RU2547988C1 - Литой композиционный материал на основе алюминиевого сплава и способ его получения - Google Patents
Литой композиционный материал на основе алюминиевого сплава и способ его получения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2547988C1 RU2547988C1 RU2013142017/02A RU2013142017A RU2547988C1 RU 2547988 C1 RU2547988 C1 RU 2547988C1 RU 2013142017/02 A RU2013142017/02 A RU 2013142017/02A RU 2013142017 A RU2013142017 A RU 2013142017A RU 2547988 C1 RU2547988 C1 RU 2547988C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- alloy
- alti
- hours
- grain size
- composite material
- Prior art date
Links
Abstract
Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению литого композиционного материала (ЛКМ) на основе алюминиевого сплава для изготовления циклически и термически нагруженных до 230°С деталей авиационного назначения - лопаток вентилятора и ступеней компрессора низкого давления перспективных авиационных двигателей и газоперекачивающих аппаратов. Литой композиционный материал на основе алюминиевого сплава системы Al-Cu-Mg-Ag содержит армирующие дискретные керамические частицы оксида алюминия зернистостью 10-100 нм в количестве 0,2-10 об.% и диборида титана зернистостью 0,5-1,5 мкм в количестве, при котором содержание титана в сплаве составляет 0,1-0,2 мас.%. Способ получения ЛКМ включает получение модифицированной лигатуры Al-Ti-B путем сухой механофрикционной обработки в размольно-смесительном устройстве крупнозернистого порошка или стружки лигатуры Al-Ti-B, выбранной из ряда AlTi3B1, AlTi5B0,2, AlTi5B0,6, AlTi5B1, введения в нее в заданном количестве дискретных керамических частиц оксида алюминия зернистостью 10-100 нм, перемешивания до получения однородной консистенции, дальнейшей высокоэнергетической механической обработки полученной смеси, ее брикетирования посредством холодного изостатического прессования под давлением 200-400 МПа для достижения плотности свыше 60% от теоретической, введение полученных брикетов в расплав алюминиевого сплава системы Al-Cu-Mg-Ag, перегретый до 750-850°С, выдержку при заданной температуре в течение 20-60 минут, разливку со скоростью затвердевания не менее 70 К/сек и окончательную термообработку путем проведения гомогенизирующего отжига при 450-500°С в течение 2-24 часов, нагрева до 510-520°С с выдержкой в течение 1-5 часов, закалки в воду и последующего искусственного старения при температуре 190-250°С в течение 2-10 часов. Техническим результатом изобретения является повышение жаропрочности и трещиностойкости ЛКМ за счет равномерного распределения наноразмерных керамических частиц оксида алюминия в объеме отливки. 2 н.п. ф-лы.
Description
Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению литого композиционного материала (ЛКМ) на основе алюминиевого сплава для изготовления циклически и термически нагруженных (до 230°С) деталей авиационного назначения - лопаток вентилятора и ступеней компрессора низкого давления перспективных авиационных двигателей и газоперекачивающих аппаратов.
Известен способ получения ЛКМ на основе интерметаллидной матрицы, включающий смешивание порошков матрицеобразующего металла из группы Fe, Ni, Ti или их смеси с армирующими нейтральными частицами, выбранными из группы оксидов, карбидов, боридов; изготовление пористой заготовки; последующую реакционную пропитку алюминиевым расплавом; гомогенизационную выдержку и кристаллизацию слитка (Патент РФ №2212306, МПК7 С22С 01/10, 2003 г.).
Известен также способ получения композиционного материала (патент РФ №2202643, оп. 20.04.2003), включающий:
а) высокоэнергетическую механическую обработку стружки металла матричного состава с частицами оксида алюминия размером 8-12 мкм в количестве 10-25 об.%,
б) холодное двустороннее прессование полученной смеси до получения 80% относительной плотности;
в) горячую пропитку расплавом алюминия спрессованных брикетов.
Общим недостатком предложенных изобретений является то, что данные способы изготовления не позволяют получать сложные фасонные изделия, обладающие комплексом механических свойств (жаропрочность, трещиностойкость) для изготовления лопаток вентилятора и ступеней компрессора низкого давления авиационных двигателей и газоперекачивающих аппаратов. Кроме того, данные способы отличаются низкой технологичностью: большая длительность процесса, большие энергозатраты, необходимость применения сложного дорогостоящего оборудования.
