RU2003446C1

RU2003446C1 - Способ получени композиционного материала титан-железо

Info

Publication number: RU2003446C1
Authority: RU
Inventors: Юрий Павлович Трыков; Анатолий Иванович Еловенко; Валентин Дмитриевич Сапрыгин; Александр Павлович Ярошенко
Original assignee: Волгоградский Политехнический Институт
Priority date: 1991-07-08
Filing date: 1991-07-08
Publication date: 1993-11-30

Abstract

Использование: при производстве изделий из специальных материалов, в частности деталей, работающих при повышенных температурах, например лопатки рабочего колеса турбины авиационного двигател а также изделий, обладающих специальным комплексом теллофизических свойств, например детали теплообменной аппаратуры, энергетических установок Существо: предварительно составл ют многослойный пакет чередующих пластин железа и титана с заданным соотношением толщин сваркой взрывом, отжигом и последующей прокаткой получают композиционный многослойный тонколистовой материал железо - титан с соотношением толщины слоев 1 : 2 - 4 при толщине сло железа 8-15 мкм, после чего осуществл ют дополнительный отжиг при температуре 800 - 900&deg;С и выдержке 1 - 4 ч 2 табл.

Description

Изобретение относитс к производству изделий из специальных материалов, в частности деталей, работающих при повышенных температурах, например лопатки рабочего колеса турбины авиационного дви- 5 гател , а также изделий, обладающих специальным комплексом теплофизических свойств, например детали теплообменной аппаратуры, энергетических установок.

Известен способ получени компози- 10 цйонного материала титан-сталь методом диффузионной сварки с применением промежуточной прокладки из сплава Та-С (Ко- кай Токке кохо. За вка № 61-267617, Япони ) и способ изготовлени елейного 15 титано-стального композита гор чей прокаткой в вакууме (Yoshlwara Se1sh vo//J.Jap.Weld, Soc.-1989 ,58, №3, с,188-,192).с

Недостатком данных способов вл етс 20 недостаточна прочность соединени слоев и низка прочность и жаропрочность композита в целом. Данные способы не обеспечивают также снижени теплопроводности композита.25

Известен способ изготовлени многослойных композиций состава титан-железо сваркой взрывом с последующей прокаткой (Технологи сварки взрывом различных материалов и-свойства полученных сварных 30 соединений. М.: ЦИНТИХимНефтеМаш. - 1970. с.97-102).

Данный способ обеспечивает высокую прочность соединени слоев, однако не позвол ет получить высокую жаропрочность и 35 теплоизол ционные свбйства композита.

В качестве прототипа выбран способ изготовлени слойного композита титан- сталь с помощью сварки взрывом, отжига и гор чей прокатки, который считают перс- 40 пективным дл данной пары металлов.

Недостатками данного способа вл етс низка жаропрочность композита и невысокие теплоизол ционные свойства.

Цель изобретени - повышение жароп- 45 рочности и снижение теплопроводности материала .

Это достигаетс тем, что получают композиционный материал титан-железо путем сварки, отжига и прокатки, причем предва- 50 рительно составл ют многослойный пакет чередующихс пластин железа и титана с заданным соотношением толщин, сваркой взрывом и последующей прокаткой, получают композиционный многослойный тонко- 55 листовой материал железо-титан с соотношением слоев 1:2-4 при толщине сло железа 8-15 мкм, после чего осуществл ют дополнительный отжиг при температуре 800-900°С и выдержке 1-4 ч

Составление многослойного пакета чередующихс пластин титана и железа с заданным соотношением толщин необходимо Дл того, чтобы после сварки взрывом получить композиционный материал с требуемой толщиной каждого сло и при последующем отжиге обеспечить возможность образовани химического соединени на основе титана и железа по каждой границе композита.

Сварка взрывом по плоскопараллельной схеме обеспечивает получение многослойного композиционного материала с равнопрочным соединением всех его слоев и отсутствием на границах раздела сплавов с высокой твердостью.

Последующа прокатка позвол ет получить многослойный тонколистовой композиционный материал требуемой толщины с сохранением исходного соотношени толщины слоев титана и железа. Кроме того, прокатка способствует залечиванию возможных незначительных дефектов сварки взрывом, а высока степень обжати при прокатке до 98% обеспечивает интенсивное протекание диффузии в граничных-зонах при последующем отжиге композита. Во избежание растрескивани титана при прокатке разовое обжатие за один проход не должно превышать 10%.

Получение в готовом композите соотношени толщин слоев железа и титана 1:2-4 при толщине сло железа 8-15 мкм необходимо дл того, чтобы, с одной стороны, обеспечить протекание при последующем отжиге диффузии железа на всю толщину титанового сло , с другой стороны, с учетом односторонней направленности процесса диффузии железа в титан, максимально сократить объемную долю железа как м гкой прослойки, при условии сохранени ее сплошности.

