[go: up one dir, main page]

RU2469816C2 - Method of producing alloy - Google Patents

Method of producing alloy Download PDF

Info

Publication number
RU2469816C2
RU2469816C2 RU2010117723/02A RU2010117723A RU2469816C2 RU 2469816 C2 RU2469816 C2 RU 2469816C2 RU 2010117723/02 A RU2010117723/02 A RU 2010117723/02A RU 2010117723 A RU2010117723 A RU 2010117723A RU 2469816 C2 RU2469816 C2 RU 2469816C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
mixture
melt
metal
exothermic
reducing agent
Prior art date
Application number
RU2010117723/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2010117723A (en
Inventor
Владислав Александрович Карев
Олег Степанович Якушев
Анатолий Борисович Бабиков
Владимир Иванович Ладьянов
Геннадий Алексеевич Дорофеев
Евгений Васильевич Кузьминых
Александр Сергеевич Ваулин
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт металлургической технологии"
Учреждение Росссийской академии наук Физико-технический институт Уральского отделения РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт металлургической технологии", Учреждение Росссийской академии наук Физико-технический институт Уральского отделения РАН filed Critical Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт металлургической технологии"
Priority to RU2010117723/02A priority Critical patent/RU2469816C2/en
Publication of RU2010117723A publication Critical patent/RU2010117723A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2469816C2 publication Critical patent/RU2469816C2/en

Links

Landscapes

  • Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: exothermal mix of metal oxides with reducing agent and nonmetal are locally ignited at pressure of gas medium and fused. Metal oxides selected subject to composition of alloy, reducing agent and nonmetal make selectively two or more exothermal mixes differing in composition and strength. One of said mixes is ignited to direct produced melt, by one or several jets, onto another exothermal mix. Said mix is ignited by liquid melt and, then, another one, if required. Then, self-propagating high-temperature synthesis is carried out together with liquid melt of reacted mix or mixes unless melt is produced of required composition.
EFFECT: decreased consumption of materials, higher yield.
8 cl, 4 ex

Description

Изобретение относится к области порошковой металлургии и может быть использовано при производстве сталей, легированных азотом, композиционных сталей, карбидосталей, композиционных сплавов и ферросплавов, получении слитков из этих сталей и сплавов методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). The invention relates to the field of powder metallurgy and can be used in the production of nitrogen-alloyed steels, composite steels, carbide steels, composite alloys and ferroalloys, the production of ingots from these steels and alloys by the method of self-propagating high temperature synthesis (SHS).

Известен способ получения легированного сплава железа, включающий получение термитной смеси путем смешивания порошка оксида железа в количестве 75-80 мас.% и алюминия в количестве 20-25 мас.%. При смешивании в нее дополнительно вводят легирующие элементы карбид титана в количестве 10-14% массы термитной смеси, борид титана в количестве 3-5% массы термитной смеси и хром в количестве 4-5% термитной смеси. Полученную смесь загружают в форму, инициируют реакцию и осуществляют плавление смеси самораспространяющимся высокотемпературным синтезом (патент РФ №2295424, МПК B22F 3/23, С22С 33/02, С21В 15/02, 20.03.2007).A known method of producing a doped alloy of iron, comprising obtaining a thermite mixture by mixing the powder of iron oxide in an amount of 75-80 wt.% And aluminum in an amount of 20-25 wt.%. When mixing, alloying elements are additionally introduced into it titanium carbide in the amount of 10-14% of the mass of the thermite mixture, titanium boride in the amount of 3-5% of the mass of the thermite mixture and chromium in the amount of 4-5% of the thermite mixture. The resulting mixture is loaded into a mold, a reaction is initiated and the mixture is melted by self-propagating high-temperature synthesis (RF patent No. 2295424, IPC B22F 3/23, C22C 33/02, C21B 15/02, 03/20/2007).

Недостатком способа является то, что введение в термитную смесь большого количества инертных добавок (карбид титана, борид титана) снижает экзотермичность шихты, что ухудшает полноту прохождения высокотемпературного синтеза. В результате проведения синтеза при давлении в 1 атм происходит разбрызгивание расплава выходящими газами, особенно при увеличении массы шихты, что снижает выход годного. Процесс не экономичен, так как используются готовые легирующие элементы и добавки.The disadvantage of this method is that the introduction of a large number of inert additives (titanium carbide, titanium boride) into the thermite mixture reduces the exothermicity of the mixture, which impairs the completeness of the passage of high-temperature synthesis. As a result of the synthesis at a pressure of 1 atm, the melt is sprayed with exhaust gases, especially with an increase in the mass of the charge, which reduces the yield. The process is not economical, since ready-made alloying elements and additives are used.

Наиболее близким по технической сущности является способ получения тугоплавких неорганических материалов, сплавов и композиционных материалов путем локального воспламенения смеси исходных компонентов под давлением газообразной среды, при котором в качестве исходной смеси используют смесь окислов металлов IV и VI групп периодической системы с восстановителем и неметаллом. В исходную смесь вводят металл-связку, например никель, кобальт или легирующую добавку, например марганец и магний. Смесь засыпают в тугоплавкую форму, форму помещают в реактор, воспламеняют смесь нагретой вольфрамовой спиралью и осуществляют плавление смеси самораспространяющимся высокотемпературным синтезом (авторское свидетельство СССР №617485, МПК С22С 29/00, 30.07.78, прототип). В указанном способе процесс СВС ведут под давлением газообразной среды, что позволяет устранить разбрызгивание расплава выходящими газами, резко снизить количество возгонов, улучшить разделение металла и шлака, повысить плотность слитков.The closest in technical essence is a method for producing refractory inorganic materials, alloys and composite materials by local ignition of a mixture of starting components under the pressure of a gaseous medium, in which a mixture of metal oxides of groups IV and VI of the periodic system with a reducing agent and non-metal is used as the initial mixture. A metal binder, for example nickel, cobalt or a dopant, for example manganese and magnesium, is introduced into the initial mixture. The mixture is poured into a refractory form, the form is placed in a reactor, the mixture is ignited with a heated tungsten spiral, and the mixture is melted by self-propagating high-temperature synthesis (USSR copyright certificate No. 617485, IPC С22С 29/00, 07/30/07, prototype). In this method, the SHS process is carried out under the pressure of a gaseous medium, which eliminates the splashing of the melt by the outgoing gases, sharply reduces the number of sublimates, improves the separation of metal and slag, and increases the density of ingots.

