Способ получения композиционных борсодержащих сплавов для легирования сталей

Способ получения композиционных борсодержащих сплавов для легирования сталей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Сущность изобретения: реакционную смесь приготовляют из порошков борсодержащих сплавов и металлов IV-VII группы периодической системы, и проводят реакцию горения в инертной среде с последующим охлаждением продукта. Реакцию горения осуществляют в спутном потоке инертного газа с расходом 0,83 -2.5 л/с.см . Производительность процесса повышается в 3-4 раза. 1 табл.

СОЮЗ ".OUFTCNMX

СОЦИА/!ИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК а.11л С 22 С 33/00, 1/04

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ ГЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4769755/02 (22) 14.12.89 (46) 30.07.93. Бюл. N 28 (71) Томский филиал Института структурной макрокинетики АН СССР (72) А.В.Тугутов, M.Õ.Çèàòäèí013 и «О.M.Ìàêсимов (56) Авторское свидетельство СССР

N 938628, кл. С 22 С 1/04, 1980.

Авторское свидетельство СССР

М 1770434, кл. С 22 С 1/05, 13.04.89.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам получения борсодержщих сплавов для легирования и модифицирования сталей, чугунов и сплавов на никелевой основе.

Цель изобретения — повышение производительности процесса и удешевление продукта за счет сокращения времени проведения синтеза и продолжительности охлаждения, расширения класса исходных материалов.

Цель изобретения достигается тем, что в известном способе получения борсодержащих легирующих сплавов, включающем приготовление реакционной смеси из порошков борсодержащих сплавов и металлов

IV-VII групп, проведение реакции горения и последующее охлаждение продукта в инертной среде, в качестве исходного материала используют смесь. состоящую из порошков одного или нескольких борсодержащих сплавов железа, никеля, кобальта, хрома и/или марганца и порошков одного или нескольких металлов IV-Vll групп и/или спла„„ЯЦ„„1830393 А1 (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ БОРСОДЕРЖАЩИХ СПЛАВОВ

ДЛЯ ЛЕГИРОВАНИЯ СТАЛЕЙ (57) Сущность изобретения: реакционную смесь приготовляют из порошков борсодержащих сплавов и металлов И вЂ” Vll группы периодической системы, и проводят реакцию горения в инертной среде с последующим охлаждением продукта. Реакцию горения осуществляют s спутном потоке инертного газа с расходом 0,83 -2,5л/с.см .

Производительность процесса повышается в 3 — 4 раза. 1 табл. вов, содержащих 15 — 88 этих металлов с металлом Vill групп, а реакцию горения и охлаждения продукта осуществляют в спутном потоке инертного газа с расходом

0,083-6.25 л/с (или со скоростью 0,00230,171 л/с,см ). Из практики процессов СВС известно, что горение слабоэкзотермических безгазовых систем, например, таких, как сплав-сплав, осуществляется только при высоких начальных температурах. С технологической стороны это связано со значительными затратами электроэнергии, применением сложного специального оборудования, Кроме того, для предотвращения окисления, продукт охлаждается в инертной среде достаточно длительное время.

В изобретении предлагается реализовать горение и охлаждение продукта таких систем в спутном потоке инертного газа, т.е. направление распространения фронта горения совпадает с направлением газового потока. Основное преимущество данного способа заключается в том, что тепло, кото3

1830393 рое извлекается из продукта горения фильтрующиМся газом, возвращается в зону реакции, т.е. теплопотери в окружающую среду практически отсутствуют. Эффект регенерации, имеющий здесь место существенно повышает температуру горения, следовательно увеличивается и скорость горения. Таким образом, лоток инертного газа с одной стороны выполняет роль теплоносителя, увеличивающего скорость горения, с другой стороны предотвращает окисление продукта и охлаждает сгоревшие слои смеси, т.е. вся технологическая операция сокращается до минимума, Кроме того, данный способ позволяет значительно удешевить процесс за счет применения в качестве исходных материалов сплавов, Таким образом, значительно расширяется база исходных материалов, В изобретении расход газа огранцчен значениями 0,083-6,25 л/с (или ско2оо ть газового потока 0,00230,171 л/с.см ), т.к. время горения смеси при расходе газа менее 0,083 л/с (ияи при скорости газового потока менее 0,0023 л/с см ) не происходит, а значение верхнего

2 предела является критическим, т.е. при расходе газа более 6.25 л/с (или при скорости газового потока более 0,171 л/с) газ проскакивает через зону реакции и имитирует горение. При этом в продукте содержатся либо непрореагировавшие частицы, либо смесь полностью затухает, В изобретении содержание боридаобразующих металлов IV Vll групп в сплавах ограничено значениями 15% и 88%, В смесях, где сплавы содержат менее 15% металлов И вЂ” Vll, реакцию горения не удается осуществить даже при высоких скоростях газового потока. Применение сплавов, содержащих более 88% боридообразующих металлов, увеличивает производительность процесса, но не дает эффекта удешевления, т.к, затраты, связанные с получением таких сплавов и последующее их измельчение чаще всего превосходят стоимость порошков чистых металлов, Пример: получение композиционнога материала Tl-В-Fe. В качестве исходных материалов используют промышленные сплавы; ферробар марки ФБ 20 (ГОСТ 14849-69) и ферротитан марки ФТи65 (ГОСТ 4761-80), которые измельчают в порошок с размером частиц 0,005-0,4 см и смешивают при атомном отношении титана к бору равном 1,5, что соответствует весовому содержанию ферробора 52,3% и ферротитана 47,7%, Полученную смесь в количестве 40 кг загружают в проточный реактор. В смесь устанав50

