×
25.08.2017
217.015.b601

Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИСТОВОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА СИСТЕМЫ ТИТАН-АЛЮМИНИЙ

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение может быть использовано при получении листового композиционного материала системы титан-алюминий для изготовления деталей летательных аппаратов, в том числе подвергаемых повышенным тепловым нагрузкам. Способ включает получение слоистой заготовки в виде пакета и последующую ее прокатку. Слоистую заготовку получают сваркой пакета в твердой фазе в газозащитной среде путем прокатки при температуре 420-470°C с относительным обжатием 20-30%. Затем заготовку подвергают многопроходной холодной прокатке до заданной толщины при относительном обжатии за проход 10-15% и с промежуточными отжигами при температуре не выше 500°C после достижении суммарной степени деформации более 35%. После чего проводят заключительную термическую обработку при температуре 500-800°C с выдержкой 1-4 ч. Технический результат состоит в повышении механических и функциональных свойств листового композиционного материала. 1 табл.

Изобретение относится к области металлургии легких сплавов и может быть использовано при получении материала для изготовления деталей летательных аппаратов, в том числе подвергаемых повышенным тепловым нагрузкам.

Известны способы получения металлических листовых материалов, включающие сборку многослойного пакета из пластин Ti и Al и последующее их соединение между собой посредством сварки взрывом. Полученный многослойный материал подвергают отжигу и производят его обжатие (Патент Российской Федерации №2463140, МПК В23К 20/08, В32В 7/04, В32В 15/01, 2012 г.; Патент Российской Федерации №2255849, МПК В23К 20/08, 2005 г.).

Недостатки известных способов состоят в сложности их реализации и низкой тепловой устойчивости получаемых изделий из легких сплавов.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является способ получения листового композиционного материала из легких сплавов, согласно которому осуществляют формирование пакета из титановой фольги, на верхнюю и нижнюю сторону каждого слоя которой предварительно наносят покрытие из порошка Al методом холодного газодинамического напыления, и осуществляют деформирование пакета при температуре и давлении, необходимых для получения интерметаллидного соединения (Патент Российской Федерации №2394665, МПК B22F 7/04, 2010 г.).

Недостаток известного способа состоит в том, что порошковый слой после завершения обработки сохраняет пористость, что снижает функциональные и технологические свойства листового композиционного материала и изделий из него.

Технический результат, решаемый изобретением, состоит в повышении механических и функциональных свойства листового композиционного материала.

Для решения поставленной технической задачи в известном способе получения листового композиционного материала системы титан-алюминий, включающем получение слоистой заготовки в виде пакета и последующую ее прокатку, согласно предложению слоистую заготовку получают сваркой в твердой фазе пакета, составленного из листов титана и алюминия, путем прокатки в газозащитной среде при температуре 420-470°C с относительным обжатием 20-30%, затем заготовку подвергают многопроходной холодной прокатке до заданной толщины при относительном обжатии за проход 10-15% и с промежуточными отжигами при температуре не выше 500°C после достижении суммарной степени деформации более 35%. После чего проводят заключительную термическую обработку при температуре 500-800°C с выдержкой 1-4 ч.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в следующем. Материалы для несущих деталей летательных аппаратов должны сочетать низкую плотность, высокую механическую прочность и жаропрочность. Условиям низкой плотности в наиболее полной мере удовлетворяют легкие сплавы - композиционные слоистые материалы на основе титана и алюминия, приобретающие при термопластической обработке уникальный комплекс прочностных свойств. По этой причине сваренные в твердой фазе за счет взаимной диффузии и экзотермической реакции слои пластин из Al и Ti образуют материал с предельно высоким сочетанием низкой плотности и высокой прочности.

Экспериментально установлено, что наиболее высокий комплекс функциональных свойств достигается при получении слоистой заготовки при сварке в твердой фазе пакета в газозащитной среде путем прокатки при температуре 420-470°C с относительным обжатием 20-30%. При температуре ниже 420°C или относительном обжатии менее 20% прочность соединения слоев Ti и Al недостаточна, что ведет к расслоению заготовки при последующей холодной прокатке. При температуре выше 470°C или относительном обжатии более 30% имеет место снижение пластических свойств слоистой заготовки в результате образования интерметаллидов в объеме заготовки и, естественно, дефектов в виде разрывов, что недопустимо.

Холодная прокатка слоистой заготовки с обжатием за проход менее 10% нерациональна, т.к. увеличивает требуемое число проходов, затраты на производство и снижает функциональные свойства композиционного материала. Повышение относительного обжатия за проход более 15% не исключает образование дефектов в виде разрывов, что недопустимо.