Известен способ получения сплава на основе алюминия (патент РФ №2177047, оп. 20.12.2001), который основан на механическом замешивании в расплав порошка из тугоплавких частиц оксидов металлов размером 0,001-0,1 мкм в количестве 1-15 мас.%. Предлагаемый способ механического замешивания отличается низкой технологичностью по причине агломерации частиц, что проявляется в резком повышении вязкости и потери жидкотекучести расплава при введении армирующией добавки, что приводит к неравномерному распределению частиц и анизотропии механических свойств по сечению получаемых изделий.
В качестве прототипа был выбран ЛКМ на основе алюминиевого сплава Al+3% Mg и способ его получения (патент RU №2353475 С2, оп. 27.04.2009). В качестве армирующих дискретных керамических частиц он содержит карбид кремния (SiC) с зернистостью 30-50 мкм в количестве 3-5 или 15-19 мас.%. Способ получения данного ЛКМ включает смешивание в размольно-смесительном устройстве порошков матричного компонента из алюминиевого сплава Al+3% Mg и армирующих дискретных керамических частиц карбида кремния, брикетирование смеси под давлением 28-35 МПа и введение полученных брикетов в расплав алюминиевого сплава Al+3% Mg при температуре 850±10°С в количестве, необходимом для получения заданной концентрации армирующих дискретных керамических частиц в указанном расплаве, после чего проводят выдержку в течение 20-30 мин для протекания процессов распределения керамических частиц по объему расплава указанного алюминиевого сплава, затем осуществляют перемешивание и разливку.
Недостатки прототипа (патент RU №2353475 С2, оп. 27.04.2009) заключаются в следующем:
1. Данный способ не позволяет ввести и зафиксировать титан в матричном твердом растворе, который понижает скорость диффузии основных легирующих элементов. Понижение скорости диффузии элементов оказывает положительное влияние на устойчивость к коагуляции наноразмерных частиц Ω-фазы (Al2Cu). Алюминиевые сплавы системы Al-Cu-Mg-Ag являются термоупрочняемыми сплавами, значительное дисперсионное упрочнение которых происходит в результате выделения дисперсных интерметаллидных частиц Ω-фазы (Al2Cu) при искусственном старении. Коагуляция частиц Ω-фазы при повышенной температуре (до 200°С) является основных фактором ухудшающим жаропрочность получаемых изделий из данных сплавов.
2. Способ получения ЛКМ основан на использовании в качестве армирующего компонента дискретных керамических частиц карбида кремния (SiC) с зернистостью 30-50 мкм. Данные достаточно крупные керамические частицы являются концентраторами напряжений при циклическом нагружении, что негативно сказывается на трещиностойкости получаемых изделий, которые невозможно будет использовать для изготовления циклически и термически нагруженных деталей авиационного назначения - лопаток вентилятора и ступеней компрессора низкого давления. Задачей группы изобретений является устранение недостатков прототипа путем разработки способа получения ЛКМ с улучшенными свойствами жаропрочности и трещиностойкости, используемого для изготовления циклически и термически нагруженных деталей авиационного назначения - лопаток вентилятора и ступеней компрессора низкого давления.
Технический результат заключается в том, что предложенный способ получения ЛКМ отличается относительно высокой технологичностью и позволяет ввести и равномерно распределить наноразмерные керамические частицы оксида алюминия в объеме отливки.
Поставленная задача решена следующим образом:
В известный способ, включающий смешивание в размольно-смесительном устройстве порошков матричного компонента и дискретных керамических частиц, брикетирование смеси, введение полученных брикетов в расплав алюминиевого сплава, выдержку в течение для протекания процессов распределения керамических частиц по объему расплава указанного алюминиевого сплава и разливку, введены следующие новые признаки.
