RU2370350C1 - Method of producing composite titanium-aluminium material - Google Patents
Method of producing composite titanium-aluminium material Download PDFInfo
- Publication number
- RU2370350C1 RU2370350C1 RU2008111658/02A RU2008111658A RU2370350C1 RU 2370350 C1 RU2370350 C1 RU 2370350C1 RU 2008111658/02 A RU2008111658/02 A RU 2008111658/02A RU 2008111658 A RU2008111658 A RU 2008111658A RU 2370350 C1 RU2370350 C1 RU 2370350C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- aluminum
- titanium
- layer
- thickness
- plate
- Prior art date
Links
Landscapes
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии получения композиционных материалов с особыми тепловыми свойствами с помощью энергии взрывчатых веществ и может быть использовано при изготовлении теплообменной аппаратуры, теплозащитных экранов и т.п.The invention relates to a technology for producing composite materials with special thermal properties using the energy of explosives and can be used in the manufacture of heat exchange equipment, heat shields, etc.
Известен способ изготовления теплообменных композиционных элементов, в том числе с использованием титана и алюминия, при котором производят сборку пакета из свариваемых пластин и их сварку взрывом, затем полученные двух- и трехслойные заготовки прокатывают до требуемой величины, при необходимости прокатанные листы подвергают формоизменению методом листовой штамповки, вытяжки, гибки и т.п. для получения теплозащитных элементов заданной формы. После этого производят высокотемпературный нагрев для образования в зонах соединения разнородных металлов промежуточных диффузионных прослоек в виде сложных химических соединений, в основном интерметаллидов, обладающих неметаллическими свойствами и низкой теплопроводностью (Трыков Ю.П., Писарев С.П. Изготовление теплообменных композиционных элементов с помощью взрывных технологий./Сварочное производство. 1998, №6, с.34-35).A known method of manufacturing heat-exchange composite elements, including using titanium and aluminum, in which the package is assembled from welded plates and explosion-welded, then the obtained two- and three-layer billets are rolled to the required size, if necessary, the rolled sheets are subjected to forming by sheet metal stamping hoods, bending, etc. to obtain heat-protective elements of a given shape. After that, high-temperature heating is performed to form intermediate diffusion layers in the joints of dissimilar metals in the form of complex chemical compounds, mainly intermetallic compounds with nonmetallic properties and low thermal conductivity (Trykov Yu.P., Pisarev S.P. Production of heat-exchange composite elements using explosive technologies. / Welding production. 1998, No. 6, p. 34-35).
Недостатком данного способа является малое термическое сопротивление композиционного материала при направлении теплопередачи поперек слоев из-за малой суммарной толщины интерметаллидных прослоек, а также высокая теплопроводность композита при направлении теплопередачи вдоль слоев, что во многих теплообменных устройствах является нежелательным, а это ограничивает технологические области применения данного способа.The disadvantage of this method is the low thermal resistance of the composite material in the direction of heat transfer across the layers due to the small total thickness of the intermetallic layers, as well as the high thermal conductivity of the composite in the direction of heat transfer along the layers, which is undesirable in many heat exchangers, and this limits the technological areas of application of this method .
Наиболее близким по техническому уровню и достигаемому результату является способ получения композиционного материала алюминий-титан в виде пластин с повышенными теплоизоляционными свойствами, при котором составляют пакет из слоев алюминия и титана, размещают над ним заряд взрывчатого вещества, осуществляют сварку взрывом при отношении удельной массы заряда взрывчатого вещества к удельной массе алюминиевого слоя, равном 1,11-5,0. При этом используют заряд взрывчатого вещества со скоростью детонации, равной 2250-3300 м/с. После сварки пакет подвергают отжигу путем нагрева до температуры, превышающей температуру плавления алюминия в 1,06-1,14 раза, в течение 0,5-2 часов с формированием при этом сплошной теплозащитной интерметаллидной прослойки с последующим обжатием пакета стальными пуансонами на 20-50% толщины алюминиевого слоя и одновременной его кристаллизацией (Патент РФ №2255849, МПК 7 В23К 20/08, В32В 15/01, опубл. в БИ №19 10.07.05).The closest in technical level and the achieved result is a method of producing an aluminum-titanium composite material in the form of plates with improved thermal insulation properties, in which a package of layers of aluminum and titanium is made, an explosive charge is placed over it, and explosion welding is performed with respect to the specific mass of the explosive charge substances to the specific gravity of the aluminum layer equal to 1.11-5.0. In this case, an explosive charge is used with a detonation velocity equal to 2250-3300 m / s. After welding, the package is annealed by heating to a temperature exceeding the melting temperature of aluminum by 1.06-1.14 times, for 0.5-2 hours with the formation of a continuous heat-protective intermetallic layer with subsequent compression of the package with steel punches for 20-50 % of the thickness of the aluminum layer and its simultaneous crystallization (RF Patent No. 2255849, IPC 7 V23K 20/08, V32V 15/01, published in BI No. 19 07/10/05).
Данный способ имеет невысокий технический уровень, что обусловлено наличием в его технологической схеме операции обжатия пакета стальными пуансонами на 20-50% толщины алюминиевого слоя, что приводит к увеличению доли алюминия, идущей в отходы. Кроме того, при получении композиционного материала данным способом на стадии высокотемпературного отжига требуется затрачивать много времени на единицу толщины формируемой теплозащитной интерметаллидной прослойки. Толщина получаемой интерметаллидной прослойки по данному способу не превышает 26-30 мкм, что при изготовлении ряда изделий из этого композиционного материала не обеспечивает достаточно высокого термического сопротивления при направлении теплопередачи поперек слоев. Теплопроводность композиционного материала вдоль слоев высокая благодаря наличию в составе композита алюминиевого слоя, что в ряде теплообменных устройств является крайне нежелательным. Все это снижает эффективность использования данного способа получения композиционного материала алюминий-титан в теплообменной аппаратуре, особенно в тонкостенных изделиях, где требуется пониженный теплообмен как в поперечном, так и в продольном направлении.This method has a low technical level, which is due to the presence in its technological scheme of the operation of compressing the package with steel punches by 20-50% of the thickness of the aluminum layer, which leads to an increase in the proportion of aluminum going to waste. In addition, when obtaining composite material by this method at the stage of high-temperature annealing, it is required to spend a lot of time per unit thickness of the formed heat-protective intermetallic layer. The thickness of the obtained intermetallic layer according to this method does not exceed 26-30 microns, which in the manufacture of a number of products from this composite material does not provide a sufficiently high thermal resistance in the direction of heat transfer across the layers. The thermal conductivity of the composite material along the layers is high due to the presence of an aluminum layer in the composition of the composite, which is extremely undesirable in a number of heat exchange devices. All this reduces the efficiency of using this method of producing aluminum-titanium composite material in heat exchange equipment, especially in thin-walled products, where low heat transfer is required both in the transverse and in the longitudinal direction.
