Способ получения монофазного интерметаллидного сплава с высокой степенью однородности на основе титана

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению монофазных интерметаллидных сплавов, и может быть использовано в атомной, энергетической, авиационной и аэрокосмической промышленности в качестве базовых композиционных материалов при производстве изделий и покрытий, работающих в области высоких температур, Способ получения монофазного интерметаллидного сплава на основе титана включает механоактивационную обработку смеси порошков алюминия и титана, уплотнение, нагрев смеси порошков алюминия и титана высокочастотным электромагнитным полем и выдержку при этой температуре в течение времени, соответствующего образованию интерметаллидного сплава заданного состава. После механоактивационной обработки проводят облучение смеси алюминия в количестве 36 мас.% и титана в количестве 64 мас.% гамма-квантами источника кобальт-60 с интенсивностью 98 Гр/с, нагрев высокочастотным электромагнитным полем осуществляют до температуры 1100-1350°С, а выдержку при этой температуре производят в течение 2-7 мин. Обеспечивается получение монофазного интерметаллидного сплава TiAl заданного состава с высокой степенью однородности структурных составляющих по всему объему сплава. 1 пр.

 

Изобретение относится к области порошковой металлургии и может быть использовано при производстве монофазных интерметаллидных сплавов на основе титана методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, которые могут найти применение в качестве композиционных материалов для подвижных конструктивных элементов, используемых при повышенных температурах, вследствие малой плотности, высокого модуля упругости, высоких показателях прочности и сопротивления ползучести, жаростойкости, стойкости к воздействию агрессивных сред, коррозионной стойкости, в частности, в атомной, авиационной и аэрокосмической промышленности в производстве изделий и покрытий, например, клапанов сверхмощных двигателей внутреннего сгорания; в качестве жаростойких покрытий на лопатках газотурбинных двигателей, подвергающихся воздействию высокотемпературных газовых потоков; как конструкционный материал, работающий при статических нагрузках и больших температурах.

Известен способ получения интерметаллидного сплава системы титан-алюминий, включающий уплотнение композиционного порошка, содержащего алюминий и титан, путем компактирования до плотности 93-97%, нагрев под давлением до 630-650°С и выдержку при этой температуре в течение времени, соответствующего образованию интерметаллидного соединения и составляющего 0,5-1,5 ч. В качестве композиционного порошка используют частицы титана, покрытые алюминием, при содержании алюминия в количестве 50-63 мас. % и титана в количестве 37-50 мас. %. Данный способ позволяет получать любой интерметаллидный сплав системы титан-алюминий, в зависимости от соотношения компонентов исходной порошковой смеси (патент RU 2038192, МПК6 B22F 3/14, С22С 1/04).

Основными недостатками вышеописанного способа являются отсутствие возможности получения монофазного интерметаллидного сплава на основе системы алюминий-титан с высокой степенью однородного распределения структурных составляющих по всему объему, так как продукт, реализующий способ, на выходе не является монофазным и может содержать до 10 мас. % непрореагировавшего титана в зависимости от состава исходного композиционного порошка, что приводит к снижению прочности и необходимости дополнительной термической обработки для получения высокой твердости; повышенные затраты времени на осуществление способа вследствие его многостадийное и длительной выдержки после нагрева.

Наиболее близким аналогом к предложенному способу по технической сущности и достигаемому результату является способ получения монофазного интерметаллидного сплава на основе системы титан-алюминий, включающий механоактивационную обработку смеси порошков алюминия в количестве 25 мас. % и порошка титана в количестве 75 мас. %, уплотнение полученной порошковой смеси, осуществление ее нагрева высокочастотным электромагнитным полем до температуры 1200 - 1400°С и последующую выдержку при этой температуре в течение времени, соответствующего образованию интерметаллидного сплава заданного состава, составляющего 1-3 мин. В результате получают монофазный интерметаллидный сплав заданного состава (патент RU 2561952, МПК B22F 3/23 (2006.01), С22С 14/00 (2006.01)).

Основным недостатком указанного способа является невозможность получения монофазного интерметаллидного сплава на основе системы титан-алюминий с высокой степенью однородного распределения структурных составляющих по всему объему, которое требуется для получения сплава заданного состава, так как при реализации способа предварительная механоактивационная обработка порошковой смеси титана и алюминия не способствует в полной мере однородному перемешиванию реагентов, могут наблюдаются крупные включения более хрупкого компонента, находящегося в контакте с пластичным реагентом, что обуславливает невозможность получения монофазного интерметаллидного сплава заданного состава с высокой степенью однородности.