1) Крупнозернистый порошок или стружку лигатуры алюминий-титан-бор (Al-Ti-B), выбранной из ряда AlTi3B1, AlTi5B0,2, AlTi5B0,6, AlTi5B1 (ГОСТ Р 53777-2010), исходя из требуемого соотношения объемной доли частиц TiB2 и наночастиц Al2O3 в готовом ЛКМ, подвергают сухой механофрикционной обработке в размольно-смесительном устройстве, благодаря чему происходит измельчение крупных частиц лигатуры.
2) В получаемый мелкодисперсный порошок лигатуры Al-Ti-B вводят дискретные керамические частицы оксида алюминия (Al2O3) с зернистостью 10-100 нм и перемешивают до получения однородной консистенции. Полученную смесь подвергают высокоэнергетической механической обработке, позволяющей провести механическое легирование порошка лигатуры частицами Al2O3. Количество смешиваемых порошков определяют расчетным путем для достижения 0,2-10 об.% армирующего компонента Al2O3, 0,1-0,2 мас.% титана в химическом составе готового ЛКМ.
3) Затем смесь порошков подвергают брикетированию посредством холодного изостатического прессования под давлением 200-400 МПа, что позволяет достичь свыше 60% от теоритической плотности смеси. Наиболее целесообразным видом брикетов являются прутки с диаметром 9,5 мм и длиной 300-500 мм, так как такие размеры брикетов позволяют вводить их в расплав, используя стандартное литейное оборудование.
4) В перегретый до 750-850°С расплав алюминиевого сплава системы Al-Cu-Mg-Ag вводят полученные брикеты модифицированной лигатуры Al-Ti-B, выдерживают при заданной температуре 20-60 мин для протекания процессов распределения дискретных керамических частиц по объему расплава и растворения интерметаллидных частиц титанита алюминия (Al3Ti), содержащихся в лигатуре, проводят разливку со скоростью затвердевания не менее 70 К/сек. Быстрое охлаждение расплава обеспечивает поглощение частиц Al2O3 фронтом кристаллизации. Перед введением брикетов лигатуры возможен их подогрев до температур 100-650°С, что позволяет уменьшить переохлаждение матричного расплава и ускорить усвоение лигатуры. Количество вводимых в расплав брикетов определяют расчетным путем для достижения заданных массовых соотношений армирующих и легирующих компонентов в готовом изделии (см. п.2).
5) Получаемые отливки подвергают окончательной термообработке, включающей гомогенизационный отжиг при 450-500°С в течение 2-24 часов, нагрев до 510-520°С с выдержкой в течение 1-5 часов, закалку в воду и последующее искусственное старение при температурах 190-250°С в течение 2-10 часов до достижения максимальной прочности получаемых изделий. Гомогенизационный отжиг приводит к равномерному распределению основных легирующих элементов матричного Al-Cu-Mg-Ag сплава по объему ЛКМ. Дисперсионное упрочнение за счет выделения частиц Ω-фазы (Al2Cu) в Al-Cu-Mg-Ag сплаве достигается после закалки и последующего искусственного старения на максимальную прочность.
Введение модифицированной лигатуры позволяет получить композиционный материал с более мелкой и однородной структурой, а также улучшенными свойствами жаропрочности (время до разрушения при температуре 230°С и нагрузке 250 МПа более 90 часов) и трещиностойкости (скорость роста усталостной трещины при ΔК=31,6 МПа/√m при комнатной температуре менее 4 мм/цикл). Это достигается введением в ЛКМ титана, который понижает скорость диффузии элементов, оказывая положительное влияние на устойчивость к коагуляции наноразмерных частиц Ω-фазы (Al2Cu). Алюминиевые сплавы системы Al-Cu-Mg-Ag являются термоупрочняемыми сплавами, значительное дисперсионное упрочнение которых происходит в результате выделения дисперсных интерметаллидных частиц Ω-фазы (Al2Cu) при искусственном старении. Коагуляция частиц Ω-фазы при повышенной температуре (до 200°С) является основным известным фактором, ухудшающим жаропрочность получаемых изделий из данных сплавов. К тому же равномерное распределение наноразмерных керамических частиц оксида алюминия в объеме отливки приводит к дополнительному улучшению эксплуатационных свойств получаемых изделий. Частицы диборида титана уменьшают размер зерна алюминиевой матрицы при литье и подавляют зернограничное проскальзывание в готовом изделии, которое неизбежно развивается в данных сплавах при повышенных температурах.
