Способ получения композиционного материала титан-железо

АНИЕ ИЗОБРЕТ П К ПА Кемитет Российской Федерации пе патентам и товарным знакам(64) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОМЙОГО МАТЕРИАЛА ТИТАН-ЖЕЛЕЗО(67) Использование: при производстве изделий из специальных материалоа в частности деталей, ра-. ботающих при повышенных температурах например лопатки рабочего колеса турбины авиационно 43-44 ехнический институт о АИ Сапрыгин 8 Д; Яро(19 Вц ли 2003446 С 1 (51) В К 20 08 32 К 20 04 го двигателя, э теоке изделий, обладающих специальным комплексом теппофизичежих свойств, например детали теплообменной аппаратуры, энергетических установок Существо: предварительно составляют Многослойный пакет чередующих пластин железа и титае с заданным соотношением топщин, сваркой взрьебц отжигом и последующей прокаткой получают композиционный многослойный тонколистовой материал железо - титан с соотношением т(ащины слоев 1: 2 - 4 при толщине слоя железа 8 - 1 ма после чего осуществляют дополнительный отжиг при температуре 800 - 900 С и выдержке 1-4 ч 2 табл.титано-стальноГо композита горячей с прокаткой в вакууме (УозЫюага ЗеЪЬЬО//,3.3 ар,О/еб, Зос.-1989, 58;,Ч.З, у с,188-192). с зНедостатком данных способов является 20 с недостаточная прочность соединения слоев щ и низкая прочность и жаропрочность компо-. и зита в целом. Данные способы не обеспечи- м вают также снижения теплопроводности в композита. 25 пИзвестен способ изготовления много- и слойных композиций состава титан-железо п сваркой взрывом с последующей прокаткой б (Технология сварки взрывом различных ма- к териалов и свойства полученных сварных З 0 д соединений, М,; ЦИНТИХимНефтеМаш, - 1970, с,97-102). шДанный способ обеспечивает высокую и прочность соединения слоев, однако не ио- д зволяет. получить высокую жаропрочность и 35 п теплоизоляционные свдйства комиоэита. оВ качестве прототипа выбран способт изготовления слойного композита титан- о сталь с помощью сварки взрывом, отжига и д горячей прокатки, который считают перс к пективным для данной пары металлов пНедостатками данного способа являет- с ся низкая жароирочность композита и невысокие теплоизоля ционн ые свойства. УЦель изобретения - повышение жароп д рочности и снижение теилопроводности ма- д териала, сЭто достигается тем, что получают ком- ж позиционный материал титан-железо путем с сварки, отжига и прокатки, причем предва .рительно составляют многослойный пакет, и чередующихся пластин железа и титана с тзаданным соотношением толщин, сваркой з взрывом и последующей. прокаткой, получа- с ют композиционный многослойный тонко листовой материал железо-титан с н соотношением слоев 1:2-4 при толщине п слоя железа 8-15 мкм. после чего осуществляют дополнительный отжиг ири темпера- в туре 800-900 С и выдержке 1-4 ч. ц Изобретение относится к производству изделий из специальчых материалов, в частности деталей, работающих при повышенных температурах, например лопатки . рабочего колеса турбины авиационного дви гателя, а также изделий, обладающих специальным комплексом теплофизических свойств, например детали теплообменной аппаратуры, энергетических установОк.Известен способ. получения компози ционного материала титан-сталь методом диффузионной сварки с применением промежуточной прокладки из сплава Та-С (Кока й То к ке кохо. Заявка М 61-267617, Япония) и способ изготовления слойного 15 Составление многослойного пакета чередующихся пластин титана и железа с заданным соотношением толщин необходимодля того, чтобы после сварки взрывм получи 1 ь композиционный материал с требуемой толщиной каждого слоя и при последующем отжиге обеспечить возможностьобразования химического соединения наоснове титана и железа по каждой границекомиозита.