RU2637545C1 - METHOD FOR PRODUCING Al-Ti MODIFYING ALLOY - Google Patents
METHOD FOR PRODUCING Al-Ti MODIFYING ALLOY Download PDFInfo
- Publication number
- RU2637545C1 RU2637545C1 RU2016144115A RU2016144115A RU2637545C1 RU 2637545 C1 RU2637545 C1 RU 2637545C1 RU 2016144115 A RU2016144115 A RU 2016144115A RU 2016144115 A RU2016144115 A RU 2016144115A RU 2637545 C1 RU2637545 C1 RU 2637545C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- titanium
- aluminum
- alloy
- porous
- raw materials
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/23—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces involving a self-propagating high-temperature synthesis or reaction sintering step
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
- B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
- B22F9/04—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C21/00—Alloys based on aluminium
Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к производству алюминия, в частности к получению титансодержащих алюминиевых сплавов и лигатур, и может быть использовано в алюминиевой, авиационной, автомобильной и других отраслях промышленности, изготавливающих модифицированные деформируемые и литейные алюминиевые сплавы и изделия из них.The invention relates to the production of aluminum, in particular to the production of titanium-containing aluminum alloys and alloys, and can be used in aluminum, aviation, automotive and other industries manufacturing modified wrought and cast aluminum alloys and products from them.
Под модифицированием макроструктуры понимают получение отливок и слитков с мелкозернистым строением. Конечной задачей модифицирования является повышение механических, технологических и эксплуатационных свойств отливок, слитков, а также получаемых из них изделий и полуфабрикатов посредством измельчения литой структуры.Under the macrostructure modification is understood the production of castings and ingots with a fine-grained structure. The ultimate goal of the modification is to increase the mechanical, technological and operational properties of castings, ingots, as well as products and semi-products obtained from them by grinding the cast structure.
Наиболее распространенным и эффективным способом измельчения структуры (модифицирования) алюминия и его сплавов является использование алюминиевых лигатур с тугоплавкими переходными элементами: титаном, цирконием, бором, стронцием.The most common and effective method of grinding the structure (modification) of aluminum and its alloys is the use of aluminum alloys with refractory transition elements: titanium, zirconium, boron, strontium.
Известен способ получения лигатуры Al-Ti-B, в котором титан в виде титановой губки измельчают до размера 10-15 мм, смешивают с тетрафторборатом калия. Смесь помещают в металлический контейнер и нагревают до температуры 515-530°C, затем уплотняют давлением до исчезновения жидкой фазы и после снятия давления полученную смесь вынимают из контейнера и вводят в расплавленный алюминий. Изобретение позволяет повысить степень усвоения бора жидким алюминием и снизить потери бора со шлаком (Патент №2215810, МПК С22С 21/00, 35/00. Опубл. 10.11.2003 г.) [1].A known method of producing Al-Ti-B alloys, in which titanium in the form of a titanium sponge is crushed to a size of 10-15 mm, mixed with potassium tetrafluoroborate. The mixture is placed in a metal container and heated to a temperature of 515-530 ° C, then compacted with pressure until the liquid phase disappears and after relieving the pressure, the resulting mixture is removed from the container and introduced into molten aluminum. The invention improves the degree of assimilation of boron by liquid aluminum and reduces the loss of boron with slag (Patent No. 2215810, IPC С22С 21/00, 35/00. Publ. 10.11.2003) [1].
К недостаткам известного способа получения тройной лигатуры Al-Ti-B относится необходимость использования тетрафторбората калия - дорогого и дефицитного сырья, а также сложность процесса, обусловленная обработкой давлением смеси титановой губки с расплавом тетрафторбората калия.The disadvantages of the known method for producing triple Al-Ti-B alloys include the need to use potassium tetrafluoroborate, an expensive and scarce raw material, as well as the complexity of the process due to the pressure treatment of the titanium sponge mixture with potassium tetrafluoroborate melt.
Перечисленных недостатков лишен способ получения лигатур для производства алюминиевых сплавов (Патент №2542191, МПК С22С 35/00, 1/03. Опубл. 20.02.2015 г.) [2], включающий плавление алюминия, введение в расплав алюминия переходного металла в виде порошка титана, смешанного в стехиометрическом соотношении с порошком алюминия для образования интерметаллидов в результате самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, перемешивание полученного расплава и его кристаллизацию, отличающийся тем, что предварительно на зеркале расплава алюминия размещают в качестве флюса криолит, смесь порошков алюминия и титана подвергают предварительной механоактивации, в расплав одновременно с механоактивированной смесью порошков титана и алюминия вводят прессованную титановую стружку и выдерживают расплав в течение не менее 30 минут с периодическим перемешиванием. Причем соотношение смеси порошков титана и алюминия и титановой стружки выбирают в пропорции 1/3:2/3, соответственно. Изобретение позволяет повысить качество лигатуры, улучшить ее структуру и равномерность распределения титана в объеме лигатуры, а также исключить шлаковые включения и ликвационные зоны, обедненные интерметаллидами Al3Ti.The listed drawbacks are deprived of a method for producing alloys for the production of aluminum alloys (Patent No. 2542191, IPC С22С 35/00, 1/03. Publ. 02/20/2015) [2], including the melting of aluminum, the introduction of a transition metal in the form of a powder in aluminum melt titanium mixed in a stoichiometric ratio with aluminum powder to form intermetallic compounds as a result of self-propagating high-temperature synthesis, mixing the obtained melt and its crystallization, characterized in that it is preliminarily sized on the aluminum melt mirror schayut cryolite as a fluxing agent, a mixture of aluminum powder and titanium is subjected to preliminary mechanical activation in conjunction with a mechanically activated melt mixture of titanium and aluminum powders, titanium administered compressed swarf and kept in the melt for at least 30 minutes with occasional stirring. Moreover, the ratio of the mixture of powders of titanium and aluminum and titanium shavings is selected in a ratio of 1/3: 2/3, respectively. The invention improves the quality of the ligature, improves its structure and uniform distribution of titanium in the volume of the ligature, and also eliminates slag inclusions and segregation zones depleted in Al 3 Ti intermetallic compounds.
Недостатками известного способа являются:The disadvantages of this method are:
- необходимость использования специальных порошков титана и алюминия, химический состав и дисперсность которых должны соответствовать техническим условиям ТУ 1715-449-05785388 и требованиям ГОСТ 6058-73;- the need to use special powders of titanium and aluminum, the chemical composition and dispersion of which must meet the technical conditions of TU 1715-449-05785388 and the requirements of GOST 6058-73;
- предварительная механоактивация порошков титана и алюминия в течение 2 ч;- preliminary mechanical activation of titanium and aluminum powders for 2 hours;
- использование в качестве флюса технического криолита (Na3AlF6) с температурой плавления 1008°C.- use as flux technical cryolite (Na 3 AlF 6 ) with a melting point of 1008 ° C.
Наиболее близким по технической сущности, наличию сходных признаков к заявляемому способу является «Способ получения алюминиево-титановой лигатуры» (Патент РФ №2448181, С22С 1/02, 21/00. Опубл. 20.04.2012 г.) [3]. Согласно известному способу готовят алюминиевый расплав, перегревают его выше температуры ликвидус. В тигель с алюминиевым расплавом, покрытый флюсом, вводят перфорированный огнеупорный тигель с титановой губкой. Размер отверстий перфорированного тигля меньше размера титановой губки. Перфорированный тигель с титановой губкой располагают таким образом, что его край располагается выше зеркала металла в плавильном тигле. После этого титановую губку плавят с использованием концентрированного источника нагрева, в качестве которого используют электрическую дугу или сжатую электрическую дугу или лазер. Изобретение позволяет уменьшить время растворения титановой губки в алюминиевом расплаве за счет использования концентрированного источника нагрева, что повышает производительность процесса приготовления алюминиевых лигатур и снижает трудоемкость.The closest in technical essence, the presence of similar features to the claimed method is the "Method of producing aluminum-titanium alloys" (RF Patent No. 2448181,
Это решение выбрано в качестве ближайшего аналога.This solution is selected as the closest analogue.
