RU2807245C1 - Способ получения жаростойкого покрытия на поверхностях титановой пластины - Google Patents
Способ получения жаростойкого покрытия на поверхностях титановой пластины Download PDFInfo
- Publication number
- RU2807245C1 RU2807245C1 RU2023104766A RU2023104766A RU2807245C1 RU 2807245 C1 RU2807245 C1 RU 2807245C1 RU 2023104766 A RU2023104766 A RU 2023104766A RU 2023104766 A RU2023104766 A RU 2023104766A RU 2807245 C1 RU2807245 C1 RU 2807245C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nichrome
- plates
- layer
- layers
- clad
- Prior art date
Links
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 65
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 64
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 63
- 239000010936 titanium Substances 0.000 title claims abstract description 63
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 22
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 123
- 229910001120 nichrome Inorganic materials 0.000 claims abstract description 58
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 37
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims abstract description 37
- 239000002360 explosive Substances 0.000 claims abstract description 35
- 238000004880 explosion Methods 0.000 claims abstract description 31
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 22
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 21
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims abstract description 19
- 238000005098 hot rolling Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000005474 detonation Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 13
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims abstract description 10
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 claims abstract description 8
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000005269 aluminizing Methods 0.000 claims description 14
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 abstract description 12
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 238000005382 thermal cycling Methods 0.000 abstract description 5
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 abstract description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 11
- 229910000570 Cupronickel Inorganic materials 0.000 description 9
- YOCUPQPZWBBYIX-UHFFFAOYSA-N copper nickel Chemical compound [Ni].[Cu] YOCUPQPZWBBYIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 5
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 5
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 5
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 5
- AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N N-[3-oxo-3-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)propyl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(CCNC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 4
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 4
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 4
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical group [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N Ethyl acetate Chemical compound CCOC(C)=O XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 3
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 102220504526 Dolichyl-diphosphooligosaccharide-protein glycosyltransferase subunit 4_V23K_mutation Human genes 0.000 description 2
- 101001024699 Mus musculus Nck-associated protein 1 Proteins 0.000 description 2
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 2
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 2
- 238000009966 trimming Methods 0.000 description 2
- PAWQVTBBRAZDMG-UHFFFAOYSA-N 2-(3-bromo-2-fluorophenyl)acetic acid Chemical compound OC(=O)CC1=CC=CC(Br)=C1F PAWQVTBBRAZDMG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001200 Ferrotitanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000943 NiAl Inorganic materials 0.000 description 1
- NPXOKRUENSOPAO-UHFFFAOYSA-N Raney nickel Chemical compound [Al].[Ni] NPXOKRUENSOPAO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- IUYOGGFTLHZHEG-UHFFFAOYSA-N copper titanium Chemical compound [Ti].[Cu] IUYOGGFTLHZHEG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 239000013013 elastic material Substances 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 229920001225 polyester resin Polymers 0.000 description 1
- 239000004645 polyester resin Substances 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к технологии получения покрытий на металлах с помощью энергии взрывчатых веществ и может быть использовано при изготовлении деталей энергетических и химических установок, обладающих повышенной жаростойкостью. Способ получения жаростойкого покрытия на поверхностях титановой пластины включает составление трехслойного пакета с симметричным расположением плакируемой титановой пластины относительно одинаковых плакирующих металлических слоёв в виде пластин толщиной 0,8-1 мм, размещение на поверхностях плакирующих пластин защитных прослоек с одинаковыми зарядами взрывчатого вещества, осуществление сварки взрывом полученной сборки путем одновременного взрыва зарядов взрывчатого вещества, горячую прокатку сваренной заготовки и термическую обработку. Составляют трёхслойный пакет из плакирующих нихромовых пластин и плакируемой титановой пластины толщиной 4-8 мм, сварку взрывом полученной сборки ведут при скорости детонации зарядов взрывчатого вещества 2190-3060 м/с, при этом высоту заряда взрывчатого вещества, материал и толщину защитных металлических прослоек на поверхностях плакирующих нихромовых пластин, а также сварочные зазоры между свариваемыми слоями выбирают из условия получения скорости соударения нихромовых пластин с плакируемой титановой пластиной в пределах 490-570 м/с, горячую прокатку полученной трёхслойной заготовки ведут при температуре 590-610°C с обжатием до толщины каждого нихромового слоя, равной 0,4-0,5 мм. Затем производят алитирование нихромовых слоёв прокатанной трёхслойной заготовки в расплаве алюминия при температуре 720-760°С в течение 1,2-6 минут, после чего проводят термическую обработку полученной заготовки при температуре 850-900°С в течение 15-20 часов. Покрытия обладают повышенной жаростойкостью в окислительных газовых средах и повышенной стойкостью к хрупкому разрушению при термоциклировании и динамических нагрузках. 3 з.п. ф-лы, 2 табл., 3 пр.
