RU2064020C1 - Литой аморфный сплав и способ изготовления литых аморфных изделий из этого сплава - Google Patents
Литой аморфный сплав и способ изготовления литых аморфных изделий из этого сплава Download PDFInfo
- Publication number
- RU2064020C1 RU2064020C1 RU94010735A RU94010735A RU2064020C1 RU 2064020 C1 RU2064020 C1 RU 2064020C1 RU 94010735 A RU94010735 A RU 94010735A RU 94010735 A RU94010735 A RU 94010735A RU 2064020 C1 RU2064020 C1 RU 2064020C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- alloys
- alloy
- zirconium
- titanium
- impurities
- Prior art date
Links
Landscapes
- Continuous Casting (AREA)
Abstract
Использование: металлургия литейных цветных сплавов, а именно литейных аморфных сплавов, содержащих медь, титан, цирконий и никель, и способы получения из них изделий. Изобретение описывает литой сплав, содержащий медь, титан и цирконий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит никель при следующем соотношении компонентов в ат. %: медь 41-53, титан 24-37, цирконий 12-25, никель 1-11, а также способ изготовления литых аморфных изделий из этого сплава, включающий сплавление компонентов и литье под давлением с последующим охлаждением. Способ отличается от известных тем, что в качестве компонентов для плавки можно использовать более загрязненные примесями материалы, а именно со следующим содержанием примесей в ат. %: кислород - не более 0,8, азот - не более 0,6, углерод - не более 0,8, кремний - не более 0,5, железо - не более 0,6, молибден - не более 0,4, ниобий - не более 0,6, вольфрам - не более 0,4, остальные примеси - не более 1, при этом перегрев расплава осуществляют на 100-300oС выше температуры солидус сплава, литье проводят при остаточном давлении воздуха не более 10 Па и скорости охлаждения не менее 1000 град./сек. Изобретение позволяет изготавливать методами литья под давлением режущий инструмент, например медицинский. Особенностью заявляемых сплавов является сочетание низкого модуля Юнга 70-90 ГПа с высокими значениями упругой деформации 1-2%. 1 табл.
Description
Изобретение относится к области металлургии литейных цветных сплавов, а именно к литейным аморфным сплавам, содержащим медь, титан, цирконий и никель.
Аморфные сплавы не имеют дальнего порядка в расположении атомов, что обуславливает особый комплекс физических свойств. Одной из особенностей аморфных сплавов является их полная гомогенность, в то время как обычные кристаллические сплавы содержат протяженные и объемные дефекты в виде границ зерен, выделений примесных и структурных составляющих. При заточке и эксплуатации материалов в качестве режущего инструмента их несовершенства являются потенциальными местами их преждевременного разрушения и с этой точки зрения гомогенные аморфные сплавы являются идеальным материалом для режущего инструмента.
В настоящее время известно использование аморфных сплавов в различных областях применения. Наиболее широко аморфные сплавы используются в качестве магнитомягких материалов для промышленности и бытовой техники. Также аморфные сплавы используются как припои, наполнители композиционных материалов и для других целей.
Наиболее эффективной областью применения аморфных сплавов, учитывая, что они термически нестабильны, являются умеренные условия их эксплуатации, при которых не происходит значительного разогрева режущей кромки, например их можно было бы использовать в качестве хирургического инструмента.
Однако до настоящего времени аморфные сплавы не нашли применения в качестве режущего хирургического инструмента. Это в первую очередь связано с тем, что при толщинах хирургического инструмента от нескольких десятых до нескольких миллиметров, из-за относительно низких скоростей охлаждения расплава менее 104 град. С/с при изготовлении инструмента в аморфном состоянии нельзя получить известные сплавы со свойствами, предъявляемыми к режущему инструменту.
Для получения сплавов в аморфном состоянии используются различие методы, среди которых наиболее распространен метод литья расплава на металлический блок. При соприкосновении жидкого металла с закалочным блоком достигаются высокие скорости охлаждения расплава, необходимые для подавления процессов кристаллизации и получения сплава в аморфном состоянии. В настоящее время при скоростях охлаждения расплава 105 106 град. С/с получают сплавы в аморфном состоянии в виде изделий с толщиной до 100 мкм.
Известны сплавы, обладающие большой склонностью к аморфизации, содержащие благородные металлы и неметаллы, например сплав палладия с 16 ат. кремния и 6 ат. меди (см. Аморфные металлические сплавы. Под ред. Люборского Ф. Е. М. Металлургия, 1987). Однако ввиду высокой стоимости благородных металлов и низкой твердости сплавов (твердость по Виккерсу HV 3-4 ГПа при необходимой твердости для медицинских сталей 6,0-6,8 ГПа) они не представляют интереса для широкого использования их в качестве хирургического инструмента.
