СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОДИФИЦИРОВАННЫХ СИЛУМИНОВ

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОДИФИЦИРОВАННЫХ СИЛУМИНОВ


RU (11) 2177048 (13) C1

(51) 7 C22C1/02, C22B9/10 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 07.12.2007 - может прекратить свое действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 2000125624/02 
(22) Дата подачи заявки: 2000.10.11 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2000.10.11 
(45) Опубликовано: 2001.12.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: RU 2094514 C1, 27.10.1997. RU 2016112 С1, 15.07.1994. БОНДАРЕВ Б.И. и др. Модифицирование алюминиевых деформируемых сплавов. -М.: Металлургия, 1979, с. 174-192. GB 2243620 А, 06.11.1991. 
(71) Заявитель(и): Институт металлургии Уральского отделения РАН 
(72) Автор(ы): Казанцев Г.Ф.; Барбин Н.М.; Бродова И.Г.; Моисеев Г.К.; Ватолин Н.А.; Башлыков Д.В.; Манухин А.Б. 
(73) Патентообладатель(и): Институт металлургии Уральского отделения РАН 
Адрес для переписки: 620016, г.Екатеринбург, ул. Амундсена, 101, ИМЕТ Уро РАН, зав. патентным отделом Л.А.Сандлер 

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОДИФИЦИРОВАННЫХ СИЛУМИНОВ 

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано при производстве модифицированных силуминов, легированных медью, магнием, титаном и цирконием. Предложенный способ получения модифицированных силуминов с использованием флюса из галоидных солей, содержащих эвтектику KCl-NaCl с добавками NaF, включает загрузку исходной шихты, содержащей до 40 мас.% оборотных отходов собственного производства или вторичного силумина, в предварительно нагретый солевой расплав модифицирующей смеси, выдержку полученного расплава под слоем солей с последующим извлечением сплава и повторением цикла, причем нагрев солевого расплава осуществляют до 770-790oС, в него последовательно загружают исходную шихту и лигатуру на основе алюминия с легирующими, выбранными из группы медь, кремний, титан, цирконий, причем лигатура Al-Cu содержит 38-40 мас.% меди, лигатура Al-Ti содержит не менее 2 мас. % титана, лигатура Al-Zr содержит не более 0,6 мас.% циркония, и выдерживают полученный расплав при этой температуре в течение 10-30 мин, затем температуру снижают до 710-720oС и вводят магнийсодержащую лигатуру. Достигается значительное упрощение технологии получения сложных сплавов, отсутствует окисление тугоплавких добавок при плавке, уменьшается угар магния. 4 з.п. ф-лы, 2 ил., 3 табл. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано при производстве модифицированных силуминов, легированных медью, магнием, титаном и цирконием.

Известен способ модифицирования силуминов путем обработки Al-Si-сплавов, включающий одновременное рафинирование и модифицирование флюсом, содержащим хлористые и/или фтористые соли. С целью повышения длительности действия модификатора при получении стабильных и высоких механических свойств отливок с повышенной плотностью литья обработку проводят в присутствии BaF2 или BaCl2, взятого в количестве 0,1-0,3% от веса сплава в пересчете на Ba [1].

Известен способ модифицирования литейных алюминиевых сплавов эвтектического типа, включающий обработку расплава модифицирующим флюсом. С целью повышения пластичности сплава в расплав дополнительно вводят ультрадисперсный порошок карбида бора [2].

Известен способ увеличения модифицирующего действия натрия на силумины (от 15-20 мин до нескольких часов). Предложено в качестве модификатора применять таблетки, содержащие NaF 40 - 60% (предпочтительно ~50%) и C 3 - 20% (предпочтительно ~12%). Примерный состав модификатора (в %): NaF - 52, NaCl - 27, KCl - 7, C - 14. В целях замедления металлотермического восстановления Na из галогенидов температура плавления модификатора должна быть выше температуры обрабатываемого сплава. Количество добавляемого модификатора ~0,25% от массы расплава металла. В обработанной таблетке остается углеродистый каркас, что облегчает ее удаление из расплава.

Согласно приведенному примеру использования модификатора для обработки 600 - 800 кг металла эффективное действие последнего наблюдалось в течение ~ 5 ч [3].

Все перечисленные способы имеют общий недостаток - они разового действия. Для их применения необходимо заранее приготовить смесь заданного состава, перемешать, высушить, иногда, размолоть перед перемешиванием, отмерить определенную порцию от 0,25 до 2-3% по массе. Смесь вмешивается в готовый сплав, выдерживается при определенной температуре, а затем удаляется с поверхности расплава металла. Часть солей остается в металле, ухудшая его состав, а основная часть удаляется вместе с частью металла и окислов и направляется в отвал. Поскольку процесс рафинирования во времени очень краток (5 - 25 мин), металл не весь равномерно перемешивается, происходит неравномерная модификация состава металла. Необходимо строго следить за температурой металла, так как переохлаждение приводит к нарушению процесса модифицирования и большим потерям металла.