Description
Изобретение относится к технологии получения покрытий на металлах с помощью энергии взрывчатых веществ (ВВ) и может быть использовано при изготовлении деталей энергетических и химических установок, обладающих повышенной жаростойкостью.
Известен способ получения износостойкого покрытия на поверхности титановой пластины, при котором составляют пакет под сварку взрывом из слоёв алюминия и титана с соотношением толщин слоев 1:(2-8) при толщине слоя алюминия 1-1,5 мм, располагают на поверхности пакета заряд ВВ и осуществляют сварку взрывом при скорости детонации 1760-2700 м/с. Высоту заряда ВВ и сварочный зазор между пластинами пакета выбирают из условия получения скорости соударения при сварке в пределах 550-650 м/с. После сварки пакет подвергают отжигу путём нагрева до температуры, превышающей температуру плавления алюминия на 90-100°С в течение 1,5-3 часов с формированием между слоями алюминия и титана сплошной интерметаллидной прослойки. Затем производят обжатие пакета стальными пуансонами до полного удаления с поверхности интерметаллидной прослойки остатков алюминиевого слоя. Полученную заготовку нагревают до температуры 730-740°С, выдерживают в течение 0,2-0,3 часов, а затем ускоренно охлаждают между металлическими пластинами с высокой теплопроводностью с получением на поверхности титановой пластины высокотвердого интерметаллидного покрытия. Полученное износостойкое интерметаллидное покрытие на титановой пластине обладает значительной толщиной и высокой твёрдостью при высокой скорости роста его толщины (Патент РФ №2373036, МПК B23K 20/08, С23С 26/00, опубл. 20.11.2009, бюл. №32).
К недостаткам данного способа относится повышенная склонность к хрупкому разрушению получаемого по нему покрытия при теплосменах и динамических нагрузках, что связано с его весьма высокой твёрдостью, достигающей 7-7,5 ГПа, а также малая жаростойкость получаемого покрытия: допускаемая рабочая изделий с такими покрытиями в окислительных газовых средах не превышает 900°С. Кроме того, данным способом можно получать покрытие лишь с одной стороны титановой пластины. Всё это весьма ограничивает возможности применения данного способа при изготовлении жаростойких деталей энергетических и химических установок.
Известен способ получения износостойких покрытий, при котором осуществляют сварку взрывом пластин титана и стали, а затем проводят высокотемпературную диффузионную термическую обработку сваренной заготовки для формирования на границах раздела металлов интерметаллидного слоя заданной толщины, сварку взрывом пластины из титана со стальной пластиной осуществляют на режимах, обеспечивающих амплитуду волн в зоне соединения металлов, равную 0,18-0,37 мм, при этом процесс ведут при скорости соударения свариваемых пластин, равной 440-650 м/с и регламентированной скорости детонации ВВ, затем сваренную заготовку нагревают до температуры 900-950°C и выдерживают при этой температуре в вакуумной печи 10-14 часов до образования в сформированной при сварке взрывом волнообразной зоне соединения титана и стали высокотвердой интерметаллидной диффузионной прослойки толщиной 160-300 мкм, после этого заготовку охлаждают вместе с печью, а затем нагревают до температуры 930-950°C, выдерживают при этой температуре 3-8 минут, а затем охлаждают в воде для отделения титана от стали по диффузионной прослойке с формированием при этом на титане и стали высокотвердых износостойких покрытий с регулярной волнообразной поверхностью. Полученные по этому способу покрытия обладают высокой износостойкостью (Патент РФ №2350442, МПК B23K 20/08, опубл. 27.03.2009, бюл. №9).
Данный способ имеет невысокий технический уровень, что обусловлено малой жаростойкостью получаемых по этому способу покрытий: допускаемая рабочая температура изделий с такими покрытиями в окислительных газовых средах не превышает 700°C. Кроме того, данным способом можно получать покрытие лишь с одной стороны титановой пластины. Всё это весьма ограничивает возможности применения данного способа при изготовлении жаростойких деталей энергетических и химических установок.
Известен способ получения композиционного материала медь-титан, при котором составляют трехслойный пакет с симметричным расположением титановой пластины относительно медных с заданным соотношением толщин слоев. Сваривают пакет взрывом и производят горячую прокатку с обжатием 80-90% при температуре 550-600°С. Производят разделку прокатанного пакета на мерные трехслойные заготовки и составляют из них многослойный пакет из 3-8 трехслойных заготовок и медной пластины. Сваривают пакет взрывом. Проводят отжиг сваренной многослойной заготовки для образования сплошных интерметаллидных слоёв из меди и титана с последующим охлаждением на воздухе. Полученный композиционный материал за счет содержания слоев с высоким термическим сопротивлением и слоёв с высокой теплопроводностью обладает низкой скоростью изнашивания и высокой стойкостью к хрупкому разрушению при изгибающих нагрузках (Патент РФ №2533508, МПК В23К 20/08, В32В 7/04, опубл. 20.11.14, бюл. №32).