К недостаткам ближайшего аналога можно отнести использование внешнего концентрированного источника нагрева, в качестве которого применяют электрическую дугу или сжатую электрическую дугу, или лазер. Также к недостаткам относится необходимость использования перфорированного огнеупорного тигля с отверстиями, который в процессе приготовления лигатуры под действием высоких температур (1100°C) и флюса постепенно приходит в негодность.The disadvantages of the closest analogue include the use of an external concentrated heating source, which is used as an electric arc or a compressed electric arc, or a laser. The disadvantages include the need to use a perforated refractory crucible with holes, which during the preparation of the ligature under the influence of high temperatures (1100 ° C) and flux gradually becomes unusable.
Задачей предлагаемого изобретения является интенсификация процесса получения титансодержащего алюминиевого сплава. Под титансодержащим алюминиевым сплавом понимают:The task of the invention is to intensify the process of obtaining titanium-containing aluminum alloy. Under titanium-containing aluminum alloy understand:
- высокоэффективную лигатуру алюминий-титан, содержащую частицы алюминида титана со средним размером в несколько микрон;- high-performance aluminum-titanium alloys containing particles of titanium aluminide with an average size of several microns;
- алюминий или его сплав, модифицированный частицами алюминида титана со средним размером в несколько микрон.- aluminum or its alloy, modified by particles of titanium aluminide with an average size of several microns.
Под интенсификацией процесса понимают снижение энергозатрат на получение титансодержащего алюминиевого сплава, повышение модифицирующей способности лигатуры алюминий-титан за счет уменьшения размера интерметаллических частиц алюминида титана.By process intensification is meant a reduction in energy consumption for producing a titanium-containing aluminum alloy, an increase in the modifying ability of the aluminum-titanium alloys due to a decrease in the size of intermetallic particles of titanium aluminide.
Технический результат при внедрении изобретения:The technical result when implementing the invention:
- получение методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза концентрированного сплава алюминия с 27,5÷36,7% титана, основу которого составляет алюминид титана Al3Ti;- obtaining by the method of self-propagating high-temperature synthesis of concentrated aluminum alloy with 27.5 ÷ 36.7% titanium, the basis of which is titanium aluminide Al 3 Ti;
- снижение энергозатрат на получение концентрированного сплава за счет тепла, выделяющегося при самораспространяющемся высокотемпературном синтезе алюминида титана;- reduction of energy consumption for obtaining a concentrated alloy due to the heat released during the self-propagating high-temperature synthesis of titanium aluminide;
- получение качественной лигатуры алюминий-титан с равномерно распределенными в объеме лигатуры частицами алюминида титана со средним размером в несколько микрон;- obtaining high-quality ligatures aluminum-titanium with particles of titanium aluminide evenly distributed in the ligature volume with an average size of several microns;
- получение модифицирующей лигатуры алюминий-титан в форме длинномерной заготовки без плавления алюминия нанесением на поверхность алюминиевой проволоки или полосы частиц алюминида титана со средним размером в несколько микрон.- obtaining a modifying ligature aluminum-titanium in the form of a long billet without melting aluminum by applying to the surface of an aluminum wire or strip of particles of titanium aluminide with an average size of several microns.
Технический результат достигается двумя вариантами.The technical result is achieved in two ways.
Первый вариант: Способ получения модифицирующей лигатуры Al-Ti, включающий взаимодействие пористого кускового титанового сырья с перегретым алюминиевым расплавом, в качестве пористого кускового титанового сырья используют титановую губку и/или брикетированную титановую стружку, весовое отношение пористого кускового титанового сырья к алюминию выдерживают в пределах (0,38÷0,58):1, а уровень перегретого алюминиевого расплава поддерживают выше уровня пористого кускового титанового сырья, при этом методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза получают концентрированный титансодержащий сплав алюминия с содержанием титана 27,5-36.7 мас. %, полученный титансодержащий сплав охлаждают и измельчают до содержания фракции минус 10 мкм не менее 95%, после чего измельченные частицы сплава вводят в алюминиевый расплав с получением модифицирующей лигатуры.First option: A method for producing Al-Ti modifying ligature, comprising reacting porous lump titanium raw materials with superheated aluminum melt, using a titanium sponge and / or briquetted titanium shavings as porous lump titanium raw materials, the weight ratio of porous lump titanium raw materials to aluminum is kept within ( 0.38 ÷ 0.58): 1, and the level of superheated aluminum melt is maintained above the level of porous lump titanium raw materials, while using the self-propagating high-temperature method thermal synthesis receive a concentrated titanium-containing aluminum alloy with a titanium content of 27.5-36.7 wt. %, the obtained titanium-containing alloy is cooled and crushed to a fraction content of minus 10 μm of at least 95%, after which the crushed alloy particles are introduced into the aluminum melt to obtain a modifying ligature.
Пористое кусковое титановое сырье предварительно нагревают до 100÷250°C.Porous lumpy titanium raw materials are preheated to 100 ÷ 250 ° C.
Взаимодействие пористого кускового титанового сырья с перегретым алюминиевым расплавом осуществляют путем введения пористого кускового титанового сырья в перегретый алюминиевый расплав.The interaction of porous lump titanium raw materials with superheated aluminum melt is carried out by introducing porous lump titanium raw materials into superheated aluminum melt.
Взаимодействие пористого кускового титанового сырья с перегретым алюминиевым расплавом осуществляют путем его заливки алюминиевым расплавом.The interaction of porous lump titanium raw materials with superheated aluminum melt is carried out by pouring it with aluminum melt.
При введении измельченных частиц концентрированного сплава алюминия с титаном в алюминиевый расплав, на него воздействуют низкочастотными колебаниями или ультразвуком.With the introduction of crushed particles of a concentrated alloy of aluminum with titanium in an aluminum melt, it is affected by low-frequency vibrations or ultrasound.
При введении измельченных частиц концентрированного сплава алюминия с титаном в алюминиевый расплав, их предварительно смешивают с порошком галогенидсодержащего флюса.With the introduction of crushed particles of a concentrated alloy of aluminum with titanium in an aluminum melt, they are pre-mixed with a powder of halide-containing flux.
Второй вариант: Способ получения модифицирующей лигатуры Al-Ti, включающий взаимодействие пористого кускового титанового сырья с перегретым алюминиевым расплавом, в качестве пористого кускового титанового сырья применяют титановую губку и/или брикетированную титановую стружку, весовое отношение пористого кускового титанового сырья к алюминию выдерживают в пределах (0,38÷0,58):1, а уровень перегретого алюминиевого расплава поддерживают выше уровня пористого кускового титанового сырья, при этом методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза получают концентрированный сплав алюминия с содержанием титана 27,5-36.7 мас. %, полученный титансодержащий сплав охлаждают и измельчают до содержания фракции минус 10 мкм не менее 95%, после чего измельченные частицы сплава наносят на поверхность алюминиевой проволоки или полосы с получением модифицирующей лигатуры.The second option: A method for producing Al-Ti modifying ligature, including the interaction of porous lump titanium raw materials with superheated aluminum melt, a titanium sponge and / or briquetted titanium chips are used as porous lump titanium raw materials, the weight ratio of porous lump titanium raw materials to aluminum is maintained within ( 0.38 ÷ 0.58): 1, and the level of superheated aluminum melt is maintained above the level of porous lump titanium raw materials, while using the self-propagating high-temperature method synthesis synthesis receive a concentrated aluminum alloy with a titanium content of 27.5-36.7 wt. %, the obtained titanium-containing alloy is cooled and crushed to a fraction content of minus 10 μm of at least 95%, after which the crushed alloy particles are applied to the surface of an aluminum wire or strip to obtain a modifying ligature.
Пористое кусковое титановое сырье предварительно нагревают до 100÷250°С.Porous lumpy titanium raw materials are preheated to 100 ÷ 250 ° C.
