RU2712675C2 - Способ получения литого композиционного материала - Google Patents
Способ получения литого композиционного материала Download PDFInfo
- Publication number
- RU2712675C2 RU2712675C2 RU2017144970A RU2017144970A RU2712675C2 RU 2712675 C2 RU2712675 C2 RU 2712675C2 RU 2017144970 A RU2017144970 A RU 2017144970A RU 2017144970 A RU2017144970 A RU 2017144970A RU 2712675 C2 RU2712675 C2 RU 2712675C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- melt
- hydrogen
- composite material
- aluminum
- titanium
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- 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
- C22C1/10—Alloys containing non-metals
-
- 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
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C49/00—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
- C22C49/02—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments characterised by the matrix material
- C22C49/04—Light metals
- C22C49/06—Aluminium
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
- Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
Abstract
Изобретение относится к получению литого композиционного материала с алюминиевой матрицей, армированной пластинчатыми включениями оксида алюминия. Способ включает насыщение расплава водородом с последующей продувкой в интервале 1-3 часа расплава газообразным кислородом при объемном расходе 0,06-1 м3/ч под сформированным на зеркале расплава слоем шлака, который по окончании продувки удаляют и заливают полученный расплав в литейную форму. Насыщение расплава водородом ведут путем добавления в расплав гидрида титана (II), при этом продувку расплава газообразным кислородом ведут с образованием модифицирующих расплав частиц оксида титана (IV). Обеспечивается повышение механических свойств. 2 ил.
Description
Способ получения литого композиционного материала
Изобретение относится к области литых композиционных материалов, а именно к металломатричным композиционным материалам на основе алюминиевых сплавов, армированных дисперсными частицами - литым дисперсно-упрочненным композиционным материалам.
Известна технология получения литых дисперсно-упрочненных композиционных материалов, которые получают механическим замешиванием в расплав упрочняющих частиц [Способ получения сплава на основе алюминия: пат. RU №2177047 С1, МПК С22С 1/02 / В.А. Моисеев, В.В. Стацура, Ю.И. Гордеев, В.В. Летуновский; заявитель и обладатель Открытое акционерное общество "Корпорация "КОМПОМАШ" - №2000118829/02; заявл. 18.07.2000; опубл. 20.12.2001, Бюл. №35]. Предлагаемый способ практически трудно осуществить по причине агломерации частиц. Для преодоления этой проблемы предлагается формировать армирующие частицы в результате химической реакции между вводимым в расплав газообразным компонентом. Известна технология получения композиционного материала силумин-SiC, в котором SiC формируется в результате реакции между кремнием сплава и продуваемым через расплав углекислым газом [Способ получения композиционного материала алюминий-карбид кремния (Al-SiC): пат. RU №2348719 С2, МПК С22С 1/10; С22С 21/00/ С.П. Серебряков, В.А. Изотопов, А.Я. Ларионов, М.Н. Зимина; заявитель и обладатель Рыбинская государственная авиационная технологическая академия имени П.А. Соловьева -№2006141078/02; заявл. 27.05.2008; опубл. 10.03.2009, Бюл. №7] или метаном [In-situ formation of SiC-reinforced Al-Si alloys composites using methane gas mixture / B. Wu; R.G. Reddy // Metall. Mater. Trans. B-2002, Vol. 33, issue 4, - C. 543-550.] Однако образующееся количество SiC крайне незначительно. Также крайне незначительное количество AlN получается в результате продувки алюминиевого расплава азотом [In-situ processing of Al alloy composites / Q. Zheng; В. Wu; R.G. Reddy // Adv. Eng. Mater. - 2003, Vol. 5, issue 3, - C. 167-172]. Неограниченное количество армирующего компонента может быть сформировано при продувке алюминиевого расплава кислородом. Однако представляет проблему получение мелкодисперсных частиц оксида алюминия, поскольку оксидная пленка, образующаяся на поверхности газового пузыря при продувке имеет весьма высокую прочность. Для снижения прочности оксидной пленки в работе [The role of oxidation in blowing particle stabilized aluminum foams / 
[и др.] // Adv. Eng. Mater. - 2004, Vol.- 6, issue 6, - C. 421-428] предлагается использовать для продувки смесь инертного газа и кислорода, с парциальным давлением последнего не больше 21%. Однако предлагаемая технология приводит к существенному повышению вязкости расплава и формированию оксидной пористости, что не позволяет использовать ее для получения фасонных отливок.