Наиболее близкими по своей технической сущности являются сплавы, принадлежащие к системе медь-титан-цирконий, которые, будучи помещенными на тройную диаграмму состояния, принадлежат области, ограниченной четырехугольником, имеющим вершины в ат. 64Zr-1Ti-35Cu, 31Zr-1Ti-68Cu, 1Zr-32Ti-67Cu (см. патент США, N 4126449, МКИ С 22 С 14/00, 1978). Указанные сплавы выбраны в качестве прототипа и имеют следующий состав в ат.
медь 35 68
титан 1 32
цирконий 1 64
Эти сплавы в аморфном состоянии были предложены для изготовления прецизионных резисторов и обладают высокой твердостью. Так, сплав по патенту США (наиболее близкий по составу к заявленному), имеющий состав в ат. 50Cu-25Ti-25Zr, обладает твердостью HV 6,13 ГПа и критической скоростью охлаждения для получения аморфного состояния (Vкр) > 104 град. С/с.
титан 1 32
цирконий 1 64
Эти сплавы в аморфном состоянии были предложены для изготовления прецизионных резисторов и обладают высокой твердостью. Так, сплав по патенту США (наиболее близкий по составу к заявленному), имеющий состав в ат. 50Cu-25Ti-25Zr, обладает твердостью HV 6,13 ГПа и критической скоростью охлаждения для получения аморфного состояния (Vкр) > 104 град. С/с.
В этом же патенте приведен способ получения аморфных изделий, а именно прецизионных резисторов, взятый в качестве прототипа для способа получения изделий по настоящему изобретению, который заключается в сплавлении порошков или гранул исходных компонентов в вакуумированной кварцевой ампуле и охлаждении путем выдавливания расплава на быстровращающийся медный диск (метод спиннингования расплава). При этом получали аморфные протяженные изделия типа лент. Скорость охлаждения расплава составляла более 105 град.С/с. Известные аморфные сплавы, изготовленные согласно прототипу методом спиннингования расплава, ввиду физических ограничений этого метода могут быть получены с малой толщиной около 50 мкм. В таком виде они не могут найти широкого применения в качестве режущего инструмента.
Недостатком известных сплавов является то, что при использовании методов литья под давлением, позволяющих получать изделия с большей толщиной, склонность к аморфизации этих сплавов оказалась недостаточной. Так, при изготовлении из сплава-прототипа относительно тонких заготовок сменных скальпелей толщиной 0,4 мм в отдельных местах наблюдались выделения кристаллической фазы, которая выкрашивалась при заточке и резании.
Кроме того, для приготовления сплавов-прототипов использовались компоненты технической чистоты, что сужает возможности сырьевой базы для приготовления сплавов.
В связи с этими недостатками прототипа была поставлена цель разработать сплавы, которые при высокой твердости обладали бы такой склонностью к аморфизации, которая бы позволила изготавливать из них методами литья под давлением аморфные изделия толщиной 0,4 и более миллиметров.
Также была поставлена цель использовать для приготовления сплавов по изобретению материалы с чистотой меньшей, чем это принято для технически чистых материалов.
Это особенно важно при использовании предлагаемой технологии литья под давлением, т.к. это дает возможность многократно использовать для приготовления сплавов пресс-остатки и литники, которые составляют значительную часть от веса отливки. Кроме того, это дает возможность использовать отходы и вторичное сырье других производств.
Указанные цели достигаются при использовании сплава, содержащего медь, титан и цирконий, который дополнительно легирован никелем при следующем соотношении компонентов в ат.
медь 41 53
титан 24 37
цирконий 12 25
никель 1 11
Указанные пределы в вес. имеют следующие значения: для меди от 39,9 до 54,8, для титана от 17,2 до 29,3, для циркония от 17,5 до 35,0 и для никеля от 0,9 до 10,6.
титан 24 37
цирконий 12 25
никель 1 11
Указанные пределы в вес. имеют следующие значения: для меди от 39,9 до 54,8, для титана от 17,2 до 29,3, для циркония от 17,5 до 35,0 и для никеля от 0,9 до 10,6.
Сплавы могут также содержать следующие примеси в ат.