Экспериментально установлено, что после достижении суммарной степени деформации более 35% снижаются пластические свойства заготовки, что приводит к ухудшению функциональных свойств и выхода годного. Для восстановления технологической пластичности слоистого материала Ti-Al в процессе его холодной прокатки без образования дефектов в виде трещин и разрывов, как показал опыт, необходимы промежуточные отжиги. Но при этом, если температура промежуточного отжига будет выше 500°C, то в слоистом материале системы Ti-Al на границах слоев произойдет образование низкопластичных интерметаллических соединений. Это приведет к снижению выхода годного и ухудшению функциональных свойств композиционного материала.

Заключительная термическая обработка холоднокатаного листового композиционного материала конечной толщины системы Ti-Al при температуре 500-800°C с выдержкой 1-4 ч обеспечивает повышение его прочности и жаропрочности за счет формирования интерметаллических соединений.

При этом экспериментально установлено, что если температура заключительной термической обработки будет ниже 500°C или время выдержки составит менее 1 ч, то количества образующихся интерметаллидных соединений не достаточно для повышения функциональных свойств. В то же время, повышение температуры заключительной термообработки выше 800°C, как и выдержки более 4 ч, приводит к снижению пластических и вязкостных свойств композиционного материала, что недопустимо.

Примеры реализации способа

Для получения слоистого композита исходными материалами были выбраны технически чистые титан марки ВТ1-0 и алюминиевый сплав марки АД1. Для обеспечения стехиометрического состава γ-Ti-Al при высокотемпературной обработке слоистого материала были приняты различные соотношения толщин слоев алюминия и титана, а именно 1:1, 2:1, 1:2. Пакеты собирали из пластин размерами 0,1×40×120 мм по 30 слоев каждого материала.

Температурный режим прокатки пакетов был выбран из условий, с одной стороны, недопущения образования прочных и хрупких интерметаллидов на границе контакта слоев, резко снижающих деформируемость материала, и, с другой стороны, сохранения пластичности составляющих пакета. Такими температурными условиями, как показали эксперименты, является интервал температур прокатки tпр=450-500°C.

Для обеспечения сварки в твердой фазе титана и алюминия при выбранном температурном интервале экспериментально определенно относительное обжатие ε=25-30% за проход. Прокатку проводили на вакуумном прокатном стане дуо 170.

Сваренный в вакууме пакет прокатывали на воздухе при температуре 450-500°C с относительным обжатием за проход ε=8-10% до конечной толщины 0,35 мм. Затем полосы разрезали на пластины длиной 120 мм и вновь собирали в пакеты, которые прокатали вначале в вакууме, а затем в воздушной атмосфере. В результате повторения таких циклов в конечном итоге получили полосы толщиной 0,35 мм, состоящие из 4800 слоев. При этом толщина титановых слоев составляла 100-120 нм, а алюминиевых 80-90 нм.

Для образования интерметаллидов образцы полученных слоистых композиционных материалов подвергали нагреву до температур Tто равных 510, 590 и 810°C. В результате экзотермической реакции на границе раздела «титан-алюминий» образовались интерметаллические фазы. Рентгеноструктурный анализ показал, что при всех температурно-временных условиях образовались химические соединения типа Ti3Al, TiAl и TiAl2.

Варианты реализации предложенного способа и показатели их эффективности приведены в таблице.

Как следует из данных, представленных в таблице, при реализации предложенного способа (варианты №2-4) достигается повышение механических и функциональных свойств изделий из слоистого листового композиционного материала системы Ti-Al. При запредельных значениях заявленных параметров (варианты №1 и №4) механические и функциональные свойства слоистого материала ухудшаются. Также более низкие механические и функциональные свойства имели место при реализации известного способа (Патент Российской Федерации №2394665, МПК B22F 7/04, 2010 г.).

Технико-экономические преимущества предложенного способа получения листового композиционного материала системы титан-алюминий заключаются в том, что сварка в твердой фазе пакета в газозащитной среде прокаткой при температуре 420-470°C с суммарным относительным обжатием 20-30% обеспечивает формирование прочного бездефектного соединения. Это повышает технологическую пластичность слоистого материала при его дальнейшей холодной прокатке при обжатии за проход 10-15%.

Промежуточные отжиги при температуре не выше 500°C после достижения суммарной степени деформации более 35% снимают деформационный наклеп и восстанавливают высокую пластичность слоистого материала. Заключительная термическая обработка холоднокатаного слоистого материала при температуре 500-800°C со временем выдержки 1-4 ч приводит к образованию интерметаллических соединений различной морфологии, что повышает функциональные свойства и существенно повышает жаропрочность композиционного материала.

