Способ изготовления фольги из алюминиево-кремниевых сплавов

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам изготовления фольги из алюминиевокремниевых сплавов, предназначенной для дальнейшей прокатки фольговых припоев, и может быть использовано на заводах по обработке цветных металлов. Способ включает приготовление расплава, нагрев его до 950 - 1050^oС, выдержку при этой температуре 10 - 15 мин, охлаждение до температуры литья заготовки, получение литой заготовки, нагрев литой заготовки до 480 - 550^oС со скорость 30 - 60 град/ч, выдержку при этой температуре в течение 2,5 - 4,0 ч, горячую прокатку, которую проводят с суммарной степенью деформации 90 - 96% с последующей смоткой горячекатаной ленты при 250 - 320^oС в рулон, последующую холодную прокатку с промежуточными отжигами, перед которой проводят отжиг горячекатаной заготовки при 380 - 450^oС с изотермической выдержкой 1,5 - 2,5 ч. Способ обеспечивает выход годной фольги 53 - 54% при ширине 850 мм из слитков массой более 1 т со стабильными механическими свойствами. 2 табл.

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам изготовления горячекатаной заготовки из алюминиево-кремниевых сплавов, предназначенной для дальнейшей прокатки фольговых припоев, и может быть использовано на заводах по обработке цветных металлов.

Известен способ изготовления горячекатаной заготовки из силуминов для последующей прокатки фольги. Способ включает литье исходной заготовки в виде гранул, нагрев гранул до 480-510^оС, выдержку при этой температуре в течение 10-30 мин и горячую прокатку в один проход [1] Известный способ предусматривает получение исходной литой заготовки в виде гранул размером от 1 до 50 мм и не может быть использован для получения фольги в рулонах массой 500 кг и шириной более 200 мм.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному результату к предлагаемому является известный способ изготовления полуфабрикатов из алюминиево-кремниевых сплавов.

Известный способ включает приготовление расплава, охлаждение его при получении литой заготовки со скоростью 50-800 г/с, нагрев литой заготовки до 480-510^оС и выдержку при этой температуре в течение 2,5-4,0 ч, горячую прокатку при температуре нагрева и последующую холодную прокатку с частными обжатиями за проход 18-60% и промежуточными отжигами. Горячую прокатку осуществляют при 480-510^оС в две стадии: на первой с суммарным обжатием 50-60% и регламентированными частными обжатиями, затем проводят подогрев заготовки до температуры начала горячей прокатки и осуществляют прокатку на второй стадии с частным обжатием 25-40% за проход [2] Недостаток известного способа заключается в том, что он не обеспечивает получение крупногабаритной заготовки. Способ позволяет получать исходную заготовку массой, не превышающей 50-60 кг. А выход годного при использовании известного способа не превышает 50% причем в зависимости от скорости охлаждения наблюдается низкая стабильность механических свойств изделий, приводящая к нестабильному процессу прокатки.

Технический эффект предлагаемого способа заключается в обеспечении возможности получения фольги шириной более 800 мм из крупногабаритных слитков без модифицирующих добавок, повышении выхода годного и стабилизации уровня механических свойств.

Указанный технический эффект достигается тем, что в известном способе изготовления полуфабрикатов из алюминиево-кремниевых сплавов, включающем приготовление расплава, получение литой заготовки, нагрев литой заготовки, выдержку при этой температуре в течение 2,5-4,0 ч, горячую прокатку и последующую холодную прокатку с промежуточными отжигами, приготовленный расплав перед получением литой заготовки нагревают до 950-1050^оС, выдерживают при этой температуре 10-15 мин, охлаждают до температуры литья заготовки, а нагрев литой заготовки проводят до 480-550^оС со скоростью 30-60 град/ч, горячую прокатку проводят с суммарной степенью деформации 90-96% с последующей смоткой горячекатаной ленты при 250-320^оС в рулон, перед холодной прокаткой проводят отжиг горячекатаной заготовки при 380-440^оС с изотермической выдержкой 1,5-2,5 ч.

Из источников научно-технической и патентной литературы не обнаружено технических решений, содержащих признаки, аналогичные отличительным признакам предлагаемого технического решения, следовательно оно соответствует критерию "изобретательский уровень".

