RU2754424C2 - Способ получения интерметаллидных сплавов на основе алюминида титана - Google Patents

Способ получения интерметаллидных сплавов на основе алюминида титана Download PDF

Info

Publication number
RU2754424C2
RU2754424C2 RU2019144227A RU2019144227A RU2754424C2 RU 2754424 C2 RU2754424 C2 RU 2754424C2 RU 2019144227 A RU2019144227 A RU 2019144227A RU 2019144227 A RU2019144227 A RU 2019144227A RU 2754424 C2 RU2754424 C2 RU 2754424C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
titanium
density
aluminum
mixture
titanium aluminide
Prior art date
Application number
RU2019144227A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2019144227A (ru
RU2019144227A3 (ru
Inventor
Николай Николаевич Сафронов
Ленар Рустамович Харисов
Гульшат Фаридовна Журавлёва
Original Assignee
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУ ВО КФУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУ ВО КФУ) filed Critical федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУ ВО КФУ)
Priority to RU2019144227A priority Critical patent/RU2754424C2/ru
Publication of RU2019144227A publication Critical patent/RU2019144227A/ru
Publication of RU2019144227A3 publication Critical patent/RU2019144227A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2754424C2 publication Critical patent/RU2754424C2/ru

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/10Sintering only
    • B22F3/105Sintering only by using electric current other than for infrared radiant energy, laser radiation or plasma ; by ultrasonic bonding
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C14/00Alloys based on titanium

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)

Abstract

Изобретение относится к металлургии, в частности к получению интерметаллидных сплавов на основе алюминида титана. Способ получения интерметаллидных сплавов на основе алюминида титана включает горячее компактирование смеси порошков титана и алюминия, при этом горячему компактированию подвергают смесь порошков титана и алюминия, полученных предварительным измельчением техногенных стружечных отходов на основе титана и алюминия до дисперсности 100-150 мкм, компактирование смеси порошков титана и алюминия осуществляют одновременным воздействием сжимающего усилия, обеспечивающего плотность компактированного материала 0,8-0,55 от плотности получаемого сплава, и электрического тока плотностью 4-6 А/мм2 с обеспечением синтеза интерметаллидного сплава на основе алюминида титана. Обеспечивается получение сплавов на основе алюминида титана из техногенных стружечных отходов в режиме энерго- и времясбережения. 1 ил.