Данный способ имеет невысокий технический уровень, что обусловлено недостаточно высокой жаростойкостью покрытия, расположенного с одной стороны композиционного материала, полученного данным способом. Допускаемая рабочая температура изделий с такими покрытиями в окислительных газовых средах не превышает 600°C. Кроме того, этим способом невозможно нанесение двусторонних жаростойких покрытий на титановые пластины, что ограничивает возможности применения данного способа при изготовлении ряда жаростойких деталей энергетических и химических установок.
Наиболее близким по техническому уровню и достигаемому результату является способ получения износостойких покрытий на поверхностях титановой пластины, при котором составляют трехслойный пакет из чередующихся слоёв из медно-никелевого сплава, представляющих собой плакирующие слои, и титана с симметричным расположением титановой пластины относительно плакирующих слоев, в котором соотношение толщин слоёв медно-никелевый сплав - титан - медно-никелевый сплав составляет 1:(10-20):1 при толщине каждого слоя из медно-никелевого сплава, равной 0,8-1,2 мм, располагают на поверхностях плакирующих пластин защитные прослойки из высокоэластичного материала с зарядами ВВ и осуществляют сварку взрывом трёхслойного пакета из металлических пластин путем одновременного взрыва зарядов ВВ, имеющих скорость детонации 2000-2580 м/с, при этом высоту зарядов ВВ и сварочные зазоры между пластинами в пакете выбирают из условия получения скорости соударения каждой плакирующей пластины с плакируемой в пределах 520-600 м/с, горячую прокатку сваренного трехслойного пакета проводят при температуре 600-650°С с обжатием, обеспечивающим толщину каждого слоя из медно-никелевого сплава, равную 0,1-0,3 мм, термическое воздействие на прокатанную заготовку осуществляют сканирующим лазерным лучом последовательно со стороны каждого слоя из медно-никелевого сплава с мощностью излучения 1,3-1,4 кВт, с оплавлением металлических слоёв, при этом скорость его перемещения относительно обрабатываемой поверхности, а также его диаметр выбирают из условия получения проплавления титанового слоя на глубину, равную 1-1,2 толщины каждого слоя из медно-никелевого сплава, с формированием при этом на поверхностях титановой пластины высокотвердых износостойких покрытий. В качестве медно-никелевого сплава для изготовления плакирующих пластин используют сплав МН19. Способ обеспечивает получение высокотвердых износостойких покрытий без пор, трещин и других дефектов с низкой склонностью к хрупкому разрушению при динамических нагрузках (Патент РФ №2688792, МПК В23К 20/08, опубл. 22.05.19, бюл. №15 - прототип).
Данный способ имеет невысокий технический уровень, что обусловлено недостаточно высокой жаростойкостью получаемого по этому способу покрытия: допускаемая рабочая температура изделий с такими покрытиями в окислительных газовых средах не превышает 800°C. Кроме этого, способ ограниченно применим при изготовлении жаростойких деталей энергетических и химических установок ответственного назначения.
В связи с этим важнейшей задачей является разработка нового способа получения двухслойного жаростойкого покрытия на поверхности пластины из титана, обеспечивающего изделиям с такими покрытиями более высокую допускаемую рабочую температуру в окислительных газовых средах и способность длительно эксплуатироваться в них при повышенных температурах.
Техническим результатом заявленного способа является получение покрытий с повышенной жаростойкостью в окислительных газовых средах и повышенной стойкостью к хрупкому разрушению при термоциклировании и динамических нагрузках, способных длительно сопротивляться газовой коррозии даже в случае повреждения наружных слоев покрытий.
Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе получения жаростойкого покрытия на поверхностях титановой пластины, включающем составление трехслойного пакета с симметричным расположением плакируемой титановой пластины относительно одинаковых плакирующих металлических слоёв в виде пластин толщиной 0,8-1 мм, размещение на поверхностях плакирующих пластин защитных прослоек с одинаковыми зарядами взрывчатого вещества, осуществление сварки взрывом полученной сборки путем одновременного взрыва зарядов взрывчатого вещества, горячую прокатку сваренной заготовки и термическую обработку, при этом составляют трёхслойный пакет из плакирующих нихромовых пластин и плакируемой титановой пластины толщиной 4-8 мм, сварку взрывом полученной сборки ведут при скорости детонации зарядов взрывчатого вещества 2190-3060 м/с, при этом высоту заряда взрывчатого вещества, материал и толщину защитных металлических прослоек на поверхностях плакирующих нихромовых пластин, а также сварочные зазоры между свариваемыми слоями выбирают из условия получения скорости соударения нихромовых пластин с плакируемой титановой пластиной в пределах 490-570 м/с, горячую прокатку полученной трёхслойной заготовки ведут при температуре 590-610°C с обжатием до толщины каждого нихромового слоя, равной 0,4-0,5 мм, затем производят алитирование нихромовых слоёв прокатанной трёхслойной заготовки в расплаве алюминия при температуре 720-760°С в течение 1,2-6 минут, после чего проводят термическую обработку полученной заготовки при температуре 850-900°С в течение 15-20 часов.
