Способ модифицирования алюминия и алюминиево-кремниевых сплавов (силуминов) углеродом

Авторы патента:

C22C21/04 - модифицированные алюминиево-кремниевые сплавы

C22C1/06 - Сплавы (кремни C06C 15/00; обработка сплавов C21D, C22F)

Владельцы патента RU 2538850:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П.А. Соловьева" (RU)

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при приготовлении литых алюминия, доэвтектических, эвтектических и заэвтектических алюминиево-кремниевых сплавов (силуминов). Способ включает модифицирование расплава углеродом в количестве 0,05-0,5% от массы шихты при температуре 740-800°C, углерод вводится в несвязанном виде в наноструктурном состоянии или аморфном состоянии. Технический результат заключается в повышении механических и эксплуатационных характеристик отливок за счет уменьшения размеров дендритов алюминия и всех составляющих структур алюминиево-кремниевого сплава: α-твердого раствора, эвтектики и первичных кристаллов кремния. 2 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при приготовлении литых доэвтектических, эвтектических и заэвтектических алюминиево-кремниевых сплавов (силуминов), применяемых для получения отливок с целью повышения их качества.

Известен способ модифицирования алюминиевых сплавов (патент №: 2210611, C22C 1/03, 20.08.2003), включающий введение в поток расплава легирующих добавок Al-Ti-B, Al-Ti-C. Поток расплава на пути в кристаллизатор подвергают ультразвуковой обработке в режиме развитой кавитации, а легирующие добавки вводят в поток расплава в зоне ультразвуковой обработки расплава. Легирующие добавки вводят в поток расплава в виде лигатурного прутка. Расплав в зоне ультразвуковой обработки дополнительно перемешивают, в частности, наложением электромагнитного поля. Модифицирующий эффект связан с образованием в расплаве тугоплавких частиц (интерметаллидов, боридов, карбидов), служащих центрами кристаллизации, как правило, только α-твердого раствора.

Недостатками метода являются: необходимость получения лигатур, которые могут характеризоваться различной дисперсностью и формой (блочной, пластинчатой, игольчатой) структуры интерметаллидов, обусловленной разной интенсивностью затвердевания, что снижает эффект модифицирования. Модифицирующий эффект применения указанных лигатур относится только к α-твердому раствору, не оказывая значительного воздействия на первичные кристаллы Si; область применения ограничена только доэвтектическими силуминами.

Известен способ модифицирования (патент РФ №2439166, МПК C21C 1/00, 10.01.2012) металлов ультрадисперсным порошком (УДП) в виде смеси, содержащей карбидоподобную фазу FeAlC_n, оксид алюминия Al₂O₃ и гидрооксид алюминия Al(OH)₃ с размером частиц 10²-10³ нм, измельчают смесь в постоянном магнитном поле напряженностью 0,1-0,5 Тс и вводят полученный порошок в расплав. Способ заключается в том, что модифицирование чугуна и силумина ультрадисперсным порошком, содержащим оксид алюминия Al₂O₃ проводят путем подготовки ультрадисперсного порошка, в виде смеси, дополнительно содержащей карбидоподобную фазу FeAlC_n и гидрооксид алюминия Al(OH)₃, с размером частиц 10²-10³ нм, при этом измельчение смеси производят в постоянном магнитном поле напряженностью 0,1-0,5 Тс, преимущественно 0,2-0,3 Тс, и вводят полученный порошок в расплав металла. Ультрадисперсный порошок, полученный из сплава в виде фаз Al₂O₃, Al₃C₄ и FeAlC_n, перед введением в расплав подвергают механическому воздействию и пропусканию через вальцы грохота с регулируемой щелью и индуктивную катушку, которая позволяла достичь напряженности магнитного поля ≈0,3 Тс, а затем смешивают со струей жидкого металла при заливке в форму.

Недостатками метода являются технологическая усложненность метода получения модификатора, требующего обязательного наложения магнитного поля; возможность загрязнения сплава оксидными включениями. Модифицирующий эффект относится только к α-твердому раствору, не оказывая значительного воздействия на первичные кристаллы Si; область применения ограничена только доэвтектическими силуминами.