Недостатком известного способа является то, что данным способом нельзя получить сталь или сплав, в состав которого входит большое количество ингредиентов, так как введение большого количества металла-связки и легирующих добавок, являющихся инертными, ухудшает экзотермичность смеси и процесс СВС, что приведет к неполноте восстановления элементов из окислов. Способ не экономичен, так как легирующие добавки и металл-связку вводят в виде готовых чистых материалов.The disadvantage of this method is that this method cannot obtain steel or alloy, which includes a large number of ingredients, since the introduction of a large amount of metal bonds and alloying additives, which are inert, impairs the exothermicity of the mixture and the SHS process, which will lead to incomplete recovery elements from oxides. The method is not economical, since alloying additives and a metal binder are introduced in the form of finished pure materials.

Кроме того, при введении в состав экзотермической смеси окислов различных металлов при синтезе будет происходить неодновременное восстановление элементов из этих окислов, так как известно, что менее прочные окислы восстанавливаются быстрее, чем более прочные. Это приведет к выводу восстановителя из реакционной зоны расплавом этих окислов, поэтому восстановление элементов из прочных окислов будет неполным и выход годного уменьшится.In addition, when oxides of various metals are introduced into the composition of an exothermic mixture during the synthesis, non-simultaneous reduction of elements from these oxides will occur, since it is known that less strong oxides are reduced faster than more durable. This will lead to the withdrawal of the reducing agent from the reaction zone by the melt of these oxides; therefore, the reduction of elements from strong oxides will be incomplete and the yield will decrease.

Предлагаемое техническое решение направлено на получение высоколегированных сталей и композиционных сплавов методом СВС из окислов металлов I-II, IV-VIII групп периодической системы и повышение экономичности процесса.The proposed technical solution is aimed at obtaining high alloy steels and composite alloys by the SHS method from metal oxides of groups I-II, IV-VIII of the periodic system and increasing the efficiency of the process.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения сплава, включающем локальное воспламенение экзотермической смеси, состоящей из окислов металлов с восстановителем и неметаллом под давлением газообразной среды, и плавление смеси самораспространяющимся высокотемпературным синтезом, из окислов металлов, выбранных в зависимости от состава сплава, восстановителя и неметалла раздельно образуют две или более различные по составу и по прочности окислов экзотермические смеси, локально воспламеняют одну из смесей, образовавшийся расплав направляют одной или несколькими струями на другую экзотермическую смесь, воспламеняют ее струей жидкого расплава и далее, при необходимости, следующую и ведут процесс СВС совместно с жидким расплавом прореагировавшей смеси или нескольких смесей до образования сплава необходимого состава.The specified technical result is achieved in that in a method for producing an alloy comprising local ignition of an exothermic mixture consisting of metal oxides with a reducing agent and nonmetal under the pressure of a gaseous medium, and melting the mixture with self-propagating high-temperature synthesis, from metal oxides selected depending on the composition of the alloy, the reducing agent and non-metals separately form two or more different in composition and strength of oxides exothermic mixtures, locally ignite one of the mixtures, about azovavshiysya melt is fed by one or more jets of a different exothermic mix, ignite its jet of molten liquid and then, if necessary, following the SHS process and are, together with the liquid melt reacted mixture or several mixtures to form the desired composition of the alloy.

При получении композиционной стали целесообразно локально воспламенять экзотермическую смесь, образованную из окислов металлов, входящих в матричную фазу композиционной стали, восстановителя и неметалла, а образовавшимся расплавом воспламенять экзотермическую смесь, образованную из окислов металлов, входящих в армирующую фазу композиционной стали, восстановителя и неметалла.When producing composite steel, it is advisable to locally ignite an exothermic mixture formed from metal oxides included in the matrix phase of composite steel, a reducing agent and non-metal, and to ignite an exothermic mixture formed from metal oxides included in the reinforcing phase of composite steel, a reducing agent, and non-metal by the resulting melt.

При получении высоколегированной стали целесообразно локально воспламенять экзотермическую смесь, образованную из окисла железа, восстановителя и неметалла, а образовавшимся расплавом воспламенять экзотермическую смесь или смеси, образованные из окислов легирующих металлов, входящих в состав высоколегированной стали, восстановителя и неметалла.Upon receipt of high alloy steel, it is advisable to locally ignite an exothermic mixture formed from iron oxide, a reducing agent and non-metal, and to form a molten alloy to ignite an exothermic mixture or mixtures formed from oxides of alloying metals that are part of high alloy steel, a reducing agent, and non-metal.

Плавление экзотермических смесей самораспространяющимся высокотемпературным синтезом ведут в среде азота или аргона. Кроме того, возможно сочетание, т.е. при получении состава одной стали или одного сплава плавление одной или нескольких экзотермических смесей ведут в среде азота, а остальных - в среде аргона. Также осуществляют насыщение струи расплава азотом в процессе перетекания прореагировавшей смеси расплава в следующую смесь.Exothermic mixtures are melted by self-propagating high-temperature synthesis in a nitrogen or argon atmosphere. In addition, a combination is possible, i.e. upon receipt of the composition of one steel or one alloy, the melting of one or more exothermic mixtures is carried out in a nitrogen medium, and the rest in an argon medium. The melt stream is also saturated with nitrogen during the flow of the reacted melt mixture into the next mixture.

