при давлении от 250 до 300 кг/см2 с получением брикета в виде таблетки с ее последующим отжигом при температуре от 80 до 100°С в течение от 60 до 90 мин. Изобретение позволяет получить пористые и высокопрочные таблетки, которые полностью растворяются при обычных рабочих температурах расплава, с высокой скоростью растворения легирующего элемента и низкими энергетическими затратами при легировании. 3 пр.

 

Изобретение относится к области металлургии цветных металлов, в частности к получению таблетированной титановой лигатуры, и может быть использовано в ракетостроительной, авиационной, автомобильной и других отраслях промышленности, в которых используются высоколегированные литейные и деформируемые алюминиевые сплавы.

Известен способ получения алюминиево-титановой лигатуры (патент РФ №2448181, опубл. 20.04.2012 г.), включающий приготовление алюминиевого расплава, который в процессе плавления перегревается выше его температуры ликвидуса. В тигель с алюминиевым расплавом, покрытый флюсом, вводят перфорированный огнеупорный тигель с титановой губкой. Размер отверстий перфорированного тигля меньше размера титановой губки. Перфорированный тигель располагают таким образом, что его край располагается выше зеркала металла в плавильном тигле. После этого титановую губку плавят с использованием концентрированного источника нагрева, в качестве которого используют электрическую дугу или лазер.

Недостатком данного способа являются длительность процесса растворения легирующих компонентов, что повышает трудоемкость и снижает производительность процесса. Дополнительный источник нагрева приводит к повышению энергоемкости процесса.

Известен способ приготовления алюминиево-титановой лигатуры для алюминиевых сплавов (патент РФ №2087574, опубл. 20.08.1997 г.), включающий смешивание мелкодисперсных порошков алюминия и титана, и прессование полученной смеси при давлении 100-350 кг/см2.

Недостатком способа является большой диапазон давления прессования, так как переуплотненный брикет имеет худшие показатели усвоения, поскольку движущийся расплав алюминия не пропитывает таблетку, а создает металлическую корку, которая затрудняет усвоение таблетки при легировании. При прессовании с недостаточным давлением полученная таблетка не достигает прочности, необходимой для транспортировки, хранения и применения легирующих брикетов без осыпания боковых граней.

Известен способ ввода тонкоизмельченных металлов в твердом виде непосредственно в расплав алюминия (патент США №3788839, 1974), включающий ввод в жидкую ванну тонкоизмельченных переходных металлов, перемешивание и отстаивание в течение 15-30 минут.

Недостатком способа является значительные потери алюминия и титана в виде угара, а также необходимость вести процесс при повышенных температурах плавления.

Известен способ получения алюминиевых лигатур (патент РФ №2464337, опубл. 20.10.2012 г.), включающий подготовку алюминиевого расплава, который перегревают до температуры 1000°С. В печи на поверхности алюминиевого расплава создают слой жидкого флюса, который перегревают выше температуры растворения легирующего компонента и вводят легирующий компонент в необходимом количестве.

Недостатком способа являются большие энергетические затраты, а также то, что при перегреве алюминиевого сплава выше 1000°С уже не удается добиться необходимой структуры и равномерного распределения интерметаллидов из-за их различного размера и состава.

Известен способ получения лигатур для производства алюминиевых сплавов (патент РФ №2542191, опубл. 20.02.2015 г.), включающий подготовку экзотермической смеси порошков алюминия и титана и их механоактивацию. Одновременно подготавливают брикеты прессованной титановой стружки. Смесь порошков и брикеты из прессованной титановой стружки вводят одновременно в расплав алюминия, на поверхности которого находится криолит, выдерживают расплав в течение 30 минут с периодическим перемешиванием.

Недостатком способа является технологическая нестабильность и высокая себестоимость лигатуры вследствие использования дорогих чистых компонентов с развитой активной поверхностью, а также многостадийность самого процесса.

