RU2523049C1 - Method of gamma-aluminide titanium-based alloys production - Google Patents
Method of gamma-aluminide titanium-based alloys production Download PDFInfo
- Publication number
- RU2523049C1 RU2523049C1 RU2013129491/02A RU2013129491A RU2523049C1 RU 2523049 C1 RU2523049 C1 RU 2523049C1 RU 2013129491/02 A RU2013129491/02 A RU 2013129491/02A RU 2013129491 A RU2013129491 A RU 2013129491A RU 2523049 C1 RU2523049 C1 RU 2523049C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- titanium
- niobium
- gamma
- molybdenum
- shs
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам получения отливок из сплавов на основе гамма алюминида титана (γ-TiAl), и может быть использовано при получении изделий ответственного назначения, работающих при температурах до 700°C, в частности лопаток газотурбинных двигателей.The invention relates to the field of metallurgy, in particular to methods for producing castings from alloys based on gamma titanium aluminide (γ-TiAl), and can be used to produce critical products operating at temperatures up to 700 ° C, in particular gas turbine engine blades.
Литейные сплавы на основе гамма алюминида титана TiAl (далее гамма-сплавы) представляются одними из наиболее перспективных материалов для получения лопаток газотурбинных двигателей нового поколения. Эти сплавы должны обладать не только высокими литейными свойствами, но и комплексом различных механических свойств: прочностью, пластичностью, усталостными свойствами, жаропрочностью и др. [Ильин А.А., Колачев Б.А., Полькин И.С. Титановые сплавы. Состав, структура, свойства. Справочник. М.: ВИЛС-МАТИ, 2009, 520 с.]. Особенностью гамма-сплавов является высокая чувствительность их фазового состава и, как следствие, эксплуатационных свойств даже к небольшим изменениям концентраций легирующих элементов и к параметрам технологического процесса.Casting alloys based on gamma aluminide titanium TiAl (hereinafter gamma alloys) are among the most promising materials for producing blades of gas turbine engines of a new generation. These alloys should possess not only high casting properties, but also a complex of various mechanical properties: strength, ductility, fatigue properties, heat resistance, etc. [Ilyin AA, Kolachev BA, Polkin IS Titanium alloys. Composition, structure, properties. Directory. M .: VILS-MATI, 2009, 520 p.]. A feature of gamma alloys is the high sensitivity of their phase composition and, as a consequence, operational properties even to small changes in the concentrations of alloying elements and to the parameters of the process.
Для изготовления фасонных отливок из гамма-сплавов первоначально, как правило, получают заготовки в виде слитков путем их многократного переплава [Appel F., Paul J.D.H., and Oehring M. «Gamma Titanium Aluminide Alloys: Science and Technology)), Wiley-VCH Verlag & Co. KGaA, 2011, 745 р.]. Это трудоемкий и энергозатратный процесс, который приводит к существенному удорожанию конечного изделия. В частности, известен способ получения отливок из гамма-сплавов, раскрытый в патенте US 6174495 (2001). Согласно этому способу расплав на основе титана, содержащий от 31,3 до 32,0 мас.% алюминия, а также другие добавки, заливают в форму (в том числе сложной конфигурации: «precision») и охлаждают с обычной скоростью. Недостатком данного способа является то, что для получения расплава используют заготовку в виде слитка.For the manufacture of shaped castings from gamma-alloys, initially, as a rule, billets are obtained in the form of ingots by their repeated melting [Appel F., Paul JDH, and Oehring M. “Gamma Titanium Aluminum Alloys: Science and Technology)), Wiley-VCH Verlag & Co. KGaA, 2011, 745 p.]. This is a time-consuming and energy-intensive process, which leads to a significant increase in the cost of the final product. In particular, a known method for producing castings from gamma alloys is disclosed in US Pat. No. 6,174,495 (2001). According to this method, a titanium-based melt containing from 31.3 to 32.0 wt.% Aluminum, as well as other additives, is poured into a mold (including a complex configuration: “precision”) and cooled at normal speed. The disadvantage of this method is that to obtain the melt using the workpiece in the form of an ingot.
Снизить энергозатраты, необходимые для получения заготовки, можно за счет использования метода самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), что рассмотрено в ряде патентов.It is possible to reduce the energy required to obtain a preform by using the method of self-propagating high-temperature synthesis (SHS), which is discussed in a number of patents.