Известен способ модифицирования алюминия и алюминиевых сплавов смесью, содержащей углерод в виде углекислого кальция и магния (патент №: 2136773, МПК C22C 1/06, 10.09.1999). Способ заключается в обработке расплава алюминия или Al-Si-сплавов смесью, содержащей углекислый кальций, при этом смесь дополнительно содержит углекислый магний, причем соотношение углекислого кальция и углекислого магния в смеси по массе равное, смесь вводят в расплав в количестве 1-7% по массе и обработку расплава ведут в течение 3-15 мин. Изобретение обеспечивает повышение технологических и физических свойств алюминия и его сплавов.

Недостатками метода являются проявление эффекта модифицирования только для эвтектики Al-Si-сплавов, что ограничивает область применения данного модификатора эвтектическими силуминами; увеличение загрязненности сплава оксидами.

Наиболее близким способом к заявляемому является способ приготовления магниевого сплава для фасонного литья (патент №2184789, МПК C22C 1/02, д.п. 10.07.2002), который включает плавление металлической шихты, легирование, рафинирование сплава от примесей железа и кремния посредством введения в жидкий сплав циркония или титана в количестве 0,006-0,08% от веса шихты при температуре 740-760°C и модифицирование сплава при этих температурах углеродосодержащими веществами, магнезитом или гексахлорэтаном, вводимыми в расплав в количествах более 0,4% от веса шихты (магнезита) и более 0,1% от веса шихты (гексахлорэтана), обеспечивается повышение чистоты сплава, его коррозионной стойкости, улучшение механических свойств. При продувке сплава гексахлорэтаном, последний разлагается на свободный углерод и хлор. Углерод взаимодействует с алюминием, образуя карбид, который служит центром кристаллизации.

Недостатки способа - неэкологичность процесса модифицирования; кратковременность действия эффекта модифицирования.

Наиболее близким способом к заявленному является способ модифицирования алюминия и алюминиевых сплавов смесью, содержащей углерод в виде углекислого кальция и магния (патент РФ №2137663, МПК С22С1/06, 10.09.1999). Способ заключается в обработке расплава алюминия или Al-Si-сплавов смесью, содержащей углекислый кальций, при этом смесь дополнительно содержит углекислый магний, причем соотношение углекислого кальция и углекислого магния в смеси по массе равное, смесь вводят в расплав в количестве 1-7% по массе и обработку расплава ведут в течение 3-15 мин. Изобретение обеспечивает повышение технологических и физических свойств алюминия и его сплавов.

Недостатками метода являются проявление эффекта модифицирования только эвтектики Al-Si-сплавов, что ограничивает область применения данного модификатора эвтектическими силуминами; увеличение загрязненности сплава оксидами.

Задача, на решение которой направленно заявленное изобретение, заключается в создании высокоэффективного и экологичного модификатора для алюминия и всей группы алюминиево-кремниевых сплавов (силуминов) с целью повышения механических и эксплуатационных характеристик отливок, изготавливаемых из этих сплавов, за счет уменьшения размеров дендритов алюминия, α-твердого раствора, эвтектики и первичных кристаллов кремния.

Технический результат выражается в уменьшении размеров дендритов алюминия и всех составляющих структур алюминиево-кремниевого сплава: α-твердого раствора, эвтектики и первичных кристаллов кремния. Эффект модифицирования наблюдается для чистого алюминия, доэвтектического, эвтектического и заэвтектического составов алюминиево-кремниевых сплавов (силуминов).

Технический результат достигается тем, что в способе модифицирования углеродом расплавов алюминия и сплавов на его основе, содержащих кремний расплав модифицируют при температуре 740-800°C, а углерод вводят в несвязанном виде в количестве 0,05-0,5% от массы шихты, при этом углерод вводят в несвязанном виде в наноструктурном состоянии, углерод вводят в несвязанном виде в аморфном состоянии.

Сущность способа заключается в том, что после расплавления алюминия или алюминиево-кремниевого сплавов расплав доводят до температуры модифицирования T=740-800°C. Углерод в количестве 0,05-0,5% от массы шихты заворачивают в алюминиевую фольгу в виде гильзы. При температуре модифицирования вводят углерод в алюминиевой гильзе при помощи колокольчика. Перемешивают расплав и выдерживают. После выдержки производят заливку обработанного расплава в форму.