В качестве базового объекта принят известный способ (Патент РФ №2394665, МПК B22F 7/04, 2010). Использование предложенного способа обеспечивает возможность создания легких конструкций для полетов с высокими скоростями в плотных слоях атмосферы.

Способ получения листового композиционного материала системы титан-алюминий, включающий получение слоистой заготовки в виде пакета и последующую ее прокатку, отличающийся тем, что слоистую заготовку получают сваркой в твердой фазе пакета в газозащитной среде путем прокатки при температуре 420-470°С с относительным обжатием 20-30%, затем заготовку подвергают многопроходной холодной прокатке до заданной толщины при относительном обжатии за проход 10-15% и с промежуточными отжигами при температуре не выше 500°С после достижении суммарной степени деформации более 35%, после чего проводят заключительную термическую обработку при температуре 500-800°С с выдержкой 1-4 ч.
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 141-150 из 174.
16.08.2019
№219.017.c0a8

Способ регистрации следовых количеств веществ в газовой среде

Изобретение относится к оптике и аналитической технике и может быть применено для определения наличия следовых количеств летучих веществ. Способ регистрации следовых количеств веществ в газовой среде, вызывающих поверхностную оптическую сенсибилизацию галоидного серебра под действием света в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002697477
Дата охранного документа: 14.08.2019
16.08.2019
№219.017.c0ae

Способ получения биоцемента для заполнения костных дефектов на основе дикальцийфосфата дигидрата и сульфата кальция двуводного

Изобретение относится к медицине и касается получения биоцемента для заполнения костных дефектов. Для этого цементный раствор получают в результате смешения порошка трикальцийфосфата и сульфата кальция полуводного с водным раствором дигидроортофосфата магния 4-водного - раствор 50-66% соли...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002697396
Дата охранного документа: 14.08.2019
23.08.2019
№219.017.c2d7

Способ изготовления керамики на основе композита нитрид кремния - нитрид титана

Изобретение относится к способу получения керамического композита из нитрида кремния, упрочненного нитридом титана, обладающего совокупностью физико-механических свойств, таких как высокая прочность и твердость, низкий коэффициент термического расширения, износостойкость и электрическая...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002697987
Дата охранного документа: 21.08.2019
01.11.2019
№219.017.dc2d

Способ плазменного напыления с насадкой к плазмотрону и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области металлургии, к напылению плазменных покрытий и может быть использовано для формирования износостойких, коррозионностойких и функциональных покрытий с минимальным содержанием оксидов, формирующихся в процессе напыления. Способ и устройство напыления покрытий при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002704680
Дата охранного документа: 30.10.2019
01.11.2019
№219.017.dc41

Высокопрочная дисперсионно-твердеющая азотосодержащая коррозионно-стойкая аустенитная сталь

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочным дисперсионно-твердеющим азотосодержащим коррозионно-стойким аустенитным сталям, используемым для изготовления высоконагруженных конструкций в машиностроении, судостроении, авиации и железнодорожном транспорте. Сталь содержит...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002704703
Дата охранного документа: 30.10.2019
04.11.2019
№219.017.de5f

Способ получения пористых материалов из альгината натрия и поливинилпирролидона, содержащих фосфаты кальция

Изобретение может быть использовано в реконструктивно-пластической хирургии для пластической реконструкции поврежденных костных тканей. Для получения пористых материалов из альгината натрия и поливинилпирролидона, содержащих фосфаты кальция, для заполнения костных дефектов проводят синтез in...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002705084
Дата охранного документа: 01.11.2019
29.11.2019
№219.017.e7ff

Сферический порошок псевдосплава на основе вольфрама и способ его получения

Изобретение относится к сферическому порошку псевдосплава на основе вольфрама. Ведут гранулирование порошка наноразмерного композита, состоящего из металлических частиц с размерами менее 100 нм и полученного водородным восстановлением в термической плазме смеси порошков оксидов вольфрама с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002707455
Дата охранного документа: 26.11.2019
27.12.2019
№219.017.f28e

Керамический материал с низкой температурой спекания на основе системы диоксида циркония - оксида алюминия - оксида кремния

Изобретение относится к области получения высокоплотной керамики на основе ZrO-AlO-SiO. Разработанные материалы могут быть использованы для получения огнеупорных изделий, высокотемпературных деталей машин и печного оборудования. Керамический материал имеет следующий химический состав, мас.%:...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002710341
Дата охранного документа: 25.12.2019
31.12.2020
№219.017.f4a9