Техническая проблема, решение которой обеспечивается при осуществлении изобретения, заключается в создании способа получения монофазного интерметаллидного сплава с высокой степенью однородности на основе титана с заранее заданным составом и необходимыми свойствами, методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза.

Техническим результатом является обеспечение получения монофазного интерметаллидного сплава, реализующего способ, с высокой степенью однородности распределения продукта синтеза по всему объему сплава.

Решение настоящей технической проблемы достигается тем, что в способе получения монофазного интерметаллидного сплава на основе титана, включающем механоактивационную обработку смеси порошков алюминия и титана, уплотнение, нагрев смеси порошков алюминия и титана высокочастотным электромагнитным полем и выдержку при этой температуре в течение времени, соответствующего образованию интерметаллидного сплава заданного состава, согласно изобретению после механоактивационной обработки проводят облучение гамма-квантами источника кобальт-60 с интенсивностью 98 Гр/с смеси порошков алюминия в количестве 36 мас. % и титана в количестве 64 мас. %, нагрев высокочастотным электромагнитным полем осуществляют до температуры 1100-1350°С, а выдержку при этой температуре производят в течение 2-7 мин.

Высокая степень однородности распределения продукта синтеза по всему объему получаемого сплава обусловлена тем, что механоактивированную порошковую смесь, приводящую к снижению энергетического барьера твердофазного синтеза и делающую возможным инициирование активного твердофазного взаимодействия, подвергают гамма-облучению, что способствует процессам растворения и гомогенизации в объеме механокомпозита и приводит к формированию разупорядоченной переходной области, представляющей собой смесь разнородных атомов и способствующей ускорению процессов взаимной диффузии реагентов порошковой системы на межфазных границах за счет радиационно-стимулированных процессов, последнее, в свою очередь, обуславливает более равномерное распределение компонентов в объеме элемента структуры, чего нельзя достигнуть при получении интерметаллидного сплава на основе системы титан-алюминий заданного сосстава, согласно способу, выбранному в качестве наиболее близкого аналога, при осуществлении которого не представляется возможным достигнуть высокой степени однородности распределения продуктов синтеза только за счет предварительной механоактивационной обработки исходной порошковой смеси, что является недостаточным для получения интерметаллидного сплава другого стехиометрического состава; за счет формирования переходной зоны уже на этапе нагрева смеси происходят процессы химических превращений с образованием соединений, при этом скорость реализации теплового взрыва и его максимальные температуры уменьшаются, при завершении химической реакции продукт является практически монофазным с неравновесным состоянием структуры, далее в процессе выдержки происходят структурные изменения, которые характеризуются релаксацией структуры и гомогенизацией состава, продукт является монофазным; причем указанные процессы являются неравновесными, экзотермическими и не определяются равновесной диаграммой системы, что дает возможность управления процессом высокотемпературного синтеза и формирования монофазного интерметаллидного сплава с высокой однородной структурной морфологией, с заданными микро- и макро- структурными характеристиками.

Количество порошка алюминия, составляющее 36 мас. %, и порошка титана в количестве 64 мас. %, является оптимальным, так как предложенный способ направлен на получение монофазного интерметаллидного сплава γ-фазы TiAl, то есть сплава состава Ti+Al, а при содержании порошка алюминия, составляющем менее 36 мас. %, и порошка титана в количестве, составляющем более 64 мас. %, синтезируемый продукт не будет являться монофазным сплавом состава TiAl, и при содержании порошка алюминия в количестве, составляющем более 36 мас. %, и порошка титана в количестве, составляющем менее 64 мас. %, синтезируемый продукт не будет являться монофазным сплавом TiAl.

Интенсивность облучения смеси порошков алюминия и титана гамма-квантами источника кобальт-60, составляющая 98 Гр/с является оптимальной, так как при другом значении интенсивности облучения синтезируемый продукт не будет являться монофазным сплавом TiAl.

Температура нагрева порошковой смеси алюминия и титана высокочастотным электромагнитным полем, составляющая 1100-1350°С, является оптимальной, так как при температуре нагрева порошковой смеси алюминия и титана высокочастотным электромагнитным полем, составляющей менее 1100°С, синтезируемый продукт будет характеризоваться высокой концентрацией неравновесных дефектов структуры и не будет являться монофазным, а при температуре нагрева порошковой смеси алюминия и титана высокочастотным электромагнитным полем, составляющей более 1350°С, будет происходить перитектический распад фазы TiAl.