Целенаправленный выбор и формирование состава нескольких экзотермических смесей для проведения синтеза в зависимости от прочности окислов металлов, которые входят в состав стали или сплава, позволяет исключить негативное влияние опережающего восстановления элементов из непрочных окислов и вывод восстановителя из реакционной зоны при восстановлении этих элементов из комплексного сырья, содержащего несколько окислов металлов. Поэтому процесс СВС проходит наиболее полно, при этом повышается степень восстановления металлов из их окислов, что увеличивает выход годного. Термодинамическую прочность окислов оценивают по изменению стандартной энергии Гиббса при образовании оксида из элемента (ΔG°298).The purposeful selection and composition of several exothermic mixtures for the synthesis, depending on the strength of the metal oxides that make up the steel or alloy, eliminates the negative effects of the advanced recovery of elements from weak oxides and the withdrawal of the reducing agent from the reaction zone during the recovery of these elements from complex raw materials, containing several metal oxides. Therefore, the SHS process is most complete, while the degree of reduction of metals from their oxides increases, which increases the yield. The thermodynamic strength of the oxides is estimated by the change in the standard Gibbs energy during the formation of oxide from the element (ΔG ° 298 ).

При получении композиционной стали предпочтительно локально воспламенять экзотермическую смесь, образованную из окислов металлов, входящих в матричную фазу, так как в дальнейшем реакция СВС в экзотермической смеси, сформированной из окислов металлов, входящих в армирующую фазу, идет совместно с расплавом первой прореагировавшей смеси и благодаря ее турбулентности позволит тугоплавким элементам армирующей фазы равномерно распределиться в матричной фазе. Такое же активное перемешивание расплавов прореагировавших смесей происходит при получении высоколегированной стали, так как первой воспламеняют смесь, сформированную из окисла железа, восстановителя и неметалла, что способствует равномерному распределению легирующих элементов.In the preparation of composite steel, it is preferable to locally ignite the exothermic mixture formed from metal oxides entering the matrix phase, since in the future the SHS reaction in the exothermic mixture formed from metal oxides entering the reinforcing phase proceeds together with the melt of the first reacted mixture and due to it turbulence will allow the refractory elements of the reinforcing phase to evenly distribute in the matrix phase. The same active mixing of the melts of the reacted mixtures occurs when high-alloy steel is obtained, since the mixture formed from iron oxide, a reducing agent, and non-metal is ignited first, which contributes to a uniform distribution of alloying elements.

В данном способе реализуются наиболее благоприятные условия для легирования жидкого сплава азотом и для кристаллизации сплава, уже легированного азотом. Насыщение азотом жидкого расплава может происходить на всех стадиях его образования: на стадии образования расплава из первой экзотермической смеси, насыщение струи образовавшегося расплава азотом при его протекании в следующую воспламеняющуюся смесь и особенно интенсивного насыщения в процессе турбулентного перемешивания поступающего расплава с продуктами горения этой смеси.In this method, the most favorable conditions are realized for alloying a liquid alloy with nitrogen and for crystallizing an alloy already alloyed with nitrogen. Nitrogen saturation of a liquid melt can occur at all stages of its formation: at the stage of formation of the melt from the first exothermic mixture, saturation of the jet of molten melt with nitrogen as it flows into the next flammable mixture, and especially intense saturation during turbulent mixing of the incoming melt with the combustion products of this mixture.

Чередование процесса восстановления элементов из окислов в среде аргона в одной экзотермической смеси и азотирование восстановленных элементов в другой экзотермической смеси, входящих в состав одного сплава, позволит при смешении образованных расплавов в процессе СВС получать сложнолегированные композиционные материалы. Кроме того, насыщение расплава азотом можно регулировать, изменяя величину давления и поддерживая его в процессе плавки и кристаллизации.The alternation of the process of recovering elements from oxides in argon in one exothermic mixture and nitriding of the reduced elements in another exothermic mixture that are part of one alloy will make it possible to obtain complex alloyed composite materials when mixing the formed melts in the SHS process. In addition, the saturation of the melt with nitrogen can be controlled by changing the pressure value and supporting it in the process of melting and crystallization.

Таким образом, техническим эффектом является повышение степени восстановления элементов из окислов за счет полноты протекания процесса СВС при получении многокомпонентных сплавов и сталей, что позволяет снизить расход материалов, повысить выход годного и в целом экономичность способа.Thus, the technical effect is to increase the degree of reduction of elements from oxides due to the completeness of the SHS process in the production of multicomponent alloys and steels, which allows to reduce the consumption of materials, increase the yield and overall cost-effectiveness of the method.

Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.

Пример 1. Получение стали типа 95Х18Example 1. Obtaining steel type 95X18

Готовят порошковую экзотермическую смесь №1 состава: Fe2О3 (1/3ΔG°298=-58,9 ккал/моль) - 1170 г; С - 10 г; Аl - 400 г и порошковую смесь №2 состава: Сr2О3 (1/3ΔG°298=-84,4 ккал/моль) - 263 г; NaNO3-30 г; Аl - 110 г для получения сплава Fe-Cr с содержанием хрома 18%.An exothermic powder mixture No. 1 of the composition is prepared: Fe 2 O 3 (1 / 3ΔG ° 298 = -58.9 kcal / mol) - 1170 g; C - 10 g; Al - 400 g and a powder mixture No. 2 of the composition: Cr 2 O 3 (1 / 3ΔG ° 298 = -84.4 kcal / mol) - 263 g; -30 g NaNO 3; Al - 110 g to obtain an Fe-Cr alloy with a chromium content of 18%.