Взаимодействие пористого кускового титанового сырья с перегретым алюминиевым расплавом осуществляют путем введения пористого кускового титанового сырья в перегретый алюминиевый расплав.The interaction of porous lump titanium raw materials with superheated aluminum melt is carried out by introducing porous lump titanium raw materials into superheated aluminum melt.
Взаимодействие пористого кускового титанового сырья с перегретым алюминиевым расплавом осуществляют путем его заливки алюминиевым расплавом.The interaction of porous lump titanium raw materials with superheated aluminum melt is carried out by pouring it with aluminum melt.
Техническая сущность заявляемого решения заключается в следующем.The technical essence of the proposed solution is as follows.
Титансодержащий алюминиевый сплав получают в две стадии. На первой стадии методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза получают концентрированный сплав алюминия с титаном, основу которого составляет алюминид титана Al3Ti, который измельчают до среднего размера частиц в несколько микрон. На второй стадии получают титансодержащий алюминиевый сплав, для чего измельченные частицы концентрированного сплава алюминия с титаном вводят в алюминиевый расплав или наносят на поверхность алюминиевой проволоки или полосы.Titanium-containing aluminum alloy is obtained in two stages. At the first stage, a concentrated alloy of aluminum with titanium is obtained by the method of self-propagating high-temperature synthesis, the basis of which is titanium aluminide Al 3 Ti, which is ground to an average particle size of several microns. In the second stage, a titanium-containing aluminum alloy is obtained, for which the crushed particles of a concentrated aluminum alloy with titanium are introduced into the aluminum melt or deposited on the surface of an aluminum wire or strip.
Описанные в научной и патентной литературе известные способы получения алюминидов титана методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза основаны на использовании смеси мелкодисперсных порошков алюминия и титана. В предлагаемом решении получают концентрированный сплав алюминия с содержанием титана ~27,5÷36,7% методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза с использованием не измельченной (кусковой) титановой губки и/или брикетированной титановой стружки. При этом весовое отношение пористого кускового титанового сырья к алюминию поддерживают в пределах (0,38÷0,58):1. Основу получаемого концентрированного сплава алюминия с титаном составляет алюминид титана Al3Ti. На фиг. 1 показана микроструктура сплава с содержанием титана 33,8%, полученного по предлагаемому способу с использованием кусковой титановой губки, где (1 - Al3Ti, 2 - AlTil,25, 3 - Al).The known methods described in the scientific and patent literature for producing titanium aluminides by the method of self-propagating high-temperature synthesis are based on the use of a mixture of finely divided aluminum and titanium powders. In the proposed solution, a concentrated aluminum alloy with a titanium content of ~ 27.5 ÷ 36.7% is obtained by the method of self-propagating high-temperature synthesis using unmilled (lumpy) titanium sponge and / or briquetted titanium chips. In this case, the weight ratio of the porous lump of titanium raw materials to aluminum is maintained in the range (0.38 ÷ 0.58): 1. The basis of the obtained concentrated alloy of aluminum with titanium is titanium aluminide Al 3 Ti. In FIG. 1 shows the microstructure of an alloy with a titanium content of 33.8% obtained by the proposed method using a piece of titanium sponge, where (1 - Al 3 Ti, 2 - AlTi l, 25 , 3 - Al).
Наряду с Al3Ti в составе концентрированного сплава присутствует незначительное количество алюминида титана состава AlTi1,25 и алюминия. Образование алюминида титана состава AlTi1,25 обусловлено, по-видимому, неполным взаимодействием пористого кускового титанового сырья с алюминием, в силу концентрационных особенностей процесса. При весовом отношении пористого кускового титанового сырья к алюминию менее 0,38:1 (например, 0,33:1) снижается интенсивность самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, уменьшается количество образующегося алюминида титана, в результате чего увеличивается расход концентрированного сплава на получение лигатуры, повышается пластичность получаемого концентрированного сплава за счет избыточного алюминия, что затрудняет его последующее дробление и измельчение. При весовом отношении пористого кускового титанового сырья к алюминию более 0,58:1 (например, 0,63:1) усложняется загрузка титанового сырья под уровень алюминиевого расплава, что приводит к окислению на воздухе части титана, не погруженного в алюминий. Как результат - в продуктах высокотемпературного синтеза (в концентрированном сплаве) появляются диоксид титана и не прореагировавший с алюминием избыточный титан.Along with Al 3 Ti, a small amount of titanium aluminide AlTi 1.25 and aluminum are present in the concentrated alloy. The formation of titanium aluminide with the composition AlTi 1.25 is apparently due to the incomplete interaction of porous lump titanium raw materials with aluminum, due to the concentration features of the process. When the weight ratio of porous lumpy titanium raw materials to aluminum is less than 0.38: 1 (for example, 0.33: 1), the intensity of self-propagating high-temperature synthesis decreases, the amount of titanium aluminide formed decreases, as a result of which the consumption of the concentrated alloy to obtain the ligature increases, and the plasticity of the resulting alloy increases concentrated alloy due to excess aluminum, which complicates its subsequent crushing and grinding. When the weight ratio of porous lumpy titanium raw materials to aluminum is more than 0.58: 1 (for example, 0.63: 1), loading of titanium raw materials under the level of aluminum melt becomes more complicated, which leads to the oxidation in air of a part of titanium not immersed in aluminum. As a result, titanium dioxide and excess titanium that did not react with aluminum appear in the products of high-temperature synthesis (in a concentrated alloy).
Реализовать самораспространяющийся высокотемпературный синтез алюминида титана можно загрузкой пористого кускового титанового сырья под уровень алюминиевого расплава или его заливкой алюминиевым расплавом. В течение нескольких десятков секунд после приведения в контакт алюминиевого расплава и титанового сырья начинается самопроизвольный разогрев реакционной смеси до 1350-1450°C, сопровождающийся синтезом алюминида титана. Предварительный нагрев пористого кускового титанового сырья до 100÷250°C удаляет из него влагу и интенсифицирует высокотемпературный синтез. Интенсификация выражается в сокращении времени взаимодействия алюминия с титаном, снижении температуры, при которой начинается высокотемпературный синтез, в повышении температуры реакционной смеси во время синтеза. Предварительный нагрев титанового сырья выше 250°C на воздухе может привести к его возгоранию с образованием TiO2, что снизит извлечение титана в сплав.Self-propagating high-temperature synthesis of titanium aluminide can be realized by loading porous lump titanium raw materials under the level of aluminum melt or by pouring it with aluminum melt. Within a few tens of seconds after bringing the aluminum melt and titanium raw materials into contact, spontaneous heating of the reaction mixture to 1350-1450 ° C begins, accompanied by the synthesis of titanium aluminide. Preheating a porous lump of titanium raw material to 100 ÷ 250 ° C removes moisture from it and intensifies high-temperature synthesis. The intensification is expressed in a reduction in the time of interaction of aluminum with titanium, a decrease in the temperature at which high-temperature synthesis begins, and an increase in the temperature of the reaction mixture during synthesis. Preheating titanium raw materials above 250 ° C in air can lead to its ignition with the formation of TiO 2 , which will reduce the extraction of titanium in the alloy.
