Способ получения слитков из алюминиевых сплавов с недендритной структурой

Авторы патента:

Милашенко Валентина Александровна (RU)

C22C1/03 - Сплавы (кремни C06C 15/00; обработка сплавов C21D, C22F)

Владельцы патента RU 2497966:

Закрытое акционерное общество "Военно-промышленная инвестиционная группа "ВИЛС" (RU)

Изобретение относится к области металлургии цветных металлов и, в частности, к получению слитков из алюминиевых сплавов с недендритной структурой. Способ включает введение в расплав алюминиевого сплава модифицирующей добавки и кристаллизацию расплава, при этом в качестве модифицирующей добавки используют лигатуру Al-Sc-Zr, содержащую 0,002-0,02% Sc и 0,002-0,02% Zr, которую вводят в расплав в виде прутка перед кристаллизацией. Способ обеспечивает предельное измельчение зеренной структуры алюминиевых сплавов, что позволяет получить слитки с недендритной структурой. 2 табл., 1 пр.

Настоящее изобретение относится к области металлургии цветных металлов, и в частности, к способам получения слитков из алюминиевых сплавов с недендриной структурой.

В принципе измельчение зеренной структуры возможно лишь до некоторой критической величины, при достижении которой зерно становится равным дендритному параметру, и дальнейшее измельчение невозможно при данной скорости охлаждения при кристаллизации. Такое измельчение зеренной структуры называется предельным, а формирующаяся при этом предельно измельченная зеренная структура - недендритной.

Измельчение зеренной структуры слитков из алюминиевых сплавов вплоть до недендритной структуры уменьшает их склонность к горячим трещинам, возникающим в процессе литья, повышает сопротивление холодным трещинам, образующимся после литья, повышает технологическую пластичность слитков при обработке давлением (прессовании, ковке, прокатке) и улучшает служебные свойства готовых полуфабрикатов, полученных из этих слитков.

Пока известны лишь три способа предельного измельчения зеренной структуры слитков из алюминиевых сплавов, т.е. получения слитков с недендритной структурой.

Слитки с недендритной структурой могут быть получены путем введения в кристаллизующийся расплав мощного ультразвука, создающего в расплаве перед кристаллизацией явление кавитации. (Добаткин В.И., Эскин Г.И., Боровикова С.И. К вопросу о формировании субдендритной структуры слитка при ультразвуковой обработке расплава в процессе кристаллизации // Технология легких сплавов. - 1971. - №6. - С.9-17) Аналог.

Недостатком упомянутого способа является то, что при его использовании обрабатываемый ультразвуком сплав должен содержать в своем составе достаточное количество элементов-модификаторов, таких как Zr, Ti, Ti+B, что выводит химический состав марочных сплавов за пределы требований технический условий или стандартов.

Известен способ получения слитков из алюминиевых сплавов с недендритной структурой, который заключается в легировании их добавкой скандия в количестве более 0,3% или совместной добавкой скандия и циркония в количестве более ~ 0,2% Sc и более ~ 0,1% Zr. (Давыдов В.Г., Захаров В.В., Ростова Т.Д. Модифицирование зеренной структуры слитков алюминиевых сплавов // Цветные металлы. - 2001. - №9-10. - С.95-98) Аналог.

Недостатком этого способа является введение в состав сплава большого количества элементов-модификаторов (Sc и Zr), которые выводят химический состав отливаемых марочных сплавов за пределы требований технических условий или стандартов.

Известен способ получения слитков алюминиевых сплавов с недендритной структурой, заключающийся в одновременном введении в расплав перед кристаллизацией лигатурного прутка Al-Ti или Al-Zr и ультразвукового излучателя, создающего кавитационное поле в зоне растворения прутка (Бочвар С.Г. Новая концепция предельного измельчения структуры слитков алюминиевых сплавов вплоть до формирования недендритной структуры в процессе непрерывного литья за счет внепечного комплексного модифицирования расплава // Технология легких сплавов. - 2011. - №1. - С.12-21) Прототип.

Способ обеспечивает получение слитков алюминиевых сплавов с недендритной или со смешанной зеренной структуры и при этом химический состав отливаемых марочных сплавов остается в пределах требований технических требований или стандартов. Содержание в сплаве Ti или Zr, вводимых вместе с лигатурным прутком, увеличивается только на 0,01-0,02% каждого, что допускается нормативной документацией.