В связи с этим важнейшей задачей является создание нового способа получения композиционного материала титан-алюминий с повышенным термическим сопротивлением теплозащитной интерметаллидной прослойки, сокращение времени формирования единицы толщины этой прослойки со снижением при этом теплопроводности материала вдоль его слоев на базе нового технологического цикла осуществления сварки взрывом титана с алюминием с последующей горячей прокаткой с регламентированным обжатием алюминиевого слоя с повышением эффективности высокотемпературного отжига полученной заготовки при температуре, превышающей температуру плавления алюминия, что создает новые технологические условия для образования теплозащитной интерметаллидной прослойки оптимальной толщины между титановыми слоями с полным переходом алюминия в состав интерметаллидной прослойки, что будет способствовать снижению теплопроводности полученного композита как поперек, так и вдоль слоев, а это весьма существенно повышает эффективность изделий из предлагаемого композиционного материала в теплообменной аппаратуре специального назначения.In this regard, the most important task is to create a new method for producing a titanium-aluminum composite material with increased thermal resistance of the heat-shielding intermetallic interlayer, reducing the formation time of a unit thickness of this interlayer, while reducing the thermal conductivity of the material along its layers on the basis of a new technological cycle of welding by welding with titanium aluminum followed by hot rolling with regulated compression of the aluminum layer with increased high-temperature efficiency by annealing the obtained billet at a temperature higher than the melting temperature of aluminum, which creates new technological conditions for the formation of a heat-protective intermetallic layer of optimal thickness between titanium layers with a complete transition of aluminum to the composition of the intermetallic layer, which will reduce the thermal conductivity of the obtained composite both across and along the layers , and this very significantly increases the efficiency of products from the proposed composite material in a heat transfer apparatus Atur special purpose.
Техническим результатом заявленного способа является создание нового технологического цикла получения композиционного материала титан-алюминий на основе оптимального выбора параметров процесса сварки взрывом с последующей горячей прокаткой сваренной трехслойной заготовки с регламентированным обжатием и последующим высокотемпературным отжигом при температуре, превышающей температуру плавления алюминия в течение промежутка времени, обеспечивающего за короткое время отжига превращение всего жидкого слоя алюминия в твердую интерметаллидную прослойку значительной толщины, обладающую низкой теплопроводностью и в сравнении с прототипом в 20-44,6 раз более высоким термическим сопротивлением, при этом по сравнению с прототипом в 6,4-32,9 раза сокращается время отжига, затрачиваемое на формирование каждого микрометра толщины интерметаллидной прослойки. Кроме того, полное превращение жидкой прослойки алюминия в твердую интерметаллидную фазу приводит к существенному снижению теплопроводности композиционного материала вдоль слоев.The technical result of the claimed method is the creation of a new technological cycle for the production of titanium-aluminum composite material based on the optimal choice of parameters of the explosion welding process, followed by hot rolling of the welded three-layer billet with regulated compression and subsequent high-temperature annealing at a temperature exceeding the melting temperature of aluminum for a period of time providing in a short annealing time, the conversion of the entire liquid layer of aluminum into a solid inter a metallide layer of considerable thickness, having low thermal conductivity and 20-44.6 times higher thermal resistance in comparison with the prototype, while annealing time spent on the formation of each thickness micrometer is reduced by 6.4-32.9 times intermetallic layer. In addition, the complete conversion of the liquid interlayer of aluminum into the solid intermetallic phase leads to a significant decrease in the thermal conductivity of the composite material along the layers.
Указанный технический результат достигается тем, что заявлен способ получения композиционного материала титан-алюминий, включающий составление пакета из слоев титана и алюминия, размещение над ним заряда взрывчатого вещества, осуществление сварки взрывом и отжиг сваренной заготовки путем нагрева до температуры, превышающей температуру плавления алюминия. При реализации способа составляют трехслойный пакет с размещением между пластинами титана алюминиевой пластины с соотношением толщин слоев 1:(0,6-0,8) при толщине слоя алюминия 0,8-1,2 мм, располагают на поверхности пакета заряд взрывчатого вещества и осуществляют сварку взрывом при скорости детонации взрывчатого вещества 1680-2950 м/с, при этом сварочные зазоры между пластинами пакета и отношение удельной массы (произведение толщины на плотность) заряда взрывчатого вещества к удельной массе верхней титановой пластины выбирают такими, чтобы скорость соударения верхней титановой пластины с алюминиевой была в пределах 560-770 м/с, а алюминиевой пластины с нижней титановой - 420-630 м/с, затем осуществляют горячую прокатку сваренного трехслойного пакета при температуре 550-580°С с обжатием до толщины алюминиевого слоя, составляющей 0,5-0,67 его исходной толщины, после чего полученную заготовку отжигают при температуре, превышающей температуру плавления алюминия в 1,14-1,15 раз, в течение 1,5-3 часов до полного исчезновения жидкой фазы с формированием при этом твердой сплошной теплозащитной интерметаллидной прослойки по всей толщине алюминиевого слоя и на части толщины титановых слоев с последующим охлаждением на воздухе.The specified technical result is achieved by the fact that the claimed method of producing a composite titanium-aluminum material, comprising compiling a package of layers of titanium and aluminum, placing an explosive charge above it, performing explosion welding and annealing the welded billet by heating to a temperature higher than the melting temperature of aluminum. When implementing the method, a three-layer bag is made with an aluminum plate placed between the titanium plates with a layer thickness ratio of 1: (0.6-0.8) with an aluminum layer thickness of 0.8-1.2 mm, an explosive charge is placed on the surface of the bag, and explosion welding at an explosive detonation speed of 1680-2950 m / s, while the welding gaps between the plate plates and the ratio of the specific gravity (product of thickness to density) of the explosive charge to the specific gravity of the upper titanium plate are chosen so that the collision of the upper titanium plate with aluminum was within 560-770 m / s, and the aluminum plate with lower titanium plate was 420-630 m / s, then the hot welded three-layer package was hot rolled at a temperature of 550-580 ° С with compression to the thickness of aluminum a layer of 0.5-0.67 of its initial thickness, after which the resulting preform is annealed at a temperature exceeding the melting temperature of aluminum 1.14-1.15 times for 1.5-3 hours until the liquid phase completely disappears with the formation of a solid solid heat-protective intermet the ice layer over the entire thickness of the aluminum layer and part of the thickness of the titanium layers, followed by cooling in air.