Известен способ получения порошковых материалов на основе алюминида никеля или алюминида титана в режиме СВС (http://naT.RU 2354501). Это способ включает приготовление экзотермической смеси перемешиванием порошков алюминия и оксида никеля или титана в количестве, взятом на получение алюминида никеля или титана стехиометрического состава, и, по крайней мере, одной добавки, выбранной из ряда, включающего магний, перхлорат магния, пероксид кальция, хлорид натрия, оксид алюминия, размещение смеси в реакторе СВС, инициирование процесса горения в инертной атмосфере под давлением инертного газа не выше 1 МПа, с последующим выделением целевого продукта путем химической обработки продуктов реакции горения в разбавленном растворе соляной или серной кислоты при температуре 60-80°C и непрерывном перемешивании. Конечным продуктом, получаемым по данному способу, является порошок с размером частиц менее 3 мкм. Для получения готового изделия требуются дополнительные операции (компактирование, прессование, обработка резанием), что является главным недостатком предложенного способа.A known method of producing powder materials based on nickel aluminide or titanium aluminide in the SHS mode (http://naT.RU 2354501). This method includes preparing an exothermic mixture by mixing powders of aluminum and nickel or titanium oxide in an amount taken to produce stoichiometric nickel or titanium aluminide and at least one additive selected from the range consisting of magnesium, magnesium perchlorate, calcium peroxide, chloride sodium, alumina, placing the mixture in the SHS reactor, initiating the combustion process in an inert atmosphere under an inert gas pressure of not higher than 1 MPa, followed by isolation of the target product by chemical treatment webs of reaction products of combustion in a dilute solution of hydrochloric or sulfuric acid at a temperature of 60-80 ° C with continuous stirring. The final product obtained by this method is a powder with a particle size of less than 3 microns. To obtain the finished product requires additional operations (compaction, pressing, processing by cutting), which is the main disadvantage of the proposed method.
Наиболее близким к предложенному является к способ получения литого сплава на основе алюминидов титана в режиме горения, который раскрыт в патенте RU 2320744 (опубл. 27.03.2008). Этот способ включает приготовление реакционной смеси порошков, содержащей оксид титана, оксид ниобия, алюминий, по крайней мере одну энергетическую добавку, выбранную из ряда: пероксид кальция, магния, бария, помещение смеси в тугоплавкую форму, покрытую с внутренней поверхности функциональным защитным слоем из тугоплавкого неорганического соединения, размещение формы на центрифуге, воспламенение смеси и проведение синтеза в режиме горения при центробежном ускорении 200-1000 g с последующим отделением литого сплава от продукта синтеза, при этом осуществляют приготовление определенного исходного состава смеси, масс.%. С использованием данного способа можно получать слиток с равномерной структурой и высокой термостойкостью (до 700°C). Его недостатком является то, что для получения изделий сложной формы требуются дополнительные трудоемкие операции.Closest to the proposed is a method for producing a cast alloy based on titanium aluminides in a combustion mode, which is disclosed in patent RU 2320744 (publ. March 27, 2008). This method includes preparing a reaction mixture of powders containing titanium oxide, niobium oxide, aluminum, at least one energy additive selected from the series: calcium peroxide, magnesium, barium, placing the mixture in a refractory form coated on the inside with a functional protective layer of refractory inorganic compounds, placing the mold on a centrifuge, igniting the mixture and carrying out synthesis in the combustion mode with centrifugal acceleration of 200-1000 g, followed by separation of the cast alloy from the synthesis product, etc. This preparation is carried out from an initial composition of the mixture, mass.%. Using this method, you can get an ingot with a uniform structure and high heat resistance (up to 700 ° C). Its disadvantage is that to obtain products of complex shape requires additional labor-intensive operations.
Задачей изобретения является создание нового способа получения отливок заданной конфигурации из сплавов на основе гамма алюминида титана с целью достижения высокого уровня механических свойств при повышенных температурах.The objective of the invention is to provide a new method for producing castings of a given configuration from alloys based on gamma titanium aluminide in order to achieve a high level of mechanical properties at elevated temperatures.