С другой стороны, известна технология получения металломатричного композиционного материала с пластинчатым наполнителем методом продувки кислородом предварительно насыщенного водородом расплава алюминиевого сплава [Способ получения литого композиционного материала: пат. RU 2607016 С2: МПК С22С 1/10; С22С 49/06 / А.В. Кропотин, С.С. Сергеев, А.Б. Финкельштейн, О.А. Чикова; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" - №2014126683; заявл. 01.07.2014; опубл. 10.01.2017, Бюл. №1]. Однако эта технология предусматривает как источник водорода использование жидких углеводородов вследствие их дешевизны. Углеводороды, разлагаясь в расплаве, образуют сажекоксовые включения, которые имеют плотность, близкую к плотности расплава, что исключает возможность их всплытия в шлак. Эти включения является концентраторами напряжений и снижают механические свойства композиционного материала.
Технической задачей данного изобретения является повышение механических свойств композиционного материала посредством исключения образования концентраторов напряжений.
Для решения поставленной задачи предложен способ получения литого композиционного материала с алюминиевой матрицей, армированной пластинчатыми включениями оксида алюминия, включающий насыщение расплава водородом с последующей продувкой расплава газообразным кислородом под сформированным на зеркале расплава слоем шлака, который по окончанию продувки удаляют и заливают полученный расплав в литейную форму, отличающийся тем, что насыщение расплава водородом ведут путем добавления в расплав гидрида титана (II), при этом продувку расплава газообразным кислородом ведут с образованием модифицирующих расплав частиц оксида титана (IV).
Гидрид титана при термическом разложении также будет образовывать титан. В результате реакции титана с кислородом образуются частицы оксида титана IV, дополнительно модифицирующие расплав.
Была использована металлошихта из лома АК7по ГОСТ 15878(химический состав металлошихты определен на спектрометре Аргон 5-СФ) толщиной до 25 мм. Для продувки использовался кислород по ГОСТ 5583-78 в баллоне.
В качестве оборудования применялись: Печь сопротивления с алундовым тиглем, редуктор кислородный БКО-50-4 с резиновым шлангом, гидрид титана по ТУ 14-1-2159-77, фурма из кварцевого стекла 50 мм2, преобразователь термоэлектрический ТП 0395/6 по ТУ 4211-013-13282997- 04.
Включили печь. Регулятор температуры установили на уровне 700°С, данная температура обеспечивает достаточный уровень технологических свойств сплава АК7. В тигель печи загрузили металлозавалку, при расплавлении были залиты в песчаную форму контрольные образцы для испытаний на растяжение. Затем в жидкий расплав погрузили колокольчик с гидридом титана массой 1 г, завернутым в алюминиевую фольгу. Покровные флюсы не использовали.
Минимальное содержание водорода согласно данным [Hatch J.Е. Aluminum: properties and physical metallurgy / J.E. Hatch. - ASM International, 1984 - 397 с.] равно: 0,65 мл/100 грамм алюминия. Значит, для плавки 500 грамм композита на основе алюминия согласно уравнению термического разложения гидрида титана (II) потребуется:
Крышка печи была снята и установлена фурма. Продувку проводили с расходом кислорода 0,06-0,1 м3/ч. Значение расхода, меньше указанного, гидравлически не позволит осуществить процесс, а значение расхода, больше указанного, станет причиной излишнего неконтролируемого барботирования расплава. На зеркале расплава сформировался слой шлака (кроме поверхности зеркала расплава по периметру тигля), ограничивающий «бурление» расплава и таким образом, благоприятно сказывающийся на усвоение кислорода. Длительность продувки происходит в интервале 1-3 часа. Продувка меньше 1 часа не обеспечивает полного удаления водорода из расплава, что приводит к газовой пористости и к уменьшению живого сечения конечных изделий. Продувка более 3 часов является причиной перевода всего расплава в шлак. Толщина слоя шлака в процессе продувки увеличивалась незначительно.