Известен способ получения лигатуры (патент РФ №2208656, опубл. 20.07.2003 г.), принятый за прототип, включающий смешивание грубых порошков активных металлов дисперсностью от 0,1 до 3,0 мм с последующим прессованием. Полученный брикет имеет плотность от 0,50 до 0,95 от теоретической плотности смеси порошков активных металлов. При нагревании в расплаве обрабатываемого металла происходит синтез компонентов брикета.

Недостатком данного способа является большой диапазон плотности полученного брикета, поскольку переуплотненный брикет имеет худшие показатели усвоения, а недостаточная плотность полученного брикета приводит к осыпанию боковых граней при транспортировки и хранении. Также полученный брикет имеет неоднородность размеров пор, что в дальнейшем влияет на скорость полного растворения брикета в расплаве.

Техническим результатом является получение высокопрочной таблетированной лигатуры с однородными размерами пор, что в дальнейшем обеспечивает наилучшее время растворения легирующих таблеток.

Технический результат достигается тем, что осуществляют перемешивание порошков титана и легкоплавкого флюса совместно с мелассой, прессование смеси порошков осуществляют при давлении от 250 до 300 кг/см2 и проводят отжиг полученной таблетированной лигатуры при температуре от 80 до 100°С в течение от 60 до 90 мин.

Способ осуществляется следующим образом. Для получения таблетированной лигатуры необходимо использование титановых порошков гранулометрического состава от 0,25 до 0,50 мм (до 25-35%) и от 1,5 до 2,0 мм (45-50%), при содержании флюса не менее 18%, что обеспечивает наилучшее время растворения легирующих таблеток.

При перемешивании порошков в смеситель добавляется меласса, побочный продукт сахарного производства; применение мелассы обеспечивает удовлетворительное перемешивание порошков, а также исключает истирание флюса до пылевидной фракции и оседание флюса и порошка титана на выходе из пуансона (при прессовании).

После перемешивания прессуются таблетки цилиндрической формы. Плотность таблетированной лигатуры обеспечивается давлением прессования, что увеличивает площадь поверхностных контактов между частицами титана и флюса. Предлагаемый диапазон значений давления прессования от 250 до 300 кг/см2 позволяет обеспечить наибольшую площадь контакта между порошками, сформировать прочную связь между материалом основы и легкоплавким компонентом. Диапазон давления прессования выбирается из условий достижения заданной прочности, необходимой для транспортировки, хранения и применения легирующих таблеток без разрушения боковых граней.

Для повышения прочности при одновременном развитии пор за счет удалении влаги таблетированная лигатура проходит стадию отжига при температуре от 80 до 100°С в течение от 60 до 90 мин.

Полученные лигатуры, в зависимости от выбранного химического состава по титану, вводят в алюминиевый сплав перед рафинированием. После введения таблетированной лигатуры расплав перемешивается.

Способ поясняется следующими примерами.

Пример 1. Порошок титана марки ТПП-3 (ВСМПО-АВИСМА) просеивают через сито с размером ячейки 0,5 мм и 2 мм, содержание титана порядка 82%. К смеси порошков титана добавляют флюс KALF (фирмы «Aleastur») 18% и затем заливают мелассу от 7 до 9% в расчете на 100 весовых частей порошков титана и флюса. Затем полученная смесь перемешивается в смесителе в течение 1,5 часов. Результаты смешивания контролируют по физико-технологическим свойствам шихты, определяя насыпную массу, текучесть, прессуемость, а также проводят текущий химический анализ проб. Затем полученную смесь взвешивают и разделяют на порции по 100 г и прессуют пуансоном под давлением 250 кг/см2. В автоматическом режиме автомат выполняет подачу порошка из бункера пресса в матрицу, заполняет матрицу, прессует брикет и затем выталкивает его в конвейер. Затем таблетки проходят стадию отжига при температуре от 80 до 100°С в течение 60 мин.

В приготовленный расплавленный алюминий марки А7Е (1000 г), при температуре 750°С, вводили таблетки и затем через 1, 5, 10, 15, 25 и 30 минут отбирали пробы для контроля химического состава алюминия. Перед отбором каждой пробы проводили перемешивание расплава при помощи импеллера (скорость перемешивания от 5 до 10 см/с) и съем шлака с поверхности расплава.