Недостатком этого способа является его нестабильность: не всегда удается достичь предельного измельчения зеренной структуры слитков и получить слитки с недендритной структурой. Во многих случаях формируется смешанная структура (дендритная + недендритная).

Предлагается способ получения слитков из алюминиевых сплавов с недендритной структурой, включающий введение в расплав алюминиевого сплава модифицирующей добавки и кристаллизацию расплава, отличающийся тем, что в качестве модифицирующей добавки используют лигатуру Al-Sc-Zr, содержащую 0,002-0,02% Sc и 0,002-0,02 Zr которую вводят в расплав в виде прутка перед кристаллизацией.

Предлагаемый способ получения слитков из алюминиевых сплавов с недендритной структурой отличается от известного тем, что в качестве модифицирующей добавки используют лигатуру Al-Sc-Zr, содержащую 0,002-0,02% Sc и 0,002-0,02 Zr которую вводят в расплав в виде прутка перед кристаллизацией.

Эффективность модифицирующего действия лигатурного прутка Al-Sc-Zr объясняется тем, что из лигатурного прутка в расплав перед его кристаллизацией вводятся мелкие частицы-зародыши Al₃ (Sc, Zr), которые благодаря практически полному размерно-структурному соответствию кристаллических решеток частиц Al₃ (Sc, Zr) хорошо смачиваются алюминиевым расплавом, что усиливает их затравочное действие. Поэтому частицы Al₃ (Sc, Zr) являются самыми эффективными, из всех известных, зародышами кристаллизации алюминиевых зерен и пока единственными, способными формировать в отливаемых слитках недендритную структуру. Поэтому введение в расплав с помощью лигатурного прутка Al-Sc-Zr всего лишь по 0,002-0,02% Sc и Zr достаточно, чтобы обеспечить формирование в слитках недендритной зеренной структуры.

Технический результат - это повышение сопротивляемости образованию горячих и холодных трещин в слитках алюминиевых сплавов, рост технологической пластичности слитков при обработке давлением и увеличение служебных характеристик получаемых из них полуфабрикатов.

Пример.

Методом непрерывного литья были отлиты слитки диаметром 126 мм из стандартных промышленных сплавов 1960 (Al-Zn-Mg-Cu), Д16 (Al-Cu-Mg) и АД31 (Al-Mg-Si). Масса каждой плавки составляла около 100 кг.

Половину плавки каждого сплава отливали с использованием известного способа и вторую половину плавки отливали с использованием предлагаемого способа.

После литья слитки были отожжены по режиму 350°C, 2 ч, затем порезаны на образцы для исследования структуры слитков. В таблице 1 представлены результаты изучения структуры слитков с помощью оптического микроскопа.

Таблица 1
Тип структуры слитков, отлитых с использованием известного и предлагаемого способов.
Марка сплава	1960	Д16	АД31
Известный способ	Предельно измельченная, недендритная	Смешанная (дендритная + недендритная)	Дендритная
Предлагаемый способ	Предельно измельченная, недендритная	Предельно измельченная, недендритная	Предельно измельченная, недендритная

Рассмотрение таблицы 1 показывает, что известный способ обеспечил получение слитков с недендритной структурой из сплава 1960, а при литье слитков сплава Д16 сформировалась смешанная структура - дендритная и недендритная. В случае сплава АД31 слитки имели обычную дендритную структуру. Использование предлагаемого способа обусловливает получение слитков с недендритной структурой из всех сплавов.

В таблице 2 представлены параметры зеренной структуры отлитых слитков с использованием известного и предлагаемого способов.

Таблица 2
Параметры зеренной структуры слитков сплавов 1960, Д16, АД31, отлитых с использованием известного и предлагаемого способов
Марка сплава	1960	Д16	АД31
Параметры	Размер зерна	Дендритный параметр	Размер зерна	Дендритный параметр	Размер зерна	Дендритный параметр
Известный способ	75	75	124	75	260	75
Предлагаемый способ	75	75	75	75	75	75

Анализ таблицы 2 показывает, что предлагаемый способ обеспечивает надежное стабильное получение слитков с недендритной структурой из всех сплавов.

Способ получения слитков из алюминиевых сплавов с недендритной структурой, включающий введение в расплав алюминиевого сплава модифицирующей добавки и кристаллизацию расплава, отличающийся тем, что в качестве модифицирующей добавки используют лигатуру Al-Sc-Zr, содержащую 0,002-0,02% Sc и 0,002-0,02% Zr, которую вводят в расплав в виде прутка перед кристаллизацией.

