Способ получения лигатуры алюминий-фосфор



Способ получения лигатуры алюминий-фосфор
Способ получения лигатуры алюминий-фосфор

 


Владельцы патента RU 2539886:

Махов Сергей Владимирович (RU)

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано для получения сплавов на основе алюминия. Способ включает получения лигатуры алюминий-фосфор в виде таблеток состава, мас.%: фосфор 1,5-3,5, железо 6,0-16, алюминий остальное. При этом осуществляют перемешивание алюминиевых гранул и порошка феррофосфора в шаровой мельнице со скоростью вращения 60-250 об /мин в течение 1-7 часов и холодное прессование компонентов смеси. Таблетки получают диаметром 20-100 мм прессованием с усилием 100-5000 кг при свободной насыпке смеси на гидравлическом прессе. Изобретение позволяет уменьшить средний размер частиц в лигатуре до 1,5-2,5 мкм, формировать вторые фазы и равномерно их распределять по объему формуемой таблетки. 5 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл., 3 пр.

 

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано для получения сплавов на основе алюминия.

Для изготовления отливок с повышенной твердостью и прочностью, сохраняющих постоянство размеров в процессе эксплуатации и имеющих высокую чистоту обработанной поверхности, используют сплавы на основе системы Al-Si-Cu. Эти сплавы имеют многофазную структуру, обусловливающую высокую склонность их к горячим трещинам. Основными структурными составляющими сплавов являются первичные кристаллы твердого раствора αAl двойная эвтектика αAl+Si, тройная эвтектика αAl+Si+CuAl2, а в сплавах с магнием выделяется четверная эвтектика αAl+Si+CuAl2+Mg2Si. При кристаллизации кремний выделяется в виде хорошо ограненных крупных частиц, которые обладают высокой твердостью и хрупкостью, затрудняя механическую обработку отливок и являясь причиной полной потери ими пластичности. Для придания изделиям из сплава заданных свойств сплавы подвергают модифицированию - измельчению макрозерна, первично кристаллизующихся фаз и фаз, входящих в эвтектики, а также изменению формы выделения хрупких фаз, алюминиевые сплавы подвергают модифицированию, в частности, фосфором.

Фосфор в алюминиевые сплавы вводят в виде смеси, содержащей, например, фосфат алюминия, хлористый калий, гексахлорэтан и серу (патент РФ №2287604, C22F 1/04, 20.11.2006), или в виде лигатур Cu-Р, получаемых, например, загрузкой в печь шихты, состоящей из смеси оксидных кальций - фосфорсодержащих материалов, восстановителя и меди, плавление при заданной температуре и выпуск продуктов плавки из печи, при этом в качестве восстановителя используют металлический кремний, а компоненты шихты, взятые в количестве, обеспечивающем отношение P2O5:Si:Cu в пределах 1:(0,4-1,0):(2,5-5,0), плавят при 1623-1823K и раздельным сливом отделяют шлак от лигатуры (патент РФ №2171310, C22C 35/00, C22C 9/00, 27.07.2001).

Известен также способ получения лигатуры алюминий-фосфор для модифицирования силуминов, включающий перемешивание с получением однородной смеси частиц феррофосфора и металлического алюминия и прессование ее в формы (Авторское свидетельство СССР №1793742, C22C 1/06, 30.03.1994).

К недостаткам известного способа следует отнести высокую крупность частиц в лигатуре и, соответственно, неравномерное их распределение, что снижает модифицирующую способность лигатуры и приводит к образованию с компонентами сплава тройной промежуточной фазы β (AlFeSi), кристаллизующейся в форме грубых иглообразных выделений, резко снижающих пластичные свойства сплавов.

Задачей изобретения является повышение модифицирующих свойств лигатуры, получение сплавов на основе алюминия с заданными свойствами при меньших производственных затратах и при повышении экологических характеристик процесса. Техническим результатом является уменьшение среднего размера частиц в лигатуре до 1,5-2,5 мкм, формирование вторых фаз и равномерное их распределение по объему формуемой таблетки.

