Способ легирования хромом алюминия
Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано для получения сплавов, характеризующихся медленным растворением легирующего элемента, например хрома. Способ включает введение в расплав алюминия металлического хрома в виде порошка дисперсностью 0,25-0,50 мм при температуре, находящейся в области между линиями ликвидус и солидус, обеспечивающей его связывание в расплаве в интерметаллиды. Затем температуру расплава поднимают выше линии ликвидус до температуры, зависящей от количества введенного хрома. После чего расплав сливают в интенсивно охлаждаемую форму или в воду. Получают расплав, легированный хромом с предотвращением его значительных потерь на угар. 1 табл.
Изобретение относится к способам получения сплавов на основе алюминия.
Задачей изобретения является повышение коррозионной стойкости алюминия путем введения хрома в количестве более 0,7%. Изобретение может быть применено при получении сплавов, характеризующихся медленным растворением легирующего элемента. Одним из наиболее важных условий успешного применения алюминиевых сплавов является их высокая технологичность. Для выплавки этих сплавов требуются сравнительно невысокие температуры и применяются простые, недорогие и надежные в эксплуатации плавильные агрегаты: печи сопротивления или индукционные печи промышленной частоты. Расширение областей применения алюминиевых сплавов охватывает сферу легких коррозионностойких материалов, применяющихся в производстве малотоннажных судов. В этом аспекте представляют интерес сплавы алюминия с добавками хрома, оказывающего наиболее эффективное воздействие в повышении коррозионной стойкости в других сплавах (Fe-Cr, Ni-Cr, Co-Cr и др.). Легирование алюминия хромом в пределах 0,5-0,7% не вызывает осложнений и может быть осуществлено простым введением в расплав порошка металлического хрома. В случае необходимости введения больших количеств хрома, а для повышения коррозионной стойкости интерес представляют сплавы с 3-5% [1] и даже 8% хрома, возникают осложнения. Они связаны с тем, что по мере повышения концентрации хрома в расплаве растут его потери на окисление с поверхности расплава алюминия даже при наличии надлежащего покрытия из рафинирующих флюсов (хром имеет наиболее низкий коэффициент диффузии в алюминий D×103=0,7 см2/c и плохо в нем растворяется). Применение вакуумных печей для выплавки алюминиевых сплавов с хромом лишает их традиционных преимуществ - простоты получения и сравнительно небольших затрат.
Задача изобретения - исключить трудности, связанные с легированием хромом более 0,7% без применения вакуумных печей и других средств, заметно удорожающих процесс выплавки алюминиевых сплавов. Это достигается введением в расплав алюминия порошка хрома дисперсностью 0,25-0,50 мм при температурах, обеспечивающих его связывание в расплаве в интерметаллиды (CrAl7 и др.). На диаграмме состояния такие температуры находятся между линиями ликвидус и солидус, процесс связывания хрома в расплаве в виде интерметаллидов удерживает растворяющийся хром в кашеобразной смеси на дне ванны. После этого поднимают температуру выше линии ликвидус, и сравнительно непрочный интерметаллид CrAl7 распадается - получается однородный жидкий раствор хрома в алюминии. Его сливают в интенсивно охлаждаемую форму или распыляют в виде порошка, предотвращая при этом значительные потери хрома на угар и получая качественный сплав без заметных включений интерметаллидов. Полученную после растворения большого количества хрома и связывания его в интерметаллид кашеобразную массу можно использовать в качестве лигатуры для последующих плавок вместо металлического хрома.
Пример осуществления. В печи сопротивления при температурах 750-760°С расплавляли алюминий. После достижения расплавом установленной температуры в него вводили порошок металлического хрома дисперсностью 0,25-0,50 мм в смеси с флюсом (NaCl+KCl) для предотвращения значительных потерь в момент ввода. Выдерживали расплав при установленной температуре некоторое время, зависящее от количества введенного хрома, периодически помешивая. После завершения растворения хрома температуру печи повышали до 850-900°С (выше линии ликвидус сплава с нужной концентрацией хрома). При достижении вновь установленной температуры расплав сливали в интенсивно охлаждаемую форму или в воду. Полученные образцы подвергали химическому и металлографическому анализу. Результаты приведены в таблице.
| Таблица. | ||||
| № п/п | Количество введенного хрома в % от массы алюминия | Содержание хрома в сплаве в % | Угар хрома в % | Примечания |
| 1 | 2,0 | 1,95 | 2,5 | Включений интерметаллида в структуре не отмечено. |
| 2 | 3,5 | 3,40 | 3,0 | -"- |
| 3 | 5,0 | 4,85 | 3,0 | -"- |
Для сравнения были проведены плавки с введением порошка металлического хрома той же дисперсности обычным способом. Для растворения хрома потребовались температуры 850-900° и выдержка при этой температуре не менее 10 мин. Процесс усвоения хрома был весьма нестабильным, и потери его на угар составили от 10 до 20%.
Преимущества предлагаемого метода. Предлагаемый способ легирования позволяет без дополнительных затрат легировать алюминий хромом с предотвращением его значительных потерь на угар, и не использовать при этом дополнительный элемент цирконий как в [2], т.к. при концентрации циркония выше 0,15%, отмечается появление в сплаве интерметаллидов, значительно ухудшающих коррозионную стойкость [1].
Литература
1. Промышленные алюминиевые сплавы. Справочник. Москва, изд. Металлургия, 1984.
2. SU 1275913 A1, МПК С22С 1/02, 30.07.1993.
Способ легирования хромом алюминия, включающий введение в расплав алюминия металлического хрома, подъем температуры расплава выше линии ликвидус и охлаждение, отличающийся тем, что металлический хром вводят в виде порошка дисперсностью 0,25-0,50 мм при температуре, находящейся в области между линиями ликвидус и солидус, обеспечивающей его связывание в расплаве в интерметаллиды, затем температуру расплава поднимают выше линии ликвидус до температуры, зависящей от количества введенного хрома, после чего расплав сливают в интенсивно охлаждаемую форму или в воду.
