Способ изготовления литых заготовок

 

(19)RU(11)888393(13)C(51)  МПК ⁵    _B22D27/04Статус: по данным на 27.12.2012 - прекратил действиеПошлина: учтена за 1 год с 07.04.1993 по 06.04.1994

(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЫХ ЗАГОТОВОК

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к получению литых заготовок из высоколегированных алюминиевых сплавов. Известен способ изготовления литых заготовок из деформируемых алюминиевых сплавов, например Д16, включающий рафинирование расплава, литье в электромагнитный кристаллизатор и охлаждение расплава в центре слитка со скоростью 160-290 град/мин (2,67-4,83 град/с). Такой способ обеспечивает получение заготовки с размером дендритной ячейки α-твердого раствора в пределах 64-82 мкм. Изготовление этим способом литых заготовок из высоколегированных вторичных недеформируемых сплавов, содержащих суммарное количество легирующих элементов и металлических примесей в пределах 8-14%, приводит к охрупчиванию слитков, появлению на них трещин в процессе литья и невозможности подвергать такие заготовки обработке давлением. Описанный способ получения литых заготовок из алюминиевых сплавов является наиболее близким по техническому существу к предлагаемому способу. Целью изобретения является повышение деформируемости литых заготовок из вторичных недеформируемых алюминиевых сплавов с содержанием легирующих элементов 8-14%. Поставленная цель достигается тем, что в способе, включающем рафинирование расплава, его заливку в кристаллизатор и последующую кристаллизацию, кристаллизацию ведут со скоростью 5-130 град/с и определяют ее для получения заданной величины дендритных ячеек при указанном содержании легирующих элементов по формуле
v = где v - скорость охлаждения расплава при кристаллизации, град/с;
К - суммарное содержание легирующих элементов и металлических примесей, мас.%;
d - величина дендритной ячейки, мк. Существо способа состоит в следующем. Сплавы из вторичного алюминиевого сырья, содержащие 8-14 мас.% легирующих элементов и металлических примесей, производят по существующей на заводах Вторцветмета технологии, включающей подготовку шихты (сушку), ее плавку, рафинирование расплава и литье. Отливку производят в кристаллизатор, например, скольжения или электромагнитный кристаллизатор и охлаждают расплав со скоростью кристаллизации, обеспечивающей величину d≅40 мкм и высокую пластичность заготовки. Скорость охлаждения менее 5 град/с вызывает появление крупных интерметаллидов, увеличение микрозерна и охрупчивание слитка, приводящее к невозможности подвергать его обработке давлением. Скорость более 130 град/с вызывают упрочнение α-твердого раствора на основе алюминия и повышение усилия при обработке давлением. Например, для сплава АВ86, содержащего 8,8% легирующих элементов, при скоростях охлаждения менее 5 град/с размер дендритной ячейки в центре слитка составляет более 40 мкм, а размер интерметаллидных фаз более 50 мкм, что, несмотря на невысокую легированность α-твердого раствора (микротвердость Н_м≅70 кг/мм²), приводит к охрупчиванию сплава и невозможности высокоскоростного его прессования. При скоростях охлаждения 5-130 град/с размер интерметаллидных фаз становится соизмеримым с размером дендритной ячейки, при этом легированность α-твердого раствора еще невысока (Н_м<90 кг/мм²), а пластичность сплава повышается ( δ= 3-4%). Заготовка, отлитая с этими скоростями охлаждения, прессуется с высокими скоростями истечения и гарантирует высокое качество поверхности прессованных полуфабрикатов. При скоростях охлаждения выше 130 град/с вместе со значительным измельчением структурных составляющих сплавов имеет место резкое повышение степени легированности α-твердого раствора (например, микротвердость Н_м составляет более 110 кг/мм²). Такое повышение легированности недопустимо, так как вызывает повышение усилия при горячем деформировании, т. е. оптимальными являются скорости охлаждения заготовки 5-130 град/с. Для установления влияния скорости охлаждения при кристаллизации на размер дендритной ячейки сплавов были рассчитаны коэффициенты парной корреляции (r) между величиной дендритной ячейки (d) и суммарным содержанием легирующих элементов в сплав (К) при постоянной скорости охлаждения, n - число опытов. Полученные результаты приведены в табл.1. Анализ экспериментальных данных показал, что зависимость размера дендритной ячейки (d, мкм) от скорости охлаждения расплава при кристаллизации (v_охл, град/с) и от суммарного содержания легирующих элементов (K, мас.%) можно выразить уравнением
d = 2^-lgV˙(111-3,11˙K). Коэффициенты этого уравнения были получены расчетно-графическим путем из экспериментальных данных. Скорость охлаждения, обеспечивающая получение заданной величины дендритной ячейки, определяется из формулы
_{v =}