Смесь №1 засыпают в тугоплавкую форму, имеющую вид цилиндра с отверстиями в днище, отверстие предварительно прикрывают алюминиевой пластинкой, смесь уплотняют. Смесь №2 засыпают в другую тугоплавкую форму, уплотняют. Форму со смесью №1 устанавливают с зазором для образования турбулентного потока расплава над формой со смесью №2. Обе формы помещают в реактор высокого давления, реактор герметизируют, заполняют аргоном до давления 5,0 МПа; проводят локальное воспламенение смеси №1, разогретой вольфрамовой спиралью. После инициирования реакции горения образуется расплав железа с углеродом, который прожигает алюминиевую пластинку и турбулентной струей стекает на смесь №2. Струя перегретого до 2400-2600°С расплава, внедряясь в реакционную смесь №2, поджигает ее, разбивает ее на отдельные объемы, тем самым увеличивая реакционную поверхность, скорость и температуру горения и, как следствие, полноту протекания реакции горения и степень превращения смеси №2. В результате турбулентного перемешивания поступающего металла с продуктами горения смеси происходит усреднение химического состава образующегося сплава, а турбулентные пульсации в расплаве способствуют укрупнению капель шлака, быстрому их всплыванию и отделению.Mixture No. 1 is poured into a refractory form, having the form of a cylinder with holes in the bottom, the hole is pre-covered with an aluminum plate, the mixture is sealed. Mixture No. 2 is poured into another refractory form, compacted. The mold with mixture No. 1 is set with a gap for the formation of a turbulent melt flow over the mold with mixture No. 2. Both forms are placed in a high pressure reactor, the reactor is sealed, filled with argon to a pressure of 5.0 MPa; conduct local ignition of the mixture No. 1, a heated tungsten spiral. After the initiation of the combustion reaction, a molten iron is formed with carbon, which burns through the aluminum plate and flows into a mixture of No. 2 with a turbulent jet. A jet of melt superheated to 2400-2600 ° C, being introduced into the reaction mixture No. 2, sets fire to it, breaks it into separate volumes, thereby increasing the reaction surface, rate and temperature of combustion and, as a result, the completeness of the combustion reaction and the degree of conversion of the mixture No. 2. As a result of turbulent mixing of the incoming metal with the combustion products of the mixture, the chemical composition of the resulting alloy is averaged, and turbulent pulsations in the melt contribute to the coarsening of slag droplets, their rapid emergence and separation.

Горячий шлак скапливается в верхней части формы, покрывая металл, способствует выводу усадочной раковины в верхнюю часть слитка. По окончании горения, которое длится 5-10 сек, производят выдержку 10 мин, сброс давления, разгерметизацию реактора и выгрузку продуктов синтеза. Продукт синтеза представляет собой слиток сплава цилиндрической формы и сверху легко отделяемый шлак. Химический анализ полученного слитка показывает содержание элементов в вес.%: Сr 17,9%; С 0,98%; Аl 0,05%; Fe - остальное. Выход металла составляет 98,5%.Hot slag accumulates in the upper part of the mold, covering the metal, contributes to the withdrawal of the shrink shell in the upper part of the ingot. At the end of the combustion, which lasts 5-10 seconds, hold for 10 minutes, depressurize, depressurize the reactor and unload the synthesis products. The synthesis product is a cylindrical alloy ingot and easily separated slag on top. Chemical analysis of the obtained ingot shows the content of elements in wt.%: Cr 17.9%; C 0.98%; Al 0.05%; Fe is the rest. The metal yield is 98.5%.

Для сравнения результатов получения стали 95Х18 по предлагаемому способу и прототипу была приготовлена одна общая экзотермическая смесь следующего состава: Fe2О3 - 1170 г; Сr2О3 - 263 г; NaNO3 - 30 г; Аl - 510 г; С - 10 г. Смесь засыпают в тугоплавкую форму, имеющую вид цилиндра, и уплотняют. Форму помещают в реактор высокого давления, реактор герметизируют, заполняют аргоном до давления 5,0 МПа, проводят локальное воспламенение разогретой вольфрамовой спиралью. По окончании горения, которое длится 3-5 сек, производят выдержку 10 мин, сброс давления, разгерметизацию реактора и выгрузку продуктов синтеза. Продукт синтеза представляет собой слиток сплава цилиндрической формы и сверху легко отделяемый шлак. Химический анализ полученного слитка показывает содержание элементов, в мас.%: Сr 12,0%; С 1,1%; Аl 0,9%; Fe - остальное. Выход металла составляет 85%. Как видно из результатов анализов полученных сплавов извлечение легирующего элемента и выход годного металла выше, а содержание алюминия намного ниже в сплаве, полученным предлагаемым способом.To compare the results of obtaining steel 95X18 according to the proposed method and prototype, one general exothermic mixture of the following composition was prepared: Fe 2 O 3 - 1170 g; Cr 2 O 3 - 263 g; NaNO 3 - 30 g; Al - 510 g; C - 10 g. The mixture is poured into a refractory cylinder-shaped mold and compacted. The mold is placed in a high pressure reactor, the reactor is sealed, filled with argon to a pressure of 5.0 MPa, local ignition is carried out by a heated tungsten spiral. At the end of combustion, which lasts 3-5 seconds, hold for 10 minutes, depressurize, depressurize the reactor and unload the synthesis products. The synthesis product is a cylindrical alloy ingot and easily separated slag on top. Chemical analysis of the obtained ingot shows the content of elements, in wt.%: Cr 12.0%; With 1.1%; Al 0.9%; Fe is the rest. The metal yield is 85%. As can be seen from the analysis of the obtained alloys, the extraction of the alloying element and the yield of metal is higher, and the aluminum content is much lower in the alloy obtained by the proposed method.

Кроме того, была приготовлена одна общая экзотермическая смесь с металлом-связкой: Сr2О3 - 263 г; NaNO3 - 30 г; Аl - 110 г; С - 10 г; Fe-820 г в виде порошка. Инициирование горения смеси не происходит.In addition, one common exothermic mixture with a metal binder was prepared: Cr 2 O 3 - 263 g; NaNO 3 - 30 g; Al - 110 g; C - 10 g; Fe-820 g in powder form. Initiation of the combustion of the mixture does not occur.