Время выдержки, составляющее 2-7 мин., является оптимальным, так как при выдержке менее 2 мин. синтезируемый продукт будет характеризоваться высокой концентрацией неравновесных дефектов структуры и не являться монофазным, а при выдержке более 7 мин. произойдет перитектический распад фазы TiAl.

Способ получения монофазного интерметаллидного сплава с высокой степенью однородности на основе титана осуществляется следующим образом.

Предварительно производят высокоэнергетическую механоактивационную обработку исходной порошковой смеси, содержащей 36 мас. % алюминия и 64 мас. % титана, в планетарной шаровой мельнице в инертной атмосфере. Затем полученную механоактивированную порошковую смесь облучают интегральным потоком гамма-квантов 5⋅104 Гр источника кобальт - 60 с интенсивностью 98 Гр/с. Далее полученную механоактивированную гамма-облученную экзотермическую смесь засыпают в графитовый тигель, с помощью пресса смесь уплотняют вместе с термопарой под давлением 2 МПа. Затем тигель с уплотненной смесью и термопарой помещают в индуктор, находящийся в вакуумной камере. Вакуумную камеру герметично закрывают, откачивают воздух до давления 0,01 МПа, затем вводят аргон до давления 0,08 МПа. Далее уплотненную смесь нагревают высокочастотным электромагнитным полем до температуры 1100-1350°С путем разогрева графитового тигля, инициируя процесс самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, а выдержку при этой температуре производят в течении времени, соответствующего образованию интерметаллидного сплава заданного состава, составляющего 2-7 мин.

Пример конкретного выполнения способа.

Готовят экзотермическую смесь порошков алюминия марки АСД-1 в количестве 36 мас. % со средним размером 20 мкм и титана марки ПТХ со средним размером 80±10 мкм в количестве 64 мас. %. Смесь порошков подвергают механической активации в планетарной шаровой мельнице АГО-2 ударно-фрикционного типа в течение 7 мин., при соотношении объемов смеси и размольных шаров 1:20, диаметре размольных шаров 8 мм, причем из цилиндров шаровой мельницы для защиты от окисления предварительно откачивают воздух, а затем цилиндры заполняют аргоном под давлением 0,3 МПа.

Далее полученную механоактивированную смесь состава Ti+Al, представляющую собой механокомпозит с размерами 40-80 мкм, извлекают из цилиндров планетарной шаровой мельницы в боксе в атмосфере аргона и на стационарной установке «Исследователь» проводят облучение гамма-квантами источника кобальт-60 интегральным потоком гамма-квантов 5⋅104 Гр, с интенсивностью 98 Гр/с. Облучение проводят при нормальных климатических условиях, с температурой в активной зоне установке 40°С.

Далее полученную механоактивированную, а затем облученную экзотермическую смесь состава Ti+Al, представляющую собой механокомпозит с размерами 40-80 мкм с разупорядоченной переходной зоной на поверхностях раздела реагентов, засыпают в графитовый тигель. Затем с помощью лабораторного пресса механоактивированную облученную экзотермическую смесь состава Ti+Al уплотняют вместе с термопарой под давлением 2 МПа. После этого тигель с прессованной смесью и термопарой помещают в индуктор, находящийся в вакуумной камере, из-под которой откачивают воздух до давления 0,01 МПа. Потом в вакуумную камеру вводят аргон до давления 0,08 МПа. Затем, увеличивая мощность индуктора до 20%, уплотненную механоактивированную облученную экзотермическую смесь состава Ti+Al нагревают высокочастотным электромагнитным полем до температуры 1100-1350°С, путем разогрева графитового тигля, инициируя процесс самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. После этого выключают индуктор и осуществляют выдержку при этой температуре в течение времени, соответствующего образованию интерметаллидного сплава заданного состава, составляющего 2-7 мин. Конечным продуктом, реализующим предложенный способ, является интерметаллидный сплав γ-фазы TiAl с высокой степенью однородности структурных составляющих по всему объему сплава.

Таким образом, использование предлагаемого способа обеспечивает получение монофазного интерметаллидного сплава заданного состава с определенными свойствами; дополнительное воздействие гамма-облучения приводит к высокой степени однородности структурных составляющих по всему объему сплава.

Способ получения монофазного интерметаллидного сплава на основе титана, включающий механоактивационную обработку смеси порошков алюминия и титана, уплотнение, нагрев смеси порошков алюминия и титана высокочастотным электромагнитным полем и выдержку при этой температуре в течение времени, соответствующего образованию интерметаллидного сплава заданного состава, отличающийся тем, что после механоактивационной обработки проводят облучение смеси порошков алюминия в количестве 36 мас.% и титана в количестве 64 мас.% гамма-квантами источника кобальт-60 с интенсивностью 98 Гр/с, нагрев высокочастотным электромагнитным полем осуществляют до температуры 1100-1350°С, а выдержку при этой температуре производят в течение 2-7 мин.