Способ получения жаростойкого покрытия на поверхностях титановой пластины характеризуется тем, что для изготовления плакирующих пластин используют нихром марки Х20Н80.
Способ получения жаростойкого покрытия на поверхностях титановой пластины характеризуется тем, что для изготовления титановой пластины используют технический титан ВТ1-00, или сплав титана ОТ4, или сплав титана ВТ20.
Способ получения жаростойкого покрытия на поверхностях титановой пластины характеризуется тем, что для алитирования используют алюминий марки АД1.
Новый способ получения жаростойких покрытий имеет существенные отличия по сравнению с прототипом как по методам формирования покрытий на поверхностях титановой пластины, их составу, строению и служебным свойствам, так и по совокупности технологических приёмов и режимов при их получении.
Так предложено составлять трехслойный пакет из чередующихся пластин нихрома толщиной 0,8-1 мм и титана толщиной 4-8 мм, сваривать их взрывом при скорости детонации зарядов взрывчатого вещества (ВВ) 2190-3060 м/с, при этом материал и толщину защитных металлических прослоек на поверхностях плакирующих нихромовых пластин, а также сварочные зазоры между свариваемыми слоями выбирать из условия получения скорости соударения нихромовых пластин с плакируемой титановой пластиной в пределах 490-570 м/с, что обеспечивает надёжную сварку нихромовых слоёв с титановой пластиной, исключает нарушение сплошности тонких нихромовых слоёв при сварке взрывом, создаёт благоприятные условия для получения при дальнейших технологических операциях качественных покрытий с повышенной жаростойкостью и долговечностью.
Толщина каждой нихромовой пластины менее 0,8 мм является недостаточной для обеспечения стабильных сварочных зазоров между металлическими слоями пакета из-за гибкости нихромовых слоёв, а это, может приводить к снижению качества сварных соединений нихрома с титаном. Толщина более 1 мм является избыточной, поскольку это хоть и не ухудшает качество получаемых покрытий, но приводит к чрезмерному расходу дорогостоящего нихрома в расчете на одно изделие, а также к нежелательному повышению плотности у получаемого материала.
Плакируемую титановую пластину предложено изготавливать толщиной 4-8 мм, что обеспечивает получение качественных трёхслойных заготовок без неконтролируемых поперечных деформаций, исключает необходимость применения дорогой металлической оснастки при сварке взрывом, а это, в свою очередь, способствует удешевлению процесса получения покрытий.
При скорости детонации ВВ и скорости соударения нихромовых пластин с титановой ниже нижнего предлагаемого предела возможно появление непроваров в зонах соединения металлов, что снижает качество получаемого материала. При скорости детонации ВВ и скорости соударения выше верхнего предлагаемого предела возможны неконтролируемые деформации металлических слоёв с нарушениями сплошности нихромовых слоёв, что может привести к невозможности дальнейшего использования сваренной заготовки для формирования на ней качественных покрытий.
Предложено осуществлять горячую прокатку полученной трёхслойной заготовки при температуре 590-610°C с обжатием до толщины каждого нихромового слоя, равной 0,4-0,5 мм, что способствует получению оптимальной толщины нихромовых слоёв, которые при последующем алитировании и термообработке частично превращаются в слои из интерметаллидов и твёрдых растворов, обладающих повышенной жаростойкостью и долговечностью при повышенных температурах, а остальные их части обеспечивают повышенную стойкость покрытий к хрупкому разрушению при термоциклировании и динамических нагрузках. Горячая прокатка приводит к увеличению длины и ширины полученной трёхслойной заготовки с одновременным уменьшением её толщины, что способствует снижению расхода дорогостоящего нихрома в расчете на одно изделие.
При температуре горячей прокатки ниже нижнего предлагаемого предела в прокатываемой заготовке могут возникать высокие внутренние напряжения, которые могут приводить к появлению недопустимых дефектов в деформируемых слоях и в зонах их соединения. Температура горячей прокатки выше верхнего предлагаемого предела является избыточной, поскольку не способствует повышению качества получаемого материала, но увеличивает энергетические затраты на его получение. Обжатие до получения толщины каждого нихромового слоя менее 0,4 мм является избыточным, поскольку это может привести к снижению служебных свойств получаемых покрытий. Обжатие до толщины нихромовых слоёв более 0,5 мм приводит к лишнему расходу нихрома в расчёте на одно изделие и к нежелательному повышению плотности получаемого материала.