Поставленная задача достигается в предложенном способе получения литого сплава на основе гамма алюминида титана, предназначенного для получения фасонных отливок, включающего получение смеси порошков, содержащих титан, алюминий и ниобий, получение брикета, проведение самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), отличающегося тем, что смесь получают из порошков чистых металлов, а СВС проводят при начальной температуре 560-650°C, относительной плотности брикета смеси 50-85%, термовакуумной обработки брикета при температуре 550-650°C в течение 10-40 мин, скорости нагрева 5-40°C/мин и давлении 10-1-10-3 Па.The problem is achieved in the proposed method for producing a cast alloy based on gamma titanium aluminide intended for producing shaped castings, including obtaining a mixture of powders containing titanium, aluminum and niobium, obtaining a briquette, conducting self-propagating high temperature synthesis (SHS), characterized in that the mixture is obtained from powders of pure metals, and SHS is carried out at an initial temperature of 560-650 ° C, the relative density of the mixture briquette 50-85%, thermal vacuum treatment of the briquette at a temperature of 550-65 0 ° C for 10-40 minutes, heating rates of 5-40 ° C / min and a pressure of 10 -1 -10 -3 Pa.
В частном исполнении способ отличается тем, что литой сплав получают из смеси порошков, дополнительно содержащей молибден, при следующем соотношении компонентов, мол.%:In a private embodiment, the method is characterized in that the cast alloy is obtained from a mixture of powders, additionally containing molybdenum, in the following ratio of components, mol.%:
Сущность изобретения состоит в том, что заготовка, полученная методом СВС по оптимальному режиму, имеет однородную структуру, что позволяет минимизировать время плавки перед разливкой в форму с заданной конфигурацией. Это позволяет существенно уменьшить время получения конечных литых деталей, обладающих высокими эксплуатационными свойствами, в частности жаропрочностью.The essence of the invention lies in the fact that the billet obtained by the SHS method in the optimal mode has a uniform structure, which minimizes the melting time before casting into a mold with a given configuration. This can significantly reduce the time to obtain the final cast parts with high performance properties, in particular heat resistance.
Проведение СВС при начальной температуре ниже 560°C не позволяет реализовать стационарный режим горения, что существенно ухудшает качество синтезируемой заготовки.Carrying out SHS at an initial temperature below 560 ° C does not allow to realize a stationary combustion regime, which significantly impairs the quality of the synthesized preform.
Проведение СВС при начальной температуре выше 650°C приводит к реализации горения в режиме теплового взрыва в исходном брикете, что также ухудшает качество синтезируемой заготовки.Carrying out SHS at an initial temperature above 650 ° C leads to the implementation of combustion in the thermal explosion mode in the initial briquette, which also affects the quality of the synthesized preform.
Относительная плотность брикета смеси менее 50% не обеспечивает достаточную прочность исходного брикета, снижает скорость горения, что приводит к повышенной остаточности пористости заготовки.The relative density of the briquette mixture of less than 50% does not provide sufficient strength of the initial briquette, reduces the burning rate, which leads to increased residual porosity of the workpiece.
Относительная плотность брикета смеси более 85% приводит к образованию закрытой пористости в исходном брикете, что препятствует наиболее полной дегазации при проведении термовакуумной обработки и приводит к образованию расслойных трещин в синтезируемой заготовке.The relative density of the mixture briquette of more than 85% leads to the formation of closed porosity in the initial briquette, which prevents the most complete degassing during thermal vacuum treatment and leads to the formation of delamination cracks in the synthesized preform.
Проведение термовакуумной обработки брикета при температуре ниже 550°C, в течение менее 10 минут, при давлении более 10-1 Па, со скоростью выше 40°C/мин не обеспечивает полноту протекания процесса дегазации, что повышает остаточную пористость синтезируемых заготовок, а следовательно, увеличивает содержание примесей в конечном продукте.Thermo-vacuum treatment of the briquette at a temperature below 550 ° C, for less than 10 minutes, at a pressure of more than 10 -1 Pa, at a speed above 40 ° C / min does not ensure the completeness of the degassing process, which increases the residual porosity of the synthesized preforms, and therefore increases the content of impurities in the final product.
Проведение термовакуумной обработки брикета при температуре выше 650°C приводит к самовоспламенению исходного брикета и преждевременному протеканию СВС-реакции непосредственно в камере вакуумной печи.Thermo-vacuum treatment of the briquette at temperatures above 650 ° C leads to spontaneous ignition of the initial briquette and premature occurrence of the SHS reaction directly in the chamber of the vacuum furnace.
Проведение термовакуумной обработки брикета в течение более 40 мин при давлении менее 10-3 Па и скорости нагрева менее 5°C/мин не целесообразно, т.к. это не приводит к дальнейшему увеличению степени дегазации исходного брикета и не повышает качество заготовки.Thermo-vacuum treatment of the briquette for more than 40 minutes at a pressure of less than 10 -3 Pa and a heating rate of less than 5 ° C / min is not advisable, because this does not lead to a further increase in the degree of degassing of the initial briquette and does not increase the quality of the workpiece.
