Способ получения литейных алюминиево-кремниевых сплавов

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к технологии приготовления алюминиево-кремниевых сплавов, например силуминов. В качестве шихты используется первичный силумин, возврат песчано-глинистого литья и возврат кокильного литья при соотношении масс (1÷1,6):(2,3÷3,6):(2÷2,6). При этом расплавляют часть шихты, содержащей первичный силумин и возврат песчано-глинистого литья, перегревают расплав до 1000...1050°С, охлаждают его до температуры 825...875°С за счет введения первой порции возврата кокильного литья в количестве 60-70% от своей массы, а затем загружают остаток возврата кокильного литья, обеспечивающего достаточное для измельчения структуры количество центров кристаллизации. Изобретение позволяет повысить механические свойства сплава, а также упростить технологический процесс за счет получения сплава в одном агрегате и исключить дорогостоящий модификатор. 1 табл.

 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к технологии приготовления алюминиево-кремниевых сплавов, например силуминов.

Известен способ (авт. свид. СССР №412270, заявл. 1972 г.) получения алюминиево-кремниевых сплавов, заключающийся в том, что расплав перед обработкой его тройным модификатором перегревают до 900...1000°С. Однако сплав, полученный по указанному способу, имеет невысокие механические свойства и требует использование дорогостоящего модификатора.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения литейных силуминов (авт. свид. СССР №600204, заявл. 1976 г.) смешиванием двух расплавов, причем в качестве одного из расплавов сплава используют расплав стружки, который при 1000...1050°С вливают в другой расплав с температурой 800...900°С. Недостатком известного способа является то, что в плавке используется дорогостоящий модификатор. Технология получения сплава многостадийная, требующая двух плавильных агрегатов, энергоемкая, предусматривающая высокие температуры перегрева, не обеспечивающая достаточно высокие механические свойства сплава.

Задачей изобретения является повышение механических свойств алюминиево-кремниевого сплава, упрощение технологического процесса. Сущность изобретения состоит в том, что в качестве шихты используется первичный силумин, возврат песчано-глинистого литья, возврат кокильного литья при соотношении масс компонентов (1÷1,6):(2,3÷3,6):(2÷2,6) соответственно и плавка осуществляется по следующей технологии: расплавление части шихты, содержащей первичный силумин и возврат песчано-глинистого литья, перегрев расплава до 1000...1050°С, охлаждение расплава за счет введения 60...70% массы возврата кокильного литья, последующая загрузка при температуре 825...875°С остатка возврата кокильного литья, рафинирование и разливка.

Повышение механических свойств достигается за счет улучшения структуры сплава путем использования шихты предлагаемого состава. Компоненты шихты различны по своей структуре. Наиболее мелкозернистой структурой обладает возврат кокильного литья, что позволяет использовать его как модификатор в условиях высокой гомогенности расплава. В свою очередь, первые два компонента шихты - первичный силумин и возврат песчано-глинистого литья подвергаются расплавлению, перегреву до температуры 1000...1050°С и гомогенизации при этой температуре. Охлаждение расплава с температуры 1000...1050°С до температуры 825...875°С осуществляется введением в расплав первой порции кокильного возврата литья в количестве 60...70% от своей массы. При температуре 825...875°С в расплав вводится вторая порция кокильного возврата литья, которая обеспечивает достаточное для измельчения структуры количество центров кристаллизации.

Наилучший модифицирующий эффект достигается при введении второй порции возврата кокильного литья в количестве 30...40% от своей массы в интервале температур 825...875°С.

Упрощение технологического процесса достигается за счет получения сплава в одном плавильном агрегате и исключения дорогостоящего модификатора.

Указанные признаки являются существенными для достижения поставленной цели и позволяют классифицировать данный способ получения литейных алюминиево-кремниевых сплавов как изобретение.

