RU2810143C1 - Al-Ti-B LIGATURE PRECURSOR - Google Patents
Al-Ti-B LIGATURE PRECURSOR Download PDFInfo
- Publication number
- RU2810143C1 RU2810143C1 RU2022134481A RU2022134481A RU2810143C1 RU 2810143 C1 RU2810143 C1 RU 2810143C1 RU 2022134481 A RU2022134481 A RU 2022134481A RU 2022134481 A RU2022134481 A RU 2022134481A RU 2810143 C1 RU2810143 C1 RU 2810143C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- alloy
- titanium
- grade
- aluminum
- shs
- Prior art date
Links
- 239000002243 precursor Substances 0.000 title description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 20
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 14
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims abstract description 10
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 229910000521 B alloy Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 7
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 4
- -1 aluminum-titanium-boron Chemical compound 0.000 claims description 3
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 abstract description 13
- 239000000956 alloy Substances 0.000 abstract description 13
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 12
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 abstract description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 7
- 239000000155 melt Substances 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract 1
- 239000013076 target substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 4
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 2
- 229910020491 K2TiF6 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013065 commercial product Substances 0.000 description 1
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000007723 die pressing method Methods 0.000 description 1
- RXCBCUJUGULOGC-UHFFFAOYSA-H dipotassium;tetrafluorotitanium;difluoride Chemical compound [F-].[F-].[F-].[F-].[F-].[F-].[K+].[K+].[Ti+4] RXCBCUJUGULOGC-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 235000011187 glycerol Nutrition 0.000 description 1
- 239000002440 industrial waste Substances 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000010907 mechanical stirring Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000003110 molding sand Substances 0.000 description 1
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 description 1
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 1
- 239000011265 semifinished product Substances 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано для получения модифицирующих лигатур при приготовлении алюминиевых сплавов методом введения в расплав алюминия бор- и титансодержащих составов.The invention relates to powder metallurgy and can be used to obtain modifying alloys in the preparation of aluminum alloys by introducing boron and titanium-containing compositions into the aluminum melt.
Получение качественных отливок во многом зависит от качества исходных шихтовых материалов и особенно лигатур. Значительное улучшение качества структуры сплавов достигается за счет использования модифицирующих лигатур. Модифицирующие лигатуры способствуют кристаллизации структурных составляющих в округлой форме, их измельчению и получению однородного зерна по всему объему слитка. Лигатура алюминий-титан-бор, традиционно применяемая для модифицирования деформируемых и литейных алюминиевых сплавов, а также литейных силуминов, обеспечивает эффективное измельчение зерна алюминиевых сплавов за счет введения в расплав мелкодисперсных фаз, служащих центрами кристаллизации, что, соответственно, приводит к улучшению механических свойств и уменьшению газовой пористости отливок.Obtaining high-quality castings largely depends on the quality of the original charge materials and especially alloys. A significant improvement in the quality of the alloy structure is achieved through the use of modifying alloys. Modifying alloys contribute to the crystallization of structural components in a rounded form, their grinding and obtaining a homogeneous grain throughout the entire volume of the ingot. The aluminum-titanium-boron alloy, traditionally used for modifying wrought and cast aluminum alloys, as well as cast silumins, provides effective grain refinement of aluminum alloys due to the introduction of finely dispersed phases into the melt, serving as crystallization centers, which, accordingly, leads to improved mechanical properties and reducing the gas porosity of castings.
В настоящее время при производстве полуфабрикатов из титановых сплавов образуется большое количество титаносодержащих техногенных отходов, содержащих высокую концентрацию дорогостоящего титана. Извлечение химических соединений из отходов титана позволяет с высокой эффективностью получить товарный продукт в виде соли гексафтортитаната щелочного металла, в частности гексафтортитаната калия (K2TiF6), являющегося широкодоступным и низкозатратным сырьем для получения лигатуры алюминий-титан-бор [1]. Недостатком данной технологии является токсичность исходных веществ.Currently, the production of semi-finished products from titanium alloys generates a large amount of titanium-containing industrial waste containing a high concentration of expensive titanium. The extraction of chemical compounds from titanium waste makes it possible with high efficiency to obtain a commercial product in the form of an alkali metal hexafluorotitanate salt, in particular potassium hexafluorotitanate (K2TiF6), which is a widely available and low-cost raw material for the production of aluminum-titanium-boron alloy [1]. The disadvantage of this technology is the toxicity of the starting substances.