Химический анализ образцов сплава отобранных в первый промежуток времени (5 минут) показывает незначительное увеличение содержания титана в объеме жидкого алюминия, что объясняется медленным его переходом с поверхности таблетки и низкой скоростью растворения. Растворение таблетки связано с образованием в объеме лигатуры большого количества структурных составляющих с температурой плавления значительно ниже температуры плавления частицы титана. В микрообъеме лигатуры на границе «титановый порошок-флюс» в этот промежуток времени интенсивно проходят диффузионные процессы с образованием твердых растворов. После разрушения легирующего брикета скорость растворения увеличивается и происходит резкое повышение содержания легирующего элемента в сплаве. Представлены расчетные и фактические данные изменения значения легирующего компонента в пробах, отобранных после 30 минут выдержки в расплаве.

Усвоение легирующего компонента - 97,5%.

Пример 2. Способ осуществляют идентично примеру 1. Время перемешивания в смесителе составляет 2 часа, полученную смесь развешивают по 50 г и прессуют пуансоном под давлением 300 кг/см2.

В приготовленный расплавленный алюминий марки А7Е (500 г), при температуре 750°С, вводили таблетки, представлены расчетные и фактические данные прироста легирующего компонента в пробах, отобранных после 30 минут выдержки расплава.

Усвоение легирующего компонента - 98,1%.

Пример 3. Способ осуществляют, как описано в примере 1. Время перемешивания в смесителе 1 час, полученную смесь развешивают по 100 г и прессуют пуансоном при давлении 300 кг/см2.

В приготовленный расплавленный алюминий марки А7Е (1500 г), при температуре 750°С, присаживали таблетки, представлены расчетные и фактические данные прироста легирующего компонента в пробах, отобранных после 30 минут выдержки расплава.

Усвоение легирующего компонента - 98,8%.

Таким образом, использование мелассы при перемешивании, прессование при значении давления от 250 до 300 кг/см2 и отжиг таблеток при температуре от 80 до 100°С в течение от 60 до 90 мин ведет к равномерному распределению флюса по всему объему таблетки и повышению прочности таблетки, а также к образованию однородных пор, что в дальнейшем положительно сказывается на скорости полного растворения таблеток в алюминиевом расплаве. Анализ микроструктуры литых образцов после модифицирования таблетированными лигатурами выявил, что зеренная структура литых образцов существенно не отличается друг от друга, что напрямую связано с качеством полученных легирующих таблеток, микроструктура однородная, мелкозернистая.

Преимуществами титановых лигатур, полученных новым способом, являются: получение пористых и высокопрочных таблеток, полное растворение таблеток при обычных рабочих температурах расплава, высокая скорость растворения легирующего элемента и низкие энергетические затраты при легировании.