Полученный концентрированный сплав алюминия с титаном охлаждают и измельчают до среднего размера частиц в несколько микрон, предпочтительно до содержания фракции минус 10 мкм не менее 95%. Измельчение проводят в несколько этапов: сначала среднее и мелкое дробление, а затем сплав размалывают, например, в планетарной мельнице. Размер полученных частиц алюминида титана изменяется в зависимости от времени и интенсивности помола. Размер частиц алюминида титана в лигатуре алюминий-титан оказывает определяющую роль на эффективность модифицирования. Из литературных источников (Бродова И.Г., Башлыков Д.В. Роль кинетики растворения интерметаллидов при легировании расплавов титаном // Расплавы. - 1995. - №6. - С. 23-31) [4] известно, что зародышевые частицы размером менее 1 мкм достаточно быстро растворяются в расплаве алюминия и не успевают оказать модифицирующее действие на затвердевающий сплав. Экспериментально установлено, что оптимальный с точки зрения эффективности модифицирования размер частиц алюминида титана составляет 2÷7 мкм. Именно поэтому в предлагаемом техническом решении рекомендуемое содержание частиц фракцией минус 10 мкм должно составлять не менее 95%. В этом случае, в соответствии с нормальным распределением крупности частиц (распределение Гаусса), средний размер частиц алюминида титана составит 3÷5 мкм.The obtained concentrated aluminum-titanium alloy is cooled and ground to an average particle size of several microns, preferably to a fraction content of minus 10 microns of at least 95%. Grinding is carried out in several stages: first, medium and fine crushing, and then the alloy is ground, for example, in a planetary mill. The size of the obtained particles of titanium aluminide varies depending on the time and intensity of grinding. The particle size of titanium aluminide in the aluminum-titanium ligature has a decisive role in the modification efficiency. From literary sources (Brodova I.G., Bashlykov D.V. Role of the kinetics of dissolution of intermetallic compounds during alloying of melts with titanium // Melts. - 1995. - No. 6. - P. 23-31) [4] it is known that germinal particles are of size less than 1 micron quickly dissolve in the molten aluminum and do not have time to have a modifying effect on the hardening alloy. It was experimentally established that the optimum particle size of titanium aluminide from the point of view of efficiency of modification is 2–7 μm. That is why in the proposed technical solution, the recommended content of particles with a fraction of minus 10 microns should be at least 95%. In this case, in accordance with the normal particle size distribution (Gaussian distribution), the average particle size of titanium aluminide will be 3–5 μm.
Сравнение предлагаемого решения с ближайшим аналогом показывает следующее. Предлагаемое решение и ближайший аналог характеризуются сходными признаками:Comparison of the proposed solution with the closest analogue shows the following. The proposed solution and the closest analogue are characterized by similar features:
- оба решения направлены на получение титансодержащего алюминиевого сплава в виде модифицирующей лигатуры алюминий-титан;- both solutions are aimed at obtaining a titanium-containing aluminum alloy in the form of an aluminum-titanium modifying alloy;
- для получения титансодержащего алюминиевого сплава используют перегретый алюминиевый расплав;- to obtain a titanium-containing aluminum alloy using superheated aluminum melt;
- в качестве пористого титанового сырья применяют кусковую титановую губку.- as a porous titanium raw material, a lump titanium sponge is used.
Предлагаемое решение отличается от ближайшего аналога следующими признаками:The proposed solution differs from the closest analogue in the following features:
в качестве пористого титанового сырья применяют кусковую титановую губку и/или брикетированную титановую стружку;as a porous titanium raw material, a lump titanium sponge and / or briquetted titanium chips are used;
- предварительно получают концентрированный сплав алюминия с титаном методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза;- pre-receive a concentrated alloy of aluminum with titanium by the method of self-propagating high-temperature synthesis;
- при получении концентрированного сплава весовое отношение пористого титанового сырья к алюминию поддерживают в пределах (0,38÷0,58):1;- upon receipt of a concentrated alloy, the weight ratio of porous titanium raw materials to aluminum is maintained in the range (0.38 ÷ 0.58): 1;
- при получении концентрированного сплава уровень алюминиевого расплава поддерживают выше уровня пористого титанового сырья;- upon receipt of a concentrated alloy, the level of aluminum melt is maintained above the level of porous titanium raw materials;
- пористое титановое сырье предварительно нагревают до 100÷250°C;- porous titanium raw materials are preheated to 100 ÷ 250 ° C;
- концентрированный сплав алюминия с титаном охлаждают и измельчают до среднего размера частиц в несколько микрон, предпочтительно до содержания фракции минус 10 мкм не менее 95%;- a concentrated alloy of aluminum with titanium is cooled and ground to an average particle size of several microns, preferably to a fraction content of minus 10 microns of at least 95%;
- измельченные частицы концентрированного сплава алюминия с титаном вводят в алюминиевый расплав;- the crushed particles of a concentrated alloy of aluminum with titanium are introduced into the aluminum melt;
- при введении измельченных частиц концентрированного сплава алюминия с титаном в алюминиевый расплав, на расплав воздействуют низкочастотными колебаниями или ультразвуком;- when crushed particles of concentrated aluminum alloy with titanium are introduced into an aluminum melt, low-frequency vibrations or ultrasound affect the melt;
- при введении измельченных частиц концентрированного сплава алюминия с титаном в алюминиевый расплав, их предварительно смешивают с порошком галогенидсодержащего флюса;- when crushed particles of concentrated aluminum alloy with titanium are introduced into the aluminum melt, they are pre-mixed with a powder of halide-containing flux;
- измельченные частицы концентрированного сплава алюминия с титаном наносят на поверхность алюминиевой проволоки или полосы.- crushed particles of a concentrated alloy of aluminum with titanium are applied to the surface of an aluminum wire or strip.
Предлагаемое техническое решение характеризуется признаками, как сходными с признаками ближайшего аналога, так и отличительными признаками, что позволяет сделать вывод о его соответствии условию патентоспособности «новизна».The proposed technical solution is characterized by features that are similar to those of the closest analogue, and distinctive features, which allows us to conclude that it meets the patentability condition of "novelty."
Сравнительный анализ предлагаемого технического решения с известными решениями в данной области техники, проведенный по результатам поиска в патентной и научно-технической литературе, выявил следующее:A comparative analysis of the proposed technical solutions with known solutions in this technical field, carried out according to the search results in the patent and scientific literature, revealed the following:
Известен способ получения интерметаллидных сплавов на основе алюминида титана с повышенным содержанием ниобия и содержанием кислорода не более 0,08 мас. %. Способ включает подготовку шихты, содержащей в качестве исходных материалов титановую губку с легирующими компонентами и лигатуру, изготовление расходуемого электрода, его переплав с получением слитка интерметаллидного сплава. В качестве лигатуры используют стружку сплава, содержащего, мас. %: Nb 45-55, Ti 45-55, O2+N2 - не более 0,05, причем массовое количество лигатуры составляет 70% или 75% или 85% от общей массы шихты. Повышается химическая однородность слитков сплавов на основе алюминида титана с высоким содержанием ниобия и содержанием кислорода до 0,08 мас. % для обеспечения высоких механических и технологических свойств получаемых из него изделий (Патент №2576288, С22В 9/20, С22С 14/00, С22С 1/02. Опубл. 27.02.2016 г.) [5].A known method of producing intermetallic alloys based on titanium aluminide with a high content of niobium and an oxygen content of not more than 0.08 wt. % The method includes preparing a charge containing titanium sponge with alloying components and a ligature as starting materials, fabricating a consumable electrode, and melting it to obtain an intermetallic alloy ingot. As a ligature using chips of an alloy containing, by weight. %: Nb 45-55, Ti 45-55, O 2 + N 2 - not more than 0.05, and the mass amount of the ligature is 70% or 75% or 85% of the total mass of the charge. The chemical homogeneity of ingots of alloys based on titanium aluminide with a high niobium content and oxygen content increases to 0.08 wt. % to ensure high mechanical and technological properties of products obtained from it (Patent No. 2576288, С22В 9/20, С22С 14/00,