Пример 2. Получение твердого сплава в мас.%: TiC 44%, Mo2C 44%, Ni 12%.Example 2. Obtaining a hard alloy in wt.%: TiC 44%, Mo 2 C 44%, Ni 12%.

Условия и место испытаний те же.The conditions and place of testing are the same.

Готовят смесь №1 состава: МоО3 (1/3ΔG°298=-53,2 ккал/моль) - 200,6 г; С - 8,36 г; NiO(ΔG°298=-50,6 ккал/моль) - 49,3; Аl - 87 г; и смесь №2 состава: TiO2 (1/2ΔG°298=-106,3 ккал/моль) - 189,5 г; С - 28,42 г; Аl - 86 г. Смесь №1 засыпают в тугоплавкую форму, имеющую вид цилиндра с отверстиями в днище, отверстие предварительно прикрывают алюминиевой пластинкой, смесь уплотняют. Смесь №2 засыпают в другую тугоплавкую форму, уплотняют. Форму со смесью №1 устанавливают с зазором для образования турбулентного потока расплава над формой со смесью №2. Обе формы помещают в реактор высокого давления, реактор герметизируют, заполняют аргоном до давления 5,0 МПа; проводят локальное воспламенение смеси №1, разогретой вольфрамовой спиралью. После инициирования реакции горения образуется расплав карбида молибдена с никелевой связкой, который прожигает алюминиевую пластинку и турбулентной струей стекает на смесь №2. Целевой продукт по результатам фазового анализа представляет собой TiC, Мо2 С, Ni, Al. Выход продукта 96% от расчетного.Prepare a mixture of composition No. 1: MoO 3 (1 / 3ΔG ° 298 = -53.2 kcal / mol) - 200.6 g; C - 8.36 g; NiO (ΔG ° 298 = -50.6 kcal / mol) - 49.3; Al - 87 g; and mixture No. 2 composition: TiO 2 (1 / 2ΔG ° 298 = -106.3 kcal / mol) - 189.5 g; C - 28.42 g; Al - 86 g. Mixture No. 1 was poured into a refractory form having the form of a cylinder with holes in the bottom, the hole was previously covered with an aluminum plate, and the mixture was sealed. Mixture No. 2 is poured into another refractory form, compacted. The mold with mixture No. 1 is set with a gap for the formation of a turbulent melt flow over the mold with mixture No. 2. Both forms are placed in a high pressure reactor, the reactor is sealed, filled with argon to a pressure of 5.0 MPa; conduct local ignition of the mixture No. 1, a heated tungsten spiral. After the initiation of the combustion reaction, a molten molybdenum carbide with a nickel bond is formed, which burns through the aluminum plate and flows into a mixture of No. 2 with a turbulent jet. The target product according to the results of phase analysis is TiC, Mo 2 C, Ni, Al. The product yield is 96% of the calculated.

Был получен тот же сплав по способу прототипу. Готовят одну общую смесь: МоО3 - 200,6 г; TiO2 - 189,5 г; С - 36,78 г; NiО - 49,3; Аl - 173 г и ведут процесс СВС в одной форме. Целевой продукт по результатам фазового анализа представляет собой смесь: TiC, Мо2 С, Ti, Mo, Ni, Al. Выход продукта 60% расчетного.The same alloy was obtained by the prototype method. One general mixture is prepared: MoO 3 - 200.6 g; TiO 2 - 189.5 g; C 36.78 g; NiО - 49.3; Al - 173 g and conduct the SHS process in one form. The target product according to the results of phase analysis is a mixture of: TiC, Mo 2 C, Ti, Mo, Ni, Al. Product yield 60% of the calculated.

Пример 3. Получение стали типа Х18АГ12.Example 3. Obtaining steel type X18AG12.

Условие и место испытаний те же. Синтез проводят под давлением азота 10,0 МПа. Состав смеси №1: Fe2О3(1/3ΔG°298=-58,9 ккал/моль) - 1000 г; МnO2(1/3ΔG°298=-55,7 ккал/моль) - 190 г; Al - 172 г. Состав смеси №2: Сr2O3 (1/2ΔG°298=-84,4 ккал/моль) - 263 г; Al - 93,4 г. Смесь №1 засыпают в тугоплавкую форму, имеющую вид цилиндра с отверстиями в днище, отверстие предварительно прикрывают алюминиевой пластинкой, смесь уплотняют. Смесь №2 засыпают в другую тугоплавкую форму, уплотняют. Форму со смесью №1 устанавливают с зазором для образования турбулентного потока расплава над формой со смесью №2. Обе формы помещают в реактор высокого давления, реактор герметизируют, заполняют азотом до давления 10,0 МПа; проводят локальное воспламенение смеси №1, разогретой вольфрамовой спиралью. После инициирования реакции горения образуется расплав железа с марганцем, который прожигает алюминиевую пластинку и турбулентной струей стекает на смесь №2. Образованный в форме №2 расплав выливают в расположенную под ней изложницу, где происходит его кристаллизация.The condition and place of testing are the same. The synthesis is carried out under a nitrogen pressure of 10.0 MPa. The composition of the mixture No. 1: Fe 2 About 3 (1 / 3ΔG ° 298 = -58.9 kcal / mol) - 1000 g; MnO 2 (1 / 3ΔG ° 298 = -55.7 kcal / mol) - 190 g; Al - 172 g. Composition of the mixture No. 2: Cr 2 O 3 (1 / 2ΔG ° 298 = -84.4 kcal / mol) - 263 g; Al - 93.4 g. Mixture No. 1 was poured into a refractory form having the form of a cylinder with holes in the bottom, the hole was previously covered with an aluminum plate, and the mixture was sealed. Mixture No. 2 is poured into another refractory form, compacted. The mold with mixture No. 1 is set with a gap for the formation of a turbulent melt flow over the mold with mixture No. 2. Both forms are placed in a high pressure reactor, the reactor is sealed, filled with nitrogen to a pressure of 10.0 MPa; conduct local ignition of the mixture No. 1, a heated tungsten spiral. After the initiation of the combustion reaction, a molten iron is formed with manganese, which burns through the aluminum plate and flows into a mixture of No. 2 with a turbulent jet. Formed in the form No. 2, the melt is poured into the mold located under it, where it crystallizes.