Способ получения таблетированной титановой лигатуры для алюминиевых сплавов, включающий смешивание порошков активных металлов и их прессование, отличающийся тем, что в качестве порошков активных металлов используют титановые порошки гранулометрического состава от 0,25 до 0,50 мм в количестве от 25 до 35% и от 1,5 до 2,0 мм в количестве от 45 до 50%, их смешивание совместно с порошком легкоплавкого флюса в количестве не менее 18% и мелассой, а прессование смеси осуществляют при давлении от 250 до 300 кг/см2 с получением брикета в виде таблетки с ее последующим отжигом при температуре от 80 до 100°С в течение от 60 до 90 мин.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к литейному производству, в частности к составам модификаторов, используемых в производстве легированных чугунов с шаровидным графитом. Модификатор содержит, мас.%: магний 2,0-9,0; церий 6,0-12,0; железо ≤ 1,5; барий 4,0-10,0; алюминий 2,0-4,0; никель остальное.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству ферросплавов. Восстановительную плавку проводят поэтапно, при этом вначале 10-60% от общего количества обогащенного ванадиевого шлака, необходимого на восстановительную плавку, проплавляют совместно с углеродистым восстановителем в соотношении 1:(0,1-0,3), затем, после образования металлической ванны, 85-98% от оставшейся части ванадиевого шлака проплавляют совместно с углеродистым восстановителем, алюминием и известью в соотношении 1:(0,02-0,09):(0,3-0,7):(0,3-0,5) и завершают процесс проплавлением шихтовой смеси, содержащей ванадиевый шлак, алюминий и известь в соотношении 1:(0,7-3,5):(0,7-3,5).
Изобретение относится к литейному производству, в частности к модифицированию жаропрочных никелевых сплавов ультрадисперсными порошками тугоплавких соединений. Способ включает введение в расплав модификатора, содержащего ультрадисперсные тугоплавкие частицы и дополнительно 55-65 % частиц металлов, взаимодействующих с компонентами расплава.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к составам сплавов, используемых для легирования серого чугуна. Сплав для легирования чугуна содержит, мас.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к составам сплавов, используемых для легирования стали. Сплав для легирования стали содержит, мас.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к модифицированию жаропрочных сплавов на основе никеля порошками тугоплавких соединений. Модификатор содержит, мас.%: ультрадисперсный порошок карбонитрида титана 1-5, порошки титана 18-22, хрома 2-4, молибдена 8-10, магния 10-15, вольфрама 8-10, ниобия 8-10, алюминия 10-15, никеля 8-10, марганца 2-5 и железа 5-10.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способам изготовления стандартных образцов состава лигатур на основе алюминия с аттестованным содержанием одного или нескольких легирующих химических элементов.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к составам сплавов, используемых для легирования серого чугуна. Сплав для легирования чугуна содержит, мас.%: хром 15,0-20,0, кремний 10,0-15,0, марганец 3,0-4,0, углерод 1,0-1,5, теллур 0,2-0,4, гафний 6,0-8,0, самарий 1,0-1,5, железо - остальное.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к составам сплавов, используемых для легирования серого чугуна. Сплав для легирования чугуна содержит, мас.%: хром 15,0-20,0; кремний 10,0-15,0; алюминий 5,0-10,0; марганец 3,0-4,0; углерод 1,0-1,5; теллур 0,2-0,4; бор 1,6-2,0; никель 10,0-15,0; серебро 3,0-4,0; железо - остальное.

Лигатура // 2626256
Изобретение относится к области металлургии, в частности к составам лигатур, используемых в производстве бронзы. Лигатура содержит, мас.%: алюминий 25,0-35,0; никель 15,0-20,0; молибден 8,0-10,0; железо 3,0-5,0; РЗМ 0,5-1,0; цирконий 15,0-25,0; медь - остальное.

Изобретение относится к получению композиционного материала Al2O3 - А1. Способ включает гранулирование алюминиевого порошка, состоящего из частиц пластинчатой формы со стеариновым покрытием, прессование заготовки из гранулированного порошка и ее спекание.

Изобретение относится к изготовлению изделий на основе псевдосплавов молибден-медь. Способ включает приготовление молибденовой шихты, прессование заготовки, спекание заготовки с образованием пористого каркаса, приведение в контакт стороны полученной заготовки с медью, взятой с избытком, пропитку заготовки медью и ее охлаждение.

Изобретение относится к изготовлению пористых изделий из псевдосплавов на основе вольфрама. Способ включает приготовление порошкообразной шихты, содержащей 95 мас.% вольфрама, остальное - никель и железо в соотношении 7:3, введение в шихту порообразователя, прессование шихты с получением заготовки, удаление порообразователя из заготовки и спекание.
Группа изобретений относится к получению цементированного карбида, который может быть использован для изготовления режущего инструмента. Способ включает стадии формирования шлама, содержащего жидкость для измельчения, порошки связующих металлов, первую порошковую фракцию и вторую порошковую фракцию, измельчение, сушку, прессование и спекание шлама.

Группа изобретений относится к получению анода для электролитических конденсаторов. Способ включает следующие стадии: a) прессование танталового порошка вокруг танталовой проволоки, или танталовой ленты, или танталового листа для образования прессованного изделия, b) спекание прессованного изделия для образования пористого спеченного изделия, c) охлаждение спеченного изделия, d) обработка пористого спеченного изделия одним или несколькими газообразными или жидкими окислителями и e) анодное окисление обработанного спеченного изделия в электролите для формирования диэлектрического слоя.