Керамический композиционный материал

Изобретение относится к керамическому материаловедению, получению композиционного материала с матрицей диоксида циркония, стабилизированного в тетрагональной форме, и оксида алюминия. Материал может быть использован для изготовления изделий конструкционного и медицинского назначения, в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002710648
Дата охранного документа: 30.12.2019
15.02.2020
№220.018.02b4

Способ получения окрашенного однофазного пирофосфата кальция

Изобретение может быть использовано в производстве материалов для восстановления дефектов костной ткани, зубных пломб. Способ получения окрашенного однофазного пирофосфата кальция включает смешение лактата кальция с двузамещенным фосфатом аммония при их мольном соотношении, равном 1. Смешение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002714188
Дата охранного документа: 12.02.2020
Показаны записи 141-150 из 164.
19.06.2019
№219.017.84a9

Коррозионно-стойкая немагнитная сталь

Изобретение относится к области металлургии, в частности к коррозионно-стойким сталям, предназначенным для медицинских целей, в пищевой промышленности для изготовления столовых приборов, в том числе изделий, получаемых методом литья. Предложена коррозионно-стойкая немагнитная сталь, содержащая,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002284365
Дата охранного документа: 27.09.2006
19.06.2019
№219.017.89e1

Способ производства толстолистового проката из свариваемой хромомарганцевой стали

Изобретение относится к черной металлургии и термической обработке и может быть использовано при получении высокопрочной листовой низколегированной стали для металлоконструкций, эксплуатируемых в районах Крайнего Севера. Способ включает непрерывную разливку стали в слябы, их нагрев,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002455105
Дата охранного документа: 10.07.2012
29.06.2019
№219.017.99ff

Способ производства холоднокатаной листовой стали

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к прокатному производству, и может быть использовано при изготовлении стальных холоднокатаных листов и полос для штамповки. Задача изобретения - уменьшение расходного коэффициента металла. Способ включает горячую прокатку полос с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002268097
Дата охранного документа: 20.01.2006
29.06.2019
№219.017.9c74

Способ изготовления сварных замкнутых профилей прямоугольного сечения

Изобретение относится к прокатному производству, конкретнее к изготовлению гнутых профилей и, в частности, прямоугольных сварных замкнутых профилей. Способ включает профилирование прямоугольной заготовки с вытяжкой в шовообжимном переходе, высокочастотную сварку с заданным углом схождения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002393036
Дата охранного документа: 27.06.2010
29.06.2019
№219.017.9d53

Способ производства листов

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к производству толстых листов из низколегированной хромосодержащей стали, используемых при изготовлении сварных кузовов большегрузных самосвалов. Для повышения механических свойств, снижения неплоскостности и увеличения выхода годных листов слябы...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002350662
Дата охранного документа: 27.03.2009
10.07.2019
№219.017.aaf0

Способ производства сортового проката из легированной пружинной стали

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при горячей сортовой прокатке круглых профилей и катанки из легированной пружинной стали. Задача изобретения - повышение качества и выхода годного проката. Способ включает нагрев заготовки до температуры аустенитизации,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002296017
Дата охранного документа: 27.03.2007
10.07.2019
№219.017.ab04

Способ производства сортового проката

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при горячей прокатке круглых сортовых профилей из низколегированной стали, используемых для изготовления холодной объемной штамповкой крепежных изделий. Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002291205
Дата охранного документа: 10.01.2007
10.07.2019
№219.017.ab07

Способ восстановления бандажированного ролика

Изобретение может быть использовано для восстановления бандажированного ролика моталок. Предварительный нагрев бандажа ролика проводят до температуры 200...250°С со скоростью 40...50°С/ч. Многослойную наплавку ведут стальным электродом со скоростью 20...30 м/ч при плотности электрического тока...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002291041
Дата охранного документа: 10.01.2007
10.07.2019
№219.017.ab08

Способ восстановления роликов

Изобретение может быть использовано для восстановления роликов машин непрерывного литья заготовок. Предварительный нагрев бочки роликов проводят до температуры 200...250°С. Наплавку ведут со скоростью 20...30 м/ч при плотности электрического тока 35...45 А/мм. Термообработку роликов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002291040
Дата охранного документа: 10.01.2007
10.07.2019
№219.017.ac66

Способ непрерывной прокатки тонких полос на многоклетевом стане

Изобретение предназначено для снижения энергозатрат без ухудшения чистоты поверхности тонких холоднокатаных полос, получаемых на многоклетевых непрерывных широкополосных станах. Способ включает обжатие полосы, по меньшей мере, в пять проходов с корректировкой технологических параметров для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002397032
Дата охранного документа: 20.08.2010
+ добавить свой РИД