Технический результат достигается за счет того, что в способе получения лигатуры алюминий-фосфор, включающем перемешивание алюминиевых гранул и порошка феррофосфора и прессование смеси, перемешивание компонентов осуществляют в шаровой мельнице, и осуществляют холодное прессование смеси с получением таблеток состава, мас.%:

Фосфор 1,5-3,5
Железо 6,0-16,0
Алюминий остальное

Перемешивание компонентов лигатуры в шаровой мельнице не только измельчает частицы до необходимого размера, позволяющего равномерно распределить частицы по объему таблеток, но и сформировать в микроструктуре помимо алюминиевого твердого раствора фазы Al3Fe, Fe2P и FeAlP, которые подавляют образование β-фазы и сами имеют компактную форму. Холодное прессование предотвращает перекристаллизацию лигатуры, а состав ее является оптимальным для получения, в частности, алюминиевых сплавов марок AK6M2, AK12M2, A390 и многих других. Плотность лигатуры выше плотности жидкого алюминия и составляет 2,7-3,2 г/см3.

Содержащееся в лигатуре соединение Fe2P имеет параметры кристаллической решетки (а=0,5864 нм), близкие к параметрам решетки кремния (а=0,5431 нм). При введении этой лигатуры в расплав в нем появляются дополнительные центры кристаллизации первичного кремния в виде готовых частиц Fe2P, измельчающих структуру.

Несмотря на то что феррофосфор вносит дополнительное количество железа, являющегося вредной примесью для алюминиевых сплавов, микроструктурный анализ образцов показал, что после обработки алюминиевого сплава заявленной лигатурой образуются интерметаллиды железа с алюминием и кремнием в виде иголок, однако размеры иголок этой фазы в структуре образца соизмеримы с размером иголок эвтектического кремния и даже короче их, а доля включений железистой фазы по отношению к площади шлифа незначительна. Кроме того, заявленная лигатура используется для получения сложнолегированных алюминиевых сплавов, в состав которых входят марганец, никель, хром, которые изменяют морфологию железистых фаз и тем самым снижают их негативное влияние на свойства сплавов.

Способ получения лигатуры может также характеризоваться дополнительными признаками, усиливающими технический результат. В частности, перемешивание компонентов осуществляют со скоростью вращения мельницы 60-250 об./мин; перемешивание компонентов проводят при соотношении масс мелющих тел к обрабатываемому материалу от 5:1 до 10:1; мелющими телами служат стальные шары диаметром 10-20 мм; время перемешивания компонентов составляет 1-7 часов; обработку смеси проводят в воздушной атмосфере; из полученных порошковых смесей прессуют таблетки диаметром 20-100 мм с усилием 100-5000 кг при свободной насыпке порошка на гидравлическом прессе; порошковая смесь дополнительно содержит стружку лигатуры А1-10Fe.

Изобретение поясняется примерами.

Пример 1.

В шаровой мельнице смешивали гранулированный алюминий и порошок феррофосфора. Соотношение масс мелющих тел к обрабатываемому материалу брали 5:1. Диаметр стальных шаров - 15 мм. Время перемешивания составило 7 часов. Скорость вращения составляла 100 об/мин. Состав обрабатываемого материала, мас.%:

Алюминий (гранулы) 90
Феррофосфор (порошок) 10

После обработки материала в шаровой мельнице смесь прессовали с усилием 300 кг.

При выполнении приведенного примера получают 2%-ную лигатуру А1-P с извлечением последнего 97%.

Пример 2.

В шаровой мельнице смешивали гранулированный алюминий, стружку лигатуры A1-10Fe и порошок феррофосфора. Соотношение масс мелющих тел к обрабатываемому материалу брали 7:1. Диаметр стальных шаров - 15 мм. Время перемешивания составило 5 часов. Скорость вращения составляла 150 об/мин. Состав обрабатываемого материала, мас.%:

Алюминий (гранулы) 60
Лигатура А1-10Fe 30
Феррофосфор (порошок) 10

После обработки материала в шаровой мельнице смесь прессовали с усилием 1000 кг.

При выполнении приведенного примера получают 2%-ную лигатуру А1-P с извлечением последнего 95%.

Пример 3.

В шаровой мельнице смешивали гранулированный алюминий и порошок феррофосфора. Соотношение масс мелющих тел к обрабатываемому материалу брали 10:1. Диаметр стальных шаров - 15 мм. Время перемешивания составило 3,5 часов. Скорость вращения составляла 250 об/мин. Состав обрабатываемого материала, мас.%:

Алюминий (гранулы) 90
Феррофосфор (порошок) 10

После обработки материала в шаровой мельнице смесь прессовали с усилием 3000 кг.

При выполнении приведенного примера получают 2%-ную лигатуру А1-P с извлечением последнего 99,8%.

Полученную лигатуру использовали для производства сплавов на основе алюминия следующих марок.