Изобретение относится к производству алюминиевых сплавов, в частности алюминиевых сплавов, содержащих обладающий высокой реакционной способностью магний. При приготовлении алюминиевого сплава, содержащего Mg, к расплаву сплава добавляют Са, Sr и Ва в таком количестве, чтобы содержание кальция составляло 0,001-0,5 мас.%, а их соотношение находилось в пределах, заключенных между линиями, соединяющими пять точек на фиг.1: точку Е (Са: 28 ат.%, Sr: 0 ат.%, Ва: 72 ат.%), точку F (Са: 26 ат.%, Sr: 30 ат.%, Ва: 44 ат.%), точку G (Са: 54 ат.%, Sr: 46 ат.%, Ва: 0 ат.%), точку Н (Са: 94 ат.%, Sr: 6 ат.%, Ва: 0 ат.%), точку I (Са: 78 ат.%, Sr: 0 ат.%, Ва: 22 ат.%), при исключении соотношений на образованных между указанными точками линиях.

Способ получения высокопористого ячеистого материала // 2497631

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению высокопористых ячеистых материалов на основе жаростойкого сплава. Может применяться для получения фильтров, носителей катализаторов, шумопоглотителей, теплообменников в энергетике, машиностроении и химической промышленности.

Способ получения борсодержащего композиционного материала на основе алюминия // 2496899

Изобретение относится к области металлургии, в частности к борсодержащим алюмоматричным композиционным материалам, и может быть использовано при получении изделий, к которым предъявляются требования низкого удельного веса в сочетании с высоким уровнем поглощения при нейтронном излучении.

Способ получения высокоплотного порошкового фосфорсодержащего материала на основе железа // 2494836

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способам получения изделий на основе железного порошка, и может быть использовано при изготовлении средне- и тяжелонагруженных конструкционных деталей, испытывающих динамические и истирающие нагрузки.

Cпособ получения жаростойкого высокопористого проницаемого сплава // 2493934

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению жаростойких высокопористых проницаемых ячеистых сплавов. Может использоваться для получения блочных высокотемпературных носителей катализаторов, высокотемпературных фильтров газов и расплавов.

Способ получения наноразмерных порошков алюминий-кремниевых сплавов // 2493281

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано для производства сплавов на основе алюминия, например, силуминов, применяемых в авиастроении, ракетной технике, машиностроении и других отраслях промышленности.

Литой композиционный сплав и способ его получения // 2492261

Изобретение относится к металлургии, в частности к получению литых композиционных сплавов для отливок ответственного назначения. .

Способ формирования пеноалюминия // 2492257

Изобретение относится к металлургии, в частности к получению изделий и полуфабрикатов из пеноалюминия. .

Наноструктурный композиционный материал на основе чистого титана и способ его получения // 2492256

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к дисперсно-упрочненным композиционным материалам. .

Механическая деталь, содержащая вставку из композитного материала // 2490355

Изобретение относится к механическим деталям удлиненной формы, предназначенным для передачи, в основном, однонаправленного усилия растяжения и/или сжатия и может быть использовано в области самолетостроения, в частности для изготовления деталей устройств для приземления и турбореактивных двигателей.

Способ получения композиционного материала из металлических порошков с заданным физико-механическим свойством // 2499066

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к подбору состава материала при производстве изделий из порошковых металлических композиционных материалов с заданным физико-механическим свойством. Подбор компонентов осуществляют с использованием следующей зависимости: C к о м = ∑ i = 1 k C i ⋅ ρ i ¯ n i ⋅ K i , где Ском - заданное свойство композиционного материала; Сi - то же свойство i-го металлического порошка; ρ ¯ i - относительная плотность i-го металлического порошка; ni - показатель пористости частиц i-го металлического порошка; Ki - концентрация i-го металлического порошка; i - номер металлического порошка (i=1…k). Относительную плотность определяют из условия равенства контактных усилий: σ т 1 ⋅ ρ 1 ¯ n 1 ⋅ F = σ т 2 ⋅ ρ 2 ¯ n 2 ⋅ F ; σ т 1 ⋅ ρ 1 ¯ n 1 ⋅ F = σ т 3 ⋅ ρ 3 ¯ n 3 ⋅ F ; σ т 1 ⋅ ρ 1 ¯ n 1 ⋅ F = σ т k ⋅ ρ k ¯ n k ⋅ F , где σ T 1 … k - сопротивление пластической деформации металлических порошков; F - площадь контакта соприкосновения частиц металлических порошков и уравнения плотности композита: ρ ¯ к о м = ∑ i = 1 k ρ ¯ i ⋅ K i , где ρ ¯ к о м - заданная относительная плотность композиционного материала. Обеспечивается повышение точности определения заданных физико-механических свойств композитов. 2 пр.