С помощью вовлечения в шихту стружки титановых сплавов появляется возможность освободить территорию, занимаемую отвалами, и значительно снизить воздействие вредных техногенных отходов на окружающую среду.By incorporating titanium alloy shavings into the charge, it becomes possible to free up the territory occupied by dumps and significantly reduce the impact of harmful technogenic waste on the environment.
Наиболее близким аналогом является способ приготовления тройной лигатуры Al-Ti-B, включающем смешивание предварительно высушенных и просеянных порошков, последовательное, введение их в расплав алюминия, воспламенение, горение смеси и образование целевых дисперсных фаз внутри расплава алюминия, механическое перемешивание расплава и его кристаллизацию в литейной форме, в качестве порошковой композиции используются смеси порошков для самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) -алюминия, титана и бора при соотношении мольных частей СВС смесей в соответствии со стехиометрическим составом синтезируемых в расплаве целевых дисперсных фаз [2]. Недостатком данной технологии является сложная и дорогая технология приготовления исходных порошкообразных компонентов.The closest analogue is the method of preparing a triple Al-Ti-B master alloy, which includes mixing pre-dried and sifted powders, sequentially introducing them into the aluminum melt, ignition, combustion of the mixture and the formation of target dispersed phases inside the aluminum melt, mechanical stirring of the melt and its crystallization in casting mold, mixtures of powders for self-propagating high-temperature synthesis (SHS) of aluminum, titanium and boron are used as a powder composition at the ratio of molar parts of SHS mixtures in accordance with the stoichiometric composition of the target dispersed phases synthesized in the melt [2]. The disadvantage of this technology is the complex and expensive technology for preparing the initial powder components.
С целью вовлечения отходов производства предлагается прекурсор лигатуры Al-Ti-B на основе стружечных отходов алюминиевого сплава аналогичной марки, подвергаемой модифицированию указанной лигатурой, а именно: АК7, технического титана марки ВТ 1-00 и аморфного бора марки А, из которых синтезируется лигатура в процессе электрошлакового литья с получением компактных слитков.In order to involve production waste, a precursor of the Al-Ti-B alloy is proposed based on waste chips of an aluminum alloy of a similar grade, subject to modification with the specified alloy, namely: AK7, technical titanium grade VT 1-00 and amorphous boron grade A, from which the alloy is synthesized in the process of electroslag casting to produce compact ingots.
Технологическое преимущество электрошлакового процесса в приложении формирования литой заготовки заключается в том, что синтез материала заготовки, доведение его до жидкого агрегатного состояния, заполнение им литейной формы и затвердевание синтезированного материала происходит непрерывно и одновременно, что исключает большое количество технологических переделов, присущих традиционным способам получения литой заготовки, в силу того, что в обычной плавильно-литейной технологии указанные операции разобщены. Кроме того, электрошлаковый металл отличается высоким качеством, обусловленным изоляцией металлического расплава слоем жидкого шлака и его рафинирующим воздействием на формирующийся металл в виде капель с высокоразвитой поверхностью. Это обстоятельство гарантирует отсутствие таких негативные явлений, ухудшающие качество металла отливки, как загрязнение его газами, огнеупорами ковша и формовочной смесью, а при кристаллизации больших масс металла развитие ликвации, образование усадочных и газовых раковин.The technological advantage of the electroslag process in the application of forming a cast workpiece is that the synthesis of the workpiece material, bringing it to a liquid aggregate state, filling the casting mold with it and solidification of the synthesized material occurs continuously and simultaneously, which eliminates a large number of technological redistributions inherent in traditional methods of producing cast materials. billets, due to the fact that in conventional melting and foundry technology these operations are separated. In addition, electroslag metal is of high quality, due to the isolation of the metal melt by a layer of liquid slag and its refining effect on the forming metal in the form of droplets with a highly developed surface. This circumstance guarantees the absence of such negative phenomena that deteriorate the quality of the casting metal, such as contamination by gases, ladle refractories and molding sand, and during the crystallization of large masses of metal, the development of segregation, the formation of shrinkage and gas cavities.