Таблица 1
Обозначение марок Массовая доля элементов, %
Al Si Fe Cu Mn Mg Ti Ni Pb Sn Zn P Про чие эле мен ты
AK6M2 89,8-92,3 5,5-6,5 до 0,6 1,8-2,3 до 0,1 0,3-0,45 0,1-0,2 до 0,05 - - до 0,06 0,001 0,7
AK12M2 81,6-86,6 11-13 0,6-1 1,8-2,5 до 0,5 до 0,2 до 0,2 до 0,3 до 0,15 до 0,1 до 0,8 0,001 2,2
A390 75-77 16-18 до 0,3 4-5 - 0,6 - - - - 0,01 1,0

Модифицирующая способность полученных лигатур была проверена на сплаве A1-17SL. В силумин был введен фосфор в количестве 0,008%. В литой структуре немодифицированного сплава A1-17Si (фиг.1а) первичные кристаллы кремния грубые, неравномерно распределенные в плоскости шлифа. Форма кристаллов меняется от достаточно равноосной граненой до пластинчатой, при этом средний размер их составляет примерно 50 мкм (максимальный - 120 мкм). При введении фосфора лигатурой Al-8Fe-2P в количестве 0,008% уже наблюдается значительный эффект модифицирования (фиг.1б). Первичные кристаллы кремния равномерно распределены в плоскости шлифа в форме равноосных граненых кристаллов со средним размером 15 мкм (максимальный - 30 мкм).

1. Способ получения лигатуры алюминий-фосфор в виде таблеток состава, мас. %: фосфор 1,5-3,5, железо 6,0-16, алюминий остальное, характеризующийся тем, что осуществляют перемешивание компонентов в виде гранул алюминия и порошка феррофосфора в шаровой мельнице со скоростью вращения мельницы 60-250 об/мин в течение 1-7 часов и холодное прессование обработанной смеси.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перемешивание компонентов проводят при соотношении масс мелющих тел и обрабатываемой смеси от 5:1 до 10:1.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что мелющими телами служат стальные шары диаметром 10-20 мм.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку смеси проводят в воздушной атмосфере.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что таблетки получают диаметром 20-100 мм прессованием с усилием 100-5000 кг при свободной насыпке смеси на гидравлическом прессе.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в обрабатываемую смесь дополнительно вводят стружку лигатуры А1-10Fe.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к алюминиевым сплавам, применяемым по военному назначению, в частности к способам старения алюминиевых сплавов для достижения улучшенных баллистических характеристик.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано в кузнечных цехах металлургических и машиностроительных заводов при изготовлении, например, автомобильных колес, емкостей высокого давления и подобных им изделий.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано в кузнечных цехах заводов при изготовлении полых деталей из алюминиевых сплавов. Исходную круглую заготовку получают из слитка гомогенизацией при температуре (310-340)°C в течение (1-5) часов с последующим охлаждением до температуры (110-120)°C со скоростью не менее 110°C/ч.
Изобретение относится к металлургии деформируемых термически неупрочняемых алюминиевых сплавов, предназначенных для использования в качестве конструкционного материала в виде деформируемых полуфабрикатов в морской и авиакосмической технике, транспортном и химическом машиностроении, в т.ч.

Изобретение относится к металлургии, в частности к способу термообработки алюминиево-кремниевого сплава эвтектического состава. Сплав нагревают с печью до температуры на 5-7°C выше температуры эвтектического равновесия сплава, выдерживают сплав при этой температуре в течение 120-150 мин, затем проводят охлаждение с печью до температуры 420-430°C со скоростью 0,01-0,03 град/с и охлаждение в воде до комнатной температуры.
Изобретение относится к способу изготовления плиты большого калибра из алюминиевого сплава, имеющей пониженный уровень остаточного напряжения. Способ включает обеспечение термообработанной на твердый раствор и закаленной плиты из алюминиевого сплава с толщиной, по меньшей мере, 80 мм, снятие напряжений в упомянутой плите холодной прокаткой плиты до достижения обжатия в направлении толщины плиты в диапазоне от 0,5% до 6%, при этом холодную прокатку осуществляют при скорости деформации менее 0,10 сек-1.

Изобретение относится к способу формования листового компонента из алюминиевого сплава. Способ включает нагрев листовой заготовки из алюминиевого сплава до температуры термообработки на твердый раствор (SHT) на станции нагрева и, в случае сплавов, не подвергаемых предварительной закалке с последующим старением, поддержание температуры SHT до завершения термообработки на твердый раствор, подачу листовой заготовки в течение 10 с на ряд холодных штампов и формование таким образом, чтобы уменьшить до минимума потери тепла от листовой заготовки, закрывание холодных штампов для формования листовой заготовки в отформованный компонент, при этом формование осуществляют менее чем за 0,15 с, выдержку отформованного компонента в закрытых штампах во время охлаждения.