ПРИМЕР 1EXAMPLE 1
Рассматривали 5 вариантов получения заготовки из смеси металлических порошков следующего состава, мол.%: алюминий - 42, ниобий - 4, молибден - 1, титан - остальное. Режимы СВС приведены в табл.1.We considered 5 options for obtaining a workpiece from a mixture of metal powders of the following composition, mol.%: Aluminum - 42, niobium - 4, molybdenum - 1, titanium - the rest. The SHS modes are given in Table 1.
После получения заготовки (Фигура 1), проводили ее переплав в вакуумной индукционной печи при температуре 650°C, а затем расплав заливали в формы с заданной конфигурацией, получая фасонную отливку (Фигура 2). После ГИП обработки отливок при температуре 1250°C и давлении 100 МПа в течение 3 часов из них вырезали образцы для проведения испытаний на сжатие при 700°C. Определяли предел текучести (σ0,2) и относительное укорочение (ε).After receiving the preform (Figure 1), it was remelted in a vacuum induction furnace at a temperature of 650 ° C, and then the melt was poured into molds with a given configuration, obtaining a shaped casting (Figure 2). After the HIP treatment of castings at a temperature of 1250 ° C and a pressure of 100 MPa for 3 hours, samples were cut from them for compression tests at 700 ° C. The yield strength (σ 0.2 ) and the relative shortening (ε) were determined.
Результаты, приведенные в табл.1, показывают, что только по режимам СВС 2-4, отвечающим заявленному способу, достигается высокая прочность. При этом не происходит разрушения образцов (при укорочении до 10% включительно), что свидетельствует о достаточно высокой пластичности испытываемых материалов. Режимы 1 и 5 приводят к снижению прочности и пластичности, поскольку в процессе проведения СВС формируются тугоплавкие конгломераты, которые отрицательно сказываются на конечной структуре отливок.The results shown in table 1 show that only in the SHS 2-4 modes corresponding to the claimed method, high strength is achieved. In this case, there is no destruction of the samples (when shortening to 10% inclusive), which indicates a sufficiently high ductility of the tested materials. Modes 1 and 5 lead to a decrease in strength and ductility, since in the process of SHS refractory conglomerates are formed, which adversely affect the final structure of castings.
ПРИМЕР 2EXAMPLE 2
По режиму получения заготовки 3 (см. табл.1) были приготовлены 5 вариантов смесей (табл.2). Из этих смесей были получены фасонные отливки в условиях, аналогичных Примеру 1.According to the mode of preparation of preform 3 (see Table 1), 5 variants of mixtures were prepared (Table 2). Shaped castings were obtained from these mixtures under conditions similar to Example 1.
Результаты, приведенные в табл.2, показывают, что только составы 2-4 позволяют достигнуть высоких значений σ0,2 и ε. При этом не происходит разрушения образцов (при укорочении до 10% включительно), что свидетельствует о достаточно высокой пластичности испытываемых материалов.The results shown in table 2 show that only compositions 2-4 allow to achieve high values of σ 0.2 and ε. In this case, there is no destruction of the samples (when shortening to 10% inclusive), which indicates a sufficiently high ductility of the tested materials.