кислород не более 1,0
азот не более 0,8
углерод не более 1,0
кремний не более 0,5
железо более 0,6
молибден не более 0,5
ниобий не более 0,6
вольфрам не более 0,5
Остальные примеси, как в обычных технически чистых металлах, суммарно - не более 1. В число примесей не входят традиционно сопутствующие металлы: для никеля кобальт до 0,8 ат. для циркония гафний до 0,5 ат.
азот не более 0,8
углерод не более 1,0
кремний не более 0,5
железо более 0,6
молибден не более 0,5
ниобий не более 0,6
вольфрам не более 0,5
Остальные примеси, как в обычных технически чистых металлах, суммарно - не более 1. В число примесей не входят традиционно сопутствующие металлы: для никеля кобальт до 0,8 ат. для циркония гафний до 0,5 ат.
Способ изготовления литых аморфных изделий из сплава по настоящему изобретению, включающий сплавление компонентов и литье под давлением с последующим охлаждением, отличается от прототипа тем, что в качестве компонентов для приготовления сплавов могут использоваться материалы (металлы и лигатуры) с содержанием примесей в ат.
кислород не более 0,8
азот не более 0,6
углерод не более 0,8
кремний не более 0,5
молибден не более 0,4
ниобий не более 0,6
вольфрам не более 0,4
остальные элементы не более 1,
при этом перегрев расплава осуществляют на 100-300oС выше температуры солидус сплавов, литье проводят при остаточном давлении воздуха не более 10 Па и скорости охлаждения не менее 1000 град. С/сек.
азот не более 0,6
углерод не более 0,8
кремний не более 0,5
молибден не более 0,4
ниобий не более 0,6
вольфрам не более 0,4
остальные элементы не более 1,
при этом перегрев расплава осуществляют на 100-300oС выше температуры солидус сплавов, литье проводят при остаточном давлении воздуха не более 10 Па и скорости охлаждения не менее 1000 град. С/сек.
Введение в сплавы никеля в количестве 1-11 ат. и выбор определенного соотношения компонентов позволяет повысить склонность к аморфизации известных сплавов, а также увеличить их прочностные характеристики. Так, уже при содержании никеля 2 ат. сплав 49Cu-34Ti-15Zr-2Ni обладает твердостью HV=6,5 ГПа и критической скоростью аморфизации Vkp=7000 град.С/с. При дальнейшем увеличении содержания никеля до 5-11 ат. характеристики сплавов при незначительном снижении твердости до 6,0-6,3 ГПа были существенно лучше и достигали значений Vkp= 1000-3000 град. С/с, и, таким образом, заявляемые сплавы по склонности к аморфизации имеют существенные преимущества перед сплавами по прототипу.
Температура кристаллизации сплавов (Тх) составляет 430-490oС. Изотермические отжиги показали, что сплавы сохраняют аморфное состояние при температуре 400oС в течение от 10 мин до 1 часа и время возрастает по экспоненте при снижении температуры, достигая при 250oС значения 100-1000 часов.
Экстраполяция до температуры 50oС дает значение порядка 1000 лет, что указывает на высокую термическую стабильность заявляемых аморфных сплавов для умеренных условий эксплуатации.
Сплавы, как показали испытания при температуре 80oС и в условиях I00% влажности, являются коррозионностойкими.
Особенностью заявляемых сплавов является сочетание низкого модуля Юнга 70-90 ГПа с высоким значением упругой деформации 1-2% что позволяет рассматривать эти сплавы, кроме указанной области применения, как перспективный пружинный материал.
Также возможно использование сплавов как высокопрочного материала с временным сопротивлением отрыву 1-2 ГПа.
Заявленные сплавы имеют низкую температуру плавления около 820oС, что позволяет использовать их в аморфном и кристаллическом состоянии в качестве припойного материала.
Для лучшего понимания изобретения приведены примеры, которые сведены в таблицу. В таблице приведены составы сплавов по изобретению, выходящие за пределы изобретения, в том числе прототип, технология получения аморфных изделий и их свойства.
Пример 1. Для приготовления сплавов, составы которых приведены в таблице за NN 5,6,9,10,12,15, в качестве шихтовых материалов использовали материалы технической чистоты (содержание примесей менее 0,5 ат.): медь марки М1, титан марки BT1-O, цирконий марки Э-100, никель марки Н-1.
Сплавление компонентов проводили в дуговой печи с нерасходуемым вольфрамовым электродом в атмосфере аргона на водоохлаждаемом медном поду.