Состав полученной стали, в мас.%: Сr 17,8%; Мn 11,9%; N2 1,21%; Al 0,06%; Fe - остальное. Выход годного металла 97,2%. Получено сверхравновесное содержание азота.The composition of the obtained steel, in wt.%: Cr 17.8%; Mn 11.9%; N 2 1.21%; Al 0.06%; Fe is the rest. The yield of metal is 97.2%. A super-equilibrium nitrogen content was obtained.

По способу прототипу приготовлена одна общая экзотермическая смесь: Fe2О3 - 1000 г; МnO2 - 190 г; Al - 265,4 г; Сr2О3 - 263 г. Состав полученной стали по результатам химического анализа, в мас.%: Сr 15%; Мn 10,4%; N2 0,86%; Al 0,8%; Fe - остальное. Выход годного металла 85,1%.By the method of the prototype prepared one common exothermic mixture: Fe 2 About 3 - 1000 g; MnO 2 - 190 g; Al 265.4 g; Cr 2 O 3 - 263 g. The composition of the obtained steel according to the results of chemical analysis, in wt.%: Cr 15%; Mn 10.4%; N 2 0.86%; Al 0.8%; Fe is the rest. The yield of metal is 85.1%.

Как видно из результатов анализов полученных сплавов извлечение хрома и содержание азота значительно выше, а алюминия ниже в сплаве, полученном предлагаемым способом.As can be seen from the results of the analysis of the obtained alloys, the chromium extraction and nitrogen content are much higher, and aluminum is lower in the alloy obtained by the proposed method.

Кроме того, приготовлена одна общая экзотермическая смесь с металлом-связкой: Сr2O3 - 263 г; Al - 93,4 г; Fe - 700 г; Мn - 120 г. Инициирование горения смеси не происходит.In addition, one general exothermic mixture with a metal binder was prepared: Cr 2 O 3 - 263 g; Al 93.4 g; Fe - 700 g; Mn - 120 g. Initiation of combustion of the mixture does not occur.

Пример 4. Получение лигатуры для легирования алюминиевых сплавов, вес.%: Zn 27%, Мn 27%, Сu 9%, Mg 9%, SiC 9%, Al - остальное.Example 4. Obtaining a ligature for alloying aluminum alloys, wt.%: Zn 27%, Mn 27%, Cu 9%, Mg 9%, SiC 9%, Al - the rest.

Условия и место испытаний те же. Синтез проводят под давлением аргона 10,0 МПа.The conditions and place of testing are the same. The synthesis is carried out under argon pressure of 10.0 MPa.

Состав экзотермической смеси №1: CuO (ΔG°298=-31,7 ккал/моль) - 112,7 г, Al - 14,9 г, Mg - 14,9 г, SiC - 30 г. Состав смеси №2: МnO2(1\2ΔG°298=-55,7 ккал/моль) -427 г, Аl - 104 г, Mg - 104 г, SiC - 50 г. Состав смеси №3: ZnO - 336 г, Аl - 237 г, Mg - 46 г, SiC - 10 г. Смесь №1 засыпают в тугоплавкую форму, имеющую вид цилиндра с отверстиями в днище, отверстие предварительно прикрывают алюминиевой пластинкой, смесь уплотняют. Смесь №2 засыпают в другую тугоплавкую форму с отверстием в днище, уплотняют. Смесь №3 засыпают в другую тугоплавкую форму, уплотняют. Форму со смесью №1 устанавливают с зазором для образования турбулентного потока расплава над формой со смесью №2, а форму со смесью №2 с зазором над формой со смесью №3. Все формы помещают в реактор высокого давления, реактор герметизируют, заполняют аргоном до давления 10,0 МПа; проводят локальное воспламенение смеси №1, разогретой вольфрамовой спиралью. После инициирования реакции горения образуется расплав на основе меди, алюминия, магния и карбида кремния, который прожигает алюминиевую пластинку и турбулентной струей стекает на смесь №2, где образуется расплав меди, алюминия, магния, марганца и карбида кремния. Указанный расплав из формы №2 перетекает в форму №3, где инициирует процесс СВС. При этом происходит восстановление цинка из окисла и образование конечного продукта.The composition of the exothermic mixture No. 1: CuO (ΔG ° 298 = -31.7 kcal / mol) - 112.7 g, Al - 14.9 g, Mg - 14.9 g, SiC - 30 g. The composition of the mixture No. 2: MnO 2 (1 \ 2ΔG ° 298 = -55.7 kcal / mol) -427 g, Al - 104 g, Mg - 104 g, SiC - 50 g. Composition of mixture No. 3: ZnO - 336 g, Al - 237 g , Mg - 46 g, SiC - 10 g. Mixture No. 1 was poured into a refractory form having the form of a cylinder with holes in the bottom, the hole was previously covered with an aluminum plate, and the mixture was sealed. Mixture No. 2 is poured into another refractory form with a hole in the bottom, compacted. Mixture No. 3 is poured into another refractory form, compacted. The mold with mixture No. 1 is set with a gap for the formation of a turbulent melt flow above the mold with mixture No. 2, and the mold with mixture No. 2 with a gap above the mold with mixture No. 3. All forms are placed in a high pressure reactor, the reactor is sealed, filled with argon to a pressure of 10.0 MPa; conduct local ignition of the mixture No. 1, a heated tungsten spiral. After the initiation of the combustion reaction, a melt is formed on the basis of copper, aluminum, magnesium and silicon carbide, which burns through the aluminum plate and flows into a mixture No. 2 with a turbulent jet, where a melt of copper, aluminum, magnesium, manganese and silicon carbide is formed. The specified melt from form No. 2 flows into form No. 3, where it initiates the SHS process. In this case, zinc is reduced from the oxide and the formation of the final product.

