Способ получения низколегированного алюминиево-кремниевого сплава

 

Использование: получение низколегированного алюминиево-кремниевого сплава. Способ позволяет получать низколегированные алюминиево-кремниевые сплавы с улучшенными физико-механическими характеристиками без дополнительных затрат на модифицирование. Сущность: в способ получения низколегированного алюминиево-кремниевого сплава с содержанием кремния 2 - 14% мас., включающем растворение расчетного количества кристаллического кремния в алюминиево-кремниевой основе, в качестве основы используют сплав, полученный в электролизерах для производства алюминия с массовым отношением кремния в этой основе к общему содержанию кремния в полученном сплаве не менее 0,45. 4 табл.

Изобретение относится к металлургии алюминия и может быть использовано в процессах приготовления литейных алюминиево-кремниевых сплавов с низким содержанием легирующих компонентов.

Под низколегированными алюминиево-кремниевыми сплавами в данном случае принимаются сплавы, основу которых составляют алюминий и кремний. Суммарное содержание легирующих элементов и примесей в этих сплавах должно быть в несколько (3-5) раз меньше содержания в них кремния. В противном случае доминирующее влияние на качество алюминиево-кремниевого сплава будет оказывать не кремний, а легирующие элементы и примеси. Численное соотношение между содержанием кремния в сплаве и предельным количеством легирующих элементов и примесей определяется в каждом конкретном случае и зависит от природы легирующих элементов и примесей, а также от условий их введения в сплав.

Из сплавов по ГОСТ 1583-89 в разряд низколегированных алюминиево-кремниевых сплавов, на которые распространяется действие предлагаемого изобретения, попадают следующие: АК12, АК9, АК8, АК7, АК7ч, АК10Су, АК8М, АК9М2, АК12М2.

Другие сплавы по ГОСТ 1583-89, в которых содержание легирующих и примесей соизмеримо с содержанием кремния в сплаве, не попадают под действие предлагаемого изобретения. Это связано с тем, что в данном случае качество алюминиево-кремниевого сплава определяется не столько качеством алюминиево-кремниевой основы, сколько природой самых легирующих элементов и примесей, а также условиями их введения в сплав.

Существующая на алюминиевых заводах технология (см.например ТИ-34-Э-82, ИркАЗ) приготовления алюминиево-кремниевых сплавов ориентирована на использование в качестве основных металлургических агрегатов миксеров емкостью 10-70 т и индукционных печей емкостью 0,5-6 т и включает растворение кристаллического кремния в жидком металле. Последний поступает в литейное отделение из корпусов электролиза, причем для приготовления сплава используют как алюминий-сырец технической чистоты, так и алюминиево-кремниевый сплав, получаемый в электролизерах для производства алюминия. В зависимости от вида получаемого сплава осуществляется его подшихтовка легирующими элементами, причем последние могут вводиться в металл как в процессе приготовления сплава, так и в процессе электролиза алюминия.

Главным недостатком существующей технологии получения литейных сплавов на алюминиево-кремниевой основе является их низкое качество. Оно преимущественно выражается в невысоких показателях по физико-механическим характеристикам (предел прочности, относительное удлинение, жидкотекучесть...) сплавов.

Одной из главных причин низкого качества получаемых сплавов на алюминиево-кремниевой основе является неудовлетворительное качество структуры сплавов. Микроструктура литейных сплавов, полученных по существующей технологии, состоит из твердого раствора кремния в алюминииα и эвтектики Al(α)-Si грубого строения, в которой кремний находится в виде крупных игл и пластин.

Улучшить структуру алюминиево-кремниевых сплавов можно введением в расплав модификаторов, например Р, S- Na.... Это повысит качество получаемых сплавов, но повлечет за собой дополнительные материальные и трудовые затраты.

Цель изобретения заключается в повышении качества низколегированных литейных сплавов на алюминиево-кремниевой основе. Повышенное качество получаемых по предлагаемому решению сплавов выражается в улучшенных физико-механических характеристиках, достигаемых без дополнительных затрат на модифицирование.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения низколегированного алюминиево-кремниевого сплава с содержанием кремния 2-14 мас.%, включающем растворение расчетного количества кристаллического кремния в алюминиево-кремниевой основе, в качестве алюминиево-кремниевой основы используют сплав, получаемого в электролизерах для производства алюминия с массовым соотношением кремния в этой основе к общему содержанию кремния в получаемом сплаве не менее 0,45.