Полученный слиток разливали на машине литья под давлением марки СВ-71109 при остаточном давлении 6 Па в виде набора пластин толщиной 0,4 мм, 0,5 мм, 0,6 мм, 0,8мм, 1,0 мм, 1,5 мм и 2,0 мм, шириной 10 мм и длиной 80 мм.
В качестве закалочного блока использовали пресс-формы из низкоуглеродистой стали. Перегрев расплава выше температуры плавления перед разливкой составлял около 200oС.
Содержание примесей в полученных аморфных пластинах было следующим, ат. 0-0,1, N-0,1, С-0,2, Si-0,05, Fe-0,1, Мо-менее 0,05, Nb-менее 0,05, W-0,15. Содержание остальных примесей не более 0,3 ат.
Рентгеноструктурные исследования показали, что все пластины толщиной до 2 мм в среднем сечении по толщине являются аморфными с незначительным количеством кристаллической фазы, появление которой было зафиксировано при толщине более 0,6 мм.
Расчетная скорость охлаждения для толщины 0,6 мм составила 4000 град./с.
Твердость аморфных пластин, определенная методом Виккерса,при нагрузке 200 г cоставила 6,3 ГПа.
Температура кристаллизации аморфного сплава (Тх), определенная методом ДТА при скорости нагрева 80 град./мин по началу пика тепловыделения, составила 462oС.
Пример 2. Для приготовления сплавов, имеющих составы, приведенные в таблице за NN 7,8,11,13,14, использовали медь марки МЗ, отходы в виде титановой и циркониевой (сплав Э-125) стружки, никель марки Н-4. Усредненное значение примесей в исходных материалах составило в ат. 0-0,7, N-0,5, С-0,8, Si-0,4, Fe-0,6, Мо-0,2, Nb-0,5, W-менее 0,05, остальные примеси 0,6.
После сплавления исходных материалов в дуговой печи и многократной разливки на машине литья под давлением содержание примесей в аморфных пластинах было повышено до значений в ат. 0-0,9, N-0,6, С-0,8, Si-0,3, Fe-0,6, Мо-0,2, Nb-O,4, W-0,2, остальные примеси 0,7.
Характеристики сплава были следующими: толщина пластины в аморфном состоянии 0,4 мм (Vkp=7000 град./с), HV=6,5 ГПа и Тх=451oС.
Пример 3. Для приготовления отливки сплава-прототипа и сплавов с пределами, выходящими за заявленные пределы (см. таблицу NN 1,2,3,4), были использованы исходные материалы, схема изготовления и методики исследования такие же, как в примере 1.
Содержание примесей в полученных аморфных пластинах было следующим, ат. 0-0,1, N-0,1, С-0,1, Si-0,05, Fe-0,1, Менее 0,05, Nb-менее 0,05, W-0,15. Содержание остальных примесей не более 0,3 ат.
Исследования показали, что все пластины содержали кристаллическую фазу и таким образом Vrk для этого сплава составляет ≥ 104град.С/с.
Рассмотрение данных, приведенных в таблице, показывает, что заявленные материалы позволяют изготовить гомогенные аморфные пластины, которые являются идеальными для применения их в качестве режущего хирургического инструмента. ТТТ1
Claims (1)
1. Литой аморфный сплав, содержащий медь, титан и цирконий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит никель при следующем соотношении компонентов, мас.
Медь 41,0 53,0
Титан 24,0 37,0
Цирконий 12,0 25,0
Никель 1,0 11,0
2. Способ изготовления изделий из литого аморфного сплава, включающий сплавление компонентов, литье под давлением и охлаждение со скоростью не менее 1000 град/с, отличающийся тем, что сплавляют медь, титан, цирконий и никель с содержанием примесей, ат.
Титан 24,0 37,0
Цирконий 12,0 25,0
Никель 1,0 11,0
2. Способ изготовления изделий из литого аморфного сплава, включающий сплавление компонентов, литье под давлением и охлаждение со скоростью не менее 1000 град/с, отличающийся тем, что сплавляют медь, титан, цирконий и никель с содержанием примесей, ат.
Кислород не более 0,8
Азот не более 0,6
Углерод не более 0,8
Кремний не более 0,5
Железо не более 0,6
Молибден не более 0,4
Ниобий не более 0,6
Вольфрам не более 0,4
Остальные примеси не более 1,0
при перегреве расплава на 100-300oС выше температуры солидус сплава и литье проводят при остаточном давлении воздуха не более 10 Па.