Состав полученной лигатуры, в вес.%: Zn 26,1%; Сu 9,2%; Mn 27,2%; Mg 9,2%; SiC 8,9,%; остальное - Аl. Выход годного металла 96,6%.The composition of the obtained ligature, in wt.%: Zn 26.1%; Cu 9.2%; Mn 27.2%; Mg 9.2%; SiC 8.9%; the rest is Al. The yield of metal is 96.6%.

Для сравнения приготовили одну общую экзотермическую смесь того же состава: ZnO - 336 г; MnO2 - 427 г; СuО - 112,7 г; Al - 355,9 г; Mg - 164,9 г; SiC - 90 г.For comparison, we prepared one common exothermic mixture of the same composition: ZnO - 336 g; MnO 2 - 427 g; СУО - 112.7 g; Al - 355.9 g; Mg - 164.9 g; SiC - 90 g.

Состав полученной лигатуры, в мас.%: Zn 13,2%; Сu 8,26%; Mn 25,7%; Mg 13,2%; SiC,9%; Al - остальное. Выход годного металла составляет 84,6%. Восстановление элементов из окислов происходит не полностью.The composition of the resulting ligature, in wt.%: Zn 13.2%; Cu 8.26%; Mn 25.7%; Mg 13.2%; SiC, 9%; Al is the rest. The yield of metal is 84.6%. The recovery of elements from oxides is not complete.

Предлагаемый способ позволяет получать многокомпонентные стали и сплавы металлов I-II, IV-VIII групп периодической системы, в том числе стали и сплавы с содержанием азота выше равновесного. Способ обеспечивает экономию материалов и повышает выход годного.The proposed method allows to obtain multicomponent steels and alloys of metals of the I-II, IV-VIII groups of the periodic system, including steel and alloys with a nitrogen content higher than equilibrium. The method provides material savings and improves yield.

Claims (8)

1. Способ получения сплава, включающий локальное воспламенение экзотермической смеси из окислов металлов с восстановителем и неметаллом под давлением газообразной среды и плавление смеси самораспространяющимся высокотемпературным синтезом, отличающийся тем, что из окислов металлов, выбранных в зависимости от состава сплава, восстановителя и неметалла, раздельно образуют две или более различные по составу и по прочности окислов экзотермические смеси, локально воспламеняют одну из смесей и образовавшийся расплав направляют одной или несколькими струями на другую экзотермическую смесь, воспламеняют ее струей жидкого расплава и далее, при необходимости, следующую, и ведут процесс самораспространяющегося высокотемпературного синтеза совместно с жидким расплавом прореагировавшей смеси или нескольких смесей до образования сплава необходимого состава. 1. A method of producing an alloy, comprising local ignition of an exothermic mixture of metal oxides with a reducing agent and non-metal under the pressure of a gaseous medium and melting the mixture with self-propagating high-temperature synthesis, characterized in that the metal oxides selected depending on the composition of the alloy, reducing agent and non-metal are separately formed two or more different in composition and strength of oxides exothermic mixtures, locally ignite one of the mixtures and the resulting melt is directed to one or ultiple jets to another exothermic mix, ignite its jet of molten liquid and then, if necessary, the following, and are process SHS together with liquid melt reacted mixture or several mixtures to form the desired composition of the alloy. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для получения композиционной стали локально воспламеняют экзотермическую смесь из окислов металлов, входящих в матричную фазу композиционной стали, восстановителя и неметалла, а образовавшимся расплавом воспламеняют экзотермическую смесь из окислов металлов, входящих в армирующую фазу композиционной стали, восстановителя и неметалла.2. The method according to claim 1, characterized in that the exothermic mixture of metal oxides included in the matrix phase of the composite steel, a reducing agent and nonmetal is locally ignited to obtain composite steel, and the exothermic mixture of metal oxides included in the reinforcing phase of the composite is ignited by the resulting melt steel, reducing agent and non-metal. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что локально воспламеняют экзотермическую смесь из окисла железа, восстановителя и неметалла, а образовавшимся расплавом воспламеняют экзотермическую смесь или смеси из окислов легирующих металлов, входящих в состав высоколегированной стали, восстановителя и неметалла.3. The method according to claim 1, characterized in that the exothermic mixture of iron oxide, a reducing agent and non-metal is locally ignited, and the exothermic mixture or a mixture of alloying metal oxides that are part of the high alloy steel, a reducing agent, and a non-metal are ignited by the resulting melt. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что самораспространяющийся высокотемпературный синтез ведут в среде азота.4. The method according to claim 1, characterized in that the self-propagating high-temperature synthesis is carried out in a nitrogen environment. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что самораспространяющийся высокотемпературный синтез ведут в среде аргона.5. The method according to claim 1, characterized in that the self-propagating high-temperature synthesis is carried out in an argon medium. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что струи расплава прореагировавшей экзотермической смеси насыщают азотом.6. The method according to claim 1, characterized in that the melt stream of the reacted exothermic mixture is saturated with nitrogen. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, самораспространяющийся высокотемпературный синтез одной или нескольких экзотермических смесей ведут в среде аргона, а другие - в среде азота.7. The method according to claim 1, characterized in that self-propagating high-temperature synthesis of one or more exothermic mixtures is carried out in argon, and others in nitrogen. 8. Способ по п.1, отличающийся тем, что полученный расплав формируют в слиток в изложнице или литейной форме. 8. The method according to claim 1, characterized in that the obtained melt is formed into an ingot in a mold or in a mold.
RU2010117723/02A 2010-05-04 2010-05-04 Method of producing alloy RU2469816C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010117723/02A RU2469816C2 (en) 2010-05-04 2010-05-04 Method of producing alloy