 

Похожие патенты:

Настоящее изобретение относится к способу изготовления волоска для часового баланса, выполненного из ниобиево-титанового сплава, включающему в себя этап создания заготовки из ниобиево-титанового сплава, содержащего ниобий: остаток до 100 вес.%; титан от 40 до 60 вес.%; следы элементов из группы, включающей в себя O, H, C, Fe, Ta, N, Ni, Si, Cu, Al, каждый из которых присутствует в количестве от 0 до 1600 млн-1 по весу и общее количество которых составляет от 0 до 0,3 вес.%; этап β-закаливания указанной заготовки заданного диаметра, так чтобы титан указанного сплава находился в основном в форме твердого раствора с β-фазным ниобием, а содержание α-фазного титана было меньше или равно 5% по объему; по меньшей мере один этап деформации указанного сплава, чередующийся с по меньшей мере одним этапом термообработки, так чтобы полученный ниобиево-титановый сплав имел предел упругости, больший или равный 600 МПа, и модуль упругости, меньший или равный 100 ГПа, причем этап навивки для формирования волоска выполняют до этапа окончательной термообработки; перед этапом деформации этап нанесения на заготовку из сплава поверхностного слоя пластичного материала, например меди, для облегчения формования проволоки, причем толщину наносимого слоя пластичного материала выбирают такой, чтобы отношение площади пластичного материала к площади ниобиево-титанового сплава для данного поперечного сечения проволоки составляло меньше 1.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к деформируемым высокоэнтропийным сплавам, и может быть использовано для производства конструкций, работающих в условиях высоких температур в газотурбинных двигателях.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к титановому α-β сплаву, характеризующемуся высокой обрабатываемостью резанием. Титановый α-β сплав содержит, мас.%: Cu 0,1-2,0, Ni 0,1-2,0, Al 2,0-8,5, C 0,08-0,25, Cr 0-4,5 и/или Fe 0-2,5 при их суммарном содержании 1,0-7,0, Ti и неизбежные примеси – остальное.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам получения изделий из титанового сплава. Способ получения изделия из титанового сплава включает плавление шихтовых материалов с источником водорода, содержащим гидрид титана, с образованием расплава титанового сплава, разливку по меньшей мере части расплава с образованием гидрогенизированного слитка титанового сплава, деформирование гидрогенизированного слитка при температуре сначала в области β-фазы, а затем в области α+β+δ-фаз с образованием обработанного изделия, имеющего меньшую площадь поперечного сечения, чем площадь поперечного сечения гидрогенизированного слитка, и дегидрогенизацию обработанного изделия для снижения содержания водорода в обработанном изделии.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при производстве титана, легированного углеродными нанотрубками при камерном электрошлаковом переплаве (КЭШП) расходуемого электрода.

Изобретение относится к металлургии, а именно к области ультразвуковых технологических систем различного назначения, и может быть использовано для создания ультразвуковых электродов, обладающих высоким ресурсом работы.

Изобретение относится к металлургии, а именно Сплав на основе титана для изготовления волноводов высокоамплитудных акустических систем. Сплав на основе титана для изготовления волноводов высокоамплитудных акустических систем, содержит, мас.%: алюминий 5,8-8,0, молибден 2,8-3,8, цирконий 2,1-3,0, кремний 0,20-0,40, железо ≤0,3, кислород ≤0,15, углерод ≤0,1, водород ≤0,015, азот ≤0,05, титан - остальное, при этом он имеет равномерную, мелкодисперсную микроструктуру с размером зерна (0,5-5,0) мкм, содержащую равноосную α-фазу в количестве (40-80)% в трансформированной β-матрице без непрерывной сетки α-фазы на границах β зерен.

Изобретение относится к металлургии, а именно к ультразвуковым технологическим системам, и может быть использовано для создания ультразвуковых электродов, обладающих высоким ресурсом работы.

Настоящее изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к шихте для получения износостойкого материала методом СВС, включающей порошок титана, углеродсодержащий компонент - сажу, порошок меди, причем компоненты взяты в следующем соотношении, мас.%: 54-67 порошок титана, 9-13 сажа, 20-37 порошок меди.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к листовым материалам на основе титановых сплавов, которые пригодны для изготовления изделий методом низкотемпературной сверхпластической деформации (СПД) при температуре 775°С, и могут быть использованы как более дешевая альтернатива листовым полуфабрикатам, изготовленным из сплава Ti-6Al-4V.