Способ осуществляют следующим образом.

В расплавленный алюминий вводят кристаллический кремний, расплавляют его, тщательно перемешивают, снимают шлак с поверхности расплава. Затем приготовленный расплав нагревают до 950-1050^оС и выдерживают при этой температуре в течение 10-15 мин. Нагрев до 950-1050^оС позволяет добиться образования однородного гомогенного раствора кремний в алюминии.

Нагрев менее 950^оС не обеспечивает образования гомогенного раствора кремния в алюминии, а нагрев выше 1050^оС приводит к интенсивному газонасыщению расплава и образованию пузырей на поверхности проката. Выдержка в течение менее 10 мин при 950-1050^оС не обеспечивает формирования гомогенного однородного раствора по всему объему расплава, а выдержка более 15 мин при 950-1050^оС приводит к ненужному газонасыщению расплава.

После выдержки при 950-1050^оС в течение 10-15 мин расплав охлаждают до температуры литья заготовки 700-740^оС и отливают слитки размером (140-170)х1040х1800 мм и массой более 1 т.

Литые слитки помещают в нагревательные печи и нагревают до 480-550^оС со скоростью 30-60 град/ч, осуществляя выдержку при этой температуре в течение 2,5-4,0 ч.

Нагрев литой заготовки до 480-550^оС обеспечивает возможность пластической деформации сплава. Температуры нагрева литой заготовки менее 480^оС не обеспечивают необходимой технологической пластичности сплава. Нагрев свыше 550^оС приводит к оплавлению эвтектики алюминий-кремний и разрушению сплава в процессе деформации. Температурный интервал 480-550^оС обеспечивает не только необходимый уровень пластических свойств, но и позволяет реализовать в процессе последующей горячей прокатки эффект сверхпластичности, наблюдаемой в указанном температурном интервале у сплавов системы алюминий-кремний.

Нагрев со скоростью 30-60 град/ч обеспечивает равномерный прогрев слитков большой массы (более 1 т), что очень важно при нагреве высококремнистых силуминов, поскольку обеспечивает сохранение мелкодисперсной равномерной структуры по всему слитку. Нагрев со скоростью больше 60 град/с неизбежно приводит к неравномерному нагреву различных частей слитков и интенсивному коагуляционному росту частиц кремния в частях слитка, нагретых до более высоких температур (периферия слитков). В процессе горячей прокатки участки с более крупными частицами кремния будут подвержены интенсивному хрупкому разрушению, что в конечном итоге может привести к механическому разрушению всего слитка. Нагрев со скоростью менее 30 град/ч приводит к необоснованному увеличению длительности нагрева и росту частиц кремния по всему объему слитка.

Выдержка при 480-550^оС в течение 2,5-4,0 ч, обеспечивает снижение прочности сплава и получение необходимой технологической пластичности при прокате силуминов, а также обеспечивает снижение уровня внутренних напpяжений в слитке. Снижение длительности выдержки менее 2,5 ч не обеспечивает необходимый уровень пластичности и сплав разрушается при первых обжатиях, а превышение длительности выдержки более 4 ч не обеспечивает дополнительного повышения пластичности сплава, необоснованно усложняет технологический процесс, способствуя росту частиц кремниевой фазы, снижая тем самым пластические характеристики сплава.

Горячую прокатку при 480-550^оС проводят со степенью деформации 90-96% при этом температура окончания прокатки и горячекатаной ленты, смотанной в рулон, должна составлять 250-320^оС.

Величина суммарной деформации при горячей прокатке 90-96% обеспечивает интенсивное дробление литой структуры силуминов, необходимое измельчение кремниевой составляющей и формирование уровня свойств, необходимого для прокатки фольги толщиной 40-60 мкм. При степени суммарной деформации при горячей прокатке менее 90% не обеспечивается необходимая степень диспергирования частиц кремниевой фазы и не достигается необходимый уровень свойств сплава. При величине суммарной деформации более 96% наблюдается интенсивное трещинообразование и хрупкое разрушение сплава.