Claims (2)
1. Литой композиционный материал на основе алюминиевого сплава системы Al-Cu-Mg-Ag, содержащий армирующие дискретные керамические частицы оксида алюминия и диборида титана, характеризующийся тем, что он содержит частицы оксида алюминия зернистостью 10-100 нм в количестве 0,2-10 об.% и диборида титана зернистостью 0,5-1,5 мкм в количестве, при котором содержание титана в сплаве составляет 0,1-0,2 мас.%.
2. Способ получения литого композиционного материала на основе алюминиевого сплава системы Al-Cu-Mg-Ag, содержащего армирующие дискретные керамические частицы оксида алюминия и диборида титана, включающий получение модифицированной лигатуры Al-Ti-B путем сухой механофрикционной обработки в размольно-смесительном устройстве крупнозернистого порошка или стружки лигатуры Al-Ti-B, выбранной из ряда AlTi3B1, AlTi5B0,2, AlTi5B0,6, AlTi5B1, введения в нее в заданном количестве дискретных керамических частиц оксида алюминия зернистостью 10-100 нм, перемешивания до получения однородной консистенции, дальнейшей высокоэнергетической механической обработки полученной смеси, ее брикетирования посредством холодного изостатического прессования под давлением 200-400 МПа для достижения плотности свыше 60% от теоритической, введение полученных брикетов в расплав алюминиевого сплава системы Al-Cu-Mg-Ag, перегретый до 750-850°С, выдержку при заданной температуре в течение 20-60 минут, разливку со скоростью затвердевания не менее 70 К/сек и окончательную термообработку путем проведения гомогенизирующего отжига при 450-500°С в течение 2-24 часов, нагрева до 510-520°С с выдержкой в течение 1-5 часов, закалки в воду и последующего искусственного старения при температуре 190-250°С в течение 2-10 часов.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013142017/02A RU2547988C1 (ru) | 2013-09-16 | 2013-09-16 | Литой композиционный материал на основе алюминиевого сплава и способ его получения |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013142017/02A RU2547988C1 (ru) | 2013-09-16 | 2013-09-16 | Литой композиционный материал на основе алюминиевого сплава и способ его получения |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2547988C1 true RU2547988C1 (ru) | 2015-04-10 |
RU2013142017A RU2013142017A (ru) | 2015-04-10 |
Family
ID=53282202
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013142017/02A RU2547988C1 (ru) | 2013-09-16 | 2013-09-16 | Литой композиционный материал на основе алюминиевого сплава и способ его получения |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2547988C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2682740C1 (ru) * | 2017-12-22 | 2019-03-21 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е.Алексеева" (НГТУ) | Состав композиционного материала на основе алюминиевого сплава |
CN115369276A (zh) * | 2022-08-15 | 2022-11-22 | 哈尔滨工业大学(威海) | 一种SiC和TiB2双相增强铝基复合材料及其制备方法 |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112877558B (zh) * | 2020-12-28 | 2022-05-20 | 湖南文昌新材科技股份有限公司 | 加压均匀分散陶瓷颗粒制备复合材料的装置及方法 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5856025A (en) * | 1987-05-13 | 1999-01-05 | Lanxide Technology Company, L.P. | Metal matrix composites |
RU2159823C2 (ru) * | 1995-03-31 | 2000-11-27 | Мерк Патент Гмбх | Металлические композиционные материалы на основе алюминиевых сплавов, армированных керамическими частицами tib2 |
RU2177047C1 (ru) * | 2000-07-18 | 2001-12-20 | Открытое акционерное общество "КОРПОРАЦИЯ "КОМПОМАШ" | Способ получения сплава на основе алюминия |