Сварка взрывом по плоскопараллельной схеме обеспечивает получение многослойного композиционного материала сравнопрочным соединением всех его слоеви отсутствием на границах раздела сплавоввысокой твердостью.Последующая прокатка позволяет полчить многослойный тонколистовой компоиционный материал требуемой толщины сохранением исходного соотношения толины слоев тйтана и железа. Кроме того,рокатка способствует "звлечиванию" возожных незначительных дефектов сваркиэрывом, а высокая степень обжатия прирокатке до 98 обеспечивает интенсивноеротекание диффузии в граничных зонахри последующем отжиге композита. Во изежание растрескивания титана при проатке разовое обжатие за один проход неолжно превышать 10 ф.Получение в готовом композите соотноения толщин слоев железа и титана 1:2-4ри толщине слоя железа 8 - 15 мкм необхоимо для того, чтобы,.с одной стороны, обесечить протекание при последующемтжиге диффузии железа на всю толщинуитанового слоя, с другой стороны, с учетомдносторонней направленности процессаиффузии железа в титан, максимально соратить объемную долю железа как мягкойрослойки, при условии сохранения ееипошности.При соотношении толщин менее 1:2 счетом односторонней направленностииффузии железа в титан объемная доляиффузионных прослоек в компоэите недотаточна для обеспечения максимальныхароп рочных и теплоизоляционныхвойств.При соотношении толщин слоев железатитана более 1;4 оптимальные параметрыермообработки не обеспечивают диффуию железа на всю толщину титановоголоя,При толщине слоя железа менее 8 мкмарушается сплошность слоя железа прирокатке, При толщине слоя железа более5 мкм объемная доля железа в компоэитеыше оптимальной, что снижает зксплуатаионные свойства, 2003446Дополнительный отжиг полученногокомпозиционного материала необходимдля образования на межслойных границахкомпозита, в результате диффузионноговзаимодействия титана с железом, твердыхпрослоек интерметаллидов ТТе 2 и ТГе.Температура отжига 800-900 С и выдержка1-4 ч являются оптимальными режимами,обеспечивающими сквозную диффузию железа в слоях титана,Температура менее 800 С не обеспечивает достаточной интенсивности процессадиффузии, а отжиг при температуре более900 С приводит к резкому росту зерна втитане, что снижает механические свойствакомпозиционного материала.При выдержке менее Э ч не обвспечивается полное протекание процесса диффузии, выдержка более 4 ч приводит к ростузерна в титане, что снижает прочность композита.Способ изготовления многоелайногакомпозиционного материаласистемы титан-железо осуществляется следующим образом,Собирают пакет из предварительноочищенных и обезжиренных чередующихсяпластин титана и железа, располагающихсядруг над другом на расстоянии.технологического зазора, и производят сварку взрывомпри скорости соударения пластин 450520 м/с. Полученную многослойную заготовку прокатывают при 7 ОООС да требуемой, толщины, после чего производят термообработку в виде отжига при температуре800-900 С в течение 1-4 ч.Предлагаемый способ позволяет получить жаропрочный композиционный материал с высокими теплоизоляционнымисвойствами и жарапрочностьюП р и м е р 1. Составляют 15-слойныйпакет из предварительно зачищенных иобезжиренных чередующихся пластин титана толщиной 1 мм и железа толщиной0,5 мм, располагаемых друг над другом сзазором 2 мм. Над собранным пакетам нарасстоянии 5 мм устанавливают стальнуюфальшпластину толщиной 10 мм и производят сварку взрывом зарядом аммонита АТ 1высотой 100 мм, инициируемым от электро Предлагаемый способ обеспечивает высокие теплоизоляционные свойства композита при высокой жаропрочности, позволяет решить важную задачу получения жаропрочных материалов на основе титана и железа без легирующих добавок. 