Изобретение относится к изготовлению постоянных магнитов на основе сплавов Nd-Fe-B. Способ включает прессование заготовок, их механическую обработку, нанесение на поверхность слоя алюминия толщиной 10-15 мкм холодным газодинамическим напылением и термообработку в расплаве солей с последующим охлаждением.
Изобретение относится к изготовлению компонента газотурбинного двигателя из металлического порошка. Способ включает аддитивное изготовление компонента и его термическую обработку.
Изобретение относится к изготовлению детали из порошка титанового сплава. Способ включает изготовление спеченной преформы, имеющей плотность 80-95% от теоретически максимальной плотности, отделение от спеченной преформы части, имеющей объем, превышающий объем детали, и форму, отличающуюся от близкой к заданной форме детали, термоциклирование упомянутой части спеченной преформы при ее сверхпластической деформации, обеспечение фазового превращения сплава между двумя твердыми фазами α и β с получением детали, имеющей форму, близкую к заданной форме, и плотность, составляющую 99-100% от теоретически максимальной плотности, и обработку детали с получением окончательно заданной формы детали.

Изобретение относится к области машиностроения и предназначено для использования в узлах трения без дополнительной смазки и при высоких температурах. Способ изготовления гибкой ленты тонколистового антифрикционного материала для узла трения без дополнительной смазки включает проведение укладки металлической сетки в виде гибкой металлической ленты в пресс-форму по фторопластовой прокладке, размещение в каждой ячейке металлической сетки по стальному шарику, нанесение слоя фторопласта-4 по поверхности уложенных шариков и разравнивание его.

Изобретение относится к области металлургии и может применяться для горячего цинкования металлических изделий, а именно к таблеткам для легирования расплава цинка в процессе горячего цинкования.

Изобретение относится к получению изделий из твердого сплава на основе карбида вольфрама. Способ включает спекание порошка в печи при температуре в диапазоне от 1360 до 1550°C с получением изделия и его охлаждение.

Группа изобретений относится к изготовлению высокоточных спеченных деталей медицинского протеза. Способ состоит из следующих этапов: получение файла, содержащего геометрическое описание заданной формы изготавливаемой спеченной детали, выполнение по полученному файлу наращивания порошковым материалом определенных участков детали из сплава хрома и кобальта, спекание нарощенной детали для получения спеченной детали, промежуточная тепловая обработка спеченной детали, включающая нагревание спеченной детали до температуры 1000°С, последующее охлаждение нагретой спеченной детали при комнатной температуре и фрезерование выбранных участков спеченной детали после промежуточной тепловой обработки.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к изготовлению высокоточных изделий. Заготовка для инструмента изготовлена из дисперсионно-упрочненного сплава Fe-Co-Mo/W-N, содержащего, мас.%: кобальт 15,0 до 30,0, молибден до 20,0, вольфрам до 25,0, при этом (Мо+W/2) 10,0 до 22,0, азот 0,005 до 0,12, железо и примеси - остальное.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к электроимпульсной обработке твердосплавных пластин режущего инструмента, и может быть использовано в металлообрабатывающей, машиностроительной и инструментальной отраслях промышленности.

Изобретение относится к области упрочняющей обработки изделий из твердых сплавов. Техническим результатом изобретения является повышение ресурса работы инструментов, деталей машин и механизмов, работающих в условиях резания, трения и абразивного износа.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению монофазных интерметаллидных сплавов, и может быть использовано в атомной, энергетической, авиационной и аэрокосмической промышленности в качестве базовых композиционных материалов при производстве изделий и покрытий, работающих в области высоких температур, Способ получения монофазного интерметаллидного сплава на основе титана включает механоактивационную обработку смеси порошков алюминия и титана, уплотнение, нагрев смеси порошков алюминия и титана высокочастотным электромагнитным полем и выдержку при этой температуре в течение времени, соответствующего образованию интерметаллидного сплава заданного состава. После механоактивационной обработки проводят облучение смеси алюминия в количестве 36 мас. и титана в количестве 64 мас. гамма-квантами источника кобальт-60 с интенсивностью 98 Грс, нагрев высокочастотным электромагнитным полем осуществляют до температуры 1100-1350°С, а выдержку при этой температуре производят в течение 2-7 мин. Обеспечивается получение монофазного интерметаллидного сплава TiAl заданного состава с высокой степенью однородности структурных составляющих по всему объему сплава. 1 пр.

Наверх