Сущность изобретения заключается в следующем: шихтовые материалы подвергаются сушке при температуре 250°С, измельчению, смешиванию и компактированию. Для диспергирования стружечных отходов использовалась шаровая мельница, работающая в скоростном режиме вращения, соответствующем 0,75-0,8 от критической, когда шары внутри мельницы, совершая круговые движения, вращаются вместе с ее барабаном. Полученные порошки алюминиевого сплава АК7 и технического титана марки ВТ 1-00 просеивались на системе сит 0045-05 (ГОСТ 3584-73) с целью получения размера фракции <50 мкм.The essence of the invention is as follows: the charge materials are dried at a temperature of 250°C, crushed, mixed and compacted. To disperse the chip waste, a ball mill was used, operating in a high-speed rotation mode corresponding to 0.75-0.8 from the critical one, when the balls inside the mill, making circular movements, rotate together with its drum. The resulting powders of aluminum alloy AK7 and technical titanium grade VT 1-00 were sieved using a 0045-05 sieve system (GOST 3584-73) to obtain a fraction size of <50 μm.
Далее приготавливалась смесь порошкообразных компонентов в соотношении: сплав АК7: технический титана марки ВТ 1-00: аморфный бор марки А=97:2:1, которая обуславливает получение из нее опытной лигатуры А1-Ti-B, в которой титан преимущественно связан с бором, лишая себя и бора возможности связаться с алюминием (Фиг. 1). Такая приоритетная связь титана с бором объясняется не только составом шихтовой композиции, но и значительно отличающимся значением стандартной энтальпии образования интерметалл и да TiB2 (ΔН0 298=-279,9 кДж/моль) относительно других зародышеобразующих частиц Al3Ti (ΔН0298=-144 кДж/моль) и AlB2 (ΔН0 298=-67 кДж/моль).Next, a mixture of powdered components was prepared in the ratio: AK7 alloy: technical titanium grade VT 1-00: amorphous boron grade A = 97:2:1, which determines the production from it of an experimental alloy A1-Ti-B, in which titanium is predominantly associated with boron , depriving itself and boron of the opportunity to contact aluminum (Fig. 1). This priority connection between titanium and boron is explained not only by the composition of the charge composition, but also by the significantly different value of the standard enthalpy of formation of intermetal and TiB 2 (ΔH 0 298 = -279.9 kJ/mol) relative to other nucleation particles Al 3 Ti (ΔH 0 298 = -144 kJ/mol) and AlB 2 (ΔН 0 298 = -67 kJ/mol).
Образование эффективных зародышеобразующих частиц TiB2 подтверждается спектром микрорентгеноспектрального анализа мелких зародышеобразующих частиц полученной лигатуры Al-Ti-B. Это соотношение в лигатуре является залогом наибольшего содержания в ней. Поскольку по завершению смешивания порошковых шихтовых компонентов предполагается компактирование смеси, то для облегчения процесса смешивания и последующего прессования смеси в отмеченную выше субстанцию вводится технологическая присадка-пластификатор на глицериновой основе в количестве 3,5 массовой % по отношению к порошковой субстанции. Полученная таким образом пластифицированная шихтовая смесь тщательно высушивается и направляется на мундштучное прессование, в результате которого получается равноплотное изделие в виде прутка диаметром 10 мм и длиной 500 мм. Процесс осуществляется при степени обжатия материала, равной 93%. Данное изделие является расходуемым электродом, который подается в шлаковую ванну печи электрошлакового переплава через мундштук. Шихтовая композиция расходуемого электрода посредством качественного и количественного соотношения компонентов обуславливает синтез лигатуры Al-Ti-B требуемого состава.The formation of effective nucleation-forming particles of TiB 2 is confirmed by the spectrum of micro-X-ray spectral analysis of small nucleation-forming particles of the resulting Al-Ti-B alloy. This ratio in the ligature is the key to the greatest content in it. Since upon completion of mixing the powder charge components, compaction of the mixture is expected, to facilitate the process of mixing and subsequent pressing of the mixture, a technological additive-plasticizer on a glycerin basis is introduced into the above-mentioned substance in an amount of 3.5 mass% relative to the powder substance. The plasticized charge mixture obtained in this way is thoroughly dried and sent for die pressing, which results in an equally dense product in the form of a rod with a diameter of 10 mm and a length of 500 mm. The process is carried out at a material compression rate of 93%. This product is a consumable electrode, which is fed into the slag bath of an electroslag remelting furnace through a mouthpiece. The charge composition of the consumable electrode, through the qualitative and quantitative ratio of the components, determines the synthesis of the Al-Ti-B alloy of the required composition.
Таким образом, предлагается ресурсосберегающий способ получения лигатуры Al-Ti-B, т.к. в качестве исходных шихтовых компонентов используются отходы производства на основе стружечных отходов, обеспечивая при этом модифицирующую способность лигатуры.Thus, a resource-saving method for producing Al-Ti-B alloy is proposed, because Production waste based on chip waste is used as the initial charge components, while providing the modifying ability of the master alloy.