Состав 1 обладает пониженной прочностью, что связано с меньшими концентрациями ниобия и молибдена. Состав 5 обладает пониженной прочностью и пластичностью, что связано с повышенными концентрациями ниобия и молибдена.Composition 1 has a reduced strength, which is associated with lower concentrations of niobium and molybdenum. Composition 5 has a reduced strength and ductility, which is associated with increased concentrations of niobium and molybdenum.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013129491/02A RU2523049C1 (en) | 2013-06-28 | 2013-06-28 | Method of gamma-aluminide titanium-based alloys production |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013129491/02A RU2523049C1 (en) | 2013-06-28 | 2013-06-28 | Method of gamma-aluminide titanium-based alloys production |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2523049C1 true RU2523049C1 (en) | 2014-07-20 |
Family
ID=51217587
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013129491/02A RU2523049C1 (en) | 2013-06-28 | 2013-06-28 | Method of gamma-aluminide titanium-based alloys production |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2523049C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104550956A (en) * | 2015-01-20 | 2015-04-29 | 哈尔滨工业大学 | Component preparation method through beta-gamma titanium-aluminum alloy prealloy powder spark plasma sintering |
RU2630157C2 (en) * | 2016-01-29 | 2017-09-05 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Method to produce electrodes of alloys based on titanium aluminide |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5015533A (en) * | 1988-03-10 | 1991-05-14 | Texas Instruments Incorporated | Member of a refractory metal material of selected shape and method of making |
EP1066415B1 (en) * | 1998-02-02 | 2002-07-24 | Chrysalis Technologies, Incorporated | Two phase titanium aluminide alloy |
RU2263089C1 (en) * | 2004-02-25 | 2005-10-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Method of production of a composite material |
RU2320744C1 (en) * | 2006-07-18 | 2008-03-27 | Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения Российской Академии наук | Method for producing cast alloy on base of titanium aluminides |
-
2013
- 2013-06-28 RU RU2013129491/02A patent/RU2523049C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5015533A (en) * | 1988-03-10 | 1991-05-14 | Texas Instruments Incorporated | Member of a refractory metal material of selected shape and method of making |
EP1066415B1 (en) * | 1998-02-02 | 2002-07-24 | Chrysalis Technologies, Incorporated | Two phase titanium aluminide alloy |
RU2263089C1 (en) * | 2004-02-25 | 2005-10-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Method of production of a composite material |
RU2320744C1 (en) * | 2006-07-18 | 2008-03-27 | Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения Российской Академии наук | Method for producing cast alloy on base of titanium aluminides |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104550956A (en) * | 2015-01-20 | 2015-04-29 | 哈尔滨工业大学 | Component preparation method through beta-gamma titanium-aluminum alloy prealloy powder spark plasma sintering |
RU2630157C2 (en) * | 2016-01-29 | 2017-09-05 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Method to produce electrodes of alloys based on titanium aluminide |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6896623B2 (en) | A process for producing a low nitrogen, substantially nitride-free chromium and chromium and niobium-containing nickel-based alloy, and the resulting chromium and nickel-based alloy. | |
KR101264219B1 (en) | Mg alloy and the manufacturing method of the same | |
Sanin et al. | Cast intermetallic alloys by SHS under high gravity | |
Pogozhev et al. | NiAl-based electrodes by combined use of centrifugal SHS and induction remelting | |
RU2607857C1 (en) | Method of producing electrodes from nickel aluminide-based alloys | |
RU2618038C2 (en) | Method for obtaining a heat-resistant alloy based on niobium | |
JP2018501400A (en) | Process and resulting product for producing low nitrogen metal chromium and chromium containing alloys | |
RU2523049C1 (en) | Method of gamma-aluminide titanium-based alloys production | |
CN108251670B (en) | Preparation method of high-temperature-resistant intermetallic compound alloy | |
EA018035B1 (en) | Method for manufacturing articles from titanium alloys | |
Agote et al. | Microstructure and mechanical properties of gamma TiAl based alloys produced by combustion synthesis+ compaction route | |
RU2630740C1 (en) | Method for preparing alloy billets based on tini intermetallide | |
RU2320744C1 (en) | Method for producing cast alloy on base of titanium aluminides | |
Pourbagheri et al. | SHS-produced Al–Ti–B master alloys: Performance in commercial Al alloy | |
Mandal et al. | Chemical modification of morphology of Mg2Si phase in hypereutectic aluminium–silicon–magnesium alloys | |
Sanin et al. | Investigation into the influence of the remelting temperature on the structural heredity of alloys fabricated by centrifugal SHS metallurgy | |
RU2393060C1 (en) | Method of producing composite material | |
RU2630157C2 (en) | Method to produce electrodes of alloys based on titanium aluminide | |
RU2813343C1 (en) | Method for producing heat-resistant alloys based on cobalt | |
RU2595084C1 (en) | Method of producing heat-resistant alloy based on niobium matrix with intermetallic hardening | |
RU2624562C1 (en) | METHOD OF PRODUCING BILLETS FROM ALLOYS BASED ON INTERMETALLIDES OF Nb-Al SYSTEM | |
RU2068317C1 (en) | Monocrystalline castings production method | |
RU2270877C1 (en) | Method of production of cast alloy in burning mode | |
RU2776265C1 (en) | Method for producing molybdenum-based heat-resistant alloys | |
UA133598U (en) | METHOD OF OBTAINING INTERMETALLIC ALLOY |