Известен способ получения лигатур для алюминиевых сплавов, включающий плавление алюминия, введение в расплав переходного металла для образования интерметаллидов, перемешивание и кристаллизацию, отличающийся тем, что перед введением в расплав переходный металл смешивают с алюминием в стехиометрическом соотношении и полученную экзотермическую смесь брикетируют (А.с. №1759930, С22С 1/03, 1/04. Опубл. 07.09.1992 г.) [6].A known method for producing alloys for aluminum alloys, including melting aluminum, introducing a transition metal into the melt to form intermetallic compounds, mixing and crystallization, characterized in that before introducing into the melt the transition metal is mixed with aluminum in a stoichiometric ratio and the resulting exothermic mixture is briquetted (A.с. No. 1759930,
В способе получения литого сплава на основе гамма алюминида титана для фасонных отливок получают смесь порошков из чистых металлов, содержащую титан, алюминий, ниобий и молибден в количестве, мол. %: алюминий 40-44, ниобий 3-5, молибден 0,6-1,4, титан - остальное. Брикет формируют с относительной плотностью 50-85% и подвергают его термовакуумной обработке при температуре 550-650°C в течение 10-40 мин, скорости нагрева 5-40°C/мин и давлении 10-1-10-3 Па, а самораспространяющийся высокотемпературный синтез проводят при начальной температуре 560-650°C (Патент №2523049, С22С 14/00, B22F 3/23. Опубл. 20.07.2014 г.) [7].In the method for producing a cast alloy based on gamma titanium aluminide for shaped castings, a mixture of powders of pure metals is obtained containing titanium, aluminum, niobium and molybdenum in an amount of, mol. %: aluminum 40-44, niobium 3-5, molybdenum 0.6-1.4, titanium - the rest. The briquette is formed with a relative density of 50-85% and subjected to thermal vacuum treatment at a temperature of 550-650 ° C for 10-40 minutes, a heating rate of 5-40 ° C / min and a pressure of 10 -1 -10 -3 Pa, and self-propagating high-temperature synthesis is carried out at an initial temperature of 560-650 ° C (Patent No. 2523049, C22C 14/00,
В способе приготовления лигатуры алюминий - тугоплавкий металл алюминиевый расплав обрабатывают галогенидом тугоплавкого металла при одновременном воздействии наносекундными электромагнитными импульсами с удельной мощностью 1000-1500 МВт/м3. Изобретение позволяет увеличить жаростойкость, прочностные и пластические характеристики получаемых лигатур, а также их жидкотекучесть путем повышения растворимости и равномерности распределения тугоплавких легирующих элементов в матрице, измельчения ее микроструктуры (Патент №2232827, С22С 1/00, С22С 21/00, C22F 3/00. Опубл. 20.07.2004 г.) [8].In the method of preparing the alloy of aluminum - refractory metal, the aluminum melt is treated with a refractory metal halide while being exposed to nanosecond electromagnetic pulses with a specific power of 1000-1500 MW / m 3 . The invention allows to increase the heat resistance, strength and plastic characteristics of the resulting alloys, as well as their fluidity by increasing the solubility and uniformity of distribution of refractory alloying elements in the matrix, grinding its microstructure (Patent No. 2232827,
В способе получения лигатуры алюминий-титан (варианты) (Патент №2477759, С22С 35/00, С22С 1/02. Опубл. 20.03.2013 г.) [9] для получения лигатуры осуществляют алюмотермическое восстановление титана из его соединений в среде расплавленных галогенидов металлов. Титан восстанавливают из его фторида или оксида, а также из фтортитаната или оксифтортитаната щелочного или щелочноземельного металла в присутствии хлорида калия, фторида натрия и фторида алюминия, вводимых в расплав или образовавшихся в процессе алюмотермии. Температура процесса составляет 850-1150°C. Восстановление осуществляют под слоем хлоридного покровного флюса, содержащего хлориды калия и натрия при следующем соотношении компонентов в смеси, мас. %: хлорид калия 42-45, хлорид натрия - остальное. Расплав выдерживают в течение 15-30 минут и разливают в слитки.In the method for producing aluminum-titanium alloys (options) (Patent No. 2477759, С22С 35/00,
Проведенный авторами анализ показал, что на момент подачи заявки на изобретение не выявлены технические решения, характеризующиеся аналогичной с предлагаемым решением совокупностью известных и неизвестных признаков, что свидетельствует о соответствии предлагаемого технического решения условию патентоспособности изобретения «изобретательский уровень».The analysis carried out by the authors showed that at the time of filing the application for the invention, technical solutions were not identified that are characterized by a combination of known and unknown features similar to the proposed solution, which indicates the compliance of the proposed technical solution with the condition of patentability of the invention “inventive step”.
Соответствие условию патентоспособности «промышленная применимость» доказывается экспериментальными данными, полученными в ходе лабораторных испытаний.Compliance with the patentability condition “industrial applicability” is proved by experimental data obtained in laboratory tests.
Пример 1Example 1
Использование титановой губки и брикетированной титановой стружки и обоснование заявляемых пределов по весовому отношению пористого кускового титанового сырья к алюминию (0,38÷0,58):1The use of a titanium sponge and briquetted titanium chips and substantiation of the claimed limits on the weight ratio of porous lump titanium raw materials to aluminum (0.38 ÷ 0.58): 1
В лабораторных условиях получают 5 концентрированных сплавов алюминия с титаном с различным весовым отношением пористого кускового титанового сырья к алюминию: №1 - 0,33:1; №2 - 0,38:1; №3 - 0,48:1; №4 - 0,58:1; №5 - 0,63:1. В опытах №1 и №2 используют титановую губку, в опыте №3 - титановую губку и брикетированную титановую стружку в соотношении 1:1, в опытах №4 и №5 - брикетированную титановую стружку.In laboratory conditions, 5 concentrated alloys of aluminum with titanium are obtained with different weight ratios of porous lump titanium raw materials to aluminum: No. 1 - 0.33: 1; No. 2 - 0.38: 1; No. 3 - 0.48: 1; No. 4 - 0.58: 1; No. 5 - 0.63: 1. In experiments No. 1 and No. 2, a titanium sponge is used, in experiment No. 3, a titanium sponge and briquetted titanium chips in a ratio of 1: 1, in experiments No. 4 and No. 5, briquetted titanium chips.
Для этого в тигель, разогретый в печи сопротивления до 850÷10°C, загружают соответствующее количество просушенного пористого кускового титанового сырья, а затем заливают расчетное количество алюминиевого расплава, нагретого до 800±10°C. Алюминиевый расплав полностью закрывает поверхность пористого кускового титанового сырья в опытах №№1-4. В опыте №5 из-за увеличенного количества титанового сырья часть его оказалась не покрыта алюминиевым расплавом. В результате самораспространяющегося высокотемпературного синтеза в тигле синтезируют концентрированный сплав алюминия с титаном. По данным рентгенофазового анализа основу концентрированного сплава составляет алюминид титана Al3Tic небольшой примесью алюминия. В опыте №1 интенсивность самораспространяющегося высокотемпературного синтеза невысокая вследствие большого избытка алюминия. В опыте №5 в продуктах высокотемпературного синтеза идентифицирован диоксид титана TiO2 и металлический титан.For this, a corresponding amount of dried porous lump of titanium raw material is loaded into a crucible heated in a resistance furnace to 850 ÷ 10 ° C, and then the calculated amount of aluminum melt heated to 800 ± 10 ° C is poured. Aluminum melt completely covers the surface of the porous lump of titanium raw materials in experiments No. 1-4. In experiment No. 5, due to the increased amount of titanium raw materials, part of it was not coated with aluminum melt. As a result of self-propagating high-temperature synthesis, a concentrated alloy of aluminum with titanium is synthesized in a crucible. According to X-ray phase analysis, the basis of the concentrated alloy is titanium aluminide Al 3 Tic with a small admixture of aluminum. In experiment No. 1, the intensity of self-propagating high-temperature synthesis is low due to a large excess of aluminum. In experiment No. 5, titanium dioxide TiO 2 and metallic titanium were identified in high-temperature synthesis products.
Полученные концентрированные сплавы алюминия с титаном охлаждают, дробят и измельчают в планетарной мельнице до содержания фракции минус 10 мкм ~96%. На измельчение подают навески концентрированных сплавов алюминия с титаном по 300 г. Измельчение проводят в несколько приемов, периодически контролируя размер частиц концентрированного сплава алюминия с титаном в лазерном гранулометре. При этом фиксируют суммарное время измельчения концентрированных сплавов алюминия с титаном в планетарной мельнице.The obtained concentrated alloys of aluminum with titanium are cooled, crushed and ground in a planetary mill to a fraction content of minus 10 μm ~ 96%. For grinding, weighed portions of concentrated aluminum-titanium alloys of 300 g are used. Grinding is carried out in several stages, periodically monitoring the particle size of the concentrated aluminum-titanium alloy in a laser granulometer. In this case, the total grinding time of concentrated aluminum alloys with titanium in a planetary mill is fixed.