Использованные источникиUsed sources
1. Патент РФ RU 2466202 С11. RF patent RU 2466202 C1
2. Патент РФ RU 2138572 С1.2. RF patent RU 2138572 C1.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2810143C1 true RU2810143C1 (en) | 2023-12-22 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4298408A (en) * | 1980-01-07 | 1981-11-03 | Cabot Berylco Inc. | Aluminum-titanium-boron master alloy |
| RU2138572C1 (en) * | 1997-10-20 | 1999-09-27 | Самарский государственный технический университет | Method of preparing aluminum-titanium-boron foundry alloy |
| RU2215810C2 (en) * | 2001-12-26 | 2003-11-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Красноярский металлургический завод" | Method of production of aluminum-titanium-boron master alloy |
| RU2466202C1 (en) * | 2011-07-28 | 2012-11-10 | Открытое Акционерное Общество "Корпорация Всмпо-Ависма" | Method for obtaining aluminium-titanium-boron alloy combination |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4298408A (en) * | 1980-01-07 | 1981-11-03 | Cabot Berylco Inc. | Aluminum-titanium-boron master alloy |
| RU2138572C1 (en) * | 1997-10-20 | 1999-09-27 | Самарский государственный технический университет | Method of preparing aluminum-titanium-boron foundry alloy |
| RU2215810C2 (en) * | 2001-12-26 | 2003-11-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Красноярский металлургический завод" | Method of production of aluminum-titanium-boron master alloy |
| RU2466202C1 (en) * | 2011-07-28 | 2012-11-10 | Открытое Акционерное Общество "Корпорация Всмпо-Ависма" | Method for obtaining aluminium-titanium-boron alloy combination |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN112048629A (en) | Preparation method of Al-Ti-Nb-B refiner for casting aluminum-silicon alloy | |
| CN110592453B (en) | Production method of low-oxygen-content vanadium-aluminum alloy | |
| CN110484783B (en) | Aluminum-rare earth alloy powder and preparation method and application thereof | |
| WO2019226063A1 (en) | Aluminum alloy for additive techniques | |
| Drozdov et al. | Study of the formation of nanostructured composite powders in a plasma jet | |
| RU2448178C2 (en) | Method for obtaining castable composite alloy of titanium aluminium carbide | |
| RU2810143C1 (en) | Al-Ti-B LIGATURE PRECURSOR | |
| Ghahremanian et al. | Production of Al-Si-SiCp cast composites by injection of low-energy ball-milled Al-SiCp powder into the melt | |
| CN1152969C (en) | Process for preparing particle reinforced Mg-base composite | |
| Titova et al. | Azide SHS of aluminium nitride nanopowder and its application for obtaining Al-Cu-AlN cast nanocomposite | |
| RU2567779C1 (en) | Method of producing of modified aluminium alloys | |
| RU2755353C1 (en) | Composite material based on aluminium or aluminium alloy and method for production thereof | |
| CN112680647A (en) | Production method of vanadium-molybdenum-chromium-iron aluminum alloy | |
| RU2555321C2 (en) | Method of production of cast aluminium-matrix composite alloy | |
| RU2138572C1 (en) | Method of preparing aluminum-titanium-boron foundry alloy | |
| RU2757879C1 (en) | Method for modifying aluminum-silicon alloys | |
| RU2732809C1 (en) | Method of obtaining a ligature with aluminides of nickel and rare-earth metals for modifying aluminium alloys | |
| Szymanek et al. | Producing ultrafine grain structure in AZ91 magnesium alloy cast by rapid solidification | |
| JP2749165B2 (en) | TiA-based composite material and method for producing the same | |
| RU2312913C1 (en) | Method of production of semifinished product for manufacture of foamed metal | |
| Safronov et al. | The formation of alloy based on Al-Ti-B system by electroslag process involving dispersed engineering waste | |
| SU1650746A1 (en) | Method of producing alloying compositions for aluminium alloys | |
| RU2729267C1 (en) | Method of producing cast composite aluminum matrixed alloys | |
| CN111822722B (en) | TiAl/TiB for additive manufacturing 2 Preparation method of powder material | |
| Svynarenko et al. | Structure and refinement performance of Al-5Ti-0.2 C master alloy produced via an improved self propagating synthesis approach |