Введение углерода в несвязанном состоянии с другими химическими элементами приводит к изменению механизмов кристаллизации расплава, сопровождающиеся изменением поверхностного натяжения и химическими реакциями образования карбидов внутри расплава. Введенный наноуглерод, устойчиво существующий до температур T=1200°C, может также служить дополнительными центрами кристаллизации. В результате введения несвязанного углерода наблюдается модифицирующий эффект как на чистом алюминии, так и на всех группах алюминиево-кремниевых сплавов (силуминов).

1. Способ модифицирования углеродом алюминия и сплавов на его основе, содержащих кремний, отличающийся тем, что расплав модифицируют при температуре 740-800°C, а углерод вводят в несвязанном виде в количестве 0,05-0,5% от массы шихты.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что углерод вводят в несвязанном виде в наноструктурном состоянии.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что углерод вводят в несвязанном виде в аморфном состоянии.

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

Многослойная труба с трубой-сердцевиной из алюминиевого сплава // 2538540

Изобретение относится к многослойной трубе и ее применению. Многослойная труба включает металлическую трубу с внутренней поверхностью и внешней поверхностью, первый полимерный слой, связанный с внешней поверхностью, и, предпочтительно, второй полимерный слой, связанный с внутренней поверхностью, и при этом металлическая труба изготовлена из алюминиевого сплава, содержащего, вес.%: Si от 1,5 до 2,45, Fe от 0,5 до 1,2, Mn от 0,5 до 1,2, Cu от 0,3 до 1, Mg от 0,04 до 0,3, Ti<0,25, Zn<1,2 и другие примеси или случайные элементы <0,05 каждого, включая Cr<0,05 и Zr<0,05, всего <0,25, а остальное - алюминий.

Способ получения пвсевдолигатуры для алюминиевых сплавов // 2533245

Изобретение относится к литейному и металлургическому производству, в частности к получению псевдолигатуры для модифицирования алюминиевых сплавов. Способ включает смешивание в планетарной мельнице полученного по технологии самораспространяющегося высокотемпературного синтеза ультрадисперсного порошка карбида титана, содержащего соли хлорида калия и натрия, с порошком основы, содержащим алюминий и медь, в соотношении 9:1, и прессование полученной композиции.

Антифрикционный сплав на основе алюминия // 2504595

Изобретение относится к металлургии литейных сплавов, в частности к антифрикционным сплавам на основе алюминия, работающим в условиях трения скольжения. Антифрикционный сплав на основе алюминия содержит основные компоненты в следующем соотношении, мас.%: кремний - 12-15, медь - 3-5, алюминий - остальное, и имеет структуру, содержащую кристаллы эвтектического кремния глобулярной формы размером от 2 до 8 мкм.

Комплексный модификатор для заэвтектических силуминов // 2492259

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано для получения изделий литьем, в частности к модифицированию заэвтектических силуминов.

Литейный сплав на основе алюминия // 2490351

Изобретение относится к металлургии литейных сплавов на основе алюминия и может быть использовано при изготовлении конструкционных материалов для машиностроения и электрической промышленности.

Способ внепечного модифицирования алюминиевых сплавов // 2486269

Изобретение относится к области металлургии легких сплавов и может быть использовано для получения слитков из алюминиевых сплавов повышенного качества при изготовлении изделий атомной, авиакосмической и автомобильной промышленности.

Ультрамелкозернистые алюминиевые сплавы для электротехнических изделий и способы их получения (варианты) // 2478136

Изобретение относится к области получения алюминиевых сплавов и может быть использовано для изготовления изделий электротехнического назначения. .

Способ получения модификатора для доэвтектических алюминиево-кремниевых сплавов // 2475334

Изобретение относится к литейному производству, в частности к модифицированию литейных алюминиево-кремниевых сплавов доэвтектического состава. .

Жаропрочный алюминиевый сплав // 2458171

Изобретение относится к алюминиевому литейному сплаву, который может быть использован для изготовления литых деталей, подвергающихся термическим и механическим напряжениям, получаемых методами литья под давлением, фасонного литья или литья в песчаные формы.