Изобретение относится к изготовлению изделий на основе псевдосплавов вольфрам-медь. Способ включает приготовление вольфрамовой шихты, прессование заготовок, спекание заготовок с образованием пористого каркаса, приведение в контакт стороны полученной заготовки с медью, взятой с избытком, пропитку заготовки медью и ее охлаждение.

Изобретение относится к получению порошковых магнитотвердых сплавов. Способ получения порошкового магнитотвердого сплава 30Х20К2М2В системы железо-хром-кобальт включает приготовление шихты из порошков железа, хрома, кобальта, молибдена и вольфрама, формование полученной шихты, спекание, термообработку и термомагнитную обработку.

Изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно к магнитотвердому материалу, содержащему железо, кобальт, бор, диспрозий, медь. При этом материал дополнительно содержит цирконий.

Изобретение относится к послойному формированию трехмерного изделия спеканием порошкового материала. Устройство содержит ленту для формирования трехмерного изделия из слоев порошкового материала, размещенную с возможностью ее перемотки из рулона (1) в рулон (2) при помощи протягивающих валиков (3) и поддерживающей ленты (4), бункер для избыточного порошкового материала (7), систему перфорации (5) ленты, систему наполнения (6) мест перфорации ленты порошковым пластиковым, керамическим или металлическим материалом изготавливаемого объекта, выполненную с возможностью использования порошкового материала из бункера для избыточного порошкового материала (7), систему очистки (8) ленты от частиц порошкового материала, не попавших в перфорации, систему сжатия (9) ленты, выполненную с возможностью уплотнения ленты с заполненными порошковым материалом местами перфорации, камеру (10) спекания рулона (2), выполненного намоткой уплотненной ленты с заполненными порошковым материалом местами перфорации, с образованием трехмерного спеченного изделия, систему управления спеканием (11) и систему отделения (12) спеченного изделия от ленты.

Изобретение относится к трехмерной печати и может быть использовано для создания объемных изделий. Способ трехмерной печати объемного изделия из металлического порошкообразного материала, включающий прессование порошкообразного металлического материала рабочей поверхностью электрода с последующей подачей тока, разогревающего порошкообразный материал и приваривающего его к формируемому объемному изделию.

Изобретение относится к электроимпульсной консолидации порошков твердых сплавов. Проводят спекание изделий из порошков твердых сплавов группы WC-Co путем электроимпульсного прессования при давлении 50-500 МПа, плотности импульса тока 50-500 кА/см2 и длительности импульса тока не более 10-3с с последующим охлаждением. В процессе охлаждения по достижении изделием температуры Кюри кобальта его подвергают магнитно-импульсной обработке напряженностью поля 400-2000 кА/м в течение не менее 0,01 с. Обеспечивается повышение качества изделий за счет снижения структурной неоднородности и свободной энергии материала изделия. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл., 1 пр.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению таблетированной титановой лигатуры, и может быть использовано в ракетостроительной, авиационной, автомобильной и других отраслях промышленности, в которых используются высоколегированные литейные и деформируемые алюминиевые сплавы. Способ включает смешивание порошков активных металлов и их прессование. В качестве порошков активных металлов используют титановые порошки гранулометрического состава от 0,25 до 0,50 мм в количестве от 25 до 35 и от 1,5 до 2,0 мм в количестве от 45 до 50, их смешивание совместно с порошком легкоплавкого флюса в количестве не менее 18 и мелассой, а прессование смеси осуществляют при давлении от 250 до 300 кгсм2 с получением брикета в виде таблетки с ее последующим отжигом при температуре от 80 до 100°С в течение от 60 до 90 мин. Изобретение позволяет получить пористые и высокопрочные таблетки, которые полностью растворяются при обычных рабочих температурах расплава, с высокой скоростью растворения легирующего элемента и низкими энергетическими затратами при легировании. 3 пр.

Наверх