С использованием 5-ти измельченных до микронных размеров концентрированных сплавов алюминия с титаном готовят 5 лигатур. Для этого расчетное количество полученных в опытах №№1-5 и измельченных до фракции минус 10 мкм и содержанием этой фракции ~96% концентрированных сплавов алюминия с титаном вводят при перемешивании под уровень алюминиевого расплава с температурой 850±20°C, покрытого галогенидсодержащим флюсом. Во время введения частиц концентрированного сплава в алюминиевый расплав, на него воздействуют низкочастотными колебаниями. Для возбуждения в расплаве колебаний используют электромагнитный вибратор из силицированного графита с преобразователем частоты переменного тока, питающего обмотку катушки электромагнита. Обработку расплава проводят при амплитуде колебаний ~1 мм и частотах 20÷30 Гц. Воздействие низкочастотными колебаниями на расплав лигатур приводит к диспергированию крупных агломератов частиц алюминида титана на отдельные частицы и мелкие агломераты и их равномерному распределению в расплаве. Содержание титана в полученных лигатурах 5,00÷0,08%. Полученные лигатуры разливают в холодные стальные изложницы.Using 5 milled to micron-sized concentrated aluminum alloys with titanium, 5 ligatures are prepared. To do this, the calculated amount obtained in experiments No. 1-5 and crushed to a fraction of minus 10 μm and a content of this fraction of ~ 96% concentrated aluminum alloys with titanium is introduced with stirring under the level of an aluminum melt with a temperature of 850 ± 20 ° C coated with a halide-containing flux. During the introduction of particles of a concentrated alloy into an aluminum melt, it is affected by low-frequency vibrations. To excite oscillations in the melt, an electromagnetic vibrator made of siliconized graphite is used with an AC frequency converter supplying the winding of an electromagnet coil. Melt processing is carried out at an oscillation amplitude of ~ 1 mm and frequencies of 20 ÷ 30 Hz. The impact of low-frequency vibrations on the ligature melt leads to the dispersion of large agglomerates of titanium aluminide particles on individual particles and small agglomerates and their uniform distribution in the melt. The titanium content in the resulting ligatures 5.00 ÷ 0.08%. The resulting ligatures are poured into cold steel molds.
Результаты опытов №№1-5 представлены в таблице 1.The results of experiments No. 1-5 are presented in table 1.
Из приведенных в таблице 1 результатов лабораторных опытов следует:From the results of laboratory experiments shown in table 1, it follows:
- для получения концентрированного сплава алюминия с титаном в качестве пористого кускового титанового сырья применяют титановую губку и/или брикетированную титановую стружку;- to obtain a concentrated alloy of aluminum with titanium, a titanium sponge and / or briquetted titanium chips are used as a porous lump of titanium raw materials;
- при получении концентрированного сплава алюминия с титаном оптимальное весовое отношение пористого кускового титанового сырья к алюминию находится в пределах (0,38÷0,58):1;- upon receipt of a concentrated alloy of aluminum with titanium, the optimum weight ratio of porous lump titanium raw materials to aluminum is in the range (0.38 ÷ 0.58): 1;
- при весовом отношении пористого кускового титанового сырья к алюминию 0,33:1, в получаемом концентрированном сплаве большой избыток алюминия, что приводит к увеличению времени измельчения сплава до крупности частиц минус 10 мкм (за счет большего объема и большей пластичности сплава), а также к повышенному расходу сплава на приготовление лигатуры Al-5%Ti. Также при получении такого концентрированного сплава отмечается снижение интенсивности самораспространяющегося высокотемпературного синтеза из-за большого избытка алюминия;- when the weight ratio of porous lump titanium raw materials to aluminum is 0.33: 1, in the resulting concentrated alloy there is a large excess of aluminum, which leads to an increase in the grinding time of the alloy to a particle size of minus 10 μm (due to the larger volume and greater ductility of the alloy), and to increased consumption of the alloy for the preparation of Al-5% Ti alloys. Also, upon receipt of such a concentrated alloy, a decrease in the intensity of self-propagating high-temperature synthesis is noted due to a large excess of aluminum;
- при весовом отношении пористого кускового титанового сырья к алюминию 0,63: 1 в получаемом концентрированном сплаве присутствуют избыточный титан и диоксид титана TiO2, что увеличивает расход титана на производство лигатуры Al-5%Ti, снижает извлечение титана в концентрированный сплав алюминия с титаном.- at a weight ratio of porous lumpy titanium raw materials to aluminum of 0.63: 1, the resulting concentrated alloy contains excess titanium and titanium dioxide TiO 2 , which increases the consumption of titanium for the production of Al-5% Ti alloy, reduces the extraction of titanium into a concentrated alloy of aluminum with titanium .
Пример 2Example 2
Обоснование крупности частиц измельченного концентрированного сплава алюминия с титаномSubstantiation of particle size of crushed concentrated aluminum alloy with titanium
Три образца концентрированного сплава алюминия с титаном с содержанием титана 31,8% вес., полученные в опыте №3 (см. пример 1), измельчают в планетарной мельнице соответственно до крупности минус 5 мкм; минус 10 мкм; минус 15 мкм при содержании указанных фракций в измельченном сплаве ~96%. Суммарное время измельчения до указанной крупности составило соответственно: 41 мин, 31 мин и 27,5 мин.Three samples of a concentrated alloy of aluminum with titanium with a titanium content of 31.8% by weight, obtained in experiment No. 3 (see example 1), are ground in a planetary mill, respectively, to a particle size of minus 5 microns; minus 10 microns; minus 15 μm when the content of these fractions in the crushed alloy is ~ 96%. The total grinding time to the specified size was respectively: 41 minutes, 31 minutes and 27.5 minutes.
С использованием измельченных частиц концентрированного сплава алюминия с титаном готовят три лигатуры алюминий-титан: №1 - с частицами минус 5 мкм, №2 - с частицами минус 10 мкм, №3 - с частицами минус 15 мкм. Для этого расчетное количество измельченных частиц концентрированного сплава алюминия с титаном вводят под уровень алюминиевого расплава с температурой 850±20°C, покрытого галогенидсодержащим флюсом, при интенсивном перемешивании и воздействии на расплав низкочастотными колебаниями. Для возбуждения в расплаве колебаний используют электромагнитный вибратор из силицированного графита с преобразователем частоты переменного тока, питающего обмотку катушки электромагнита. Обработку расплава проводят при амплитуде колебаний ~1 мм и частотах 20÷30 Гц. Содержание титана в трех полученных лигатурах ~4,95÷5,03%. Полученные лигатуры алюминий-титан разливают в холодные стальные изложницы при одинаковых условиях.Using crushed particles of a concentrated aluminum-titanium alloy, three aluminum-titanium alloys are prepared: No. 1 with particles minus 5 μm, No. 2 with particles minus 10 μm, No. 3 with particles minus 15 μm. To do this, the calculated amount of crushed particles of a concentrated aluminum-titanium alloy is introduced under the level of an aluminum melt with a temperature of 850 ± 20 ° C, coated with a halide-containing flux, with vigorous stirring and exposure to the melt with low-frequency vibrations. To excite oscillations in the melt, an electromagnetic vibrator made of siliconized graphite is used with an AC frequency converter supplying the winding of an electromagnet coil. Melt processing is carried out at an oscillation amplitude of ~ 1 mm and frequencies of 20 ÷ 30 Hz. The titanium content in the three obtained alloys is ~ 4.95 ÷ 5.03%. The resulting aluminum-titanium alloys are poured into cold steel molds under the same conditions.