Минимальный предел по содержанию кремния в сплаве (2%) обусловлен тем, что при меньшем содержании кремния в сплаве, даже в отсутствии других легирующих элементов, на качество сплава начинают оказывать доминирующее влияние обычные примеси (Fe, Mn, Cu, Zn, Ni, Pb, Sn...). содержащиеся в сплаве в количестве до 0,5%.

Максимальный предел по содержанию кремния (14%) обусловлен тем, что на практике относительно устойчивая работа электролизеров, производящих алюминиево-кремниевый сплав, наблюдается при максимальном содержании кремния в нем на уровне 6,0-6,5 мас.%. С учетом минимально допустимого отношения количества кремния в алюминиево-кремниевой основе к суммарному кремнию в готовом сплаве (0,45), при максимальном содержании кремния в основе на уровне 6,0-6,5 мас. % верхний предел по содержанию кремния в готовом сплаве находится на уровне 14 мас.%.

Использование полученной в электролизере алюминиево-кремниевой основы в заявляемом соотношении для изготовления алюминиево-кремниевых сплавов с низким содержанием легирующих элементов обеспечивает достижение высоких показателей по физико-механическим характеристикам сплавов. Причины улучшенных физико-механических характеристик алюминиево-кремниевых сплавов, получаемых с использованием предлагаемой технологии, обусловлены высоким качеством алюминиево-кремниевой основы из алюминиевых электролизеров. Последнее выражается в равномерной и мелкодисперсной структуре эвтектики Al(α)-Si и может быть объяснено, во-первых, высокой температурой металла в электролизере, во-вторых, модифицирующим действием на сплав со стороны жидких фторалюминатов натрия (равновесная концентрация натрия в металле алюминиевых электролизеров составляет в среднем 0,002-0,004 мас.%, в третьих, непрерывной циркуляцией металла в электролизере под действием электромагнитных сил.

Экспериментальным путем установлено, что с увеличением массовой доли алюминиево-кремниевой основы, полученной в электролизере, в общем объеме низколегированных алюминиево-кремниевых сплавов, наблюдается улучшение физико-механических характеристик сплавов. Наиболее существенно данное улучшение проявляется в случае, когда весовое отношение кремния в основе, полученной в алюминиевом электролизере, к общему содержанию кремния в получаемом сплаве составляет 0,45 и более.

Использование изобретения позволит без дополнительных затрат на модифицирование получать низколегированные алюминиево-кремниевые сплавы со свойствами, не уступающими аналогичным модифицированным образцам.

П р и м е р. В миксере, емкостью 15 т, оснащенном МГД перемешивателем, готовили различные сплавы на алюминиево-кремниевой основе. Для приготовления сплавов использовали как алюминий-сырец технической чистоты, так и алюминиево-кремниевый сплав, полученный в алюминиевых электролизерах. При этом варьировали массовое отношение кремния в алюминиево-кремниевой основе, вылитой из электролизеров, к общему содержанию кремния в получаемом сплаве. Недостающий кремний вводили в сплав, используя кристаллический кремний. Технологические режимы и параметры приготовления для каждого вида сплава выдерживались постоянными. Содержание легирующих и примесей в приготовленном сплаве поддерживали на одном уровне. Технология введения легирующих компонентов во всех случаях была идентична.

Из полученного сплава заливкой в холодный кокиль изготавливали образцы для механических испытаний по ГОСТ 1583-89. Температура сплава, при которой осуществлялась отливка образцов, составляла 705±15^оС. Определение жидкотекучести сплавов выполнялась путем отливки в кокиль металлических проб (согласно ГОСТ 16438-70).

Некоторые исходные данные и усредненные результаты опытов представлены в табл.1-4.

Таким образом, использование предлагаемого изобретения для приготовления низколегированных литейных алюминиево-кремниевых сплавов позволит без дополнительных затрат на модифицирование получать сплавы с улучшенными физико-механическими характеристиками, которые превышают аналогичные показатели для сплавов, полученных по традиционной технологии: - по пределу прочности на 28-65%; - по относительному удлинению в 1,9-2,8 раза; - по твердости на 11-19%; - по жидкотекучести на 6-8%.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НИЗКОЛЕГИРОВАННОГО АЛЮМИНИЕВО-КРЕМНИЕВОГО СПЛАВА с содержанием кремния 2 - 14 мас.%, включающий растворение расчетного количества кристаллического кремния в алюминиево-кремниевой основе, отличающийся тем, что в качестве алюминиево-кремниевой основы используют сплав, получаемый в электролизерах для производства алюминия с массовым отношение кремния в основе к общему содержанию кремния в получаемом сплаве не менее 0,45.