По окончании продувки фурма была извлечена из печи, слой шлака удален литейной ложкой. Заливка производилась из съемного тигля в песчаную литейную форму. Температура заливки, измеренная термопарой в печи перед заливкой, составляла 850°С.
На шлифах, подвергнутых ионной полировке, представленных на фиг. 1 - Микроструктура отливки, полученной путем продувки алюминиевого расплава кислородом - можно обнаружить армирующие металлическую матрицу пластинчатые включения с толщиной до 1-2 мкм, характерным размером 20-30 мкм, которые являются оксидными пленами, армирующими металлическую матрицу. Они расположены по границам субзерен сплава. Линейный размер плен значительно (в 10 раз) ниже полученных по технологии, описанной в патенте RU 2607016 за счет модифицирующего эффекта образующегося оксида титана.
Предел прочности на растяжение σв и условный предел текучести σ0,2 полученного композиционного материала в сравнении с технологией продувки с использованием в качестве источника водорода жидких углеводородов, и взятым до продувки кислородом образцом алюминиевого сплава исходного состава (контрольный образец) приведены в фиг. 2 - Сравнение механических свойств композитов и литых сплавов. Измерения проведены на установке Инстрон 3385 на 3 образцах.
Из фиг. 2 видно повышение механических свойств по предлагаемой технологии в сравнении с технологией, в которой в качестве источника водорода используются жидкие углеводороды.
Claims (1)
- Способ получения литого композиционного материала с алюминиевой матрицей, армированной пластинчатыми включениями оксида алюминия, включающий насыщение расплава водородом с последующей продувкой в интервале 1-3 часа расплава газообразным кислородом при объемном расходе 0,06-1 м3/ч под сформированным на зеркале расплава слоем шлака, который по окончании продувки удаляют и заливают полученный расплав в литейную форму, отличающийся тем, что насыщение расплава водородом ведут путем добавления в расплав гидрида титана (II), при этом продувку расплава газообразным кислородом ведут с образованием модифицирующих расплав частиц оксида титана (IV).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017144970A RU2712675C2 (ru) | 2017-12-20 | 2017-12-20 | Способ получения литого композиционного материала |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017144970A RU2712675C2 (ru) | 2017-12-20 | 2017-12-20 | Способ получения литого композиционного материала |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2017144970A RU2017144970A (ru) | 2019-07-11 |
| RU2017144970A3 RU2017144970A3 (ru) | 2019-07-17 |
| RU2712675C2 true RU2712675C2 (ru) | 2020-01-30 |
Family
ID=67308122
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017144970A RU2712675C2 (ru) | 2017-12-20 | 2017-12-20 | Способ получения литого композиционного материала |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2712675C2 (ru) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4839238A (en) * | 1987-02-10 | 1989-06-13 | Sumitomo Chemical Company, Limited | Fiber-reinforced metallic composite material |
| US5972523A (en) * | 1996-12-09 | 1999-10-26 | The Chinese University Of Hong Kong | Aluminum metal matrix composite materials reinforced by intermetallic compounds and alumina whiskers |
| RU2159823C2 (ru) * | 1995-03-31 | 2000-11-27 | Мерк Патент Гмбх | Металлические композиционные материалы на основе алюминиевых сплавов, армированных керамическими частицами tib2 |
| RU2492261C1 (ru) * | 2011-12-28 | 2013-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ) | Литой композиционный сплав и способ его получения |
| RU2607016C2 (ru) * | 2014-07-01 | 2017-01-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Способ получения литого композиционного материала |
-
2017
- 2017-12-20 RU RU2017144970A patent/RU2712675C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4839238A (en) * | 1987-02-10 | 1989-06-13 | Sumitomo Chemical Company, Limited | Fiber-reinforced metallic composite material |
| RU2159823C2 (ru) * | 1995-03-31 | 2000-11-27 | Мерк Патент Гмбх | Металлические композиционные материалы на основе алюминиевых сплавов, армированных керамическими частицами tib2 |
