Способ изготовления лигатур с алюминиевой матрицей

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при создании эффективных лигатур и модификаторов для алюминиевых сплавов, применяемых в оборонных и гражданских отраслях промышленности. Способ включает тугоплавкие частицы легирующего материала размером не менее 0,2 мм, которые засыпают в форму при комнатной температуре в воздушной среде, а после заливки их расплавом алюминия форму нагревают до температуры, превышающей температуру ликвидуса алюминия на 20-30°С, помещают в вакуумную камеру для дегазации, после чего заполняют вакуумную камеру атмосферным воздухом и охлаждают форму с обеспечением течения расплава алюминия в поры между тугоплавкими частицами легирующего материала. Изобретение позволяет снизить стоимость лигатуры за счет сокращения цикла изготовления, расхода электроэнергии и исключения дорогостоящего оборудования, кроме того, повышается безопасность производства из-за исключения операций в инертной среде.

 

Предлагаемое изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при создании эффективных лигатур и модификаторов для алюминиевых сплавов, применяемых в оборонных и гражданских отраслях промышленности.

Известен способ приготовления лигатур. Способ включает объединение твердого наполнителя с расплавом активного металлического связующего. Из материала наполнителя из группы, включающей железо, никель, титан, бор, марганец формируют сначала пористую заготовку с технологическим суммарным объемом пор, затем нагревают ее в газовой инертной среде до температуры, соответствующей температуре ликвидуса активного связующего, после чего, для объединения наполнителя со связующим, нагретую заготовку пропитывают расплавом этого связующего путем принудительной инфильтрации расплава в поры заготовки под давлением, преимущественно методом жидкой штамповки. (Патент России №2269586, С22С 35/00, 2004).

Недостатком этого способа является необходимость в крупном специализированном оборудовании (печи с инертной средой, прессы) и, как следствие, высокая стоимость металла.

Известен также способ изготовления лигатур на основе алюминия, включающий помещение тугоплавких частиц в форму и заливку жидким алюминием. При этом частицы и алюминий нагревают до разных температур. Алюминий нагревают до температуры, превышающей температуру его плавления не больше, чем на 5-10°С, а частицы нагревают до температуры, связанной определенным соотношением с удельной поверхностью частиц и поверхностным натяжением жидкого алюминия. Течение расплава в поры происходит под действием градиента температур (явление термоосмоса). (Патент России №2190682, С22С 1/10, 2001, прототип.)

Недостаток способа - низкая производительность, высокая трудоемкость, необходимость в дорогостоящем оборудовании и большой расход электроэнергии, что повышает стоимость получения лигатур.

Предлагается способ изготовления лигатур с алюминиевой матрицей, включающий засыпку в форму тугоплавких частиц легирующего материала размером не менее 0,2 мм при комнатной температуре в воздушной среде, заливку их расплавом алюминия, нагрев формы до температуры, превышающей температуру ликвидуса алюминия на 20-30°С. Форму помещают в вакуумную камеру для дегазации, после чего вакуумную камеру заполняют атмосферным воздухом и охлаждают форму с обеспечением течения расплава алюминия в поры между тугоплавкими частицами легирующего материала, после чего ведут окончательное охлаждение.

Предлагаемый способ изготовления лигатур с алюминиевой матрицей отличается от прототипа тем, что тугоплавкие частицы легирующего материала размером не менее 0,2 мм засыпают в форму при комнатной температуре в воздушной среде, а после заливки их расплавом алюминия форму нагревают до температуры, превышающей температуру ликвидуса алюминия на 20-30°С, помещают в вакуумную камеру для дегазации, после чего заполняют вакуумную камеру атмосферным воздухом и охлаждают форму с обеспечением течения расплава алюминия в поры между тугоплавкими частицами легирующего материала.

Техническим результатом является повышение производительности, снижение трудоемкости, исключение необходимости в дорогостоящем оборудовании, снижение расхода электроэнергии и стоимости лигатуры.

Предлагаемый способ позволяет использовать мелкие фракции легирующего материала и получать растворяющуюся быстро лигатуру в виде слитков с дозированным содержанием основного компонента.

Обоснованность способа состоит в том, что давление в одну атмосферу между порами и расплавом алюминия создается после вакуумирования формы и заполнения вакуумной камеры воздухом, что является достаточным для течения расплава в поры между тугоплавкими частицами предлагаемого размера.

ПРИМЕР:

При комнатной температуре в воздушной среде в форму засыпали феррофосфор в количестве 0,1 кг с размером частиц от 0,2 до 1 мм. Затем в форму заливали расплав алюминия при температуре расплава 700-720°С, помещали форму в печь с воздушной средой и нагревали до температуры 690-700°С, после чего форму помещали в вакуумную камеру, в которой создавали разряжение ниже 1 мм рт.ст. и выдерживали до 30 сек. Затем камеру заполняли атмосферным воздухом, охлаждали форму и извлекали слиток. Цикл изготовления слитка составил 5 минут и затрата электроэнергии 0,2 кВт·ч. Провели испытания способа-прототипа, которые показали, что цикл изготовления равен 20 минутам, расход электроэнергии 0,5 кВт·ч.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет за счет сокращения цикла изготовления, расхода электроэнергии и исключения дорогостоящего оборудования снизить стоимость лигатуры. Кроме того, повышается безопасность производства из-за исключения операций в инертной среде.

Способ изготовления лигатур с алюминиевой матрицей, включающий засыпку в форму тугоплавких частиц легирующего материала, заливку их расплавом алюминия и охлаждение, отличающийся тем, что тугоплавкие частицы легирующего материала размером не менее 0,2 мм засыпают в форму при комнатной температуре в воздушной среде, а после заливки их расплавом алюминия форму нагревают до температуры, превышающей температуру ликвидуса алюминия на 20-30°С, помещают в вакуумную камеру для дегазации, после чего заполняют вакуумную камеру атмосферным воздухом и охлаждают форму с обеспечением течения расплава алюминия в поры между тугоплавкими частицами легирующего материала.