Алюминиевый сплав для получения пеноалюминия и способ получения пеноалюминия из него

 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при получении пенометаллов. Предложен сплав, содержащий следующие компоненты, мас. %: магний - 5-6, цинк - 20-40, медь - 4-6, алюминий – остальное, и способ получения пеноалюминия из этого сплава, включающий получение расплава алюминиевого сплава путем получения расплава алюминия, введения в него магния в количестве 45-55% требуемого содержания в готовом сплаве, интенсивного перемешивания полученного расплава в течение 8-10 минут при температуре не выше температуры ликвидуса полученного сплава и введения остальных компонентов и магния, затем проводят непрерывное литье расплава алюминиевого сплава с одновременным введением в него порофора, деформацию слитка и его термообработку. Техническим результатом изобретения является то, что предложенные сплавы для получения пеноалюминия и способ получения пеноалюминия из него, позволяют получить качественный плотный слиток благодаря предотвращению вспенивания расплава до затвердевания слитка, что позволяет эффективно деформировать слиток под давлением. 2 н.п. ф-лы.

Предлагаемое изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при получении пенометаллов.

Известен алюминиевый сплав состава А1 - 9% Si с добавкой 10-20% SiC и способ получения пеноалюминия из него, включающий приготовление расплава на основе алюминия, предварительную термообработку порофора (TiH₂) с целью задержки его разложения, введение в расплав карбида кремния (SiC), введение порофора, заливку в форму и термообработку полученной отливки (A Novel Melt-Based Route to Aluminium Foam Production. V. Gergely, T.W. Clyne, Metal foams and porans metal structures. International Conference on Metal Foams and Porous Metals Structures, 14 th-16 th June, 1999, Bremen (Germany), p. 83-89).

Недостатком является высокая температура ликвидуса сплава (~600°С), это ведет к частичному разложению порофора при введении и, в результате, к образованию газовых раковин в полученной отливке.

Известен деформируемый алюминиевый сплав В95, содержащий: 1,4-2,0% Сu; 1,8-2,8% Mg; 0,2-0,6% Mn; 5-7% Zn; 0,1-0,25% Cr (см. ГОСТ 4784-65) и способ получения пеноалюминия из него, включающий приготовление расплава, непрерывное литье с одновременным введением порофора, деформацию и термообработку (см. И.С.Полькин. Россия, патент №2180361 (2002).

Недостатком является частичное разложение порофора до затвердевания расплава из-за высокой температуры ликвидуса сплава (638°С). Как следствие, получение частично вспененного слитка или прекращение непрерывного течения (литья) расплава. Вспененный слиток не пригоден для получения качественных деформированных полуфабрикатов, однородного пеноалюминия.

Кроме того, в процессе термообработки из-за недостаточной вязкости не достигается высокий коэффициент вспенивания и, как следствие, низкий удельный вес; не обеспечивается высокая скорость вспенивания и, как следствие, создается высокая вероятность разрушения пены. В итоге снижается выход годного.

Предлагается алюминиевый сплав, содержащий магний, цинк, медь с соотношением компонентов, маc.%:

Магний 5-6

Цинк 20-40

Медь 4-6

Алюминий Остальное

Предлагаемый сплав отличается от прототипа тем, что компоненты взяты в соотношении, маc.%:

Магний 5-6

Цинк 20-40

Медь 4-6

Алюминий Остальное

Предлагается способ получения пеноалюминия из алюминиевого сплава, включающий получение расплава алюминия, введение в него магния в количестве 45-55% требуемого содержания в готовом сплаве, интенсивное перемешивание полученного расплава в течение 8-10 минут при температуре, не выше температуры ликвидуса полученного сплава, введение остальных компонентов и магния, непрерывное литье расплава алюминиевого сплава с одновременным введением порофора, деформацию и его термообработку. Предлагаемый способ отличается от прототипа тем, что получают расплав алюминиевого сплава по пункту 1 путем получения расплава алюминия, введения в него магния в количестве 45-55% требуемого содержания в готовом сплаве, интенсивного перемешивания полученного расплава в течение 8-10 минут при температуре, не выше температуры ликвидуса полученного сплава, и введения остальных компонентов и магния.

Технический результат: получение качественного плотного (невспененного) слитка благодаря предотвращению вспенивания расплава до затвердевания слитка. Как следствие, возможность эффективной деформации под давлением (прессование, прокатка). Повышение вязкости в жидкотвердом состоянии и, как следствие, повышение коэффициента вспенивания, повышение скорости вспенивания. В итоге, снижение удельного веса, уменьшение риска разрушения пены, увеличение выхода годного.

Для получения пеноалюминия в качестве порофора обычно применяют гидрид титана (TiН₂). Это связано с тем, что температурный интервал активного разложения гидрида титана (≈550-650°С) близок к температурному интервалу кристаллизации промышленных алюминиевых сплавов (≈500-650°С). С другой стороны близость температурных интервалов, обозначенных физико-химических превращений предопределяет проблематичность введения гидрида титана в расплав алюминиевых сплавов, избегая при этом активного разложения TiH₂. Принимая во внимание кинетические факторы, в процессе непрерывного литья это возможно при условии, если температура ликвидуса сплава будет меньше температуры начала активного разложения гидрида титана, т.е. ликвидус сплава не должен превышать 550°С.