45(56) Нарухина К.Е. и др, Биметаллическиесоединения. ММеталлургия, 1970, с.192193. детонатора. При этом обеспечивается скорость соударения пластин 450-520 м/с.Сваренную взрывом многослойную заготовку прокатывают при 700 С с разовым обжа 5 тием за проход 8-10 на толщину 0,4 мм иполучают тонколистовой многослойныйкомпозит с толщиной слоев железа.1215 мкм. Полученный таким образом материал подвергают высокотемпературной10 обработке при 850 С и выдержке 2 ч. Соотношение толщин слоев перед отжигом 1:3.Свойства полученного материала следующие: коэффициент теплопроводности 1- =1 Вттм град, прочность при 500 СМПа,15 прочность при 700 С - 500 МПа.П р и м е р 2 Получение. тонколистовогомногослойного композита из чередующихсяслоев титана и железа осуществляют аналогично примеру Э, при этом соотношение тол 20 щин железа и титана после прокатки 1:2.Температура отжига 800 С, выдержка 1 ч.Свойства материала: коэффициент теплопроводностиА,9-1 Вт/и град, прочностьпри ИВС - 800-850 МПа, при 700 С - 45025 500 МПа,П р и м е р 3, Получение тонколистовогомногослойного композита из чередующихсяслоев титана и железа осуществляют анало-.гично примеру 1. Соотношение слоев желе 30 за и титана после прокатки 1:4 при толщинеслоя железа 10. мкм,. Отжиг проводят притемпературе 900 С в течение 4 ч. Свойстваматериала. коэффицивнттеплопроводностиА - 0,9-1,2 Вт/мК, прочность при 500 С -35 850-900 МПа, при 700 ОС - 350-400 МПа.Результаты измерений коэффициентатеплопроводности и жаропрочности материала при различных температурах приведены в таблице,40о со СЪ о о ОЭ оо к5х оО Ф"оаэио. ФО ССй Рфо Ъ ОЪ О МЪ ОЪ й Л ОЪ ЦЪ Ю О ОЪСЬ 01 О) СВ Ф О) О) ОЪ Ф 03 О) О) а ч(СЧ С 4 СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ г .г г г г г г г г" г г г г г г г о 11оа10 5 5оО 5 ФО Ф сСсОоР ФооЪС Е Б 63 С Ф оЩ с Х 55 о с х о 1 ф о о Ф О 5 с Щ 5 о. Ф Щ ю5 фГЕ е2003446 счс)1 ес) сч ое-1 1е- аСЧ СЧ ОО 1 1. 1 е СО СОсО СЧ рЪ е 1г СЪ Эе;1- до схФ3;Ол ".БодБ М о 3 ее с 65 1- О х О о с оое СЧА в 1,о о о о фе е1 1 1О О О а о о о в,асчсч1 1сч счо сг тСЧ СЧ 1 1" 1 а С) Се) сч сч1 е о О о о оо Э й о ф С а 0 З сс оХс ОХЭ ОЭсс 3 о ЙЭ 1 с 0 х О о х Х о Ъ Б 3 Эс 0 о Б О. Ф Щ О, Щ Х о о о о о ь оооо о в о о о Ьйо о ь о в в вь СЧ еСци е о о о о о о в а в в а а ф ф ф 0 О ф СОооооо СО СО р р Ф с е о о ооооооооо оьооо ввоо ьоЗоооо й Ф О) ф ф счЬЬЬЬЬ аф сО сО 1сч со Ь О В ВО О г СЧ СфЗ е е СЧ СЧ ооооооооо аавв в о о о о ф СО ф ф ф ф 1СО Ф Ю о о О О О О О О СЧ СЪ С 3 Ю СЧ СЧ СЧ СЧ оаоооооое е- СЧ СЪ е- е- г е1 1.-ооооьоо о о% е С) Сс) со Й Ь о о о о СГ о оЬ Ье Мо зх о,оа ФсГ Е тВ зс оооо оооо о о оооо о о о о Ф3, оыасоф г о 1-з с охф а о о съ Ф мъ Ф аОаоФс ва о О й Яо Р,о о СЧ СЧ о 1 о а,йкМйс оЯ Ф о о о Е о Э Хизфс С СЧ СЧФ афл Щ о. о Д о С СС й д ов У л с М О О й й Ф с о с Зь Боссф 7 Зц а.о св ХЧ мозоСЕ 3 а3 с з с о -С О фо аа з а щ Э - с Е 1 ш Р 2 а с 392 МЬЬь О) ОФ О)СО ооооооЯ СЧ СЧ СЧ СЧ СМ3 С 4 ФЧ СЧ СЧ СЧ ф- сс е ф е Ф а а а лл лл оооооо2003446 Составитель И,НиколаеваТехред М.Моргентал Корректор М. Ша рощи Редактор Л.Народная Заказ 3296. Тираж Подписное НПО" Поиск" Роспатента113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ф о р м ул а и з о бр е те н и я отличающийся тем, что сварку взрывом иСПОСОБ ПОЛуЧЕНИя КОМПОЗИцИ. прокатку осуществляют до соотношения, ОННОГО МДТЕРИАЛА.ГИ.гАН ЖЕЛЕЗОтолщин соев 1 (2 - 4) при толщине слоя включающий составление пакета из чере железа 8 - 15 мкм, после чего осуществлядующихся слоев титана и железа, его свар- ют дополнительный отжиг полученного ма-. ку взрывом, отжиг и горячую прокатку, гериалф при тефпературе 800- 900 С и выдержке 1-4 ч.