Изобретение относится к алюминиевому сплаву для производства подложек для офсетных печатных форм. Алюминиевый сплав содержит следующие компоненты, в мас.%: 0,2% ≤ Fe ≤0,5%, 0,41% ≤ Mg ≤ 0,7%, 0,05% ≤ Si ≤ 0,25%, 0,31% ≤ Mn ≤0,6%, Cu ≤0,04%, Ti ≤ 0,05%, Zn ≤ 0,05%, Cr ≤ 0,01%, остальное - Al и неизбежные примеси, каждая из которых присутствует в количестве не более 0,05%, а в целом они составляют максимум 0,15%.

Изобретение относится к области термообработки алюминиевых полос. Способ характеризуется тем, что холоднокатаная полоса из алюминия непрерывно транспортируется по маршруту транспортировки, где расположен, по меньшей мере, один горелочный мост с горелками прямого воздействия пламени (DFI) для нагревания полосы, причем горелочный мост расположен перпендикулярно к направлению движения полосы, горелки прямого воздействия пламени (DFI) взаимно расположены так, чтобы полоса нагревалась по всей ширине до одинаковой или, по существу, почти одинаковой температуры, при этом скорость прохождения полосы через горелочный мост и тепловую мощность горелок устанавливают такими, чтобы при тепловой обработке выполнялся отжиг полосы, и полоса могла наматываться в рулон.

Изобретение относится к обработке алюминия, в частности к регулированию ресурса работы изделий, изготавливаемых из технически чистого алюминия и эксплуатирующихся в условиях ползучести, и может быть использовано в строительстве, производстве двигателей, автомобиле-, авиа- и судостроении, где наибольшее применение находит алюминий и сплавы на его основе.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к ферросплавному производству, и может быть использовано в сталеплавильном производстве для микролегирования и раскисления металлического железоуглеродистого расплава бором.
Изобретение относится к металлургии, в частности к сплавам для легирования, рафинирования и модифицирования сталей для изготовления деталей, работающих при температурах до минус 60°С.
Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в машиностроении и тракторостроении при производстве отливок из серого чугуна с перлитной структурой металлической основы.
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в литейном производстве при изготовлении отливок с повышенными механическими и служебными свойствами.

Изобретение относится к металлургическому и литейному производству, в частности к модификаторам для изготовления чугунов, работающих в условиях абразивного износа.
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при переработке титансодержащего шлака на титано-алюминиевый сплав. Способ включает приготовление шихты смешением титансодержащего шлака с алюминием и кальцийсодержащим материалом, в качестве которого используют фторид кальция и кальций, или фторид кальция и оксид кальция, или фторид кальция и смесь кальция и оксида кальция, при поддержании в шихте соотношения диоксид титана:порошок алюминия:кальций и/или оксид кальция:фторид кальция по массе 1:(0,58-1,62):(0,28-1,1):(0,09-0,32), восстановительную плавку шихты при температуре 1450-1750°С и отделение сплава от шлака.

Лигатура // 2521916
Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано при получении высокопрочного чугуна с шаровидным графитом без структурно свободного цементита в литом состоянии.
Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для получения высокопрочного чугуна с шаровидным графитом без структурно свободного цементита в литом состоянии на основе металлизированных окатышей и стальных отходов.

Изобретение относится к электрохимическому получению лигатурных алюминий-циркониевых сплавов. В способе осуществляют анодную гальваностатическую поляризацию циркония с плотностью тока 0,5-4,0 мАсм-2 в течение 1-5 часов в расплавленных хлоридах щелочных металлов или смеси хлоридов щелочных и щелочноземельных металлов, содержащих расплавленный алюминий или алюминий-магниевый сплав, при температуре 700-750°С в атмосфере аргона.
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.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к созданию композиционных материалов пропиткой пористого каркаса. Пористую заготовку погружают в расплав матричного сплава, вакуумной дегазацией, нагревом и воздействием избыточным давлением на заготовку за счет термического расширения расплава в замкнутом объеме емкости, в качестве расплава матричного сплава используют расплав свинца, а при нагреве дополнительно проводят пропитку заготовки, последующее охлаждение и кристаллизацию.
Наверх