Предложено после горячей прокатки производить алитирование нихромовых слоёв трёхслойной заготовки в расплаве алюминия при температуре 720-760°С в течение 1,2-6 минут, после чего проводить термическую обработку полученной заготовки при температуре 850-900°С в течение 15-20 часов. Температура и время алитирования ниже нижних предлагаемых пределов не приводит к образованию на поверхностях нихромовых слоев сплошных алюминиевых слоев, что, в свою очередь, приводит к браку получаемой продукции. Температура и время алитирования выше верхних предлагаемых пределов являются избыточными, поскольку это приводит к лишним энергетическим затратам и, как следствие этого, к удорожанию получаемой продукции.
Предложено после алитирования нихромовых слоёв в расплаве алюминия проводить термическую обработку полученной заготовки при температуре 850-900°С в течение 15-20 часов.
После алитирования в расплаве алюминия на поверхностях нихромовых слоев остаётся сплошной тонкий слой алюминия, который при последующей термообработке, взаимодействуя с нихромом, обеспечивает образование на поверхности титановой пластины сплошного жаростойкого покрытия, обеспечивающего большую продолжительность эксплуатации материала в окислительных газовых средах с температурой, достигающей 1100°С (до 6000 часов), чем жаростойкие нихромовые слои без такого покрытия, которые могут контактировать с окислительными газовыми средами с такой же температурой не более 150 часов.
Температура и время термической обработки ниже нижних предлагаемых пределов не приводит к образованию на поверхности титана покрытий требуемого качества. Температура и время термической обработки выше верхних предлагаемых пределов являются избыточными, поскольку это приводит к излишним энергетическим затратам и к снижению качества получаемой продукции.
Предлагаемый способ получения жаростойких покрытий, осуществляется в следующей последовательности. Берут предварительно очищенные от окислов и загрязнений пластины длиной 270 мм и шириной 220 мм из нихрома толщиной по 0,8-1 мм и титана толщиной 4-8 мм. Составляют из них трехслойный пакет, располагая пластины параллельно друг другу на расстоянии одинаковых технологических сварочных зазоров. Располагают на поверхностях плакирующих пластин одинаковые защитные металлические прослойки, например, из стали Ст3, длиной 270 мм, шириной 220 мм, с одинаковыми помещенными в контейнеры зарядами ВВ. Располагают полученную сборку вертикально на песчаном грунте и осуществляют сварку взрывом плакирующих нихромовых слоёв с плакируемым титановым слоем путём одновременного взрыва зарядов ВВ с помощью электродетонатора и двух отрезков детонирующих шнуров равной длины. Скорость детонации каждого заряда ВВ должна быть равной 2190-3060 м/с, при этом высоту зарядов ВВ, а также величины сварочных зазоров между пластинами трехслойного пакета выбирают с помощью компьютерной технологии из условия получения скорости соударения каждой плакирующей нихромовой пластины с плакируемой титановой в пределах 490-570 м/с.
Располагают полученную сборку вертикально на песчаном грунте и осуществляют сварку взрывом плакирующих нихромовых слоёв с плакируемым титановым путём одновременного взрыва зарядов ВВ с помощью электродетонатора и двух отрезков детонирующих шнуров равной длины.
После сварки, например, на фрезерном станке, обрезают у сваренной двухслойной заготовки боковые кромки с краевыми эффектами. После обрезки длина заготовки 250 мм, ширина - 200 мм, толщина 5,6-10 мм. Затем, после обрезки боковых кромок с краевыми эффектами, осуществляют горячую прокатку полученной трёхслойной заготовки при температуре 590-610°C с обжатием до толщины каждого нихромового слоя, равной 0,4-0,5 мм.
После прокатки, например, на фрезерном станке обрезают боковые кромки у прокатанной трёхслойной заготовки с краевыми эффектами, производят зачистку покрываемых поверхностей нихромовых слоёв, например, наждачной бумагой, обезжиривание, например, ацетоном, наносят на них специальный флюс, например, на основе полиэфирной смолы и этилацетата. Полученную при этом заготовку погружают в ёмкость, содержащую расплавленный алюминий, например, марки АД1, нагретый до температуры 720-760°С, выдерживают в течение 1,2-6 минут, после чего алитированную заготовку извлекают из расплава алюминия и, после охлаждения на воздухе, подвергают алитированную заготовку термической обработке, например, в электропечи, при температуре 850-900°С в течение 15-20 часов с последующим охлаждением на воздухе.
