Способ получения лигатурного материала для комплексного модифицирования структуры слитков из легких сплавов


 


Владельцы патента RU 2455380:

Открытое акционерное общество "Всероссийский институт легких сплавов" (ОАО "ВИЛС") (RU)

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для получения слитков и отливок из алюминиевых и магниевых сплавов, содержащих в своем составе добавки переходных металлов, например цирконий, титан, скандий. Осуществляют приготовление сплава алюминия с переходными металлами и процесс гранулирования этих сплавов из перегретого расплава. Гранулирование ведут при кристаллизации расплава со скоростью охлаждения 5×101-5×102 град/с, причем размер гранул в диаметре выдерживают не менее 5 мм, а суммарное содержание переходных металлов в гранулах поддерживают на уровне не более 5,0%. Изобретение позволяет получить лигатурный материал для внепечного модифицирования легких сплавов и повысить свойства изделий из легких сплавов за счет предельного измельчения размера зерна без образования крупных первичных интерметаллидов переходных металлов. 4 з.п. ф-лы, 1 пр.

 

Предлагаемое изобретение относится к области металлургии легких сплавов и может быть использовано при получении слитков и отливок из алюминиевых и магниевых сплавов для изделий авиакосмической, автомобильной и другой техники. Использование данного изобретения относится к технологии внепечного модифицирования.

Известен способ получения лигатуры алюминий-цирконий для модифицирования алюминиевых сплавов, выбранный в качестве аналога, включающий прямое сплавление компонентов или сплавление солей, содержащих цирконий, и алюминия, с последующей разливкой в чушки.

(Напалков В.И., Бондарев Б.И., Тарарышкин В.И., Чухров М.В. - Лигатуры для производства алюминиевых и магниевых сплавов, М.: Металлургия, 1983 г., 160 с.).

Недостатком этого способа является наличие в структуре очень крупных частиц стабильного интерметаллида Al3Zr (до 100 мкм), а при высоких содержаниях циркония (более 1-2% Zr) такие сплавы обладают низкой жидкотекучестью.

Также известен способ получения сплавов алюминия с переходными металлами методом быстрой кристаллизации, в том числе гранулирование со скоростью охлаждения более 103 град/с (размер гранул <3 мм). (Добаткин В.И., Елагин В.И., Федоров В.М. - Быстрозакристаллизованные алюминиевые сплавы, Москва, ВИЛС, 1995 г., 341 с.).

Недостатком этого способа для внепечного модифицирования является высокая удельная поверхность мелких гранул, состоящая из очень тонких пленок оксидов, наследуемая изготовленным из гранул лигатурным прутком, и в конечном итоге, слитком. А также то, что переходные металлы, в том числе цирконий, при таких скоростях охлаждения находятся преимущественно в твердом растворе, и при введении в поток расплава не являются массовыми активными иннокуляторами.

Известен также способ, который можно рассматривать как прототип, получения лигатуры через водоохлаждаемый лоток с последующей разливкой в чушки или слиток. Сущность такого метода заключается в высокой скорости охлаждения. При этом происходит измельчение первичных интерметаллидов, и растворимость их в алюминии увеличивается в связи с увеличением поверхности контакта дисперсных частиц. Это усиливает эффект измельчения структуры твердого раствора.

(Напалков В.И., Черепок Г.В., Махов С.В., Черновол Ю.М. - Непрерывное литье алюминиевых сплавов, Москва, Интермет Инжиниринг, Справочник, 2005 г., 512 с.).

Недостатком этого способа является образование крупных интерметаллидов Al3Zr размером 30-40 мкм с более грубой формой, что не позволяет достичь предельного измельчения зеренной структуры при добавления в алюминиевые сплавы небольшого количества лигатуры (0,01-0,03%).

Предлагаемый способ получения лигатурного материала направлен на получение технического результата, заключающегося в повышении свойств изделий за счет предельного измельчения размера зерна при внепечном модифицировании алюминиевых и магниевых сплавов, содержащих в своем составе добавки переходных металлов без образования крупных первичных интерметаллидов.

Предлагаемый способ получения лигатурного материала включает затвердевание расплава двойного сплава алюминия с переходными металлами в виде крупных гранул (≥5 мм) со скоростью кристаллизации (5×101-5×102 град/с) методом гранулирования и наложение кавитационной обработки на поток расплава. Содержание второго компонента поддерживают на уровне до 5,0%. Если в качестве добавок к алюминию используют более одного легирующего элемента, то общее содержание переходных металлов (из ряда Zr, Sc, Ti и т.п.) также составляет не более 5,0%.

Предлагаемый способ получения лигатурного материала отличается от прототипа тем, что за счет высокой скорости охлаждения в структуре гранул даже при высоком содержании циркония образуются мелкие интерметаллиды Al3Zr (меньше 20 мкм) как стабильного, так и метастабильного типа. Кавитационная обработка расплава перед гранулированием повышает его жидкотекучесть за счет очистки расплава от твердых неметаллических включений и преодоления капиллярных ограничений, а также способствует равномерности распределения интерметаллидов. Дальнейшее использование такой лигатуры при комплексном внепечном модифицировании позволяет предельно измельчить зеренную структуру сплавов для каждой скорости кристаллизации слитка.