Формула изобретения

Способ получения композиционных борсодержащих сплавов для легирования сталей, включающий приготовление реакционной смеси из порошков борсодержащих сплавов и металлов !Ч-VII групп периодической системы, проведение реакции горения в инертной среде и последующее охлаждение продуктов реакции, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения производительности процесса, реакцию горения осуществляют в спутном потоке инертнога газа с расходом 0,083-2,5 л/с,см . ливают термопары ВР5/ВР20 для фиксации температуры и продувают инертный газом аргоном до и в течение процесса горения с расходом 2,6 л/с или со скоростью 0,072 л/с.см ) и при помощи зкзотермичного состава зажигают. Далее происходит вынужденное распространение фронта горения за счет экзотермической реакции образования боридов титана и железа. а также интерметаллических соединений. Кроме того, существенный вклад в увеличении скорости горения вносит конвективный перенос тепла вниз по потоку газа. Бремя горения смеси при этом 4 минуты. Сгоревшие слои шихты охлаждаются потоком аргона — на это указывают значения температур на приборах, подведенных к термопарам, По окончании горения продукт полностью охлаждают за 4 минуты, после чего газ перекрывается и про20 дукт извлекается. Технологическая операция по получению лигатуры Ti-В-Fe no способу — прототипу длится 37,2 мин. Таким образом, производительность процесса увеличивается более чем в 4 раза, а применение сплава ферротитана вместо титана удешевляет стоимость продукта в 3 раза, например: стоимость 1 кг титана марки ПТМ

10 руб., а стоимость сплава 1 кг ферротитана, включая измельчение 3,2 руб. Горение смеси ферробор-титан без продува газом осуществить не удалось, Другие примеры выполнения способа и сопоставления с прототипом сведены в таблицу

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показал, что заявляемый способ отличается от известного исходным материалом, осуществлением реакции горения и последующего охлаждения продукта в спутном потоке инертного газа, в результате чего производительность процесса увеличивается, а применение сплавов вместо чистых металлов значительно удешевляет продукт.

1Ю0393

Ст! и! 11ь

Скорость газоа1и.о

Инертный

Исходная смесь

УВ! Л! Ч! — ния пгппотока л/с см" изаодительногти мин мин

21,4

4 7

7,2 30

О 041

11

37,2

1,5

Аргон

Ферробор

Титан

Предлаг.

Ч! рототип

3,37

15

1 )

17,5 Гелий

0,05

2,0

Предлаг.

Прототип

4,2

30,2 То we е

15 0,083

7

0,0023

Э феррохромбор

Титан

Ч!редла г.

Прототип

7,2 30

21,4

6 ° 25

О, 171

9

37,2

Предлаг.

Прототип

Ферробор

Ти тан

4,13

Фарробор

Ферротитан

2 ° Ь

21,4

69,6

4 4 не гот ит

Э, 072

Предлаг. о и

17,8

II

5, оо

4 4

Не горит

fj, 162

То we

Ферробор

Никельтитан

18,5 Гелий кремний-40 цирконий 15

4 . 3

О, 091

3,3

Не горит

2,19 0,06

25,1

3 11

Не горит

Аргон

0,0S3

0,023

3 15

Не горит

То же

Феррохромбор

Ферротитан

5,44

7 3 10

Не горит

0,15

2,9

0,080

8 4 12

Не горит

Иарганецбор

Феррониобий 3 ° 26

5 3 8

Не горит

° 1

0,09

Ферробор.

Ферровольфрам

6,3

О, 173

Горение прекрацается

Ферробор

Ти тан

30,2

Гелий

0,ЭЭ22

10 Время горения не увеличивается

Феррохромбор

Титан

14,2

2,9

Иарганецбор

Феррониобий

Аогон

Не горит расхоа газа

П р и н е ч а н и е. Скорость газового потока= плоцадь поперечного сечения реактора = 36,3 смз

Составитель /4. Гуг)утав

Техред М.Моргентал Корректор С.Пекарь

Редактор

Заказ 2516 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Никельбор

11)1рконий

Хром

Никельбор

Ферросиликоцир" коний

Кобальтбор

Ферроваиадий

Гафии й

Фер робо р

Ферромарганец

Иолибден

Сод.бора и метал, 1Ч-VII гр, в сплавах, 29,5

6,96

21,6

70,2

21,6

79,1

21,4

Расход газа, л/с

Время

Гepeмия снеси, Рремя

<) хл а ъ!дения, Ере гроц" са, МИ II