Сущность способа поясняется примерами. Основные технологические режимы и составы получаемых материалов по предлагаемым примерам 1-3 и по прототипу, приведены в таблице 1 (значения параметров в таблице указаны с округлением до сотых). Сравнительные свойства покрытий, полученных по примерам 1-3 и по прототипу, приведены в таблице 2.
В качестве исходных материалов для сварки взрывом используют очищенные от окислов и загрязнений пластины из нихрома марки Х20Н80 и технического титана марки ВТ1-00 или сплавов титана ОТ4 и ВТ20 (обладают достаточно высокой прочностью и температурой плавления, хорошей свариваемостью с нихромом и необходимой пластичностью при прокатке). Для алитирования нихромовых слоев используется алюминий марки АД1, как наиболее дешевый металл, пригодный для получения жаростойкого покрытия требуемого качества.
В результате на поверхностях титановой пластины получают сплошные двухслойные жаростойкие покрытия, способные длительно сопротивляться газовой коррозии в окислительных газовых средах при высоких температурах.
| Таблица 1 | |||||||
| Параметры способа получения материала |
Примеры по предлагаемому способу | Пример по прототипу | |||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | ||||
| Характеристика материалов пакета под сварку взрывом сварку взрывом |
Материал плакирующих пластин | Нихром марки Х20Н80 | Медно-никелевый сплав МН19 | ||||
| Толщина плакирующих пластин, мм | 0,8 | 0,9 | 1,0 | 0,8-1,2 | |||
| Материал защитных прослоек | Сталь Ст3 | Резина | |||||
| Толщина защитных прослоек, мм | 2 | 1,8 | 1,5 | 1 | |||
| Материал плакируемой пластины | Титан ВТ1-00 | Титановый сплав ОТ4 | Титановый сплав ВТ20 | Титан ВТ1-0 | |||
| Толщина плакируемой пластины, мм | 4 | 6 | 8 | 8-24 | |||
| Режимы сварки взрывом | состав ВВ - аммонит 6ЖВ : аммиачная селитра, масс. ч. | 1:3 | 1:2 | 1:1 | 3-1:1-2 | ||
| Высота заряда ВВ, мм | 60 | 15-30 | |||||
| Скорость детонации ВВ, м/с | 2190 | 2540 | 3060 | 2000-2580 | |||
Продолжение таблицы 1
| Параметры способа получения материала |
Примеры по предлагаемому способу | Пример по прототипу | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | ||
| Режимы сварки взрывом | Сварочные зазор между свариваемыми пластинами, мм | 3 | 2,2 | 1,6 | 1,5-3 |
| Скорость соударения пластин, м/с | 490 | 520 | 570 | 520-600 | |
| Режимы горячей прокатки | Температура, °С | 590 | 600 | 610 | 600-650 |
| Толщина плакирующих пластин после прокатки, мм | 0,4 | 0,45 | 0,5 | 0,1-0,3 | |
| Толщина плакируемой пластины после прокатки, мм | 2 | 3 | 4 | 0,9-7,2 | |
| Режимы алитирования |
Материал для алитирования |
Алюминий АД1 | - | ||
| Температура алитирования, °С | 720 | 740 | 760 | - | |
| Время выдержки, мин | 6 | 1,8 | 1,2 | - | |
| Режимы охлаждения | На воздухе | - | |||
Продолжение таблицы 1
| Параметры способа получения материала |
Примеры по предлагаемому способу | Пример по прототипу | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | ||
| Режимы и формирования жаростойкого покрытия после алитирования |
Температура термообработки, °С | 850 | 875 | 900 | Термическое воздействие осуществляют сканирующим лазерным лучом с мощностью излучения 1,3-1,4 кВт, с оплавлением каждого металлического слоя, с проплавлением титанового слоя на глубину, равную 1-1,2 толщины каждого слоя из медно-никелевого сплава. |
| Время выдержки, ч | 20 | 17 | 15 | ||
| Режимы охлаждения после термообработки | На воздухе | ||||
| Толщина наружных слоёв у полученных покрытий, мм |
0,18-0,2 | 0,21-0,22 | 0,24-0,25 | ||
| Толщина каждого промежуточного слоя покрытия, мм |
0,2-0,22 | 0,23-0,24 | 0,25-0,26 | ||
| Толщина титановой пластины с жаростойкими покрытиями, мм | 2,8 | 3,9 | 5 | ||
| Таблица 2 | ||||
| Характеристика полученных материалов | Примеры по предлагаемому способу | Пример по прототипу | ||
| 1 | 2 | 3 | 4 | |
| Полученные покрытия |
сплошные двухслойные жаростойкие покрытия | однослойные покрытия | ||
| Твердость слоев, ГПа | наружные - 3,4-3,6 | 5-5,5 | ||
| промежуточные - 1,7-1,9 | ||||
| Толщина слоев, мм | наружные - 0,18-0,25 | 0,2-0,66 | ||
| промежуточные - 0,2-0,26 | ||||
| Эксплуатация в окислительных газовых средах |
при температуре окружающей среды до 1100°С, до 6000 часов | при температуре окружающей среды до 800°С, кратковременно | ||
| Защита титанового слоя при повреждении наружных слоев покрытий | до 150 часов | - | ||
Наружные, наиболее стойкие к газовой коррозии при повышенных температурах слои, сформированные в результате диффузионного взаимодействия алюминия с нихромом, состоят из пластичных интерметаллидов и твёрдых растворов: NiAl(Cr), Ni3Al(Cr) и Ni(Cr, Al) и обладают твёрдостью ниже в сравнении с прототипом и аналогами.