Азот не более 0,6
Углерод не более 0,8
Кремний не более 0,5
Железо не более 0,6
Молибден не более 0,4
Ниобий не более 0,6
Вольфрам не более 0,4
Остальные примеси не более 1,0
при перегреве расплава на 100-300oС выше температуры солидус сплава и литье проводят при остаточном давлении воздуха не более 10 Па.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU94010735A RU2064020C1 (ru) | 1994-03-30 | 1994-03-30 | Литой аморфный сплав и способ изготовления литых аморфных изделий из этого сплава |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU94010735A RU2064020C1 (ru) | 1994-03-30 | 1994-03-30 | Литой аморфный сплав и способ изготовления литых аморфных изделий из этого сплава |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU94010735A RU94010735A (ru) | 1995-10-27 |
RU2064020C1 true RU2064020C1 (ru) | 1996-07-20 |
Family
ID=20154050
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU94010735A RU2064020C1 (ru) | 1994-03-30 | 1994-03-30 | Литой аморфный сплав и способ изготовления литых аморфных изделий из этого сплава |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2064020C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103866156A (zh) * | 2014-04-03 | 2014-06-18 | 东莞台一盈拓科技股份有限公司 | 铜基合金锭及其制备方法和制得的铜基非晶合金 |
RU2808479C1 (ru) * | 2023-09-06 | 2023-11-28 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Аморфный термостабильный сплав с высоким коэффициентом тензочувствительности на основе циркония в виде ленты |
-
1994
- 1994-03-30 RU RU94010735A patent/RU2064020C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Патент США N 4126449, кл. С 22 С 9/00, 14/00, 1978. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103866156A (zh) * | 2014-04-03 | 2014-06-18 | 东莞台一盈拓科技股份有限公司 | 铜基合金锭及其制备方法和制得的铜基非晶合金 |
CN103866156B (zh) * | 2014-04-03 | 2016-08-24 | 东莞台一盈拓科技股份有限公司 | 铜基合金锭及其制备方法和制得的铜基非晶合金 |
RU2808479C1 (ru) * | 2023-09-06 | 2023-11-28 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Аморфный термостабильный сплав с высоким коэффициентом тензочувствительности на основе циркония в виде ленты |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3989517A (en) | Titanium-beryllium base amorphous alloys | |
JP4190720B2 (ja) | 多元合金 | |
US20020159914A1 (en) | High-entropy multielement alloys | |
US5578144A (en) | High-strength, high-ductility cast aluminum alloy and process for producing the same | |
JP2005504882A (ja) | バルク凝固非晶質合金組成物を改良する方法及びそれから作られた鋳造品 | |
JP3142659B2 (ja) | 高力、耐熱アルミニウム基合金 | |
JPH03500188A (ja) | 酸化物分散硬化焼結合金の製造方法 | |
US4059441A (en) | Metallic glasses with high crystallization temperatures and high hardness values | |
US4400208A (en) | Process for the production of iron, phosphorus, carbon and chromium based amorphous metal alloys, and the alloys obtained | |
JP2911708B2 (ja) | 高強度、耐熱性急冷凝固アルミニウム合金及びその集成固化材並びにその製造方法 | |
RU2064020C1 (ru) | Литой аморфный сплав и способ изготовления литых аморфных изделий из этого сплава | |
US4133681A (en) | Nickel-refractory metal-boron glassy alloys | |
US4210443A (en) | Iron group transition metal-refractory metal-boron glassy alloys | |
US4385934A (en) | Austenitic iron alloys having yttrium | |
EP0002923A1 (en) | Iron group transition metal-refractory metal-boron glassy alloys | |
WO1996030552A1 (en) | Castable gamma titanium-aluminide alloy containing niobium, chromium and silicon | |
JPS6369934A (ja) | 電子部品構成用銅合金及びその製造方法 | |
TW567230B (en) | High-entropy multi-elements alloys | |
USRE30080E (en) | Titanium-beryllium base amorphous alloys | |
US4014688A (en) | Contact material for high-power vacuum circuit breakers | |
JP2697242B2 (ja) | 冷却能の高いCu合金製連続鋳造鋳型材およびその製造法 | |
US3993481A (en) | Contact material for high-power vacuum circuit breakers | |
NL2035024B1 (en) | LA-ELEMENT MICRO-ALLOYED AlCrFeNiTi SERIES BULK ALLOY WITH HIGH CORROSION RESISTANCE AND WEAR RESISTANCE, AND PREPARATION METHOD THEREFORE AND APPLICATIONS THEREOF | |
JPH1171602A (ja) | 微細な凹凸部を有する部品の製造方法 | |
EP0285128B1 (en) | Manufacturing method for high hardness member |