Description

Изобретение относится к области материаловедения авиационной техники в целом и авиадвигателестроения в частности.
Известен способ получения алюминидов переходных металлов, преимущественно никеля, тантала, титана, ниобия, железа, включающий приготовление экзотермической смеси порошков переходного металла и алюминия, брикетирование смеси и разогрев брикетов до инициирования реакции самораспространяющегося высокотемпературного синтеза [1]. Однако ввиду невысокого экзотермического эффекта реакций в системе Ti-Al продукт синтеза содержит смесь алюминидов титана даже при стехиометрическом соотношении компонентов. Кроме того, при использовании крупных порошков некоторое количество исходных компонентов не вступают в реакцию. Указанные обстоятельства приводят к значительному снижению механических свойств и жаростойкости продуктов синтеза.
Известно, что одним из эффективных методов повышения жаростойкости гамма-алюминидов титана является легирование хромом [2].
Недостатком традиционных технологий получения легированных гамма-алюминидов титана из расплавов является высокая стоимость процессов. Кроме того, гамма-сплавы очень чувствительны даже к незначительным изменениям химического состава, особенно по отношению к алюминию.
Известен способ получения сплавов на основе системы Ti-Al [3], включающий механическое сплавление в течение 20 ч в планетарной мельнице, футеровка барабана которой и размольные тела выполнены из сплавов титана, исходной порошковой смеси, состоящей из порошка алюминия, легированного скандием, и титана с содержанием - 44% (ат.) с последующим горячим изостатическим прессованием.
Недостатками метода [3] являются: высокая энергоемкость процесса, низкая производительность, повышенный износ оборудования и размольных тел, сложность контроля химического состава продукта в процессе синтеза. Последнее обстоятельство обусловлено тем, что химический состав, соответствующий в равновесных условиях интерметаллиду Ti3Al, достигается путем намола титана в процессе механического сплавления, что, в свою очередь, предъявляет повышенные требования к материалу, форме и размерам размольных тел.
Наиболее близким по технической сущности предлагаемому техническому решению, прототип, является способ получения композиционных материалов, содержащих алюминий и титан [4], включающий горячее прессование плакированного алюминием порошка на основе титана. Из этого порошка предварительно компактируют полуфабрикаты, а горячее прессование осуществляют посредством нагрева полуфабрикатов до 630-650°С и выдержки при этой температуре 0,5-1,5 ч.
Недостатками способа [4] являются: 1) использование плакированного алюминием порошка на основе титана в силу того, что он достаточно дорогой и не позволяет оперативно варьировать массовым соотношением титана и алюминия; 2) попиленный расход энергии для осуществления процесса; 3) значительная длительность протекания процесса; 4) химическая неоднородность получаемого материала.
Техническая задача, которую решает предлагаемое изобретение, заключается в разработке способа получения сплавов на основе алюминида титана из техногенных стружечных отходов в режиме энерго- и время сбережения.
Поставленная техническая задача решается тем, что в известном способе, заключающемся в горячем прессовании плакированного алюминием порошка на основе титана при температуре 630-650°С и выдержке при этой температуре 0,5-1,5 ч, в качестве исходных материалов используются техногенные стружечные отходы на основе титана и алюминия, предварительно измельченные до дисперсности 100-150 мкм. Кроме этого изменен режим прессования и нагрева полуфабриката, обеспечивающий экономию в затрате энергоресурсов и времени процесса синтеза сплава.
Сущность технического изобретения заключается в следующем. Интерметаллидная система Ti-Al с получением γ-TiAl сплавов относится к группе интерметаллидных систем, в которых адиабатическая температура горения смеси исходных компонентов ниже температуры плавления образующегося соединения Тпл>Тад. Перед смешиванием исходные материалы просушиваются при температуре 75-120°С в течение 3 часов. Смешивание порошков проводится в стальных шаровых мельницах в течение 2 часов. Соотношение компонентов производится по результатам стехиометрических расчетов для получения интерметаллидных фаз γ-TiAl. Подготовленную таким образом смешанную реакционную смесь засыпают в реактор из токонепроводящего материала. Рабочее пространство реактора представляет собой сквозное отверстие цилиндрической формы диаметром 10 мм и высотой 50 мм. Реактор устанавливается на токопроводящее основание. Засыпанные в реактор материалы подвергаются компактированию путем воздействия на них усилия, создаваемого в нашем случае гидравлическим прессом ПСУ-125. Величина этого усилия должна быть такой, чтобы обеспечить плотность прессовки на уровне не ниже 0,55 от плотности получаемого сплава (3800 кг/м3). Данное условие является важным с точки зрения результата проводимого синтеза, который базируется на проведении самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС-процесс). Этот метод получения широкого класса материалов представляет собой сильноэкзотермическое взаимодействие химических реагентов в конденсированной фазе, протекающее в режиме горения. В данном случае используется вариант проведения СВС-процесса, заключающийся в нагреве с заданной скоростью реагирующих материалов до такой температуры, при которой начинается объемный саморазогрев системы за счет химической реакции, и СВС проходит в режиме объемного теплового взрыва (теплового самовоспламенения). Для осуществления синтеза интерметаллидов необходимо повысить температуру реагирующих материалов за счет предварительного подогрева шихты для проведения синтеза в режиме теплового самовоспламенения. В нашем случае это осуществляется инертным линейным нагревом с постоянной скоростью путем пропускания электрического тока по образцу, находящегося под воздействием сдавливающего усилия. Величина силы тока составляла 400 А, которая обеспечивала скорость инертного линейного нагрева образца, равную 190 K/мин. При таких параметрах режима синтеза было установлено, что в течение первых 200 с протекает процесс инертного линейного нагрева, и только при достижении температуры плавления алюминия 933 K начинается быстрый рост температуры (стадия теплового самовоспламенения). Указанная стадия длится всего 2-3 секунды, при которой температура образца увеличивается до максимального значения 1654 K и сохраняется на этом уровне 4-5 секунд. Далее начинается процесс остывания образца.
Особенностью технического изобретения является то, что полуфабрикат в течение всего технологического процесса находится под воздействием сдавливающего усилия, обуславливающего достаточный уровень прочностных свойств материала. Дело в том, что объемный эффект реакций СВС является отрицательным, так как молярный объем продуктов СВС синтеза меньше молярного объема реагентов. Кроме того, при превращении шихты в конечный продукт происходит выделение примесных газов. Эти обстоятельства обуславливают образование пористости полуфабриката, снижающей его прочность. Указанный эффект нивелируется наличием постоянного воздействия сдавливающего усилия на полуфабрикат. При этом компактность полуфабриката определяется величиной давления, временем выдержки под давлением и температурой заготовки после прохождения теплового взрыва. Полученные образцы материалов по техническому изобретению имели прочность на уровне 720 МПа.
Установленные ограничения на дисперсность частиц измельченных техногенных стружечных отходов на основе титана и алюминия связаны с тем, что в указанном диапазоне формируется полуфабрикат с оптимальной пористостью при наименьшем усилии прессования.
Установленные ограничения на диапазон плотности прессовки связаны с тем, что именно он обеспечивает режим теплового самовоспламенения при синтезе алюминидов титана.
Установленные ограничения на плотность электрического тока, протекающего по полуфабрикату, связаны с тем, что при плотности тока ниже
Figure 00000001
скорость инертного линейного нагрева полуфабриката становится недопустимо малой, обуславливающей протекание нежелательных реакций окислительного характера. При плотности электрического тока, большей
Figure 00000002
нарушается синхронность теплового воспламенения в различных участках полуфабриката, которая приводит к ухудшению качества продукта синтеза (см. фиг.1).
Изобретение дает возможность получать интерметаллидные сплавы на основе алюминидов титана и отличается от аналогов большей экономией электроэнергии, производственных площадей, сокращением числа технологических операций, увеличением производительности труда, снижением себестоимости продукции.
Использованные источники
1. Итин В.И., Найбороденко Ю.С. Высокотемпературный синтез интерметаллических соединений. - Томск: Изд-во Томского госуниверситета, 1989. - С. 149-156.
2. Оликер В.Е., Трефилов В.И., Кресанов B.C., Гридасова Т.Я. Влияние скандия и хрома на структуру и жаростойкость сплавов на основе γ-TiAl // Порошковая металлургия (Киев). - 2000. - №9/10. - С. 77-78.
3. Оликер В.Е., Кресанов B.C., Сироватка В.Л. и др. Механохимический синтез, структура и свойства сплавов на основе системы Ti-Al // Порошковая металлургия (Киев). - 2003. - №1/2. - С. 43-56.
4. Способ получения композиционных материалов, содержащих алюминий и титан: патент на изобретение RU 2038192, МПК B22F 3/14, С22С 1/04, / В.М. Валитова, Д.Д. Афоничев, A.M. Казаков, М.А. Мурзинова; заявитель и патентообладатель: В.М. Валитова, Д.Д. Афоничев, A.M. Казаков, М.А. Мурзинова. - №5032092/02; заявл. 13.03.1992; опубл. 27.06.1995.