Способ получения композиционного материала на основе сплава алюминий-магний с содержанием нанодисперсного оксида циркония // 2499849

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению композиционных материалов, упрочненных нанодисперсными частицами. Упрочняющие нанодисперсные частицы оксида циркония вводят в расплав на основе сплава алюминий-магний. Расплав кристаллизуют в поле центрифуги с коэффициентом гравитации 150-200 g и времени жизни расплава 8-10 сек/кг. Обеспечивается получение градиентного материала с пространственно неоднородной структурой и высокими свойствами. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 пр.

Способ модифицирования чугуна с шаровидным графитом // 2500824

Изобретение относится к металлургии и литейному производству, в частности к модифицированию легированного чугуна с шаровидным графитом, который используют в качестве быстроизнашивающихся деталей, например, мелющих элементов рудо- и углеразмольных мельниц. Способ включает засыпку на зеркало расплава чугуна покровного материала в виде порошка флюсперлита «Барьер-200» и введение в расплав чугуна твердого модификатора в виде твердой церий-магний-никелевой присадки, причем перед введением твердого модификатора на зеркало расплава засыпают первый слой покровного материала и выдерживают его до образования плотного вязкого слоя, затем на первый слой засыпают второй слой покровного материала и вводят в расплав твердый модификатор с последующей засыпкой места ввода горячим покровным материалом, при этом твердый модификатор перед введением в расплав чугуна выдерживают в воде. Изобретение позволяет повысить эффективность действия защитного покрова, что позволит увеличить массу расплава модифицируемого чугуна, ограничить взаимодействие твердого модификатора с жидким чугуном на воздухе, а также уменьшить угар магния и церия. 4 з.п. ф-лы, 1 табл.

Способы производства нефтепромысловых разлагаемых сплавов и соответствующих продуктов // 2501873

Изобретение относится к области производства новых разлагаемых металлических материалов, таких как разлагаемые сплавы на основе алюминия, и к способам получения продуктов из разлагаемых в среде ствола нефтепромысловой скважины алюминиевых сплавов, применимых на нефтепромыслах при разведке, добыче и испытаниях нефтяных месторождений. Способ получения разлагаемого алюминиевого сплава включает введение в расплав алюминия или алюминиевого сплава одного или более легирующих элементов, выбранных из группы, включающей галлий (Ga), ртуть (Hg), индий (In), висмут (Bi), олово (Sn), сурьму (Sb), таллий (Tl), магний (Mg) и цинк (Zn), при этом один или более из легирующих элементов вводят в виде твердых предварительно отформованных добавок и растворение легирующих элементов в расплаве алюминия или алюминиевого сплава с образованием разлагаемого алюминиевого сплава. Если один или более легирующих элементов является жидким при температуре окружающей среды, то комбинируют эти один или более легирующих элементов с неметаллическим или металлическим носителем. Неметаллический носитель выполнен из пластиковых, керамических или огнеупорных материалов, а металлический носитель выбран из группы, состоящей из лития, магния, никеля и цинка. Обеспечивается получение разлагаемого алюминиевого сплава и деталей из него, обладающих сбалансированной комбинацией свойств, а именно скоростью разложения, прочностью, ударной вязкостью и плотностью. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 1 табл., 10 ил.

Состав для модифицирования и рафинирования железоуглеродистых и цветных сплавов (варианты) // 2502808

Изобретение относится к металлургии, в частности к внепечной обработке расплавов стали, чугуна и цветных металлов. Состав включает материал, содержащий карбонаты кальция, бария и стронция, при этом он содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: СаО 16,0-40,0, ВаО 10,0-24,0, SrO 2,5-11,5, СО2 18,0-30,0, SiO2 2,0-15,0. Дополнительно в состав можно вводить углеродсодержащий материал или металлический алюминий в количестве 2-35 мас.%, или титансодержащий материал в количестве 0,01-35 мас.%, или редкоземельные металлы в количестве 2-49,5 мас.%. Изобретение позволяет повысить рафинирующие и модифицирующие свойства состава за счет оптимизации химического состава и добавки в состав новых элементов. 5 н.п. ф-лы, 4 пр., 5 табл.