Температура ликвидуса предлагаемого сплава составляет ~500-530°С, поэтому активное разложение порофора при введении его в поток расплава при непрерывном литье не происходит. Это обуславливает хорошую жидкотекучесть при литье и возможность получения плотного (невспененного) слитка, пригодного для получения качественных деформированных полуфабрикатов и, соответственно, качественного пеноалюминия, характеризующегося однородностью перового пространства и высоким коэффициентом вспенивания.

Последнее обеспечивается благодаря повышению вязкости сплава в жидкотвердом состоянии за счет замешивания в расплав дисперсной окиси магния, полученной в результате диспергирования поверхностной окисной пленки в процессе механического перемешивания расплава.

Достаточно высокая для эффективного вспенивания вязкость поддерживается и при повышенных температурах после расплавления сплава в процессе термообработки, поскольку образующаяся при этом система расплав/окись магния представляет собой суспензию. Вязкость суспензии повышается с увеличением дисперсности частиц MgO, что достигается в случае перемешивания расплава (перед литьем) при температуре не выше ликвидуса сплава. Повышение коэффициента вспенивания из-за повышения вязкости достигается во взаимосвязи с повышением скорости вспенивания. Соответствующее этому уменьшение выдержки при термообработке способствует снижению риска разрушения пены.

Пример. В тигельной индукционной электропечи приготовили ~500 кг сплава следующего состава (по расчету): Mg - 5%; Zn - 40%; Сu - 5%; Al - остальное.

Температура ликвидуса сплава данного состава составляет ~530°С. Сначала расплавили алюминий (300 кг), в расплавленный алюминий ввели магний в количестве 12,5 кг, что составляет 50% требуемого содержания.

Температура ликвидуса полученного сплава Al - 4,2% Mg составляет согласно диаграмме состояния Al-Mg ~638°С. После введения магния расплав интенсивно перемешивали при температуре ≈630°C при помощи лопастной механической мешалки, вращающейся со скоростью ≈1100 об/мин в течение 10 минут. По окончании перемешивания расплав подогревали и вводили по расчету медь, цинк и оставшийся магний в количестве 12,5 кг.

После введения легирующих компонентов расплав переливали при помощи сифона в литейный миксер и при температуре ≈600°С разливали методом непрерывного литья в кристаллизатор скольжения диаметром ⊘ 200 мм, высотой Н=100 мм. Скорость литья составляла ~10 см/мин. Одновременно вводили порофор TiH₂ в виде порошка дисперсностью ≈30 мкм (1,2 мас.% по расчету) в жидкую лунку сплава в кристаллизаторе при непрерывном перемешивании при помощи вращающейся механической мешалки. В результате получили слиток, содержащий ≈1 мас.% равномерно распределенных частиц TiH₂. Полученный слиток прессовали на полосу, которую прокатывали в лист толщиной 3 мм. Лист разрезали на мерные заготовки размером 400×600 мм. Термообработку проводили при температуре электропечи ≈700°С. Получили относительно однородные заготовки пеноалюминия с коэффициентом вспенивания ≈6, с удельным весом ≈0,5 г/см³. Для сравнения были получены образцы пеноалюминия из сплава В95 состава: Аl - 1,5%, Сu - 2%, Mg - 0,5%, Mn - 7%, Zn - 0,2%, Cr (прототип). В образцах были обнаружены сосредоточенные газовые раковины. Коэффициент вспенивания составлял ~3, при удельном весе 0,8 г/см².

Таким образом, предлагаемый сплав для получения пеноалюминия и способ получения пеноалюминия из него позволяют повысить однородность порового пространства, увеличить коэффициент вспенивания (в два раза), снизить удельный вес (≅ в 1,6 раза) изделий из пеноалюминия, что приведет к увеличению выхода годного не менее чем на 30% и снижению себестоимости.

Формула изобретения

1. Алюминиевый сплав для получения пеноалюминия, содержащий магний, цинк, медь, отличающийся тем, что компоненты взяты в следующем соотношении, мас.%:

Магний 5-6

Цинк 20-40

Медь 4-6

Алюминий Остальное

2. Способ получения пеноалюминия из алюминиевого сплава, включающий получение расплава алюминия, непрерывное литье расплава алюминиевого сплава с одновременным введением в него порофора, деформацию слитка и его термообработку, отличающийся тем, что получают расплав алюминиевого сплава по п.1 путем получения расплава алюминия, введения в него магния в количестве 45-55% требуемого содержания в готовом сплаве, интенсивного перемешивания полученного расплава в течение 8-10 мин при температуре не выше температуры ликвидуса полученного сплава и введения остальных компонентов и магния.