В таких условиях воздействия на свариваемую заготовку высоких давлений и температур происходит надежная высококачественная сварка взрывом титановых слоев с находящейся между ними алюминиевой прослойкой. При горячей прокатке сваренной трехслойной заготовки добиваются требуемой толщины алюминиевой прослойки, которая при последующем отжиге при температуре, значительно превышающей температуру плавления алюминия, за счет взаимной диффузии титана и алюминия полностью превращается в интерметаллид, обладающий повышенными теплозащитными свойствами, при этом полученный материал обладает низкой теплопроводностью вдоль слоев за счет того, что титановые слои, хотя и сохраняют свою теплопроводность на прежнем уровне, но она невелика: в 21,45 раза ниже, чем у алюминия, который в чистом виде в полученном композиционном материале не присутствует. Многократное сокращение времени отжига в расчете на единицу толщины образующейся интерметаллидной прослойки обеспечивается тем, что диффузия титана в алюминиевый слой происходит ускоренно за счет оптимального выбора температурно-временных режимов отжига и не с одной стороны, как по прототипу, а от двух примыкающих к нему титановых слоев. Все это позволяет использовать новую технологию получения композиционного материала титан-алюминий в промышленных целях для изготовления теплообменной аппаратуры специального назначения, теплозащитных экранов и т.п.Under such conditions of exposure to the welded workpiece of high pressures and temperatures, reliable high-quality welding occurs by explosion of titanium layers with an aluminum layer between them. During hot rolling of the welded three-layer billet, the required thickness of the aluminum layer is achieved, which, upon subsequent annealing at a temperature significantly higher than the melting temperature of aluminum, due to the mutual diffusion of titanium and aluminum, completely turns into an intermetallic material with enhanced heat-shielding properties, while the resulting material has low thermal conductivity along layers due to the fact that the titanium layers, although they retain their thermal conductivity at the same level, but it is small: 21.45 times lower than that of aluminum, which is not present in its pure form in the resulting composite material. A multiple reduction in the annealing time per unit thickness of the resulting intermetallic interlayer is ensured by the fact that titanium diffuses into the aluminum layer accelerated due to the optimal choice of temperature-time annealing modes and not from one side, as in the prototype, but from two adjacent titanium layers . All this allows the use of a new technology for producing titanium-aluminum composite material for industrial purposes for the manufacture of heat exchangers for special purposes, heat shields, etc.
Предлагаемый способ получения композиционного материала титан-алюминий имеет существенные отличия в сравнении с прототипом как по внутреннему строению полученного материала и его теплофизическим характеристикам, так и по совокупности технологических приемов воздействия на свариваемый пакет и режимов осуществления способа. Так, предложено составлять трехслойный пакет с размещением между пластинами титана алюминиевой пластины с соотношением толщин слоев 1:(0,6-0,8) при толщине слоя алюминия 0,8-1,2 мм. При толщине слоя алюминия менее 0,8 мм из-за его низкой механической прочности на изгиб затруднено обеспечение постоянных сварочных зазоров между свариваемыми пластинами, а это может привести к снижению качества сварки титана с алюминием. Толщина слоя алюминия выше предлагаемого предела является избыточной, поскольку в этом случае потребуется большая величина обжатия при прокатке сваренной взрывом заготовки и неоправданно большое количество алюминия уйдет в отходы. Соотношение толщин слоев титана и алюминия 1:(0,6-0,8) является оптимальным, поскольку создает необходимые благоприятные условия для качественной сварки взрывом металлических слоев при минимальном расходе дорогостоящего титана в расчете на одно изделие. При величине этого отношения ниже нижнего предела толщина титановых слоев оказывается недостаточной, у них возможны неконтролируемые деформации при сварке взрывом, что ухудшает качество получаемых изделий. Величина отношения толщин слоев титана и алюминия выше верхнего предлагаемого предела является избыточной, поскольку это приводит к неоправданно высокой объемной доли титановых слоев в объеме композита, что способствует нежелательному увеличению теплопередачи вдоль слоев в получаемом материале.The proposed method for producing a titanium-aluminum composite material has significant differences in comparison with the prototype both in the internal structure of the obtained material and its thermophysical characteristics, and in the aggregate of technological methods for influencing the welded bag and the modes of the method. So, it is proposed to make a three-layer package with an aluminum plate between titanium plates with a ratio of layer thicknesses 1: (0.6-0.8) with an aluminum layer thickness of 0.8-1.2 mm. With an aluminum layer thickness of less than 0.8 mm, due to its low mechanical bending strength, it is difficult to ensure constant welding gaps between the plates to be welded, and this can lead to a decrease in the quality of welding of titanium with aluminum. The thickness of the aluminum layer above the proposed limit is excessive, since in this case a large amount of compression will be required when rolling the billet welded by explosion and an unreasonably large amount of aluminum will be wasted. The ratio of the thicknesses of the layers of titanium and aluminum 1: (0.6-0.8) is optimal, since it creates the necessary favorable conditions for high-quality explosion welding of metal layers with a minimum consumption of expensive titanium per one product. With the value of this ratio below the lower limit, the thickness of the titanium layers is insufficient; uncontrollable deformations during explosion welding are possible for them, which affects the quality of the products obtained. The ratio of the thicknesses of the layers of titanium and aluminum above the upper proposed limit is excessive, since this leads to an unreasonably high volume fraction of titanium layers in the volume of the composite, which contributes to an undesirable increase in heat transfer along the layers in the resulting material.
Предложено располагать на поверхности пакета заряд взрывчатого вещества и осуществлять сварку взрывом при скорости детонации взрывчатого вещества 1680-2950 м/с, при этом сварочные зазоры между пластинами пакета и отношение удельной массы заряда взрывчатого вещества к удельной массе верхней титановой пластины предложено выбирать такими, чтобы скорость соударения верхней титановой пластины с алюминиевой была в пределах 560-770 м/с, а алюминиевой пластины с нижней титановой - 420-630 м/с, что обеспечивает надежную сварку титановых слоев с алюминиевым слоем без непроваров, хрупких оплавленных зон и других дефектов. При скорости детонации взрывчатого вещества и скоростях соударения свариваемых пластин ниже нижних предлагаемых пределов возможно появление в зонах соединения разнородных материалов непроваров, что снижает качество получаемого материала. При скорости детонации взрывчатого вещества и скоростях соударения свариваемых пластин выше верхних предлагаемых пределов повышается вероятность появления оплавов в зонах соединения слоев, что может привести к частичному расслоению сваренных пластин при последующей горячей прокатке, а это делает сваренные заготовки непригодными для последующих технологических операций. Предложено осуществлять горячую прокатку сваренного трехслойного пакета при температуре 550-580°С с обжатием до толщины алюминиевого слоя, составляющей 0,5-0,67 его исходной толщины, что способствует получению оптимальной толщины алюминиевой прослойки, которая при последующем отжиге полностью превращается в интерметаллидный слой, обладающий повышенными теплозащитными свойствами. При температуре горячей прокатки ниже нижнего предлагаемого предела в прокатанной заготовке могут сохраняться высокие внутренние напряжения, которые при повторном нагреве для проведения операции отжига могут привести к короблению листов титана, что может снизить качество получаемого материала. Температура горячей прокатки выше верхнего предлагаемого предела является избыточной, поскольку не способствует повышению качества получаемого материала, но увеличивает энергетические затраты на его получение. Обжатие сваренного пакета до толщины алюминиевого слоя, составляющей менее 0,5 его исходной толщины, приводит к неоправданно большому количеству алюминия, вытесняемому из промежутка между титановыми пластинами. Этот вытесняемый алюминий идет в отходы. При таком обжатии толщина алюминиевого слоя, а соответственно, и толщина формируемой при последующем отжиге интерметаллидной прослойки оказывается недостаточной и полученный материал не будет обладать достаточно высокими теплозащитными свойствами. При обжатии сваренного пакета до толщины алюминиевого, составляющей более 0,8 его исходной толщины, толщина алюминиевого слоя, а соответственно, и толщина получаемой интерметаллидной