SU1830393A1

SU1830393A1 - Способ получения композиционных борсодержащих сплавов для легирования сталей

Info

Publication number: SU1830393A1
Application number: SU894769755A
Authority: SU
Inventors: Aleksandr V Tugutov; Mansur Kh Ziatdinov; Yurij M Maksimov
Original assignee: Tom I Strukturnoj Makrokinetik
Priority date: 1989-12-14
Filing date: 1989-12-14
Publication date: 1993-07-30

Description

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 иди нескольких борсодержащих сплавов железа, никеля, кобальта, хрома и/или марганца и порошков одного или нескольких металлов IV—VII групп и/или сплавов, содержащих 15-88% этих металлов с металлом VIII 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.см²). Из практики процессов СВС известно, что горение слабоэкзотермических безгззовых 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, кото1830393 А1 рое извлекается из продукта горения фильтрующиеся газом, возвращается в зону реакции, т.е. теплопотери в окружающую среду практически отсутствуют. Эффект регенерации, имеющий здесь место существ венно повышает температуру горения, следовательно увеличивается и скорость горения. Таким образом, поток 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 ограничен значениями 0,083-6,25 л/с (или скорость газового потока 0,0023-

0.171 л/с.см²), т.к. время горения смеси при расходе газа менее 0,083 л/с (или при скорости газового потока менее 0,0023 л/с* асм² ) не происходит, а значение верхнего 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 боридообразующих металлов IV-VII групп в сплавах ограничено значениями 15% и 88%. В смесях, где сплавы содержат менее 15% металлов IV—VII, 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 композиционного материала Tl-B-Fe. В качестве исходных материалов используют промышленные сплавы: ферробор 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 устанав 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.см²) и при помощи экзотермичного 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. Время 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 продукт извлекается. Технологическая операция по получению лигатуры Ti-B-Fe по 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 кгтитана 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.

Claims

Формула изобретения

Способ получения композиционных борсодержащих сплавов для легирования сталей, включающий приготовление реакционной смеси из порошков борсодержащих сплавов и металлов IV—VII групп периодической системы, проведение реакции горения в инертной среде и последующее охлаждение продуктов реакции, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности процесса, реакцию горения осуществляют в спутном потоке инертного газа с расходом 0,083-2,5 л/с.см².

Исходная смесь Сод.бора Инертный Расход Скорое ть Ерем я Время Бремя Степень и метал-. газ газа, газового горения охла»— гроцес- уБ^ЛИЧР- IV-VII гр. л/с потока смеси, дения, са, ния про- в сплавах, л/с-сн² мин мин мин ИЗВОДИ- % тельное ти

Ферробор Титан 21,4 Арго») Предлаг. Прототип 1.5 0 0,061 0. Никельбор Цирконий • Хром 17,5 Гелий Предлаг. Прототип 2,0 0 0,055 Л Феррохромбор Титан 30,2 То же Предлаг. Прототип 0,083 0 . 0,0023 0 Ферробор Титан 21,4 _i i_w Предлаг. Прототип 6,25 0 0,171 0 Ферробор Ферротитан 21,4 69,6 .¹ ·. Предлаг. 2,6 0 0,072 0 Ферробор Никельтитан 17,8 88 .¹ ·. То же 5 88 о’ 0, 162 0 Никельбор 18,5 Гелий -и- 3.3 0,091 Ферросиликоцирконий кремнийцирконий 15 ·ί;0 0 0 Кобальтбор Феррованадий Гафний 25,1 75 Аргон — 1 '. 2,19 0,06 0 Феррохромбор Ферротитан 29,5 6,96 То же - · 0.083 0 0,023 0 Ферробор · 21,6 .*·_ - и. 5,44 0,15 Ферромарганец Молибден 70,2 0 0 Марганецбор 30 -*·. 2,9 0,08 Феррониобий 15 0 0 Ферробор. Ферровольфрам 21,6 79,1 _и_ '3,26 0 о.оэ 0 Ферробор Тиган 21,4 6,3 0,173 Феррохромбор Титан 30,2 Гелий . ♦— 0,08 0,0022 Марганецбор Феррониобий 30 14,2 Аргон 2,9 0,08

4 7 1 1 7,2 30 37,2 8 5 13 15 30 45 8 7 15 15 30 45 3 6 9 7,2 30 37,2 4 4 е Не ГОРИТ й Ь О Не горит , 4 3 7 Не горит

о м т 1 1 Не горит 12 Не 3 ГОРЯТ 15 7 Не 3 горит 10 8 Не k горит 12 5 Не э горит о V

Горение прекращается

10 ЕренА горения не увеличивается

Не горит

Примечание.

Скорость газового потока®

......

площадь поперечного сечения реактора ® 55,3 см²