Claims (1)

  1. Способ получения интерметаллидных сплавов на основе алюминида титана, включающий горячее компактирование смеси порошков титана и алюминия, отличающийся тем, что горячему компактированию подвергают смесь порошков титана и алюминия, полученных предварительным измельчением техногенных стружечных отходов на основе титана и алюминия до дисперсности 100-150 мкм, компактирование смеси порошков титана и алюминия осуществляют одновременным воздействием сжимающего усилия, обеспечивающего плотность компактированного материала 0,8-0,55 от плотности получаемого сплава, и электрического тока плотностью 4-6 А/мм2 с обеспечением синтеза интерметаллидного сплава на основе алюминида титана.
RU2019144227A 2019-12-24 2019-12-24 Способ получения интерметаллидных сплавов на основе алюминида титана RU2754424C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019144227A RU2754424C2 (ru) 2019-12-24 2019-12-24 Способ получения интерметаллидных сплавов на основе алюминида титана

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019144227A RU2754424C2 (ru) 2019-12-24 2019-12-24 Способ получения интерметаллидных сплавов на основе алюминида титана

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2019144227A RU2019144227A (ru) 2021-06-24
RU2019144227A3 RU2019144227A3 (ru) 2021-06-24
RU2754424C2 true RU2754424C2 (ru) 2021-09-02

Family

ID=76504484

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019144227A RU2754424C2 (ru) 2019-12-24 2019-12-24 Способ получения интерметаллидных сплавов на основе алюминида титана