прослойки является избыточной, поскольку при таких толщинах она становится слишком хрупкой, а это весьма ограничивает возможные области применения получаемого материала.It is proposed to place an explosive charge on the surface of the packet and to perform explosion welding at an explosive detonation speed of 1680-2950 m / s, while welding gaps between the packet plates and the ratio of the specific charge of the explosive to the specific gravity of the upper titanium plate are proposed to be selected so that the speed the collision of the upper titanium plate with aluminum was in the range of 560-770 m / s, and the aluminum plate with the lower titanium plate was 420-630 m / s, which ensures reliable welding of titanium layers with aluminum layer without lack of fusion, brittle fused zones and other defects. When the detonation velocity of the explosive and the collision speeds of the plates being welded are lower than the lower proposed limits, the formation of dissimilar dissimilar materials in the joint zones is possible, which reduces the quality of the material obtained. When the detonation velocity of the explosive and the collision speeds of the welded plates are higher than the upper suggested limits, the likelihood of melting in the zones of connection of the layers increases, which may lead to partial delamination of the welded plates during subsequent hot rolling, and this makes the welded workpieces unsuitable for subsequent technological operations. It is proposed to carry out hot rolling of a welded three-layer package at a temperature of 550-580 ° С with compression to an aluminum layer thickness of 0.5-0.67 of its initial thickness, which contributes to obtaining the optimal thickness of the aluminum layer, which, upon subsequent annealing, completely turns into an intermetallic layer having enhanced heat-shielding properties. At hot rolling temperatures below the lower suggested limit, high internal stresses can remain in the rolled billet, which, when reheated for annealing, can warp titanium sheets, which can reduce the quality of the resulting material. The temperature of hot rolling above the upper proposed limit is excessive, because it does not contribute to improving the quality of the material obtained, but increases the energy costs of its production. Compression of the welded bag to an aluminum layer thickness of less than 0.5 of its original thickness leads to an unreasonably large amount of aluminum displaced from the gap between the titanium plates. This extruded aluminum goes to waste. With such compression, the thickness of the aluminum layer, and, accordingly, the thickness of the intermetallic layer formed during subsequent annealing, is insufficient and the resulting material will not have sufficiently high heat-shielding properties. When compressing a welded bag to an aluminum thickness of more than 0.8 of its original thickness, the thickness of the aluminum layer and, accordingly, the thickness of the obtained intermetallic layer is excessive, since at such thicknesses it becomes too brittle, and this very limits the possible areas of application of the obtained material .
Предложено после горячей прокатки полученную заготовку отжигать при температуре, превышающей температуру плавления алюминия в 1,14-1,15 раза, в течение 1,5-3 часов до полного исчезновения жидкой фазы с формированием при этом твердой сплошной теплозащитной интерметаллидной прослойки по всей толщине алюминиевого слоя и на части толщины титановых слоев с последующим охлаждением на воздухе. Все это создает благоприятные условия для формирования высоких теплозащитных свойств получаемого материала с полным переходом в процессе отжига жидкой алюминиевой фазы в твердую интерметаллидную. Температура и время отжига ниже нижнего предлагаемого предела приводит к тому, что толщина получаемой интерметаллидной прослойки оказывается недостаточной, что снижает теплофизические свойства получаемого материала. Температура и время отжига выше верхнего предлагаемого предела являются избыточными, поскольку не приводят к повышению качества получаемого материала, но при этом происходит экономически нецелесообразное увеличение энергозатрат на получение материала, происходит ухудшение механических свойств титановых пластин, возникают проблемы, связанные с защитой поверхностей титановых пластин от газонасыщения. Охлаждение с температур отжига предложено осуществлять на воздухе, как наиболее экономичный режим, обеспечивающий целостность материала и отсутствие расслоений на межслойных границах.It is proposed that after hot rolling, the resulting billet be annealed at a temperature that is 1.14-1.15 times higher than the melting temperature of aluminum for 1.5-3 hours until the liquid phase completely disappears with the formation of a solid continuous heat-protective intermetallic layer throughout the entire thickness of the aluminum layer and part of the thickness of the titanium layers, followed by cooling in air. All this creates favorable conditions for the formation of high heat-shielding properties of the obtained material with a complete transition during the annealing of the liquid aluminum phase into the solid intermetallic phase. The temperature and annealing time below the lower proposed limit leads to the fact that the thickness of the obtained intermetallic layer is insufficient, which reduces the thermophysical properties of the resulting material. The temperature and annealing time above the upper proposed limit are excessive, since they do not lead to an increase in the quality of the material obtained, but there is an economically unreasonable increase in energy consumption for obtaining the material, there is a deterioration in the mechanical properties of titanium plates, there are problems associated with the protection of the surfaces of titanium plates from gas saturation . It is proposed to carry out cooling from annealing temperatures in air, as the most economical mode, ensuring the integrity of the material and the absence of delamination at the interlayer boundaries.
В результате получают композиционный материал титан-алюминий, обладающий повышенным термическим сопротивлением как вдоль, так и поперек слоев. Коэффициент теплопроводности вдоль его металлических слоев не превышает 9,6 Вт/(м·К), термическое сопротивление теплозащитной интерметаллидной прослойки в 20-44,6 раз выше, чем при получении композиционного материала алюминий-титан по прототипу. Время, затрачиваемое на формирование каждого микрометра интерметаллидной прослойки, в 6,4-32,9 раз меньше, чем по прототипу. Такое сокращение времени обусловлено тем, что процесс формирования интерметаллидной прослойки при отжиге включает два этапа. На первом этапе развития процесса скорость роста толщины прослойки весьма невелика. На втором этапе с увеличением температуры и времени отжига скорость роста прослойки значительно ускоряется. При получении композиционного материала по прототипу температурно-временные режимы отжига соответствуют, в основном, первому этапу развития процесса, поэтому толщина получаемых прослоек невелика, не превышает 26-30 мкм и композиционный материал не обладает высоким термическим сопротивлением в поперечном направлении. При получении композиционного материала по предлагаемому способу температурно-временные режимы включают как этап развития процесса роста интерметаллидной прослойки, так и второй этап, где скорость роста толщины этой прослойки весьма велика, благодаря чему получают композиционный материал с повышенным термическим сопротивлением.The result is a titanium-aluminum composite material having increased thermal resistance both along and across the layers. The coefficient of thermal conductivity along its metal layers does not exceed 9.6 W / (m · K), the thermal resistance of the heat-protective intermetallic layer is 20-44.6 times higher than when obtaining the aluminum-titanium composite material according to the prototype. The time spent on the formation of each micrometer of the intermetallic layer is 6.4-32.9 times less than in the prototype. This reduction in time is due to the fact that the process of forming the intermetallic layer during annealing involves two stages. At the first stage of the development of the process, the growth rate of the thickness of the interlayer is very low. At the second stage, with increasing temperature and annealing time, the interlayer growth rate is significantly accelerated. Upon receipt of the composite material according to the prototype, the temperature-time annealing modes correspond mainly to the first stage of the development of the process, therefore, the thickness of the obtained interlayers is small, does not exceed 26-30 microns and the composite material does not have high thermal resistance in the transverse direction. Upon receipt of the composite material according to the proposed method, the temperature-time regimes include both the stage of development of the growth process of the intermetallic layer and the second stage, where the growth rate of the thickness of this layer is very high, due to which a composite material with increased thermal resistance is obtained.
