RU2038192C1

RU2038192C1 - Method for production of composite materials containing aluminium and titanium

Info

Publication number: RU2038192C1
Authority: RU
Inventors: Венера Мидхатовна Валитова; Дмитрий Дмитриевич Афоничев; Александр Михайлович Казаков; Мария Александровна Мурзинова
Original assignee: Венера Мидхатовна Валитова; Дмитрий Дмитриевич Афоничев; Александр Михайлович Казаков; Мария Александровна Мурзинова
Priority date: 1992-03-13
Filing date: 1992-03-13
Publication date: 1995-06-27

Abstract

FIELD: production of composite material containing aluminium and titanium. SUBSTANCE: method includes hot molding of titanium powder cladded with aluminium of the following composition, mas.$: titanium 37-50; aluminium 50-63, at temperature of 630-650 C and holding at this temperature for 0.5-1.5 h. EFFECT: higher efficiency.

Description

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.The invention relates to powder metallurgy, in particular to the production of an alloy using composite powder, and can be used to obtain parts of various shapes from intermetallic Al ₃ Ti, which can be used in mechanical engineering and aircraft manufacturing.

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.A method of producing an aluminum alloy (1), comprising compressing powders of titanium, aluminum and titanium aluminide conducted first at 420-500 ^{° C} and then at 450-600 ^{° C,} a subsequent annealing at 520-600 ^{° C,} shaping at 420-500 ^о С and further annealing for the synthesis of titanium aluminide at 620-950 ^о С. Moreover, all operations with a mixture of powders are carried out in a vacuum capsule.

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.The method allows to obtain an alloy which has the following properties: a tensile strength of 42-70 kgf / mm ² ^at 20 ° C and 6-24 kg / mm ² at 800 ° ^C Elongation ^at 20 ° C is 0.7-1 , 5% yield strength at ^about 20 C 40-62 kgf / mm ^2.

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. A complex and multi-stage technology for producing an alloy according to the described method involves the use of titanium and aluminum powders and the presence of titanium aluminide. Despite the application in the process of vacuum, the oxide films contained in the initial powders affect the operational properties of the final alloy.

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.A method of producing aluminum-titanium alloy comprising aluminum melt superheating to ^about 950-970 C and administering it in admixture with cryolite titanium dioxide powder with a particle size of 0,03-0,4 mm. The mixture was introduced in small portions, reduced to titanium dioxide of titanium, and, after reacted the whole composition, the melt at a temperature of 950 ^C is poured into a metal mold. The result is an alloy containing titanium trialuminide with a linear size of the intermetallic compound Al ₃ Ti, equal to 1-2 microns.

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. The method requires the use of high temperatures necessary for overheating of the molten aluminum. The method does not involve the use of an inert atmosphere in the manufacturing process of the alloy, which will entail intense oxidation of aluminum. In addition, the introduction of titanium dioxide and cryolite into the melt, necessary for its reduction, causes an additional oxygen input, as well as the introduction of undesirable reaction products into the alloy.

Цель повышение эксплуатационных свойств сплавов системы титан-алюминий за счет использования интерметаллидных соединений при одновременном упрощении технологии их получения. The goal is to increase the operational properties of alloys of the titanium-aluminum system through the use of intermetallic compounds while simplifying the technology for their preparation.

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.There are three intermetallic compounds of the Al-Ti system; all of them are characterized by high specific strength under conditions of high-temperature creep. Of these, Al ₃ Ti has been less studied than others, although it is promising for high-temperature structures. Disadvantages are the low ductility material destruction at a temperature of <200 ^{° C} brittle, higher elongation does not exceed 1% Low ductility Al ₃ Ti does not allow to use it as a construction material.

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.A method for producing an alloy of the system titanium-aluminum, comprising first compacting composite powder containing aluminum and titanium, to a density of 93-97% and then heating the compact under pressure to 630-650 ^{° C} and held for the time determined taking into account the rate of formation of intermetallic compounds . As a composite powder, particles of titanium are taken, coating with aluminum at a mass content of titanium equal to 37-50% and aluminum 50-63%. As a result of the solid-phase reaction, an alloy is obtained containing either a pure phase of titanium trialuminide or an intermetallic compound in an alloy with titanium.

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.The composite powder with dispersity up to 100 microns, which is clad with aluminum, titanium, substantially free of oxide films, compacted at a temperature of 500 ^{° C} and carried morphogenesis. Compaction can be carried out simultaneously with shaping, for example, in the manufacture of an article, or shaping after compaction, for example, in the manufacture of a sheet by rolling a compact. Compact heated at 630-650 ^C for 0.5-1.5 hours under a pressure of about 10 kg / mm ^2. The result is a part from intermetallic Al ₃ Ti. The alloy may contain up to 10% of unreacted titanium, depending on the composition of the initial composite powder.

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.PRI me R. To obtain an alloy containing Al ₃ Ti, a dark gray powder with a dispersion of 80 μm is used, which is titanium particles clad with aluminum and containing 62.3 wt. aluminum, titanium rest. The powder is compacted at a pressure of 50 kg / mm ² at room temperature. The resulting compact is set in the mold and under pressure of 9 kg / mm ² produce heating to 650 ^{° C,} kept at this temperature for 1 hour. At the same time there is an interaction of a highly oriented pyrolytic aluminum with titanium to form the intermetallic compound Al ₃ Ti. The resulting material has a compressive strength at room temperature, σ ₅₉ kg / mm ^2, and at T 800 ^C material deforms more than 50% without destruction.

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.The proposed method for the manufacture of the alloy allows to obtain the intermetallic Al ₃ Ti at low temperatures to the melting temperature of aluminum. The absence of oxide films on titanium and aluminum, which is provided in the preparation of the composite powder, lowers the temperature of beginning the titanium reacted with the aluminum to form an intermetallic compound to 630 ° ^C. This makes it possible to produce simultaneous shaping with heat treatment in order to obtain details of the intermetallic compound. The advantages of the method are the low process temperatures, the uniformity of the chemical composition in terms of material volume, which is a serious problem in the production of intermetallic compounds by casting technology. The method allows to obtain intermetallic compounds of a given chemical composition, varying the ratio of metals in the initial composite powder, any Ti-Al system intermetallic compound can be obtained.

Claims

METHOD FOR PRODUCING COMPOSITE MATERIALS CONTAINING ALUMINUM AND TITANIUM, comprising hot pressing a metal-clad powder based on titanium, characterized in that the use of titanium powder clad with aluminum of the following composition, wt.

Titanium 37 50
Aluminum 50 63
pre-compacted from it semi-finished products, and hot pressing is carried out by heating the semi-finished products to 630 650 ^o With and holding at this temperature 0.5 to 1.5 hours