Следующим этапом оценивают модифицирующую способность трех приготовленных лигатур с различной крупностью частиц алюминида титана Al3Ti. Для этого навески лигатур №№1-3 растворяют в алюминиевом расплаве марки А7 с температурой 725±10°C при перемешивании, из расчетного содержания титана в модифицируемом алюминии 0,005%. Во всех трех опытах условия введения лигатуры алюминий-титан в алюминиевый расплав, выдержки расплава, его заливки в изложницы и кристаллизации - одинаковы. Из образцов модифицированного металла готовят макрошлифы и методом линейного анализа (по методу секущих) определяют число зерен алюминия на см2 макрошлифа. Исходные данные и результаты опытов по модифицированию алюминия лигатурами алюминий-титан представлены в таблице 2 и на фиг. 2, где: 1 - микроструктура алюминия, модифицированного лигатурой Al-Ti с размером алюминидов титана - 3 мкм; 2 - Микроструктура алюминия, модифицированного лигатурой Al-Ti с размером алюминидов титана - 7 мкм; 3 - Микроструктура исходного алюминия.The next step is to evaluate the modifying ability of the three prepared alloys with different particle sizes of titanium aluminide Al 3 Ti. To do this, weighed samples of master alloys No. 1-3 are dissolved in aluminum melt of grade A7 with a temperature of 725 ± 10 ° C with stirring, based on the calculated titanium content in the modified aluminum of 0.005%. In all three experiments, the conditions for introducing the aluminum – titanium alloys into the aluminum melt, holding the melt, pouring it into the molds, and crystallization are identical. Macro sections are prepared from samples of the modified metal and the number of aluminum grains per cm 2 of the macro section is determined by the linear analysis method (secant method). The initial data and the results of experiments on the modification of aluminum with aluminum-titanium alloys are presented in Table 2 and in FIG. 2, where: 1 - the microstructure of aluminum modified with Al-Ti alloy with a titanium aluminide size of 3 μm; 2 - The microstructure of aluminum modified with Al-Ti alloy with a titanium aluminide size of 7 μm; 3 - Microstructure of the source aluminum.
Из полученных результатов следует, что при одинаковом содержании титана в модифицированном алюминии (~0,005% вес.) наибольший эффект измельчения зерна алюминия обеспечивает лигатура Al - 5%Ti с частицами алюминида титана фракцией минус 10 мкм (940 зерен на см2 макрошлифа).From the obtained results it follows that with the same titanium content in the modified aluminum (~ 0.005% by weight), the greatest effect of grinding aluminum grain is provided by the Al alloy - 5% Ti with particles of titanium aluminide with a fraction of minus 10 μm (940 grains per cm 2 macro section).
При модифицировании алюминия лигатурами Al - 5%Ti с частицами алюминида титана фракцией минус 5 мкм и минус 15 мкм эффект измельчения зерна алюминия снижается, в первом случае - благодаря полному растворению части мелких частиц алюминида титана без образования центров кристаллизации, во втором случае - в связи с более крупными размерами частиц алюминида титана и, соответственно, меньшим количеством центров кристаллизации. Кроме того, при измельчении частиц концентрированного сплава до фракции минус 5 мкм, возрастают время и энергозатраты на размол сплава.When aluminum is modified with Al - 5% Ti alloys with titanium aluminide particles of minus 5 μm and minus 15 μm particles, the effect of grinding aluminum grain decreases, in the first case, due to the complete dissolution of some fine particles of titanium aluminide without the formation of crystallization centers, in the second case, due to with larger particle sizes of titanium aluminide and, accordingly, fewer crystallization centers. In addition, when grinding particles of a concentrated alloy to a fraction of minus 5 microns, the time and energy consumption for grinding the alloy increase.
Пример 3Example 3
Получение титансодержащего алюминиевого сплава нанесением измельченных частиц концентрированного сплава алюминия с титаном на поверхность длинномерной алюминиевой заготовкиObtaining a titanium-containing aluminum alloy by applying crushed particles of a concentrated aluminum alloy with titanium on the surface of a long aluminum billet
Концентрированный сплав алюминия с титаном с содержанием титана 31,8% вес., измельченный до содержания фракции минус 10 мкм ~96%, наносят на поверхность алюминиевой полосы шириной 3 см, толщиной 0,5 мм методом газодинамического напыления азотом с помощью оборудования ДИМЕТ, модель 403. Расход сжатого азота 0,3 м3/мин, давление 0,6÷0,7 МПа.A concentrated alloy of aluminum with titanium with a titanium content of 31.8% by weight, crushed to a fraction content of minus 10 μm ~ 96%, is applied to the surface of an
Погонный метр алюминиевой полосы до нанесения частиц концентрированного сплава алюминия с титаном весил 40,5 г. После нанесения на алюминиевую полосу частиц концентрированного сплава с двух сторон, вес одного погонного метра полосы составил в среднем 45,0 г. Среднее содержание титана в полосе с нанесенным покрытием концентрированного сплава составляет ~3,18%. Полученную лигатуру алюминий-титан в виде полосы используют для модифицирования алюминия и его сплавов.A running meter of an aluminum strip before applying particles of a concentrated aluminum alloy with titanium weighed 40.5 g. After applying particles of a concentrated alloy on two sides to an aluminum strip, the weight of one running meter of a strip averaged 45.0 g. The average titanium content in the strip with the applied the concentration of the concentrated alloy is ~ 3.18%. The resulting aluminum-titanium ligature in the form of a strip is used to modify aluminum and its alloys.
Пример 4Example 4
Введение измельченных частиц концентрированного сплава алюминия с титаном в алюминиевый расплав в смеси с порошком галогенидсодержащего флюса.The introduction of crushed particles of a concentrated alloy of aluminum with titanium in an aluminum melt in a mixture with a powder of halide-containing flux.
Образец концентрированного сплава алюминия с 31,8% вес. титана, полученный в опыте №3 (пример 1), измельчают в планетарной мельнице совместно с хиолитом Na5Al3F14 до крупности частиц минус 10 мкм; при содержании указанной фракции в измельченной смеси ~97%. Весовое соотношение сплава алюминия с титаном и хиолита 1:0,6. Полученную смесь прессуют в брикеты цилиндрической формы.A sample of concentrated aluminum alloy with 31.8% by weight. titanium obtained in experiment No. 3 (example 1) is ground in a planetary mill together with a chiolite Na 5 Al 3 F 14 to a particle size of minus 10 microns; when the content of the specified fraction in the crushed mixture is ~ 97%. The weight ratio of aluminum alloy with titanium and chiolite 1: 0.6. The resulting mixture is pressed into cylindrical briquettes.
Расчетное количество брикетированной смеси концентрированного сплава алюминия с титаном и хиолитом вводят под уровень алюминиевого расплава с температурой 870±20°C, покрытого флюсом KCl + NaCl эквимолекулярного состава, при интенсивном перемешивании. После загрузки брикетированной смеси расплав выдерживают в течение 30 мин при слабом перемешивании для разделения шлаковой и металлической фаз. Затем с поверхности лигатуры снимают шлак, после чего лигатуру интенсивно перемешивают в течение 5 мин. Полученную лигатуру алюминий-титан заливают в холодную стальную изложницу, охлаждают, взвешивают и анализируют на содержание титана.The estimated amount of a briquetted mixture of a concentrated aluminum alloy with titanium and chiolite is introduced under the level of an aluminum melt with a temperature of 870 ± 20 ° C, coated with an equimolecular KCl + NaCl flux, with vigorous stirring. After loading the briquetted mixture, the melt is maintained for 30 minutes with gentle stirring to separate the slag and metal phases. Then, slag is removed from the surface of the ligature, after which the ligature is intensively mixed for 5 minutes. The resulting aluminum-titanium ligature is poured into a cold steel mold, cooled, weighed and analyzed for titanium content.
Концентрация титана в полученной лигатуре ~3,73±0,06%. Микроструктура полученной лигатуры, по данным металлографического анализа, представлена частицами алюминида титана Al3Ti размером преимущественно 3÷15 мкм без крупных агломератов интерметаллидов.The concentration of titanium in the resulting ligature is ~ 3.73 ± 0.06%. The microstructure of the obtained ligature, according to metallographic analysis, is represented by particles of titanium aluminide Al 3 Ti with a size of mainly 3-15 microns without large agglomerates of intermetallic compounds.