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2754424C2 (ru)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2038192C1 (ru) * 1992-03-13 1995-06-27 Венера Мидхатовна Валитова Способ получения композиционных материалов, содержащих алюминий и титан
UA12530A (ru) * 1993-10-13 1997-02-28 Інститут Металофізики Ан України СПОСОБ получения изделий из гомогенных алюминидов титана
RU2320744C1 (ru) * 2006-07-18 2008-03-27 Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения Российской Академии наук Способ получения литого сплава на основе алюминидов титана
RU2370561C2 (ru) * 2004-11-23 2009-10-20 Гксс-Форшунгсцентрум Геестхахт Гмбх Сплав на основе алюминидов титана
CN105132842B (zh) * 2015-10-20 2017-05-24 哈尔滨工业大学 一种TiAl合金板材真空挤压的加工方法
US20180202058A1 (en) * 2017-01-13 2018-07-19 Universal Technical Resource Services, Inc. Titanium master alloy for titanium-aluminum based alloys

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2038192C1 (ru) * 1992-03-13 1995-06-27 Венера Мидхатовна Валитова Способ получения композиционных материалов, содержащих алюминий и титан
UA12530A (ru) * 1993-10-13 1997-02-28 Інститут Металофізики Ан України СПОСОБ получения изделий из гомогенных алюминидов титана
RU2370561C2 (ru) * 2004-11-23 2009-10-20 Гксс-Форшунгсцентрум Геестхахт Гмбх Сплав на основе алюминидов титана
RU2320744C1 (ru) * 2006-07-18 2008-03-27 Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения Российской Академии наук Способ получения литого сплава на основе алюминидов титана
CN105132842B (zh) * 2015-10-20 2017-05-24 哈尔滨工业大学 一种TiAl合金板材真空挤压的加工方法
US20180202058A1 (en) * 2017-01-13 2018-07-19 Universal Technical Resource Services, Inc. Titanium master alloy for titanium-aluminum based alloys

Also Published As

Publication number Publication date
RU2019144227A (ru) 2021-06-24
RU2019144227A3 (ru) 2021-06-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Canakci et al. Microstructure and properties of AA7075/Al–SiC composites fabricated using powder metallurgy and hot pressing
Zhang et al. In situ formation of low interstitials Ti-TiC composites by gas-solid reaction
US5194237A (en) TiC based materials and process for producing same
Zhang et al. Combustion synthesis and densification of large-scale TiC–xNi cermets
CN100432267C (zh) 一种高强镁基复合材料及其制备方法
CN105728734B (zh) 高强超细(TixBy‑TiC)/7075Al复合材料及其制备方法
Moustafa et al. Hot forging and hot pressing of AlSi powder compared to conventional powder metallurgy route
Cai et al. Porous NbAl3/TiAl3 intermetallic composites with controllable porosity and pore morphology prepared by two-step thermal explosion
Zhu et al. The reaction mechanism and mechanical properties of the composites fabricated in an Al–ZrO2–C system
RU2354501C1 (ru) Способ получения порошковых материалов на основе алюминида никеля или алюминида титана
AU2007268370B2 (en) Method for producing metal alloy and intermetallic products
RU2754424C2 (ru) Способ получения интерметаллидных сплавов на основе алюминида титана
Krasnowski et al. Nanocrystalline matrix Al3Ni2–Al–Al3Ni composites produced by reactive hot-pressing of milled powders
Kochetov et al. The effect of mechanical activation of a reaction mixture on the velocity of the wave propagation of SHS reactions and microstructure of the TiC-Ni hard alloy
Hernández-Martínez et al. Consolidation of AA 7075-2 wt% ZrO 2 composite powders by severe plastic deformation via ecap
Gostishchev et al. High-temperature synthesis of composites based on nickel aluminides
Kvanin et al. Preparation of γ-TiAl intermetallic compounds through self-propagating high-temperature synthesis and compaction
CN102560167A (zh) 一种铝合金及其制备方法
Syzonenko et al. Effect of Al-Ti-C system master alloy high energy synthesis on efficiency of Ni based superalloy inoculation
Ghomashchi Al2O3 reinforced Al/Ni intermetallic matrix composite by reactive sintering
Morsi et al. Combustion synthesis of microstructurally designed green powder compacts
Suprun et al. FEATURES OF THE PHASE AND STRUCTURE FORMATION OF MULTI-COMPONENT COMPOUNDS ON THE BASIS OF TiH 2-Fe-Si-Mn SYSTEM WITH DIFFERENT CONTENT OF B4C
RU2780165C1 (ru) Способ получения особо мелкозернистого сплава
RU2737185C1 (ru) Способ изготовления композиционных материалов на основе Ti-B-Fe, модифицированных наноразмерными частицами AIN
Cho et al. In situ Synthesis of Al/TiC Composites by Combustion Reaction in an Aluminium Melt