| US5972523A (en) * | 1996-12-09 | 1999-10-26 | The Chinese University Of Hong Kong | Aluminum metal matrix composite materials reinforced by intermetallic compounds and alumina whiskers |
| US6187260B1 (en) * | 1996-12-09 | 2001-02-13 | The Chinese University Of Hong Kong | Aluminum metal matrix composite materials reinforced by intermetallic compounds and alumina whiskers |
| RU2492261C1 (ru) * | 2011-12-28 | 2013-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ) | Литой композиционный сплав и способ его получения |
| RU2607016C2 (ru) * | 2014-07-01 | 2017-01-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Способ получения литого композиционного материала |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2017144970A (ru) | 2019-07-11 |
| RU2017144970A3 (ru) | 2019-07-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Jiang et al. | Correlation of microstructure with mechanical properties and fracture behavior of A356-T6 aluminum alloy fabricated by expendable pattern shell casting with vacuum and low-pressure, gravity casting and lost foam casting | |
| Jiang et al. | Combined effects of mechanical vibration and wall thickness on microstructure and mechanical properties of A356 aluminum alloy produced by expendable pattern shell casting | |
| Timelli et al. | The influence of Cr content on the microstructure and mechanical properties of AlSi9Cu3 (Fe) die-casting alloys | |
| EP2885437B1 (en) | Al-nb-b master alloy for grain refining | |
| Timelli et al. | The role of Cr additions and Fe-rich compounds on microstructural features and impact toughness of AlSi9Cu3 (Fe) diecasting alloys | |
| JPH0673469A (ja) | 金属基複合材料の生産方法ならびに装置 | |
| US5143564A (en) | Low porosity, fine grain sized strontium-treated magnesium alloy castings | |
| Nampoothiri et al. | Porosity alleviation and mechanical property improvement of strontium modified A356 alloy by ultrasonic treatment | |
| Liu et al. | Effects of the addition of Ti powders on the microstructure and mechanical properties of A356 alloy | |
| Storti et al. | Short-time performance of MWCNTs-coated Al2O3-C filters in a steel melt | |
| El-Sayed et al. | Effect of holding time before solidification on double-oxide film defects and mechanical properties of aluminum alloys | |
| Talamantes-Silva et al. | Characterization of an Al–Cu cast alloy | |
| Kiviö et al. | Interfacial phenomena in Fe-TiC systems and the effect of Cr and Ni | |
| Finkelstein et al. | Microstructures, mechanical properties ingot AlSi7Fe1 after blowing oxygen through melt | |
| Zhang et al. | Effect of adding Ce on the hot-tearing susceptibility of the 5TiB2/Al-5Cu composite | |
| RU2712675C2 (ru) | Способ получения литого композиционного материала | |
| Bartar Esfahani et al. | The effect of strontium on the strength of layers of double oxide film defects | |
| Jiang et al. | Effects of mechanical vibration and wall thickness on microstructure and mechanical properties of AZ91D magnesium alloy processed by expendable pattern shell casting | |
| Ichikawa et al. | Fabrication of porous aluminum alloy with aligned unidirectional pores by dipping pipes in base metal melt | |
| RU2607016C2 (ru) | Способ получения литого композиционного материала | |
| Heim et al. | Role of ambient oxygen in the stabilisation of single aluminium alloy films | |
| Jatimurti et al. | Effect of degassing time and cooling rate on microstructure and porosity of aluminum 6061 alloy using sand casting method | |
| Tantiwaitayaphan et al. | Modification of eutectic si in hypoeutectic al-si alloys with erbium addition | |
| Archer et al. | Counter-gravity sand casting of steel with pressurization during solidification | |
| Lewia | Microporosity in casting alloys |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FA92 | Acknowledgement of application withdrawn (lack of supplementary materials submitted) |
Effective date: 20191014 |
|
| FZ9A | Application not withdrawn (correction of the notice of withdrawal) |
Effective date: 20191014 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201221 |