Предлагаемый способ получения композиционного материала титан-алюминий осуществляется в следующей последовательности. Составляют трехслойный пакет из предварительно очищенных от окислов и загрязнений чередующихся слоев титана и алюминия, располагающихся параллельно друг над другом на расстоянии технологических сварочных зазоров, при этом соотношение толщин слоев титана и алюминия выбирают равным 1:(0,6-0,8) при толщине слоя алюминия 0,8-1,2 мм. Укладывают полученный трехслойный пакет на основание, размещенное на грунте. На поверхность пакета укладывают защитную прослойку из высокоэластичного материала, защищающую поверхность верхней титановой пластины от локальных повреждений продуктами детонации взрывчатого вещества, а на ее поверхности располагают контейнер с зарядом взрывчатого вещества. Сварку взрывом осуществляют с инициированием процесса детонации в заряде взрывчатого вещества с помощью электродетонатора. При сварке используют взрывчатое вещество со скоростью детонации 1680-2950 м/с. Сварочные зазоры между пластинами пакета и отношение удельной массы заряда взрывчатого вещества к удельной массе верхней титановой пластины выбирают такими, чтобы скорость соударения верхней титановой пластины с алюминиевой была в пределах 560-770 м/с, а алюминиевой пластины с нижней титановой - 420-630 м/с, затем осуществляют горячую прокатку сваренного трехслойного пакета при температуре 550-580°С с обжатием до толщины алюминиевого слоя, составляющей 0,5-0,67 его исходной толщины. После этого, например, на фрезерном станке обрезают боковые кромки сваренного пакета с краевыми эффектами, на поверхности титановых слоев наносят технологическую обмазку для защиты от воздействия воздушной атмосферы, укладывают сваренный пакет в специальное приспособление, исключающее растекание алюминия при отжиге, после чего полученную заготовку отжигают, например, в электропечи при температуре, превышающей температуру плавления алюминия в 1,14-1,15 раза, в течение 1,5-3 часов до полного исчезновения жидкой фазы с формированием при этом твердой сплошной теплозащитной интерметаллидной прослойки по всей толщине алюминиевого слоя и на части толщины титановых слоев с последующим охлаждением на воздухе. После охлаждения полученный композиционный материал титан-алюминий извлекают из приспособления, удаляют защитную обмазку и используют по назначению.The proposed method for producing a composite material titanium-aluminum is carried out in the following sequence. A three-layer package is made up of alternating layers of titanium and aluminum pre-cleaned from oxides and contaminants, located parallel to each other at a distance of technological welding gaps, while the ratio of the thicknesses of the layers of titanium and aluminum is chosen equal to 1: (0.6-0.8) with a thickness 0.8-1.2 mm aluminum layer. The resulting three-layer package is laid on a base placed on the ground. A protective layer of highly elastic material is laid on the surface of the bag, protecting the surface of the upper titanium plate from local damage by detonation products of the explosive, and a container with an explosive charge is placed on its surface. Explosion welding is carried out with the initiation of the detonation process in the explosive charge using an electric detonator. When welding using explosives with a detonation speed of 1680-2950 m / s. The welding gaps between the package plates and the ratio of the specific gravity of the explosive charge to the specific gravity of the upper titanium plate are chosen such that the collision speed of the upper titanium plate with aluminum is within 560-770 m / s, and that of the aluminum plate with lower titanium plate is 420-630 m / s, then hot rolling of the welded three-layer package is carried out at a temperature of 550-580 ° C with compression to an aluminum layer thickness of 0.5-0.67 of its original thickness. After that, for example, on the milling machine, the side edges of the welded bag with edge effects are cut, technological coating is applied on the surface of the titanium layers to protect from exposure to the air atmosphere, the welded bag is placed in a special device that prevents aluminum from spreading during annealing, after which the resulting billet is annealed, for example, in an electric furnace at a temperature exceeding the melting temperature of aluminum by 1.14-1.15 times, for 1.5-3 hours until the liquid phase completely disappears with the formation of t the verdict of a continuous heat-shielding intermetallic layer throughout the entire thickness of the aluminum layer and to part of the thickness of the titanium layers, followed by cooling in air. After cooling, the obtained titanium-aluminum composite material is removed from the device, the protective coating is removed and used as intended.
В результате получают композиционный материал титан-алюминий, обладающий в сравнении с прототипом более высоким термическим сопротивлением как поперек, так и вдоль слоев при малых временных затратах на формирование 1 мкм толщины интерметаллидной прослойки.The result is a titanium-aluminum composite material, which, in comparison with the prototype, has a higher thermal resistance both across and along the layers at low time spent on the formation of 1 μm thickness of the intermetallic layer.
Пример 1 (см. таблицу, опыт 1)Example 1 (see table, experiment 1)
Берут две пластины из титанового сплава ОТ4 и пластину из алюминия АД1 и очищают их от окислов и загрязнений. Размеры титановых пластин: длина 150 мм, ширина 120 мм, толщина δTi=1 мм. У алюминиевой пластины длина и ширина такая же, как у титановых пластин, а толщина δAl=0,8 мм, при этом соотношение толщин титановых слоев и алюминиевого равно 1:0,8. Плотность титанового сплава ОТ4 ρTi=4,5 г/см3, удельная масса титановой пластины MTi=δTi·ρTi=0,1-4,5=0,45 г/см2. Для сварки взрывом выбираем взрывчатое вещество с рекомендуемой скоростью детонации Dвв=2950 м/с. Такую скорость обеспечивает взрывчатое вещество, представляющее собой смесь порошкообразного аммонита 6ЖВ с аммиачной селитрой в соотношении 3:1 с насыпной плотностью ρвв=0,82 г/см3. Взрывчатое вещество помещают в контейнер высотой Нвв=3 см, длиной 200 мм, шириной 120 мм. Удельная масса такого заряда Мвв=Нвв·ρвв=3·0,82=2,46 г/см2. Отношение удельной массы взрывчатого вещества к удельной массе титановой пластины равно: Мвв:MTi=2,46:0,45=5,47. Из предлагаемого диапазона выбираем необходимые для надежной сварки скорости соударения пластин: скорость соударения верхней титановой пластины с алюминиевой должна быть равной V1=770 м/с, а алюминиевой с нижней титановой должна быть равной V2=630 м/с. Для обеспечения таких скоростей с помощью компьютерной технологии с учетом указанных выше параметров взрывчатого вещества и свариваемых пластин определяем величину необходимых сварочных зазоров между свариваемыми пластинами h1 и h2. Составляют трехслойный пакет с размещением между пластинами титана алюминиевой пластины и укладывают его на стальное основание, размещенное на песчаном грунте. Сварочный зазор между верхней титановой пластиной пакета и алюминиевой пластиной устанавливают равным h1=0,8 мм, а зазор между алюминиевой пластиной и нижней титановой h2=0,5 мм. Стальное основание имеет длину 150 мм, ширину 120 мм, толщину 5 мм. На поверхность пакета укладывают защитную прослойку из высокоэластичного материала - резины толщиной 1,8 мм, защищающую поверхность верхней титановой пластины от повреждений продуктами детонации взрывчатого