Способ получения листов из бор-содержащего алюмоматричного композиционного материала // 2538789

Способ изготовления изделий из порошков соединений ряда карбидов и связующая композиция для осуществления способа // 2538743

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к изготовлению изделий из порошков твердых сплавов на основе карбидов. Смешивают временное связующее, содержащее двухкомпонентный диспергатор и двухкомпонентную смазочную добавку в весовом соотношении от 1:3,6 до 1:13,1, и порошкообразную смесь неорганических порошков, содержащую порошки карбидов и постоянного связующего.

Литейный композиционный материал на основе алюминия и его сплавов // 2538247

Изобретение относится к области металлургии, а именно к литейным композиционным материалам (ЛКМ) на основе алюминия и его сплавов, и может применяться для изготовления деталей с повышенной жаропрочностью, твердостью и износостойкостью.

Способ получения литейного композиционного материала на основе алюминия и его сплавов // 2538246

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам получения литейных композиционных материалов (ЛКМ) на основе алюминия и его сплавов. Способ получения литейного композиционного материала, содержащего матрицу из алюминия или сплава на его основе, и дисперсные интерметаллидные частицы TiAl3, включает образование в расплаве алюминия интерметаллидных частиц TiAl3 путем введения в расплав при температуре 700-800°С измельченной титановой губки с размером фракций не более 5 мм, причем измельченная титановая губка вводится в расплав алюминия в таком количестве, чтобы содержание образованных частиц TiAl3 не превышало 35 об.%.

Композиционный материал на основе алюминиевого сплава с армирующими волокнами // 2538245

Изобретение относится к металлургии, а именно к получению литейного композиционного материала (ЛКМ) на основе алюминиевого сплава, упрочненного короткими волокнами, и может использоваться в качестве конструкционных материалов при создании конструкций и оборудования авиационных средств.

Способ электрохимического получения алюминий-титановой лигатуры для коррозионностойких алюминиевых сплавов // 2537676

Изобретение относится к электрохимическому получению лигатурных алюминий-титановых сплавов и может быть использовано для получения коррозионно-стойких алюминиевых сплавов.

Способ получения порошка сплава серебро-кадмий для изготовления контактов // 2536850

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению порошка сплава серебро-кадмий для изготовления контактов. Раствор нитратов серебра и кадмия обрабатывают раствором гидроксида натрия, выдерживают пульпу и отделяют осадок смеси AgOH и Cd(OH)2 от маточного раствора.

Способ производства композиционного материала с металлической матрицей // 2536847

Изобретение относится к производству композиционного материала. Композиционный материал содержит металлический компонент металлической матрицы (201, 211) и расположенный в металлической матрице (201, 211) армирующий компонент (202) и дополнительный армирующий компонент.

Способ получения прутков и способ получения тонкой проволоки из сплава системы никель-титан с эффектом памяти формы // 2536614

Группа изобретений относится к технике производства тонких прутков и проволоки, обладающих эффектом «памяти» формы и сверхупругостью из сплавов системы никель-титан с эффектом «памяти» формы, используемых в авиации, радиоэлектронике, медицине, космической технике, машиностроении и других областях техники.

Высокотемпературный антифрикционный материал // 2535419

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к высокотемпературным антифрикционным материалам. Может использоваться в высокотемпературных зонах промышленного оборудования, в частности на АЭС.

Способ получения многослойного композита на основе меди и алюминия с использованием комбинированной механической обработки // 2539496

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для получения многослойных композитов на основе системы Cu-Al, а также прекурсоров для синтеза наноструктурных интерметаллических соединений данной системы. Способ получения многослойного композита на основе меди и алюминия включает механическую обработку смеси металлических порошков в шаровой мельнице в инертной атмосфере и последующее компактирование кручением под квазигидростатическим давлением на наковальнях Бриджмена. В качестве исходных материалов используют смесь порошков меди и алюминия чистотой не менее 98% с долей алюминия от 5 до 50 мас.%, обработку порошков проводят в планетарной шаровой мельнице при ускорении шаров от 100 до 600 м/с2 продолжительностью от 0,5 до 10 минут. Компактирование осуществляют при температуре от 10 до 100°C, давлении от 2 до 10 ГПа и относительном повороте наковален при кручении до достижения сдвиговой деформации γ≥100. Материал характеризуется увеличенной площадью межфазных границ, что повышает его твердость. 3 ил., 1 пр.