Пример:

При производстве гранул системы Al-Zr, в жидкий алюминий вводят соль фторцирконата в определенном количестве так, чтобы содержание циркония составляло необходимый процент (например, от 1 до 3%). После перемешивания полученного расплава с него сливают образовавшийся флюс и производят разливку в литейное устройство-гранулятор. Полученные гранулы имеют размер в диаметре 5-15 мм. Размер первичных интерметаллидов не превышал 15-20 мкм.

Если перед процессом гранулирования поток жидкого металла обработать полями кавитации высокой интенсивности, то повышается равномерность распределения интерметаллидов по сечению гранул, а при содержании циркония более 2,0% за счет повышения жидкотекучести возможно снизить температуру литья на 100-150°C.

Для комплексного модифицирования (с применением ультразвуковой обработки) структуры слитков легких, преимущественно алюминиевых сплавов модифицирующий материал вводят в расплав либо в виде расходуемой навески отдельных гранул, либо в виде расходуемого лигатурного прутка, изготовленного из гранул.

Так, например, при литье высокопрочных сплавов системы Al-Zn-Mg-Cu-Zr (сплав 1960 и др), лигатурный пруток состава Al-2,0%Zr, введенный в количестве 0,02 весовых процента, при внепечном модифицировании (при исходном содержании циркония в сплаве 0,12 весовых процента), позволяет измельчить зерно отливок диаметром 40 мм в 3-5 раз (с 350-500 мкм до 70-100 мкм).

1. Способ получения лигатурного материала для комплексного модифицирования структуры слитков из легких сплавов, включающий приготовление сплава алюминия с переходными металлами и процесс гранулирования этих сплавов из перегретого расплава, отличающийся тем, что гранулирование ведут при кристаллизации расплава со скоростью охлаждения 5×101-5×102 град/с, причем размер гранул в диаметре выдерживают не менее 5 мм, а суммарное содержание переходных металлов в гранулах поддерживают на уровне не более 5,0%.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед процессом гранулирования в расплавленный алюминий вводят различные комбинации переходных металлов, например, цирконий и титан или скандий и цирконий, таким образом, чтобы суммарное содержание переходных металлов в гранулах не превышало 5,0%.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед процессом гранулирования поток жидкого металла обрабатывают в кавитационном поле высокой интенсивности.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что перед процессом гранулирования поток жидкого металла обрабатывают в кавитационном поле высокой интенсивности.

5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что после процесса гранулирования гранулы подвергают деформации с получением прутка.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам лигатур для использования при выплавке углеродистой стали. .

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при модифицировании расплава стали добавками в виде композитного материала, содержащего высокую объемную долю специально изготовленных частиц.
Изобретение относится к металлургии и может быть применено для получения титановых лигатур на основе алюминия. .
Изобретение относится к металлургии, в частности к формированию методами порошковой металлургии брикета для модифицирования никелевых сплавов ультрадисперсными порошками тугоплавких соединений.
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в литейном производстве для изготовления литых заготовок с повышенными механическими и служебными свойствами.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к модифицированию жаропрочных сплавов на основе никеля ультрадисперсными порошками тугоплавких соединений. .
Изобретение относится к области литейного производства, в частности к составам модификаторов, используемых в производстве легированного чугуна с шаровидным графитом.
Изобретение относится к металлургии. .

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в машиностроении и тракторостроении при производстве отливок из чугуна с перлитной структурой металлической основы.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам для раскисления, рафинирования, модифицирования и микролегирования стали. .
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению пеноалюминия. .
Изобретение относится к цветной металлургии и может быть применено при получении сплавов системы алюминий-свинец. .
Изобретение относится к литейному производству и может быть применено для получения алюминиево-свинцовых подшипников скольжения. .
Изобретение относится к алюминиевому сплаву, детали из которого получают литьем под давлением. .
Изобретение относится к получению высокопрочных алюминиевых сплавов системы Al-Zn-Mg-Cu, предназначенных для изготовления прессованных, кованых и катаных полуфабрикатов.
Изобретение относится к получению высокопрочных алюминиевых сплавов системы Al-Zn-Mg-Cu, предназначенных для изготовления прессованных, кованых и катаных полуфабрикатов.
Изобретение относится к получению высокопрочных алюминиевых сплавов системы Al-Zn-Mg-Cu, предназначенных для изготовления прессованных, кованых и катаных полуфабрикатов.

Изобретение относится к изделию из алюминиевого сплава с высоким сопротивлением внутреннему давлению при повышенных температурах и может быть использовано для применения в многослойных трубах в качестве санитарно-технических труб, труб отопления.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к переработке алюмосодержащих шлаков, а также к получению сплавов на основе алюминия электролизом расплавов.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению пеноалюминия. .
Наверх