При соотношении толщин менее 1:2 с учетом односторонней направленности диффузии железа в титан объемна дол диффузионных прослоек в композите недостаточна дл обеспечени максимальных жаропрочных и теплоизол ционных свойств.

При соотношении толщин слоев железа и титана более 1:4 оптимальные параметры термообработки не обеспечивают диффузию железа на всю толщину титанового сло .

При толщине сло железа менее 8 мкм нарушаетс сплошность сло железа при прокатке. При толщине сло железа более 15 мкм объемна дол железа в композите выше оптимальной, что снижает эксплуатационные свойства

Дополнительный отжиг полученного композиционного материала необходим дл образовани на межслойных границах композита, в результате диффузионного взаимодействи титана с железом, твердых прослоек интерметаллидов TlFea и TlFe. Температура отжига 800-900°С и выдержка 1-4 ч вл ютс оптимальными режимами, обеспечивающими сквозную диффузию железа в сло х титана.

Температура менее 800°С не обеспечивает достаточной интенсивности процесса диффузии, а отжиг при температуре более 900°С приводит к резкому росту зерна в титане, что снижает механические свойства композиционного материала.

При выдержке менее 1 ч не обеспечиваетс полное протекание процесса диффузии , выдержка более 4 ч приводит к росту зерна в титане, что снижает прочность ком- позита.

Способ изготовлени многослойного композиционного материала системы титан-железо осуществл етс следующим образом .

Собирают пакет из предварительно очищенных и обезжиренных чередующихс пластин титана и железа, располагающихс друг над другом на рассто нии технологического зазора, и производ т сварку взрывом при скорости соударени пластин 450- 520 м/с. Полученную многослойную заготовку прокатывают при 700°С до требуемой , толщины, после чего производ т термообработку в виде отжига при температуре 800-900°С в течение 1-4 ч.

Предлагаемый способ позвол ет получить жаропрочный композиционный материал с высокими теплоизол ционными свойствами и жаропрочностью.

Пример 1. Составл ют 15-слойный пакет из предварительно зачищенных и обезжиренных чередующихс пластин титана толщиной 1 мм и железа толщиной 0,5 мм, располагаемых друг над другом с зазором 2 мм. Над собранным пакетом на рассто нии 5 мм устанавливают стальную фальшпластину толщиной 10 мм и производ т сварку взрывом зар дом аммонита ATI высотой 100 мм, инициируемым от электро-

детонатора. При этом обеспечиваетс скорость соударени пластин 450-520 м/с. Сваренную взрывом многослойную заготовку прокатывают при 700°С с разовым обжатием за проход 8-10% на толщину 0,4 мм и получают тонколистовой многослойный композит с толщиной слоев железа 12- 15 мкм. Полученный таким образом материал подвергают высокотемпературной обработке при 850°С и выдержке 2 ч. Соотношение толщин слоев перед отжигом 1:3.

Свойства полученного материала следующие: коэффициент теплопроводности Я 1 Вт7м град, прочность при500°С-900 МПа, прочность при 700°С - 500 МПа.

Пример 2. Получение тонколистового многослойного композита из чередующихс слоев титана и железа осуществл ют аналогично примеру 1, при этом соотношение толщин железа и титана после прокатки 1:2. Температура отжига 800°С, выдержка 1 ч. Свойства материала: коэффициент теплопроводности А «0,9-1 Вт/мград, прочность при 500°С - 800-850 МПа, при 700°С - 450- 500 МПа.

ПримерЗ. Получение тонколистового многослойного композита из чередующихс слоев титана и железа осуществл ют знало-. гично примеру 1. Соотношение слоев железа и титана после прокатки 1:4 при толщине сло железа 10 мкм. Отжиг провод т при температуре 900°С в течение 4 ч. Свойства материала: коэффициент теплопроводности Я - 0,9-1,2 Вт/мК, прочность при 500°С - 850-900 МПа, при 700°С - 350-400 МПа.

Результаты измерений коэффициента теплопроводности и жаропрочности материала при различных температурах приведены в таблице.

Предлагаемый способ обеспечивает высокие теплоизол ционные свойства композита при высокой жаропрочности, позвол ет решить важную задачу получени жаропрочных материалов на основе титана м железа без легирующих добавок.

(56) Нарухина К.Е. и др. Биметаллические соединени . М.: Металлурги , 1970, с. 192- 193.

15200344616

Claims

Формула изобретени отличающийс тем, что сварку взрывом и

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИ- Рокеру осуществл ют до соотношени ( ОННОГО МАТЕРИАЛА ТИТАН-ЖЕЛЕЗО, слоев : (2 - 4) при толщине сло включающий составление пакета из чере- s желе-за 8 15 Мкм- после чего осуществл - дующихс слоев титана и железа, его свар- ю-т Дополнительный отжиг полученного маку взрывом, отжиг и гор чую прокатку, вриала- при температуре 800 - 900 С и вы;держке 1 - 4 ч.