Спеченный материал для сильноточного скользящего электроконтакта // 2506334

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к порошковым антифрикционным материалам для сильноточных скользящих контактов. Может использоваться для изготовления токосъемных щеток, например, униполярных генераторов или токосъемных башмаков, контактирующих с рельсом туннельной железной дороги. Материал сильноточного скользящего электроконтакта, работающего в паре со стальным контртелом с контактной плотностью тока более 100 А/см2 содержит, мас.%: медь 24-57; графит 2-3; железо - остальное. Обеспечивается высокая электропроводность контакта и низкая интенсивность изнашивания при скольжении. 1 табл., 1 пр.

Способ получения порошков сплавов на основе титана, циркония и гафния, легированных элементами ni, cu, ta, w, re, os и ir // 2507034

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению порошка сплава на основе элементов 4 группы периодической таблицы. Может использоваться в пироиндустрии при получении запальных устройств, в качестве газопоглотителей в вакуумных трубках, в лампах, в вакуумной аппаратуре и в установках для очистки газов. Оксид базисного элемента, выбранного из Ti, Zr и Hf, смешивают с легирующим металлическим порошком, выбранным из Ni, Сu, Та, W, Re, Os или Ir, и с порошком восстановителя. Полученную смесь нагревают в печи в атмосфере аргона до начала реакции восстановления. Реакционный продукт выщелачивают, промывают и сушат. Оксид базисного элемента имеет средний размер частиц от 0,5 до 20 мкм, удельную поверхность по БЭТ от 0,5 до 20 м2/г и минимальное содержание оксида 94 вес.%. Обеспечивается получение порошка с воспроизводимыми временем горения, удельной поверхностью, распределением частиц по размерам и временем горения. 22 з.п. ф-лы, 5 пр.

Способ модифицирования сплавов на основе золота // 2507284

Изобретение относится к области металлургии, а именно к модифицированию сплавов на основе золота, предназначенных для изготовления ювелирных изделий. Для повышения измельчения структуры сплавов золота при их модифицировании вводят рутений в расплав перед кристаллизацией сплава в виде лигатуры серебро-рутений. Лигатуру получают осаждением рутения из электролита гальваническим способом на серебро с содержанием рутения 0,001-0,01 масс.%. 1 ил., 1 табл.

Способ получения лигатуры алюминий-скандий // 2507291

Изобретение относится к области металлургии цветных металлов, в частности к получению сплавов алюминия с редкоземельными металлами. Способ получения лигатуры алюминий-скандий включает расплавление алюминия, алюминотермическое восстановление скандия из исходной шихты, содержащей фторид скандия, хлорид калия и фторид натрия под покровным флюсом и последующую выдержку полученного расплава. Перед алюминотермическим восстановлением исходную шихту помещают в тигель и предварительно нагревают до температуры 790ºС, а затем вводят в расплавленный алюминий и осуществляют алюминотермическое восстановление при температуре не менее 830ºС. После выдержки расплава производят отдельно разливку солевого и металлического расплава. Используют исходную шихту, содержащую компоненты в следующем соотношении, мас.%: фторид скандия - 40-45; хлорид калия - 40-45; фторид натрия - остальное. Предварительный нагрев исходной шихты может быть проведен в графитовом тигле, предварительно пропитанном криолитом, или тигле из стеклоуглерода. Обеспечивается улучшение технологических характеристик шихты, сокращается оборот солей, увеличивается выход скандия в расплав алюминия. 1 з.п. ф-лы, 3 пр.

Способ получения высокопористого ячеистого материала // 2508962

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам получения высокопористых ячеистых материалов (ВПЯМ). Может использоваться для изготовления фильтров, шумопоглотителей, носителей катализаторов, теплообменных систем, конструкционных материалов, работающих в условиях высоких температур, может найти применение в энергетике, машиностроительной, химической и других отраслях промышленности. Готовят суспензию смеси порошков, наносят суспензию на пористый полимерный материал, удаляют органические вещества путем нагрева и спекают заготовку. После этого заготовку подвергают силовому воздействию в области упругости материала с доведением деформирования заготовки до начала области текучести материала, после чего заготовку освобождают от силового воздействия. Обеспечивается повышение прочности и долговечности материала при его использовании в различных устройствах. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.