Способ получения заэвтектических алюминиево-кремниевых сплавов

 

Использование: производство сплавов на основе алюминия и кремния, содержащих тугоплавкие и легкоплавкие металлы. Сущность: введение жидкого кремния частями способствует снижению содержания окисных включений в сплаве и повышению степени усвоения легкоплавких металлов. 1 табл.

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к технологии производства сплавов на основе алюминия и кремния, содержащих тугоплавкие и легкоплавкие металлы.

Известен способ получения алюминиево-кремниевых сплавов, включающий выплавку заэвтектического силикоалюминия, сплавление его с алюминием и введение меди и/или никеля в заэвтектический силикоалюминий при температуре 900-1400^оС в виде сплава с цинком (авт.св. N 1286638, кл. С 22 С 1/02, 1987).

Недостатком данного способа является то, что для приготовления сплавов меди и/или никеля с цинком, используемых для введения их в силикоалюминий, требуются значительные дополнительные затраты. Кроме того, использование данного способа ограничивается необходимостью присутствия в получаемом сплаве цинка.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения алюминиево-кремниевых сплавов, включающий расплавление алюминия, введение кремния в расплавленном виде с температурой 1600-1800^оС при поддержании температуры расплава не выше 850^оС, корректировку расплава и разливку в изложницы (авт. св. N 1203917, кл. С 22 С 1/02, 1984).

Недостатком известного способа является то, что из-за повышенной температуры процесса потери металла от окисления расплава значительны, а качество сплава невысокое, так как наблюдается большая неоднородность сплава по химическому составу и повышенное содержание окисных включений в сплаве. Кроме того, способ в условиях повышенных температур с введением жидкого кремния не предусматривает рациональное введение тугоплавких и легкоплавких металлов, потери которых по известному способу значительны.

Целью изобретения является повышение степени усвоения легкоплавких металлов, сокращение потерь металла от окисления расплава и повышение качества сплава.

Это достигается тем, что по способу получения заэвтектических алюминиево-кремниевых сплавов, включающему введение в расплав жидкого кремния, который сначала вводят в расплав до получения эвтектического состава, причем совместно с частью тугоплавких металлов, подаваемых предварительно в жидкий кремний в количестве, равном (0,7-1,2) от отношения содержаний кремния в эвтектическом и конечном сплаве, затем расплав охлаждают до 620-680^оС и легируют легкоплавкими металлами, после чего вводят оставшиеся части жидкого кремния и тугоплавких металлов.

Введение жидкого кремния в расплав до получения эвтектического состава, причем совместно с частью тугоплавких металлов, подаваемых предварительно в жидкий кремний в количестве, равном (0,7-1,2) от отношения содержаний кремния в эвтектическом и конечном сплаве, с последующим охлаждением расплава до 620-680^оС и легированием его легкоплавкими металлами и далее с введением оставшихся частей жидкого кремния и тугоплавких металлов, обеспечивает повышение степени усвоения легкоплавких металлов, сокращение потерь металла от окисления расплава и повышение качества сплава.

Введение в расплав жидкого кремния сначала его части до получения эвтектического состава с последующим охлаждением предотвращает перегрев расплава выше 850^оС, который неизбежен при введении всего количества жидкого кремния для получения конечного заэвтектического сплава и одновременно обеспечивает благоприятные условия для введения легкоплавких металлов, например магния, цинка при температуре 620-680^оС.

Этим достигается соответственно сокращение потерь металла от окисления расплава и повышение степени усвоения легкоплавких металлов. Введение в расплав жидкого кремния совместно с тугоплавкими металлами частями обусловлено переменным содержанием кремния в конечном сплаве (зависит от марки сплава), в результате чего достигается равномерное введение в расплав тугоплавких металлов на всем протяжении процесса плавки, что благоприятно cказывается на однородности сплава по химическому составу. Уменьшение окисления расплава за счет снижения температуры процесса плавки способствует снижению содержания окисных включений в сплаве, что, как и повышение однородности по химсоставу, оказывает положительное влияние на качество сплава.

Введение оставшихся частей жидкого кремния с тугоплавкими металлами позволяет повысить температуру расплава с перегревом над ликвидусом, необходимым для разливки сплава различного состава по кремнию.

Выбранные условия лимитируются следующими факторами.

Охлаждение расплава эвтектического состава до температуры выше 680^оС не обеспечивает повышения степени усвоения легкоплавких металлов и сокращение потерь металла от окисления расплава, а до температуры ниже 620^оС нецелесообразно из-за снижения степени усвоения тугоплавких металлов, так как уменьшается перегрев расплава над ликвидусом при введении оставшихся частей кремния и тугоплавких металлов.