Окончание горячей прокатки со смоткой в рулон горячекатаной ленты при температуре ниже 250^оС приводит к образованию большого числа трещин по боковым кромкам и снижению выхода годного, а окончание горячей прокатки со смоткой в рулон при температуре выше 320^оС приводит к интенсивному росту частиц кремниевой фазы, обусловленное высокой температурой (более 320^оС) и наличием нестабильной деформированной структуры.

После охлаждения горячекатаную заготовку, смотанную в рулон, подвергают отжигу при 380-450^оС с изотермической выдержкой 1,5-2 ч. Выдержка при 380-450^оС в течение 1,5-2,5 ч приводит к стабилизации структуры и свойств горячекатаной заготовки, что обеспечивает высокие степени холодной деформации и повышение выходов годного фольги. Нагрев в процессе отжига до температуры ниже 380^оС не обеспечивает получение необходимого уровня свойств, а нагрев более 450^оС приводит к интенсивному росту частиц кремниевой фазы и снижению пластичности сплава. Изотермическая выдержка менее 1,5 ч не обеспечивает формирование заданного уровня свойств, а изотермическая выдержка более 2,5 ч приводит к снижению пластических характеристик и охрупчиванию сплава.

В дальнейшем сплав подвергают холодной прокатке с различной степенью деформации и промежуточными отжигами при 380-450^оС в течение 1,5-2,5 ч.

Предлагаемый способ иллюстрируется на следующих примерах.

Рассмотрим получение фольги из алюминиево-кремниевого сплава с 9,8% кремния предложенным способом.

Алюминий марки А99 расплавили в плавильной печи емкостью 3,5 т. При температуре алюминия 890-900^оС в расплав вводили кремний из расчета 9,8 мас. После растворения кремния расплав перемешивали, отстаивали и снимали шлак с поверхности, затем расплав нагревали до 950-1050^оС и выдерживали в течение 10-15 мин, охлаждали до 700-740^оС и отливали слитки массой 1 т на машине полунепрерывного литья. Размер полученных слитков 165х1040х1800 мм. Слитки нагревали в методических электрических печах со скоростью 30-60 град/ч до 480-550^оС, выдерживали при этой температуре 2,5-4, ч и подвергали горячей прокатке до 6,5-12,0 мм с суммарной деформацией 90-96% Смотку горячекатаных лент в рулоны проводили при 250-320^оС, а затем после охлаждения проводили отжиг горячекатаной заготовки при 380-450^оС с изотермической выдержкой 1,5-2,5 ч. После охлаждения рулонов их подвергали холодной прокатке с промежуточными отжигами при 380-450^оС в течение 1,5-2,5 ч. Конкретные режимы обработки предложенным способом, а также известным способом и полученные свойства материала приведены в табл. 1 и 2.

Как видно из данных табл. 1 и 2 предлагаемый способ впервые позволяет получить фольгу из алюминиево-кремниевого сплава шириной более 800 мм из слитков массой более 1 т. При этом выход годного фольги составляет более 50% Готовая фольга обладает высокими и значительно более стабильными свойствами по сравнению с фольгой, полученной известным способом.

Такая фольга значительно расширяет область применения и позволяет создать полупроводниковые и сложные изделия специальной техники.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФОЛЬГИ ИЗ АЛЮМИНИЕВО-КРЕМНИЕВЫХ СПЛАВОВ, включающий приготовление расплава, получение литой заготовки, нагрев литой заготовки, выдержку при этой температуре в течение 2,5 - 4,0 ч, горячую прокатку и последующую холодную прокатку с промежуточными отжигами, отличающийся тем, что приготовленный расплав перед получением литой заготовки нагревают до 950 - 1050^oС, выдерживают при этой температуре 10 - 15 мин, охлаждают до температуры литья заготовки, а нагрев литой заготовки проводят до 480 - 550^oС со скоростью 30 - 60 град/ч, горячую прокатку проводят с суммарной степенью деформации 90 - 96% с последующей смоткой горячекатаной ленты при 250 - 320^oС в рулон, перед холодной прокаткой проводят отжиг горячекатаной заготовки при 380 - 450^oС с изотермической выдержкой 1,5 - 2,5 ч.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2