Способ изготовления стандартных образцов алюминиевых сплавов

 

Использование: в металлургии для изготовления стандартных образцов сплавов алюминия с щелочными или щелочно-земельными металлами. Сущность: получают лигатуру состава Al - Na ультразвуковой обработкой расплава алюминия и замешиванием натрия в зону развитой кавитации, кристаллизацию лигатуры осуществляют со скоростью 1 - 2 С/с. Полученную лигатуру вводят в расплав алюминия, а затем производят обливку слитка методом непрерывного литья со скоростью охлаждения 10 - 20С/с с одновременной ультразвуковой обработкой жидкой ванны слитка в режиме развитой кавитации с интенсивностью более 10 Вт/cм². 2 табл.

Изобретение относится к металлургии, в частности, к производству сплавов прецизионного состава с высокой однородностью, и может быть использовано для изготовления стандартных образцов сплавов алюминия с щелочными или щелочно-земельными металлами.

Известен способ изготовления образцов алюминиево-свинцового сплава, включающий перегрев расплава на 100-200^оС выше температуры, при которой свинец полностью растворяется в расплаве Al, и кристаллизацию сплава путем центробежного разбрызгивания в проточную воду.

Недостатком способа является неоднородность химического состава, особенно при необходимости изготовления сплава с большим содержанием свинца. Кроме того, из-за трудностей удержания в расплаве относительного высоких концентраций легирующего металла при изготовлении сплавов с щелочными металлами вследствие его активного выгорания, данный способ не позволяет достигнуть концентрации порядка 0,1 мас. % .

Известен способ изготовления стандартных образцов, принятый за прототип, по которому ведут легирование и отливают слитки алюминиевых сплавов. В этом способе расплав шихты нагревают до 100-400^оС (выше температуры плавления), выдерживают при этой температуре 15-60 мин и затем кристаллизуют под действием давления 32000 кгс/см³ со скоростью 10-10^4оС/с.

Недостатком известного способа является большой разброс химического состава при изготовлении сплавов алюминия с щелочными и щелочно-земельными металлами. Кроме того, данным способом невозможно добиться изготовления стандартных образцов с содержанием щелочных или щелочно-земельных металлов до 0,1 мас. % , т. к. вследствие их высокой химической активности они быстро выгоряют, что препятствует их введению в расплав в больших количествах.

Целью изобретения является увеличение однородности химического состава.

Поставленная цель достигается тем, что получают лигатуру состава Al-Na, с ультразвуковой обработкой расплава алюминия и замешиванием Na в зону развитой кавитации, кристаллизацию лигатуры осуществляют со скоростью 1-2^оС/с, а отливку слитка производят методом непрерывного литья со скоростью охлаждения 10-20^оС/с c одновременной ультразвуковой обработкой жидкой ванны слитка в режиме развитой кавитации с интенсивностью более 10 Вт/см³.

Отличительными признаками заявляемого способа является введение ультразвуковой обработки расплава на стадии получения лигатуры, так и при осуществлении режима непрерывного литья слитка.

Сущность предложенного метода (способа) заключается в том, что изготовление стандартного образца ведется за счет особенностей процесса легирования и ультразвуковой обработки жидкой ванны слитка при кристаллизации методом непрерывного литья. Особенность процесса легирования заключается в том, что лигатуру замешивают под зеркало расплава с помощью ультразвуковой обработки той зоны, куда вводят навеску легирующего металла. За счет ультразвуковой обработки металл диспергируется, его растворимость возрастает, что позволяет ввести в расплав алюминия до 0,1 мас. % таких активных металлов, как, например, натрий или стронций и изготовлять затем стандартные образцы соответствующей концентрации.

При этом при получении богатой лигатуры необходимо кристаллизовать ее с достаточно быстрой скоростью охлаждения расплава до 1-2^оС/с для удержания натрия в твердом растворе. Такая скорость достигается при кристаллизации, например, в медную изложницу. При меньших скоростях охлаждения не удается обеспечить равномерное распределение натрия по образцу.

При скоростях охлаждения более 2^оС/с происходит расслоение металла, и следовательно, нарушение однородности.

На второй стадии процесса при кристаллизации слитка методом непрерывного литья необходимо поддерживать скорость охлаждения в диапазоне 10-20^оС/с, т. к. при меньших скоростях наблюдается неравномерность по химическому составу стандартного образца, вследствие расслоения металла, а большую скорость технически осуществить трудно, т. к. происходит растрескивание слитка, отрыв от стенок кристаллизатора и т. д.

Верхний предел интенсивности ультразвуковой обработки ограничен мощностью существующих источников ультразвука и конструктивными особенностями применяемых излучателей.

При интенсивности менее 10 Вт/см² не достигается равномерное диспергирование легкоплавких компонентов в расплаве, т. к. данной мощности не хватает для активного перемешивания расплава и, как следствие, имеет место недостаточная однородность химического состава.

П р и м е р. В тигель с расплавом жидкого алюминия вводили излучатель ультразвука и под его торец подавали необходимую навеску металлического натрия. Полученный сплав затем кристаллизовали в медной изложнице. Образовавшуюся лигатуру Al-0,1 мас. % Na загружали в печь с расплавом алюминия в количестве, необходимом для получения сплава с заданной концентрацией натрия. Затем включили литейную машину и методом непрерывного литья получали слитки заданного состава. При этом одновременно вели ультразвуковую обработку в жидкой ванне слитка. Полученный слиток прессовали на прутки, из которых изготовляли образцы стандартного сплава. Данным способом удалось изготовить образцы стандартных сплавов с различными значениями массовой концентрации натрия (см. табл. 1).

В табл. 2 приведены данные по оценке характеристики неоднородности 6 х 10³, рассчитанные для опыта 1 по всесоюзной методике МИ 1709-87.

Таким образом, данный способ изготовления двойных сплавов алюминия позволяет ввести в сплав относительно высокие количества натрия, или других щелочных (щелочно-земельных) металлов при удовлетворительной равномерности химического состава, что, в свою очередь, позволяет иметь необходимый набор стандартных образцов. (56) Авторское свидетельство СССР N 920075, кл, C 22 C 1/02, 1982.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТАНДАРТНЫХ ОБРАЗЦОВ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ, включающий получение расплава лигатуры, его кристаллизацию, введение полученной лигатуры в расплав алюминия и отливку слитков, отличающийся тем, что, с целью повышения однородности химического состава, получают лигатуру состава Al - Na ультразвуковой обработкой расплава алюминия и замешиванием натрия в зону развитой кавитации, кристаллизацию лигатуры осуществляют со скоростью 1 - 2 град/c, а отливку слитка производят методом непрерывного литья со скоростью охлаждения 10 - 20 град/с с одновременной ультразвуковой обработкой жидкой ванны слитка в режиме развитой кавитации с интенсивностью более 10 Вт/см².

РИСУНКИ

Рисунок 1