Промежуточные, примыкающие к титану пластичные слои, состоят из нихрома. Их твёрдость примерно вдвое ниже твёрдости наружных слоёв. Благодаря такому оптимальному сочетанию твёрдости и пластичности слоёв, нанесённых на титановый слой покрытий, они обладают повышенной стойкостью к хрупкому разрушению при термоциклировании и динамических нагрузках при температурах окружающей среды до 1100°С в течение времени до 6000 часов, а, в случае повреждения наружных слоёв покрытий, их нихромовые слои могут осуществлять защиту титанового слоя в таких условиях до 150 часов, что повышает надёжность и долговечность материалов, изготовленных по предлагаемому способу.
Таким образом, способ получения жаростойких покрытий, при котором составляют трехслойный пакет с симметричным расположением плакируемой титановой пластины толщиной 4-8 мм относительно одинаковых плакирующих нихромовых пластин толщиной 0,8-1 мм, размещают на поверхностях плакирующих пластин защитные прослойки с одинаковыми зарядами взрывчатого вещества, осуществляют сварку взрывом полученной сборки путем одновременного взрыва зарядов взрывчатого вещества при скорости детонации зарядов взрывчатого вещества 2190-3060 м/с, при этом высоту зарядов ВВ, материал и толщину защитной прослойки на поверхности нихромовой пластины, а также сварочные зазоры между свариваемыми слоями выбирают из условия получения скорости соударения нихромовых пластин с плакируемой титановой пластиной в пределах 490-570 м/с, горячую прокатку полученной трёхслойной заготовки ведут при температуре 590-610°C с обжатием до толщины каждого нихромового слоя, равной 0,4-0,5 мм, затем производят алитирование нихромовых слоёв прокатанной трёхслойной заготовки в расплаве алюминия при температуре 720-760°С в течение 1,2-6 минут, после чего проводят термическую обработку полученной заготовки при температуре 850-900°С в течение 15-20 часов, обеспечивает получение покрытий с повышенной жаростойкостью в окислительных газовых средах и повышенной стойкостью к хрупкому разрушению при термоциклировании и динамических нагрузках, способных длительно сопротивляться газовой коррозии даже в случае повреждения наружных слоев покрытий.
Claims (4)
1. Способ получения жаростойкого покрытия на поверхностях титановой пластины, включающий составление трехслойного пакета с симметричным расположением плакируемой титановой пластины относительно одинаковых плакирующих металлических слоёв в виде пластин толщиной 0,8-1 мм, размещение на поверхностях плакирующих пластин защитных прослоек с одинаковыми зарядами взрывчатого вещества, осуществление сварки взрывом полученной сборки путем одновременного взрыва зарядов взрывчатого вещества, горячую прокатку сваренной заготовки и термическую обработку, отличающийся тем, что составляют трёхслойный пакет из плакирующих нихромовых пластин и плакируемой титановой пластины толщиной 4-8 мм, сварку взрывом полученной сборки ведут при скорости детонации зарядов взрывчатого вещества 2190-3060 м/с, при этом высоту заряда взрывчатого вещества, материал и толщину защитных металлических прослоек на поверхностях плакирующих нихромовых пластин, а также сварочные зазоры между свариваемыми слоями выбирают из условия получения скорости соударения нихромовых пластин с плакируемой титановой пластиной в пределах 490-570 м/с, горячую прокатку полученной трёхслойной заготовки ведут при температуре 590-610°C с обжатием до толщины каждого нихромового слоя, равной 0,4-0,5 мм, затем производят алитирование нихромовых слоёв прокатанной трёхслойной заготовки в расплаве алюминия при температуре 720-760°С в течение 1,2-6 минут, после чего проводят термическую обработку полученной заготовки при температуре 850-900°С в течение 15-20 часов.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для изготовления плакирующих пластин используют нихром марки Х20Н80.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для изготовления титановой пластины используют технический титан ВТ1-00, или сплав титана ОТ4, или сплав титана ВТ20.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для алитирования используют алюминий марки АД1.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2807245C1 true RU2807245C1 (ru) | 2023-11-13 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR1361303A (fr) * | 1961-01-17 | 1964-05-22 | Du Pont | Procédé de liaison de métaux par explosif et produit en résultant |