Пример. Сплав АК7ч выплавляли в печи ИСТ-0,16. В качестве шихты применяли первичный силумин АК7ч, возврат песчано-глинистого литья состава АК7ч, возврат кокильного литья состава АК7ч. Использовали различные температуры перегрева, варьировали содержание компонентов шихты и массы вводимых порций мелкозернистой шихты. Рафинирование перед разливкой осуществляли гексахлорэтаном в количестве 0,2...0,3% от массы расплава, который вводили с помощью «колокольчика». Температура разливки во всех вариантах составляла 730...740°С.

Из таблицы видно, что механические свойства зависят как от соотношения компонентов шихты, так и массы вводимых порций возврата кокильного литья и температур, при которых вводят эти порции. Сплав, полученный по варианту 1 (авт. свид. СССР №600204), не имеет достаточно высоких механических свойств.

Наилучшие результаты были достигнуты при получении сплава по вариантам 4, 5. Температура перегрева перед загрузкой первой порции возврата кокильного литья позволила гомогенизировать расплав по структуре и составу, а масса второй порции возврата кокильного литья и температура ее введения в расплав позволили создать оптимальное количество центров кристаллизации, обеспечивающих получение мелкозернистой структуры при затвердевании сплава и требуемых механических свойств.

При получении сплава по вариантам 2, 3 желаемый эффект не был достигнут (временное сопротивление разрыву σ_B=205...211 МПа, относительное удлинение δ=3,8...4,0%) из-за недостаточной гомогенности расплава, вызванной невысокой температурой перегрева (950°С) и отсутствием достаточного количества центров кристаллизации из-за низкой температуры ввода (800°С) второй порции возврата кокильного литья, несмотря на ее количество (42...45%).

При получении сплава по вариантам 6, 7 требуемый эффект модифицирования и повышения уровня механических свойств также не был достигнут, что объясняется снижением массы второй порции возврата кокильного литья (20%) и повышенной температуры ввода второй порции возврата кокильного литья, которая дестабилизирует центры кристаллизации.

При использовании способа в промышленных условиях ожидаемый годовой экономический эффект составляет около 1600 тыс. руб. в год.

вариант	Соотношение масс компонентов шихты	Количество первой порции массы возврата кокильного литья, %	Количество второй порции массы возврата кокильного литья, %	Температура ввода первой порции возврата кокильного литья, °С	Температура ввода второй порции возврата кокильного литья, °С	σВ, МПа	σ, %
1	авт. свид. СССР №600204	-	-	-	-	202	3,7
2	0,8:2,0:2,1*	58	42	950	800	211	4,0
3	0,6:2,4:1,6	55	45	950	800	205	3,8
4	1,0:2,3:2,0	70	30	1000	825	228	5,2
5	1,6:3,6:2,6	60	40	1050	875	236	4,8
6	2,0:3,6:2,2	80	20	1100	900	219	4,3
7	2,2:3,6:2,0	80	20	1100	900	215	3,8

* Пример расчета шихты.

Масса всех компонентов шихты в печи ИСТ-0,16 составляет 70 кг, сумма долей компонентов сплава 0,8+2,0+2,1=4,9;

масса первичного силумина составляет: (70:4,9)×0,8=11,4 кг;

масса песчано-глинистого возврата литья составляет: (70:4,9)×2,0=28,6 кг;

масса кокильного возврата литья составляет: (70:4,9)×2,1=30,0 кг.

Способ получения литейных алюминиево-кремниевых сплавов, включающий расплавление алюминий- и кремнийсодержащих компонентов шихты, перегрев, охлаждение, рафинирование и разливку расплава, отличающийся тем, что в качестве алюминий- и кремнийсодержащих компонентов шихты используют первичный силумин, возврат песчано-глинистого литья и возврат кокильного литья при соотношении масс (1÷1,6):(2,3÷3,6):(2÷2,6), причем сначала расплавляют часть шихты, содержащей первичный силумин и возврат песчано-глинистого литья, перегревают расплав до 1000...1050°С, охлаждают его до температуры 825...875°С за счет введения первой порции возврата кокильного литья в количестве 60-70% от своей массы, а затем загружают остаток возврата кокильного литья, обеспечивающего достаточное для измельчения структуры количество центров кристаллизации.