По технической сущности наиболее близким к предлагаемому является способ модифицирования силуминов [4] , заключающийся в том, что модифицирование производят путем введения силумина в солевой расплав на основе эвтектической смеси KCl-NaCl, содержащий NaF, плавку и выдержку под слоем солей при температуре 787-1017oC в течение 1 - 2 ч, после удаления сплава в солевой расплав добавляют новую порцию твердого силумина, при этом высоту солевого расплава над металлом поддерживают в пределах 2,2 - 30 см, а соотношение металла к расплаву солей берут 1 : (0,5 - 2,5). Способ обеспечивает повышение степени модифицирования сплава и одновременное рафинирование его от окисных пленок и интерметаллидов.

Однако, указанный способ не пригоден для получения сплавов сложного состава, содержащих Si, Cu, Mg, Ti, Zr и другие тугоплавкие металлы (сплавы типа АЛ5, АЛ5М, АК6М2 и др.).

Задачей предлагаемого изобретения является получение высокопрочных литейных сплавов АЛ5 и АЛ5М с модифицированной структурой и легирующими комплексными добавками Zr и Ti, а также упрощение технологии.

Использование предлагаемого технического решения значительно упростит технологию получения сложных сплавов, за счет совмещения плавки, рафинирования и модифицирования сплава одновременно. Не требуется сложная технология приготовления модифицирующих флюсов, перемешивания их с расплавом и последующим извлечением.

Активные тугоплавкие добавки Al-Zr, Al-Ti не окисляются при плавке, также уменьшается угар магния.

Поставленная задача достигается тем, что в способе получения модифицированных силуминов с использованием флюса из галоидных солей, содержащих эвтектику KCl - NaCl с добавками NaF, включающем загрузку исходной шихты в предварительно нагретый солевой расплав модифицирующей смеси, выдержку полученного расплава под слоем солей, с последующим извлечением сплава и повторением цикла, согласно изобретению, нагрев солевого раствора осуществляют до 770 - 790oC, в него последовательно загружают исходную шихту и лигатуру на основе алюминия с легирующими, выбранными из группы медь, кремний, титан, цирконий, и выдерживают полученный расплав при этой температуре 10 - 30 мин, затем температуру снижают до 710 - 720oC и вводят магнийсодержащую лигатуру.

Исходная шихта в предлагаемом изобретении содержит до 40 мас.% оборотных отходов собственного производства или вторичного силумина, который загружают вместе с первичным Al-Si сплавом.

При этом легирующие добавки вводят в виде лигатур, состав которых определен в ходе специальных исследований: Al-Cu, содержащий (мас.%) 38 - 40 Cu; Al-Ti, содержащий не менее 2 мас.% Ti; Al-Zr, содержащий не более 0,6 мас.% Zr. Магний вводили обернутым в алюминиевую фольгу, используя "колокол".

Температура 780oC позволяет создать перегрев силумина выше точки плавления на 120 - 125oC, что обеспечивает более быстрое и полное растворение медно-алюминиевой лигатуры (tпл - 548oC) и более тугоплавкий Al-Ti и Al-Zr. Увеличение температуры расплава приведет к улетучиванию солей и большему растворению легирующих добавок в расплаве солей, температура ниже 720oC ухудшает растворимость легирующих добавок и увеличивает вязкость сплава, приводит в конечном итоге к неравномерному составу по объему и ухудшению эффекта модифицирования.

Новым в данном способе является последовательность введения компонентов сплава, а именно, твердый алюминий, оборотный силумин в виде чушек, лома, стружки, бракованных деталей загружают в солевой расплав при 470-790oC, затем лигатуры, когда наиболее полно идет растворение легирующих добавок. Магний загружают в конце процесса при наиболее низкой температуре, создавая условия для его полного растворения.

Таким образом, сочетание модифицирующего воздействия расплава солей, содержащих NaF, и добавления к силумину модифицирующих добавок в виде лигатуры Al-Ti и Al-Zr, позволяет получить также модифицированные сплавы АЛ5, АЛ5М, рафинированные от неметаллических включений в виде окислов, карбидов, газовых включений.

Большая масса расплава солей (50 - 250% от массы металла) позволяет отказаться от дорогих модификаторов, упростить технологию и выдерживать металл длительное время без изменения состава и окисления, как самого алюминия, так и меди, Ti, Zr, Mg. Извлечение металла и его разливка может производиться по мере надобности, без опасения ухудшения его свойств (переохлаждения, осаждения кристаллов, окисления с поверхности).

Состав полученного сплава АЛ5М был следующим (мас.%): Si - 5,5; Cu - 2; Mg - 0,45; Zr - 0,12; Ti - 0,12, остальное - Al.

Сплава АЛ5: Si - 5; Mg - 0,5; Cu - 1,3, остальное - Al.

На фиг. 1, 2 представлены результаты металлографического излучения шлифов, по которым оценивали эффективность модифицирования структуры готового сплава.