вещества, а на ее поверхности - контейнер с зарядом взрывчатого вещества. Инициирование взрыва осуществляют с помощью электродетонатора.Take two plates of OT4 titanium alloy and a plate of aluminum AD1 and clean them from oxides and contaminants. Dimensions of titanium plates: length 150 mm, width 120 mm, thickness δ Ti = 1 mm. The aluminum plate has the same length and width as the titanium plates, and the thickness δ Al = 0.8 mm, while the ratio of the thicknesses of the titanium layers and aluminum is 1: 0.8. The density of the titanium alloy OT4 ρ Ti = 4.5 g / cm 3 , the specific gravity of the titanium plate M Ti = δ Ti · ρ Ti = 0.1-4.5 = 0.45 g / cm 2 . For explosion welding, select an explosive with a recommended detonation velocity D BB = 2950 m / s. This speed is provided by an explosive, which is a mixture of powdered ammonite 6ZHV with ammonium nitrate in a ratio of 3: 1 with a bulk density ρ BB = 0.82 g / cm 3 . The explosive is placed in a container with a height of H BB = 3 cm, a length of 200 mm, a width of 120 mm. The specific gravity of such a charge is M vv = N vv · ρ vv = 3 · 0.82 = 2.46 g / cm 2 . The ratio of the specific gravity of the explosive to the specific gravity of the titanium plate is: M BB : M Ti = 2.46: 0.45 = 5.47. From the proposed range, we select the plate collision speeds necessary for reliable welding: the collision speed of the upper titanium plate with aluminum should be equal to V 1 = 770 m / s, and aluminum from the lower titanium plate should be equal to V 2 = 630 m / s. To ensure such speeds using computer technology, taking into account the above parameters of the explosive and the welded plates, we determine the value of the required welding gaps between the welded plates h 1 and h 2 . A three-layer bag is made up with an aluminum plate placed between the titanium plates and laid on a steel base placed on sandy soil. The welding gap between the upper titanium plate of the bag and the aluminum plate is set to h 1 = 0.8 mm, and the gap between the aluminum plate and the lower titanium plate h 2 = 0.5 mm. The steel base has a length of 150 mm, a width of 120 mm, a thickness of 5 mm. A protective layer of highly elastic material, rubber 1.8 mm thick, is laid on the surface of the bag, protecting the surface of the upper titanium plate from damage by detonation products of the explosive, and on its surface there is a container with an explosive charge. The initiation of the explosion is carried out using an electric detonator.
После сварки взрывом осуществляют горячую прокатку полученной заготовки на прокатном стане при температуре tпр=550-560°C с обжатием до толщины алюминиевого слоя, равной 0,4 мм, что составляет 0,5·δAl. После этого на фрезерном станке обрезают боковые кромки сваренного пакета с краевыми эффектами, наносят на поверхности титановых слоев технологическую защитную обмазку, в качестве которой, например, используют смесь жидкого стекла с оксидом хрома, укладывают сваренный пакет в специальное приспособление в виде стальной оболочки прямоугольной формы и помещают эту сборку в электрическую печь для отжига. Отжиг производили при температуре tот=750°С, что превышает температуру плавления (tпл) алюминия в 1,14 раза. Время выдержки при отжиге τот=1,5 часа (90 минут). После отжига полученный композиционный материал титан-алюминий извлекают из приспособления и используют по назначению.After explosion welding is carried out hot rolling the resulting billet to the rolling mill at a temperature of t ave = 550-560 ° C with a reduction of the aluminum layer to a thickness of 0.4 mm, which is 0,5 · δ Al. After that, the side edges of the welded bag with edge effects are cut off on the milling machine, a technological protective coating is applied to the surface of the titanium layers, for example, using a mixture of liquid glass with chromium oxide, the welded bag is placed in a special device in the form of a rectangular steel shell and place this assembly in an electric annealing furnace. Annealing was performed at a temperature t from = 750 ° C, which exceeds the melting temperature (t PL ) of aluminum 1.14 times. The annealing time τ from = 1.5 hours (90 minutes). After annealing, the obtained titanium-aluminum composite material is removed from the device and used as intended.
В результате получают композиционный материал, состоящий из двух слоев титана и расположенной между ними сплошной теплозащитной интерметаллидной прослойки толщиной δинт=600 мкм. Коэфициент теплопроводности этой прослойки λинт=0,6 Вт/(м·К). Термическое сопротивление прослойки δинт/λинт=0,6·10-3:0,6=10-3 К/(Вт/м2), что в 20-23 раза больше, чем в материале алюминий-титан, полученном по прототипу. В полученном композите в отличие от прототипа отсутствует слой чистого алюминия, обладающего весьма высокой теплопроводностью. Его коэффициент теплопроводности λAl=206 Вт/(м·К). У титановых слоев коэффициент теплопроводности λTi=9,6 Вт/(м·К), что в 21,5 раза меньше, чем у алюминия, поэтому у полученного материала теплопроводность и вдоль слоев значительно ниже, чем у материала, полученного по прототипу. При этом время отжига, необходимое для образования каждого микрометра толщины интерметаллидной прослойки, составляет всего лишь 0,15 минут: τот:δинт=90:600=0,15 мин/мкм.The result is a composite material consisting of two layers of titanium and a continuous heat-protective intermetallic interlayer located between them with a thickness of δ int = 600 μm. The coefficient of thermal conductivity of this layer λ int = 0.6 W / (m · K). The thermal resistance of the interlayer δ int / λ int = 0.6 · 10 -3 : 0.6 = 10 -3 K / (W / m 2 ), which is 20-23 times more than in the aluminum-titanium material obtained by prototype. In the resulting composite, in contrast to the prototype, there is no layer of pure aluminum, which has a very high thermal conductivity. Its thermal conductivity coefficient λ Al = 206 W / (m · K). In titanium layers, the thermal conductivity coefficient is λ Ti = 9.6 W / (m · K), which is 21.5 times less than that of aluminum, therefore, the resulting material has thermal conductivity along the layers much lower than that of the material obtained by the prototype. Moreover, the annealing time required for the formation of each micrometer of the thickness of the intermetallic layer is only 0.15 minutes: τ from : δ int = 90: 600 = 0.15 min / μm.
При получении композиционного материала алюминий-титан по прототипу толщина интерметаллидной прослойки не превышает 26-30 мкм и на формирование каждого микрометра прослойки затрачивается время отжига от 1 до 4,6 минут. Таким образом, при получении композиционного материала по предложенному способу время отжига, затрачиваемое на формирование одного микрометра теплозащитной интерметаллидной прослойки, уменьшилось в сравнении с прототипом в 6,7-30,7 раза, что способствует снижению энергозатрат на получение материала.Upon receipt of the composite material aluminum-titanium according to the prototype, the thickness of the intermetallic layer does not exceed 26-30 microns and the annealing time from 1 to 4.6 minutes is spent on the formation of each micrometer of the layer. Thus, upon receipt of the composite material according to the proposed method, the annealing time spent on the formation of one micrometer of a heat-protective intermetallic layer decreased in comparison with the prototype by 6.7-30.7 times, which helps to reduce energy costs for obtaining the material.