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010117723/02A RU2469816C2 (en) 2010-05-04 2010-05-04 Method of producing alloy

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2010117723A RU2010117723A (en) 2011-11-10
RU2469816C2 true RU2469816C2 (en) 2012-12-20

Family

ID=44996861

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010117723/02A RU2469816C2 (en) 2010-05-04 2010-05-04 Method of producing alloy

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2469816C2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2630990C2 (en) * 2015-10-19 2017-09-15 Общество с ограниченной ответственностью "Инновационные технологии" Casting alloying method
RU2637198C1 (en) * 2016-06-14 2017-11-30 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт механики Уральского отделения Российской академии наук Method for obtaining compact materials containing chrome and titanium carbides by method of self-spreading high-temperature synthesis (versions)
RU2658566C2 (en) * 2016-06-14 2018-06-21 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук Method for obtaining compact materials containing titanium diboride using self-propagating high-temperature synthesis

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU617485A1 (en) * 1975-06-26 1978-07-30 Отделение Ордена Ленина Институт Химической Физик Ан Ссср Method of obtaining refractory inorganic materials
DE3011962A1 (en) * 1980-03-27 1981-10-01 Institut Ordena Lenina chimičeskoj fiziki Akademii Nauk SSSR, Moskva Composite metallic material contg. metal nitride - such as mixt. of nickel and vanadium nitride, and used for adding nitrogen to molten steel or other alloys
SU1744138A1 (en) * 1989-04-27 1992-06-30 Уральский научно-исследовательский институт черных металлов Nitrogen containing alloying additive for steels and a high strength steel
RU1026371C (en) * 1981-06-30 1993-11-15 Отделение Института химической физики АН СССР Method of producing multi-layer articles
RU2395611C2 (en) * 2008-04-28 2010-07-27 Мансур Хузиахметович Зиатдинов Nitrogen containing alloy for steel alloying and procedure for its production

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU617485A1 (en) * 1975-06-26 1978-07-30 Отделение Ордена Ленина Институт Химической Физик Ан Ссср Method of obtaining refractory inorganic materials
DE3011962A1 (en) * 1980-03-27 1981-10-01 Institut Ordena Lenina chimičeskoj fiziki Akademii Nauk SSSR, Moskva Composite metallic material contg. metal nitride - such as mixt. of nickel and vanadium nitride, and used for adding nitrogen to molten steel or other alloys
RU1026371C (en) * 1981-06-30 1993-11-15 Отделение Института химической физики АН СССР Method of producing multi-layer articles
SU1744138A1 (en) * 1989-04-27 1992-06-30 Уральский научно-исследовательский институт черных металлов Nitrogen containing alloying additive for steels and a high strength steel
RU2395611C2 (en) * 2008-04-28 2010-07-27 Мансур Хузиахметович Зиатдинов Nitrogen containing alloy for steel alloying and procedure for its production

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2630990C2 (en) * 2015-10-19 2017-09-15 Общество с ограниченной ответственностью "Инновационные технологии" Casting alloying method
RU2637198C1 (en) * 2016-06-14 2017-11-30 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт механики Уральского отделения Российской академии наук Method for obtaining compact materials containing chrome and titanium carbides by method of self-spreading high-temperature synthesis (versions)
RU2658566C2 (en) * 2016-06-14 2018-06-21 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук Method for obtaining compact materials containing titanium diboride using self-propagating high-temperature synthesis

Also Published As

Publication number Publication date
RU2010117723A (en) 2011-11-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3803582B2 (en) Steel refinement method, steel refinement alloy and production method of refinement alloy
RU2469816C2 (en) Method of producing alloy
RU2607857C1 (en) Method of producing electrodes from nickel aluminide-based alloys
SE520561C2 (en) Process for preparing a dispersion curing alloy
Liang et al. Preparation and characterization of TiC particulate locally reinforced steel matrix composites from Cu–Ti–C system with various C particles
WO1989010982A1 (en) Arc-melting process for forming metallic-second phase composites and product thereof
CN113913689A (en) Jet high-speed steel without annular segregation and with secondary hardening and manufacturing method thereof
AU2007268370B2 (en) Method for producing metal alloy and intermetallic products
RU2462526C1 (en) Method to obtain nitrogen-containing ligature
RU2244025C2 (en) Sintered agglomerates and method for producing the same
Shatokhin et al. Self-propagating high-temperature synthesis (SHS) of composite ferroalloys
RU2341578C2 (en) Method of receiving of nitrogen-bearing alloy for steel alloying and nitrogen-bearing alloy for steel alloying
RU2432411C1 (en) Procedure for production of alunimium-silicon alloy
RU2756045C1 (en) Method for obtaining complex-alloyed material based on nickel aluminides with tungsten carbide and boride phases
RU2739898C1 (en) Method of producing composite metal alloy containing titanium carbide
RU2639258C2 (en) Addition alloy production method for steel boronizing
CN102021271A (en) An intermediate for adding ultrafine oxides to steel and its preparation method
RU2830084C2 (en) Method of producing nitrated sintered material based on chromium and aluminum nitrides
RU2364637C1 (en) Method of heavy-alloyed stainless steel electroslag remelting
RU2446215C2 (en) Nitrogen-alloyed steel making method
Zhang et al. Pseudo-binary Reactive Synthesis of Porous Multi-component Alloys
Ziatdinov Thermally coupled combustion synthesis of composite ferroalloys
Manashev et al. Microalloying of steel with boron and the development of ferrotitanium boride
RU2632341C2 (en) Method for producing nickel aluminide-based materials
RU2283873C1 (en) Method of preparation of metal melts

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180505