RU2353475C2 (ru) * | 2007-03-20 | 2009-04-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Литой композиционный материал на основе алюминиевого сплава и способ его получения |
US8017072B2 (en) * | 2008-04-18 | 2011-09-13 | United Technologies Corporation | Dispersion strengthened L12 aluminum alloys |
-
2013
- 2013-09-16 RU RU2013142017/02A patent/RU2547988C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5856025A (en) * | 1987-05-13 | 1999-01-05 | Lanxide Technology Company, L.P. | Metal matrix composites |
RU2159823C2 (ru) * | 1995-03-31 | 2000-11-27 | Мерк Патент Гмбх | Металлические композиционные материалы на основе алюминиевых сплавов, армированных керамическими частицами tib2 |
RU2177047C1 (ru) * | 2000-07-18 | 2001-12-20 | Открытое акционерное общество "КОРПОРАЦИЯ "КОМПОМАШ" | Способ получения сплава на основе алюминия |
RU2353475C2 (ru) * | 2007-03-20 | 2009-04-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Литой композиционный материал на основе алюминиевого сплава и способ его получения |
US8017072B2 (en) * | 2008-04-18 | 2011-09-13 | United Technologies Corporation | Dispersion strengthened L12 aluminum alloys |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2682740C1 (ru) * | 2017-12-22 | 2019-03-21 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е.Алексеева" (НГТУ) | Состав композиционного материала на основе алюминиевого сплава |
CN115369276A (zh) * | 2022-08-15 | 2022-11-22 | 哈尔滨工业大学(威海) | 一种SiC和TiB2双相增强铝基复合材料及其制备方法 |
CN115369276B (zh) * | 2022-08-15 | 2023-06-06 | 哈尔滨工业大学(威海) | 一种SiC和TiB2双相增强铝基复合材料及其制备方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013142017A (ru) | 2015-04-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN108080644B (zh) | 一种高强韧化金属基复合材料的粉末冶金制备方法 | |
Lin et al. | Effects of solution treatment on microstructures and micro-hardness of a Sr-modified Al-Si-Mg alloy | |
WO2011023059A1 (zh) | 多元高强耐热铝合金材料及其制备方法 | |
CN104004942B (zh) | 一种TiC颗粒增强镍基复合材料及其制备方法 | |
CN103088242B (zh) | 一种铝锌镁铜锆系高强铝合金的制备方法 | |
CN112048629A (zh) | 铸造铝硅合金用Al-Ti-Nb-B细化剂的制备方法 | |
CN106756264B (zh) | 一种铝基复合材料、其制备方法及其应用 | |
RU2323991C1 (ru) | Литой композиционный материал на основе алюминиевого сплава и способ его получения | |
Hanim et al. | Effect of a two-step solution heat treatment on the microstructure and mechanical properties of 332 aluminium silicon cast alloy | |
RU2547988C1 (ru) | Литой композиционный материал на основе алюминиевого сплава и способ его получения | |
KR20120079638A (ko) | 마그네슘계 합금 및 그 제조방법 | |
JP2018509525A (ja) | 複雑形状鋳物の製造方法、並びにAlCu合金よりなる鋳物 | |
Taskesen et al. | The effect of cryogenic treatment on ageing behaviour of B4C reinforced 7075 aluminium composite | |
CN109261971A (zh) | 一种用于改善纳米CuAl2/Al2O3增强铝基复合材料均匀性的变速球磨混粉方法 | |
CN109468496B (zh) | 一种耐热压铸铝合金及其制备方法 | |
CN105937005B (zh) | 均匀分布粒状准晶和棒状相的时效强化镁合金及制备方法 | |
CN110129631A (zh) | 一种内燃机用高强韧耐热铝合金材料及其制备方法 | |
CN108251670A (zh) | 耐高温金属间化合物合金的制备方法 | |
Chong et al. | High performance of T6‐treated Al–15Mg2Si–3Cu composite reinforced with spherical primary Mg2Si after the Co‐modification of Bi+ Sr | |
Wang et al. | Effect of Solid Solution and Ageing Treatments on the Microstructure and Mechanical Properties of the SiCp/Al-Si-Cu-Mg Composite. | |
CN106957975B (zh) | 一种高稳定性铝合金复合材料及其制备方法 | |
CN106555068B (zh) | 一种硅铝复合材料及其制备方法 | |
RU2750658C1 (ru) | Способ получения алюминиевого сплава, армированного карбидом бора | |
CN111378861B (zh) | 一种原位合成双相颗粒增强铝基复合材料的制备方法 | |
RU2697683C1 (ru) | Способ получения слитков из алюмоматричного композиционного сплава |