Пример 2 (см. таблицу, опыт 2)Example 2 (see table, experiment 2)
То же, что в примере 1, но внесены следующие изменения. Толщина каждой титановой пластины δTi=0,15 см (1,5 мм), удельная масса MTi=0,15·4,5=0,675 г/см2. Толщина алюминиевой пластины δAl=1 мм (0,1 см), соотношение толщин слоев равноThe same as in example 1, but the following changes. The thickness of each titanium plate δ Ti = 0.15 cm (1.5 mm), specific gravity M Ti = 0.15 · 4.5 = 0.675 g / cm 2 . The thickness of the aluminum plate δ Al = 1 mm (0.1 cm), the ratio of the thicknesses of the layers is
δTi:δAl=1:0,67. Из предлагаемого диапазона скоростей детонации выбираем взрывчатое вещество со скоростью детонации 2010 м/с. Такую скорость обеспечивает смесь аммонита 6ЖВ с аммиачной силитрой в соотношении 1:2 при высоте заряда, равной 3 см. Плотность такого взрывчатого вещества ρвв=0,93 г/см3, его удельная массаδ Ti : δ Al = 1: 0.67. From the proposed range of detonation velocities, we select an explosive with a detonation velocity of 2010 m / s. This speed is ensured by a mixture of 6GV ammonite with ammonium silitre in a ratio of 1: 2 at a charge height of 3 cm. The density of such an explosive is ρ cb = 0.93 g / cm 3 , its specific gravity
Мвв=Нвв·ρвв=3·0,93=2,79 г/см3. Отношение Мвв:MTi=2,79:0,675=4,13. Выбираем из предлагаемого диапазона необходимые скорости соударения V1 и V2: V1=630 м/с, V2=500 м/с. Для обеспечения таких скоростей с помощью компьютерных технологий с учетом приведенных выше параметров взрывчатого вещества и свариваемых пластин определяем сварочные зазоры h1 и h2, h1=2,5 мм и h2=1,5 мм. Горячую прокатку сваренной взрывом заготовки производят при температуре 560-570°С. Обжатие производят до толщины алюминиевого слоя, равной 0,6 мм, что составляет 0,6·δAl. Отжиг сваренной заготовки производят при температуре 755°С, что в 1,144 раза превышает температуру плавления алюминия. Время отжига τот=2 часа (120 минут).M centuries = N centuries · ρ centuries = 3 · 0.93 = 2.79 g / cm 3 . The ratio of M BB : M Ti = 2.79: 0.675 = 4.13. Select from the proposed range the necessary collision speeds V 1 and V 2 : V 1 = 630 m / s, V 2 = 500 m / s. To ensure such speeds using computer technology, taking into account the above parameters of the explosive and the welded plates, we determine the welding gaps h 1 and h 2 , h 1 = 2.5 mm and h 2 = 1.5 mm. Hot rolling of the explosion-welded workpiece is carried out at a temperature of 560-570 ° C. Compression is carried out to a thickness of aluminum layer equal to 0.6 mm, which is 0.6 · δ Al . Annealing of the welded billet is carried out at a temperature of 755 ° C, which is 1.144 times higher than the melting temperature of aluminum. Annealing time τ from = 2 hours (120 minutes).
Результаты получения композиционного материала титан-алюминий такие же, как и в примере 1, но толщина интерметаллидной прослойки в полученном материале δинт=880 мкм. Термическое сопротивление этой прослойки δинт/λинт=0,88·10-3:0,6=1,47·10-3 К/(Вт/м2), что в 29,4-33,9 раз больше, чем по прототипу. Время отжига, необходимое для формирования каждого микрометра интерметаллидной прослойки, - 0,14 минут: τот·δинт=120:880=0,14 мин/мкм, что в 7,1-32,9 раз меньше, чем при получении композиционного материала алюминий-титан по прототипу.The results of obtaining a titanium-aluminum composite material are the same as in example 1, but the thickness of the intermetallic layer in the obtained material is δ int = 880 μm. The thermal resistance of this layer δ int / λ int = 0.88 · 10 -3 : 0.6 = 1.47 · 10 -3 K / (W / m 2 ), which is 29.4-33.9 times more than the prototype. The annealing time required for the formation of each micrometer of the intermetallic interlayer is 0.14 minutes: τ from · δ int = 120: 880 = 0.14 min / μm, which is 7.1-32.9 times less than when obtaining a composite prototype aluminum-titanium material.
Пример 3 (см. таблицу, опыт 3)Example 3 (see table, experiment 3)
То же, что в примере 1, но внесены следующие изменения. Толщина каждой титановой пластины δTi=0,2 см, удельная масса MTi=δTi·ρTi=0,2·4,5=0,9 г/см2. Толщина алюминиевой пластины δAl=1,2 мм, соотношение толщин слоев δTi:δAl=1:0,67. Из предлагаемого диапазона выбираем скорость детонации взрывчатого вещества Dвв=1680 м/с. Такую скорость обеспечивает смесь аммонита 6ЖВ с аммиачной селитрой в соотношении 1:3 при высоте заряда Нвв=3 см и плотности ρвв=0,97 г/см3. Его удельная масса Мвв=Нвв·ρвв=3·0,97=2,91 г/см2. Отношение Мвв:MTi=2,91:0,9=3,23. Выбираем из предлагаемого диапазона необходимые скорости соударения V1 и V2: V1=560 м/с, V2=420 м/с. Такие скорости реализуются при сварочных зазорах h1=7 мм, h2=1 мм. Горячую прокатку сваренной заготовки производят при температуре 570-580°С. Обжатие при прокатке производят до толщины алюминиевого слоя, равной 0,8 мм, что составляет 0,67δAl. Отжиг сваренной заготовки производят при температуре 760°С, что в 1,15 раза превышает температуру плавления алюминия. Время отжига - 3 часа (180 минут).The same as in example 1, but the following changes. The thickness of each titanium plate δ Ti = 0.2 cm, specific gravity M Ti = δ Ti · ρ Ti = 0.2 · 4.5 = 0.9 g / cm 2 . The thickness of the aluminum plate δ Al = 1.2 mm, the ratio of layer thicknesses δ Ti : δ Al = 1: 0.67. From the proposed range, select the detonation velocity of the explosive D BB = 1680 m / s. This speed is ensured by a mixture of 6GV ammonite with ammonium nitrate in a ratio of 1: 3 at a charge height H BB = 3 cm and a density ρ BB = 0.97 g / cm 3 . Its specific gravity is M cc = H cc ρ cc = 3 · 0.97 = 2.91 g / cm 2 . The ratio of M BB : M Ti = 2.91: 0.9 = 3.23. Select from the proposed range the necessary collision speeds V 1 and V 2 : V 1 = 560 m / s, V 2 = 420 m / s. Such speeds are realized with welding gaps h 1 = 7 mm, h 2 = 1 mm. Hot rolling of the welded billet is carried out at a temperature of 570-580 ° C. Compression during rolling is carried out to an aluminum layer thickness of 0.8 mm, which is 0.67δ Al . Annealing of the welded billet is carried out at a temperature of 760 ° C, which is 1.15 times higher than the melting temperature of aluminum. Annealing time - 3 hours (180 minutes).