Увеличение количества тугоплавких металлов, подаваемых предварительно в жидкий кремний до получения эвтектического состава, более 1,2 отношения содержаний кремния в эвтектическом и конечном сплаве, ведет к увеличению потерь тугоплавких металлов от окисления расплава, а менее 0,7 к ухудшению однородности сплава по химическому составу.

Реализация способа осуществляется при приготовлении алюминиево-кремниевого сплава марки АК-21, содержащего тугоплавкие и легкоплавкие компоненты. Для получения сплава используют жидкий кремний при выпуске его из рудовосстановительной печи типа РКО-25КрИ после плавки кремния (с температурой 1600-1800^оС). В качестве легирующих тугоплавких металлов используют марганец в виде кусков с размерами 30-40 мм в поперечнике, медь в виде листовых катодов, никель в виде пластин и гранул, а в качестве легкоплавких металлов магний в чушках.

П р и м е р 1. В литейный ковш с расплавленными и подогретым до 750^оС алюминием (в количестве 3765 кг по расчету) по желобу вводят жидкий кремний с температурой 1700^оС совместно с тугоплавкими металлами: марганцем, медью и никелем соответственно в количестве 15, 34 и 32 кг или 0,7 отношения содержаний кремния в эвтектическом (Si 12,5%) и конечном (Si 21%) сплаве. Всего жидкого кремния до получения расплава эвтектического состава вводят в количестве 553 кг. Затем расплав эвтектического состава охлаждают до 620^оС и легируют магнием в количестве 28 кг, после чего вводят оставшиеся части жидкого кремния (552 кг) и тугоплавких металлов (Mn 21, Cu 47 и Ni 44 кг). Получают 5000 кг сплава АК-21 с фактическим содержанием компонентов, мас. кремний 21; марганец 0,7; медь 1,6; никель 1,5 и магний 0,5. Перед разливкой отбирают пробы сплава на определение однородности его по химическому составу. Качество металла также оценивают по наличию штрихдефектов (макроанализ фрезерованных темплетов из деформированных проб).

В примерах 2 и 3 данный сплав получают аналогично примеру 1 при следующих параметрах.

П р и м е р 2. Температура расплава эвтектического состава после охлаждения 650^оС.

Количество тугоплавких металлов, вводимых в расплав эвтектического состава, кг: Mn 21; Cu 48; Ni 45 или 1,0 от отношения содержаний кремния в эвтектическом и конечном сплаве (12,5:21,0).

П р и м е р 3. Температура расплава эвтектического состава после его охлаждения 680^оС.

Количество тугоплавких металлов, вводимых в расплав эвтектического состава, кг: Mn 26; Cu 58; Ni 54 или 1,2 от отношения содержаний кремния в эвтектическом и конечном сплаве (12,5:21,0).

В примерах 4 и 5 сплав получают аналогично примерам 1-3 за пределами заявленных интервалов.

Получают аналогичный сплав по известному способу.

Результаты испытаний приведены в таблице.

Из данных таблицы видно, что использование заявляемого способа получения заэвтектического алюминиево-кремниевых сплавов, содержащих тугоплавкие и легкоплавкие металлы, обеспечивает повышение степени усвоения легкоплавких металлов на 8,3 абс. и сокращение потерь металла от окисления расплава на 20% в том числе алюминия на 15% Улучшается качество сплава как за счет повышения однородности его по химическому составу, так и за счет уменьшения окисных включений в сплаве (коэффициент дефектности, характеризующий чистоту металла, уменьшается в 1,7 раза).

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАЭВТЕКТИЧЕСКИХ АЛЮМИНИЕВО-КРЕМНИЕВЫХ СПЛАВОВ, содержащих тугоплавкие и легкоплавкие металлы, включающий расплавление алюминия, введение в расплав кремния, отличающийся тем, что кремний вводят в жидком виде частями вначале в количестве, достаточном для получения эвтектического состава, совместно с частью тугоплавких металлов, причем количество тугоплавких металлов определяют, как 0,7 1,2 отношения содержания кремния в эвтектическом и конечном сплаве, затем расплав охлаждают до 620 - 680^oС и легируют легкоплавкими металлами, после чего вводят оставшуюся часть жидкого кремния и тугоплавких металлов.

РИСУНКИ

Рисунок 1