Оптимальные интервалы скорости охлаждения для вторичных недеформируемых сплавов, рассчитанные по уравнению в зависимости от их состава, представлены в табл. 2. Сравнительные данные по пластичности получаемых слитков приведены в табл.3. Структура отлитых слитков характеризуется высокой однородностью и дисперсностью интерметаллидов. Деформируемость (технологичность) заготовок, полученных при различных скоростях охлаждения, оценивали по максимальной скорости истечения металла при прессовании по режиму: температура нагрева Т = 350±10^оС, вытяжка μ= 50. Данные по максимальной скорости истечения металла в зависимости от скорости охлаждения слитков приведены в табл.4. Из табл. 4 следует, что прессование заготовок, полученных при скорости охлаждения 1 град/с, можно вести лишь при малых скоростях истечения (3 м/мин) из-за их низкой пластичности. При более высоких скоростях прессования этого металла полуфабрикаты имеют трещины на поверхности. С повышением скорости охлаждения заготовок от 5 до 130 град/с максимальная скорость истечения металла при прессовании полуфабрикатов повышается и находится в пределах 10-35 м/мин. Данные по однородности структуры, степени дисперсности интерметаллидов и пластичности заготовок, полученных при различных скоростях охлаждения, приводятся в табл.5 (на примере сплава АВ 86). Из табл. 5 следует, что с повышением скорости охлаждения структура заготовки сплава становится более однородной, так как коэффициент вариации уменьшается с 46 до 7%, т.е. почти в 6 раз. П р и м е р 1. Для получения величины дендритной ячейки 30 мкм в сплаве, содержащем суммарное количество легирующих элементов, равное 8,8%, кристаллизацию ведут со скоростью охлаждения, определяемой по уравнению
v = Для сплава v = = 30 (град/c) Скорость охлаждения, равная 30 град/с, имеет место при кристаллизации сплава в виде слитка диаметром 160 мм, отлитого в электромагнитный кристаллизатор. П р и м е р 2. Для получения величины дендритной ячейки 40 мкм в сплаве, содержащем суммарное количество легирующих элементов, равное 8,8%, кристаллизацию ведут со скоростью охлаждения
v = = 12 (град/c) Скорость охлаждения, равная 12 град/с, имеет место при кристаллизации сплава в виде слитка диаметром 90 мм, отлитого в кристаллизатор скольжения. П р и м е р 3. Для сплава, содеpжащего 12% легирующих элементов, найден интервал скоростей охлаждения, обеспечивающий величину дендритной ячейки 20 и 40 мкм. Дендритная ячейка 20 мкм в сплаве с 12% легирующих элементов обеспечивается при кристаллизации со скоростью
v = = 76 (град/c)
Дендритная ячейка 40 мкм в сплаве с 12% легирующих элементов обеспечивается при кристаллизации со скоростью
v = = 8 (град/c) Для требуемого интервала величин дендритной ячейки 20-40 мкм при сумме легирующих элементов 12% получаем интервал скоростей охлаждения 8-76 град/с. П р и м е р 4. Для сплава, содержащего 14% легирующих элементов, найден интервал скоростей охлаждения, обеспечивающий величину дендритной ячейки 20 и 40 мкм. Дендритная ячейка 20 мкм в сплаве с 14% легирующих элементов обеспечивается при кристаллизации со скоростью
_{v = 57 (град/c)}
Дендритная ячейка 40 мкм в сплаве с 14% легирующих элементов обеспечивается при кристаллизации со скоростью
_{v = 5,7 (град/c)}
Для требуемого интервала величин дендритной ячейки 20-40 мкм при сумме легирующих элементов 14% получаем интервал скоростей охлаждения 5,7-57 град/с. Предложенное решение является способом изготовления литых заготовок из недеформируемых вторичных алюминиевых сплавов для последующего деформирования. Кроме указанных сплавов этот способ может быть применен и к другим недеформируемым сплавам. Проведены эксперименты по производству заготовок из сплава Al (15-20)% Si. Согласно предложенному способу получена литая заготовка с высокой пластичностью, что обеспечивало хорошее ее последующее прессование. Высокая однородность структуры и весьма малый размер дендритной ячейки литой заготовки обеспечивает ее хорошую пластичность и технологичность. Экономический эффект от применения предлагаемого способа получается за счет применения дешевого вторичного низкосортного алюминиевого сырья для производства деформированных полуфабрикатов.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЫХ ЗАГОТОВОК преимущественно из алюминиевых сплавов, включающий рафинирование расплава и заливку его в кристаллизатор с последующей кристаллизацией, отличающийся тем, что, с целью повышения деформируемости литых заготовок из вторичных недеформируемых сплавов с содержанием легирующих элементов 8 - 14%, сплав кристаллизуют со скоростью 5 - 130 град/с, причем скорость кристаллизации для получения заданной величины дендритных ячеек при указанном содержании легирующих элементов определяют по формуле
v = ,
где V - скорость кристаллизации, град/с;
K - суммарное содержание легирующих элементов, мас.%;
d - величина дендритной ячейки, мкм.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 23-2001

Извещение опубликовано: 20.08.2001        

---