Способ получения композиционных борсодержащих сплавов для легирования сталей Советский патент 1993 года по МПК C22C33/00 C22C1/04 

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 охлах дение 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-VII групп и/или сплавов, содержащих 15-88% этих металлов с металлом VIH групп, а реакцию горения и охлаждения продукта осуществляют в спутном потоке инертного газа с расходом 0,083-6,25 л/с (или со скоростью 0,0023- 0,171 л/с,см2). 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, котосл

ы

О

ы

рое извлекается из продукта горения фильтрующийся газом, возвращается в зону реакции, т.е. теплопотери в окружающую среду практически отсутствуют. Эффект регенерации, имеющий здесь место сущест-- 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.см ), т.к. время горения смеси при расходе газа менее 0,083 л/с (или при скорости газового потока менее 0,0023 л/с см2 ) 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 боридооб- разующих 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 TI-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

0

5

0

5

0

5

0

0

5

5

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 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 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.

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.

., .. расход газа Примечание. Скорость газового потока с- и

плочэль поперечного сечения ре

расход газа

плочэль поперечного сечения реактора 55,3 сн

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.