В результате получают композиционный материал титан-алюминий, у которого толщина интерметаллидной прослойки δинт=1160 мкм. Термическое сопротивление прослойки δинт:λинт=1,16·10-3:0,6=1,93·10-3 К/(Вт/м2), что в 38,6-44,6 раз больше, чем по прототипу. Время отжига, необходимое для формирования каждого микрометра интерметаллидной прослойки, составляет 0,155 минут: τот:δинт=180:1160=0,155 мин/мкм, что в 6,4-29,7 раз меньше, чем при получении композиционного материала алюминий-титан по прототипу.The result is a composite material titanium-aluminum, in which the thickness of the intermetallic layer δ int = 1160 microns. The thermal resistance of the interlayer δ int : λ int = 1.16 · 10 -3 : 0.6 = 1.93 · 10 -3 K / (W / m 2 ), which is 38.6-44.6 times more than according to the prototype. The annealing time required for the formation of each micrometer of the intermetallic interlayer is 0.155 minutes: τ from : δ int = 180: 1160 = 0.155 min / μm, which is 6.4-29.7 times less than when the composite material is aluminum-titanium according to the prototype.
При получении композиционного материала алюминий-титан по прототипу (см. таблицу, пример 4) толщина теплозащитной интерметаллидной прослойки не превышает 26-30 мкм, ее термическое сопротивление δинт/λинт=(4,33-5)·10-5 К/(Вт/м·К), что в 20-44,6 раз меньше, чем при получении композиционного материала по предлагаемому способу.Upon receipt of the composite material aluminum-titanium according to the prototype (see table, example 4), the thickness of the heat-protective intermetallic layer does not exceed 26-30 microns, its thermal resistance is δ int / λ int = (4.33-5) · 10 -5 K / (W / m · K), which is 20-44.6 times less than when receiving composite material by the proposed method.
Время, затрачиваемое на формирование каждого микрометра интерметаллидной прослойки, составляет 1-4,6 минут, что в 6,4-32,9 раз больше, чем по предлагаемому способу. Материал содержит прослойку из чистого алюминия, обладающую в 21,5 раза большей теплопроводностью, чем у титана, что существенно увеличивает теплопроводность композиционного материала алюминий-титан в продольном направлении и в связи с этим снижает в этом же направлении его термическое сопротивление, а это сужает возможные области применения материалов, полученных данным способом для изготовления теплообменной аппаратуры с повышенными теплозащитными характеристиками.The time spent on the formation of each micrometer intermetallic layer is 1-4.6 minutes, which is 6.4-32.9 times more than the proposed method. The material contains a layer of pure aluminum with 21.5 times higher thermal conductivity than that of titanium, which significantly increases the thermal conductivity of the aluminum-titanium composite material in the longitudinal direction and therefore reduces its thermal resistance in the same direction, and this narrows the field of application of the materials obtained by this method for the manufacture of heat exchange equipment with improved heat-shielding characteristics.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008111658/02A RU2370350C1 (en) | 2008-03-26 | 2008-03-26 | Method of producing composite titanium-aluminium material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008111658/02A RU2370350C1 (en) | 2008-03-26 | 2008-03-26 | Method of producing composite titanium-aluminium material |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2370350C1 true RU2370350C1 (en) | 2009-10-20 |
Family
ID=41262880
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008111658/02A RU2370350C1 (en) | 2008-03-26 | 2008-03-26 | Method of producing composite titanium-aluminium material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2370350C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2463140C1 (en) * | 2011-04-13 | 2012-10-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) | Method of producing titanium-aluminium composite material |
| RU2533508C1 (en) * | 2013-07-26 | 2014-11-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Method of making composite copper-titanium material |
| RU2659557C2 (en) * | 2016-04-14 | 2018-07-02 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт гидродинамики им. М.А. Лаврентьева Сибирского отделения Российской академии наук (ИГиЛ СО РАН) | Explosion welding method for the composition from low-plastic materials |
-
2008
- 2008-03-26 RU RU2008111658/02A patent/RU2370350C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2463140C1 (en) * | 2011-04-13 | 2012-10-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) | Method of producing titanium-aluminium composite material |
| RU2533508C1 (en) * | 2013-07-26 | 2014-11-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Method of making composite copper-titanium material |
| RU2659557C2 (en) * | 2016-04-14 | 2018-07-02 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт гидродинамики им. М.А. Лаврентьева Сибирского отделения Российской академии наук (ИГиЛ СО РАН) | Explosion welding method for the composition from low-plastic materials |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2486999C1 (en) | Method of producing coating | |
| CN105478475B (en) | A kind of method of rolling high-strength degree composite metal plate | |
| CN107699831A (en) | Pack rolling as-cast state TiAl sheet alloy method based on composite structural design | |
| RU2373036C1 (en) | Method of fabrication of wear resistant coating | |
| CN109482649A (en) | A kind of multilayer high interfacial bonding strength and the stratiform Al alloy composite of high clad ratio and preparation method thereof | |
| CN111086289A (en) | Water-cooling plate, manufacturing method thereof, battery comprising water-cooling plate and new energy automobile | |
| Zheng et al. | Influence of annealing temperature on the microstructure and mechanical properties of Al/Mg/Al composite sheets fabricated by roll bonding | |
| RU2649929C1 (en) | Method of heat-resistant intermetallide coating producing on the surface of the low-carbon steel plate | |
| RU2370350C1 (en) | Method of producing composite titanium-aluminium material | |
| RU2463140C1 (en) | Method of producing titanium-aluminium composite material | |
| RU2399471C1 (en) | Method for production of composite aluminium-nickel articles with inner cavity by means of explosion welding | |
| Cheng et al. | Study on the effects of initial temperature and thickness ratio of component metals on the preparation of aluminum/steel clad plates by the new different temperature rolling method | |
| CN112743082A (en) | Aluminum/magnesium/aluminum composite board with Ni solder reinforced interface and powder hot-pressing preparation method | |
| RU2293004C1 (en) | Titanium-steel composition material producing method | |
| CN102489971A (en) | Method for producing aluminum alloy plate | |
| RU2533508C1 (en) | Method of making composite copper-titanium material | |
| CN106563696A (en) | Manufacturing method for laminated composite metal board with slot holes in internal layer | |
| RU2486043C1 (en) | Method of producing composite articles with inner cavities by explosion welding | |
| CN108707792B (en) | Soft/hard/soft multilayer proofing plate of one kind and its manufacturing method | |
| CN102505081A (en) | Manufacturing method for high magnesium aluminum alloy sheets | |
| RU2560897C1 (en) | Method of making composite copper-titanium material | |
| RU2463141C1 (en) | Method of producing titanium-steel composite material | |
| RU2463139C1 (en) | Method of producing titanium-steel composite material | |
| RU2391191C1 (en) | Method of producing wear-resistant coatings | |
| RU2488469C1 (en) | Method of producing composite articles with inner cavities by explosion welding |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140327 |