| FR1465792A (fr) * | 1964-12-29 | 1967-01-13 | Du Pont | Procédé de fabrication de produits métalliques composites |
| CN207043542U (zh) * | 2017-08-01 | 2018-02-27 | 宝鸡市钛程金属复合材料有限公司 | 薄型超大面幅的钛合金ta10/钢q235b爆炸复合板结构 |
| RU2688792C1 (ru) * | 2018-12-10 | 2019-05-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Способ получения износостойких покрытий на поверхностях титановой пластины |
| RU2725510C1 (ru) * | 2019-12-28 | 2020-07-02 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Способ получения жаростойких покрытий на стали |
| RU2725507C1 (ru) * | 2019-12-28 | 2020-07-02 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Способ получения жаростойкого покрытия на стали |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR1361303A (fr) * | 1961-01-17 | 1964-05-22 | Du Pont | Procédé de liaison de métaux par explosif et produit en résultant |
| FR1465792A (fr) * | 1964-12-29 | 1967-01-13 | Du Pont | Procédé de fabrication de produits métalliques composites |
| CN207043542U (zh) * | 2017-08-01 | 2018-02-27 | 宝鸡市钛程金属复合材料有限公司 | 薄型超大面幅的钛合金ta10/钢q235b爆炸复合板结构 |
| RU2688792C1 (ru) * | 2018-12-10 | 2019-05-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Способ получения износостойких покрытий на поверхностях титановой пластины |
| RU2725510C1 (ru) * | 2019-12-28 | 2020-07-02 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Способ получения жаростойких покрытий на стали |
| RU2725507C1 (ru) * | 2019-12-28 | 2020-07-02 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Способ получения жаростойкого покрытия на стали |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20220347797A1 (en) | Hot-Formed Previously Welded Steel Part with very High Mechanical Resistance and Production Method | |
| CN101519778B (zh) | 一种穿孔顶头表面强化的激光熔覆方法 | |
| RU2486999C1 (ru) | Способ получения покрытия | |
| CN1993199A (zh) | 包层合金基片及其制备方法 | |
| CN111801192B (zh) | 涂层钢板的焊接预处理方法 | |
| KR101585721B1 (ko) | 용접성이 우수한 아연도금강판 및 이의 제조 방법 | |
| CN113522972B (zh) | 一种表面耐蚀不锈钢复合板的生产工艺 | |
| JP2023169155A (ja) | 溶接鋼ブランク及び関連する溶接鋼ブランクを生産するための方法 | |
| RU2807245C1 (ru) | Способ получения жаростойкого покрытия на поверхностях титановой пластины | |
| RU2807243C1 (ru) | Способ получения жаростойкого покрытия | |
| JP7047387B2 (ja) | 鋼板、突合せ溶接部材、熱間プレス成形品、鋼管、中空状焼入れ成形品、および鋼板の製造方法 | |
| JP6777249B1 (ja) | 鋼板、テーラードブランク、熱間プレス成形品、鋼管、中空状焼入れ成形品、および鋼板の製造方法 | |
| RU2807248C1 (ru) | Способ получения жаростойкого покрытия | |
| Lisiecki et al. | Laser cladding of Co-based metallic powder at cryogenic conditions | |
| Weerasinghe et al. | Laser deposited austenitic stainless steel clad layers | |
| CN112643181A (zh) | 减轻镀锌钢电阻焊中液态金属脆化开裂的焊接凸缘预处理 | |
| RU2807251C1 (ru) | Способ получения жаростойкого покрытия на поверхностях медной пластины | |
| Nishimoto et al. | Laser pressure welding of Al alloy and low C steel | |
| RU2807253C1 (ru) | Способ получения жаростойкого покрытия на поверхности пластины из жаропрочной стали | |
| RU2807264C1 (ru) | Способ получения жаростойкого покрытия | |
| RU2700441C1 (ru) | Способ получения медно-никелевого покрытия на поверхностях титановой пластины | |
| RU2807255C1 (ru) | Способ получения жаростойкого покрытия на поверхностях пластины из жаропрочной стали | |
| CA3163982C (en) | Pre-coated steel sheet comprising an additional coating for increasing the mechanical strength of the weld metal zone of a welded steel part prepared from said pre-coated sheet | |
| JP7099330B2 (ja) | 鋼板、テーラードブランク、熱間プレス成形品、鋼管状のテーラードブランク、中空状熱間プレス成形品、及び鋼板の製造方法 | |
| KR20230113539A (ko) | 레이저 클래딩에 의한 열간 압연 밀 롤을 제조하는 방법 |