Пример 1. В печь Тиммана установили алундовый тигель с навеской NaCl квалификации "ч" - 44 г, KCl квалификации "ч" - 56 г, NaF квалификации "хч" - 14 г, расплавили соли и нагрели до температуры 780oC, затем загрузили 15,4 г чистого алюминия, после его расплавления через 20 мин загрузили 67 г сплава АЛ9, через 20 мин при температуре 776oC 5,7 г лигатуры Al-Cu, еще через 20 мин лигатуру Al-Ti в количестве 7,2 г, затем лигатуру Al-Zr - 24 г. После расплавления лигатуры Al-Zr, температуру в печи снизили с 780 до 726oC и в обертке из фольги, в маленьком тигле, в виде колокола опустили 0,72 г Mg. Расплав выдержали при 720oC 20 мин, извлекли тигель, сначала слили слой солей, а сплав алюминия - в графитовую изложницу. Всего загрузили 110,2 г в виде плоского слитка, в тигле с солью остались капли металла ~8 г.

Из слитка нарезали образцы, провели термообработку и сделали шлифы для металлографического изучения. Состав полученного сплава: Si - 5,7%; Cu - 1,75%; Ti - 0,06%; Zr - 0,09%; остальное - Al.

Результаты других опытов приведены в табл. 1, 2, 3.

Пример 2. Синтез сплава АЛ5 производили в селитовой печи, прямоугольной в плане, дно которой имело вид сегмента, футерованного магнезитовым кирпичом. На своде крепились селитовые нагреватели, свод плоский. Крышку можно было поднимать, не отключая печь для загрузки солей и металла.

Температуру измерили термопарой, разливку произвели через летку в нижней части сегмента в кокили и изложницу из холодно твердеющей смеси (ХТС).

В разогретую до 700oC печь загрузили 4 кг смеси KCl-NaCl в весовом отношении 1: 1, а затем 0,5 кг NaF. Затем при 770oC загрузили 1930 г силумина АЛ9, порциями по 200 - 250 г единовременно.

Лигатуру Al-Cu в количестве 111 г загрузили при 770oC, загрузку возврата АЛ5 (2350 г) проводили в 2 приема при температуре 780oC, после чего температуру снизили до 730oC и провели загрузку 18,2 г Mg. Печь выдержали при 720 - 730oC в течение 20 мин и начали разливку сплава в форму ХТС и кокиль.

Весь опыт продолжался 4 ч; соотношение металла и солей было 1,38:1 по весу.

Химический состав металла: Si - 5,19; Mg - 0,25; Fe - 0,29; Cu - 1,57 (% по весу).

Использованная литература

1. Гребенкин В.С. Институт проблем литья АН УССР. Авт. свид. СССР, кл. C 22 B 9/10 N 608843, з. N 2427543 от 7.12.76, опубл. 16.05.78.

2. Крушенко Г.Г., Мусохранов Ю.М., Ямских И.О., Коркилов А.А., Крушенко С. Г. Красноярск, Институт цветных металлов. Авт. свид. СССР, кл. C 22 C 1/06, N 831840, з. 2831160 от 17.10.79, опубл. 23.05.81.

3. Способ модифицирования силуминов натрием. Заявка ФРГ, кл. C 22 C 21/02, N 2928794, з. от 17.07.79, опубл. 5.02.81.

4. Казанцев Г.Ф., Барбин Н.М., Бродова И.Г., Моисеев Г.К. и др. Патент РФ N 2094514, кл. C 22 C 1/06, C 22 B 9/10, з. от 31.10.95, опубл. 27.10.97. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Способ получения модифицированных силуминов с использованием флюса из галоидных солей, содержащих эвтектику KCl-NaCl с добавками NaF, включающий загрузку исходной шихты в предварительно нагретый солевой расплав модифицирующей смеси, выдержку полученного расплава под слоем солей с последующим извлечением сплава и повторением цикла, отличающийся тем, что нагрев солевого расплава осуществляют до 770-790oС, в него последовательно загружают исходную шихту и лигатуру на основе алюминия с легирующими, выбранными из группы медь, кремний, титан, цирконий, и выдерживают полученный расплав при этой температуре в течение 10-30 мин, затем температуру снижают до 710-720oС и вводят магнийсодержащую лигатуру.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют исходную шихту, содержащую до 40 мас.% оборотных отходов собственного производства или вторичного силумина.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют лигатуру Al-Cu, содержащую 38-40 мас.% меди.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют лигатуру Al-Ti, содержащую не менее 2 мас.% титана.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют лигатуру Al-Zr, содержащую не более 0,6 мас.% циркония.



ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян

Независимый научно технический портал
Устройства и способы извлечения цветных, редкоземельных и благородных металлов






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска: "и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+извлечение -золота".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "золото" будут найдены слова "золотой", "золотое" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("золото!").




Рейтинг@Mail.ru