Ссылка на информационные источники:Link to information sources:
1. Патент №2215810, МПК С22С 21/00, 35/00. Опубл. 10.11.2003 г.1. Patent No. 2215810, IPC С22С 21/00, 35/00. Publ. November 10, 2003
2. Патент №2542191, МПК С22С 35/00, 1/03. Опубл. 20.02.2015 г.2. Patent No. 2542191, IPC С22С 35/00, 1/03. Publ. 02/20/2015 g.
3. Патент РФ №2448181, С22С 1/02, 21/00. Опубл. 20.04.2012 г.3. RF patent No. 2448181,
4. Бродова И.Г., Башлыков Д.В. Роль кинетики растворения интерметаллидов при легировании расплавов титаном // Расплавы. - 1995. - №6. - С. 23-31.4. Brodova I.G., Bashlykov D.V. The role of the kinetics of dissolution of intermetallic compounds during alloying of melts with titanium // Melts. - 1995. - No. 6. - S. 23-31.
5. Патент №2576288, С22В 9/20, С22С 14/00, С22С 1/02. Опубл. 27.02.2016 г.5. Patent No. 2576288, C22B 9/20, C22C 14/00,
6. А.с. №1759930, С22С 1/03, 1/04. Опубл. 07.09.1992 г.6. A.S. No. 1759930,
7. Патент №2523049, С22С 14/00, B22F 3/23. Опубл. 20.07.2014 г.7. Patent No. 2523049, C22C 14/00,
8. Патент №2232827, С22С 1/00, С22С 21/00, C22F 3/00. Опубл. 20.07.2004 г.8. Patent No. 2232827,
9. Патент №2477759, С22С 35/00, С22С 1/02. Опубл. 20.03.2013 г.9. Patent No. 2477759, C22C 35/00,
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016144115A RU2637545C1 (en) | 2016-11-09 | 2016-11-09 | METHOD FOR PRODUCING Al-Ti MODIFYING ALLOY |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016144115A RU2637545C1 (en) | 2016-11-09 | 2016-11-09 | METHOD FOR PRODUCING Al-Ti MODIFYING ALLOY |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2637545C1 true RU2637545C1 (en) | 2017-12-05 |
Family
ID=60581614
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016144115A RU2637545C1 (en) | 2016-11-09 | 2016-11-09 | METHOD FOR PRODUCING Al-Ti MODIFYING ALLOY |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2637545C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2695397C1 (en) * | 2019-02-04 | 2019-07-23 | Публичное Акционерное Общество "Корпорация Всмпо-Ависма" | Method of producing titanium briquettes with flux |
| CN115321589A (en) * | 2022-09-16 | 2022-11-11 | 东北大学 | Comprehensive utilization method of by-product in process of preparing titanium or titanium alloy by aluminothermic reduction of fluotitanate |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2215810C2 (en) * | 2001-12-26 | 2003-11-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Красноярский металлургический завод" | Method of production of aluminum-titanium-boron master alloy |
| RU2394927C2 (en) * | 2008-05-12 | 2010-07-20 | Общество с ограниченной ответственностью Торговый дом "Байкальский алюминий" (ООО ТД "Байкальский алюминий") | Procedure for production of titanium containing aluminium alloy |
| EP2305842A2 (en) * | 2005-03-21 | 2011-04-06 | ATI Properties, Inc. | Method of making and using formed articles including master alloy |
| RU2448181C1 (en) * | 2010-09-27 | 2012-04-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Лигатура" | Aluminium-titanium alloy combination obtaining method |
| RU2542191C1 (en) * | 2013-11-13 | 2015-02-20 | Олег Павлович Чечушкин | Method of alloys manufacturing for aluminium alloys production |
-
2016
- 2016-11-09 RU RU2016144115A patent/RU2637545C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2215810C2 (en) * | 2001-12-26 | 2003-11-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Красноярский металлургический завод" | Method of production of aluminum-titanium-boron master alloy |
| EP2305842A2 (en) * | 2005-03-21 | 2011-04-06 | ATI Properties, Inc. | Method of making and using formed articles including master alloy |
| RU2394927C2 (en) * | 2008-05-12 | 2010-07-20 | Общество с ограниченной ответственностью Торговый дом "Байкальский алюминий" (ООО ТД "Байкальский алюминий") | Procedure for production of titanium containing aluminium alloy |
| RU2448181C1 (en) * | 2010-09-27 | 2012-04-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Лигатура" | Aluminium-titanium alloy combination obtaining method |
| RU2542191C1 (en) * | 2013-11-13 | 2015-02-20 | Олег Павлович Чечушкин | Method of alloys manufacturing for aluminium alloys production |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2695397C1 (en) * | 2019-02-04 | 2019-07-23 | Публичное Акционерное Общество "Корпорация Всмпо-Ависма" | Method of producing titanium briquettes with flux |
| CN115321589A (en) * | 2022-09-16 | 2022-11-11 | 东北大学 | Comprehensive utilization method of by-product in process of preparing titanium or titanium alloy by aluminothermic reduction of fluotitanate |
| CN115321589B (en) * | 2022-09-16 | 2023-09-12 | 东北大学 | Comprehensive utilization method of byproducts in process of preparing titanium or titanium alloy by aluminothermic reduction of fluorotitanate |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4748001A (en) | Producing titanium carbide particles in metal matrix and method of using resulting product to grain refine | |
| JP5405115B2 (en) | Method for producing grain refined mother alloy | |
| RU2159823C2 (en) | METALLIC COMPOSITE MATERIALS ON BASE OF ALUMINUM ALLOYS REINFORCED WITH CERAMIC PARTICLES TiB2 | |
| CN112048629A (en) | Preparation method of Al-Ti-Nb-B refiner for casting aluminum-silicon alloy | |
| EP3495513B1 (en) | Aluminum thermal self-propagation gradient reduction and slag washing and refining-based method for preparing titanium alloy | |
| CN110157935A (en) | Cast Al-Si alloy Al-V-B fining agent, preparation method and application | |
| CN112593111B (en) | Carbide nanoparticle modified aluminum-based nanocomposite and preparation method thereof | |
| CN112593110B (en) | Preparation method of nano-carbide reinforced aluminum matrix composite welding wire | |
| CN112281014A (en) | Preparation method of rare earth alloyed magnesium-lithium alloy or aluminum-lithium alloy | |
| RU2637545C1 (en) | METHOD FOR PRODUCING Al-Ti MODIFYING ALLOY | |
| Zhao et al. | Mechanism and kinetic analysis of vacuum aluminothermic reduction for preparing TiAl intermetallics powder | |
| RU2567779C1 (en) | Method of producing of modified aluminium alloys | |
| CN113136496A (en) | Based on metal oxides MxOyPreparation method of Al-M-B refiner | |
| JP3283516B2 (en) | Method for producing cast composite material containing aluminum-magnesium matrix alloy | |
| RU2542191C1 (en) | Method of alloys manufacturing for aluminium alloys production | |
| GB2171723A (en) | Producing an alloy containing titanium carbide | |
| WO2003033750A1 (en) | Grain refining agent for cast aluminum products | |
| RU2636212C1 (en) | Method of producing titanium master alloy for aluminium alloys | |
| JPH0681068A (en) | Method for casting heat resistant mg alloy | |
| RU2344989C2 (en) | Aluminium powdered material and method of obtaining thereof | |
| RU2391421C1 (en) | Method of aluminium-silicon alloy obtainment | |
| Hamid et al. | Processing, microstructure, and mechanical properties of cast In-Situ Al (Mg, Ti)-Al 2 O 3 (TiO 2) composite | |
| RU2528598C1 (en) | Production of modifier for aluminium alloys | |
| RU2754862C1 (en) | Method for producing silumins using amorphous microsilica | |
| US20030085016A1 (en) | Manufacture of alloys containing dispersed fine particulate material |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191110 |