Способ подготовки шихты для получения алюминиевых сплавов
Владельцы патента RU 2345155:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный индустриальный университет" (RU)
Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано при подготовке шихты для получения алюминиевых сплавов для фасонного литья. Расплавляют шихтовые материалы, перегревают расплав до 1030-1060°С, проводят выдержку при температуре перегрева и заливку расплава со скоростью охлаждения (1,3÷2,0)·102°С/с. Повышают механические свойства алюминиевых сплавов, полученных с применением подготовленной шихты. 1 ил., 1 табл.
Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано при подготовке шихты для получения алюминиевых сплавов для фасонного литья.
Известен способ [1] подготовки шихты для получения литейных алюминиевых сплавов, заключающийся в том, что с целью повышения механических свойств получаемого сплава и снижения его газонасыщенности шихту нагревают до температуры 40...100°С ниже температуры солидуса, выдерживают при этой температуре в течение 4...10 час, а затем охлаждают в воде. Недостатком этого способа является то, что технология получения сплава требует большого расхода электроэнергии и увеличения времени производственного процесса.
Известен способ [2] подготовки шихты для получения литейных алюминиевых сплавов, заключающийся в расплавлении исходных шихтовых материалов (чушковые первичные металлы и лигатуры), плавке без рафинирования и модифицирования и заливке в кокиль с температуры 710±10°С в кокильные формы. Скорость охлаждения при этом составляла ˜10°С/с. Недостатком данного способа является то, что его применение к низкосортным шихтовым материалам (лом, отходы алюминия и его сплавов [3]) не позволяет устранить микронеоднородность в расплаве, газовые и неметаллические включения, выравнить химический состав. В результате механические свойства сплава, полученного с использованием данной шихты, занижены.
Наиболее близкой [4] по технической сущности к предлагаемому изобретению является технология подготовки шихты, заключающаяся в том, что низкосортную шихту, состоящую из лома и возврата, расплавляют, подвергают под слоем флюса перегреву до 980...1000°С, выдержке при этой температуре 13...15 мин и затем при температуре 730...740°С заливают в стальной кокиль (скорость охлаждения составляет (1,1...1,5)·10°С/с). Недостатком данного способа является то, что значительный интервал времени, необходимый для снижения температуры расплава от температуры перегрева до температуры заливки, приводит к появлению микронеоднородностей за счет агрегатирования оставшихся в расплаве газовых и неметаллических включений, что снижает механические свойства сплава, полученного в дальнейшем из этой шихты.
Задачей изобретения является повышение механических свойств алюминиевых сплавов, полученных с применением подготовленной шихты.
Это достигается тем, что подготовка шихты включает расплавление шихтовых материалов, перегрев и выдержку расплава, причем выдержку проводят при температуре перегрева 1030...1060°С и охлаждение расплава осуществляют со скоростью (1,3÷2,0)·102°С/с.
Температура расплава 1030...1060°С является достаточной для снижения микронеоднородности расплава и выравнивания его химического состава, удаления основной части газовых и неметаллических включений, что достигается выдержкой расплава. Охлаждение расплава осуществляется со скоростью (1,3·2,0)·102°С/с, что обеспечивает мелкозернистую структуру получаемого сплава за счет следующего. Остаточное количество дисперсных элементов в расплаве (оксиды, карбиды, интерметаллиды и т.д.) в условиях высокой степени гомогенизации расплава после перегрева, выдержки и быстрого охлаждения ((1,3÷2,0)·102°С/с) способствует формированию мелкозернистой структуры. Это позволяет использовать данный сплав как компонент шихты для получения алюминиевых сплавов, а именно - как модифицирующую лигатуру. Данная подготовленная шихта при ее добавке к основной шихте является главным источником образования центров кристаллизации при охлаждении алюминиевых сплавов, полученных из низкосортных шихтовых материалов. Образующаяся мелкозернистая структура способствует повышению механических свойств (временного сопротивления разрыву σВ и относительному удлинению δ) алюминиевых сплавов. Значения механических свойств зависят от структуры сплава и возрастают при измельчении ее микроструктурных составляющих. Указанные признаки являются существенными для достижения поставленной задачи и позволяют классифицировать данный способ подготовки шихты как изобретение.
Пример. Для проверки эффективности предлагаемой технологии проводили исследование механических свойств сплава АК7ч, приготовленного с использованием специально подготовленной шихты. В качестве шихтовых материалов использовали лом, отходы, возврат сплава АК7ч. Плавки проводили в печи ИСТ-0,06. Режимы перегрева проводились по нескольким вариантам, причем охваченный интервал температур составлял 1010...1080°С. Длительность выдержки расплава при температуре перегрева во всех вариантах составляла 13...15 мин. Скорость охлаждения после перегрева варьировали от 1,3·10 до 2,3·102°С/с путем заливки расплава в кокили из разных материалов. Полученные слитки подготовленной шихты использовали при получении сплава АК7ч, причем массовая доля вводимой подготовленной шихты относительно всей массы составляла 25%. Температура заливки образцов на механические испытания составляла 720...725°С. В таблице (дана в приложении 1) приведены механические свойства сплава АК7ч, полученного с использованием шихты, подготовленной по нескольким вариантам вышеуказанной технологии, а также по известному способу [4].
Как видно из приведенных результатов (таблица), предлагаемый способ подготовки шихты для сплава АК7ч, включающий перегрев расплава, выдержку и охлаждение с температуры перегрева, дает более высокие значения механических свойств сплава АК7ч, чем известный способ [4], включающий перегрев расплава, выдержку и заливку с температуры 730°С в стальной кокиль, обеспечивающий скорость охлаждения 1,3·10°С/с.
Причем наилучшие результаты показал предлагаемый способ подготовки шихты по варианту 2 (таблица), заключающийся в расплавлении шихтовых материалов, перегреве расплава до 1040°С, выдержке и заливке с температуры перегрева в массивный медный кокиль, обеспечивающий скорость охлаждения 1,7·102°С/с. Повышение механических свойств сплава АК7ч, полученного при использовании подготовленной шихты по варианту 2, подтверждается исследованиями микроструктуры. Достигнуто существенное измельчение структуры (см. фиг.1, рис.б) по сравнению со структурой сплава, подготовленного в качестве шихты по известному способу [4] (фиг.1, рис.а).
Подготовка шихты по варианту 1 предлагаемого способа не обеспечивает должной гомогенизации расплава из-за низкой (1010°С) температуры перегрева расплава и его медленного охлаждения (1,3·10°С/с), что приводит к конгломерации неметаллических включений, определяющих структурную неоднородность получаемого сплава, который используется в качестве подготовленной шихты к основной шихте для получения сплава АК7ч. Механические свойства полученного с использованием этой шихты сплава уступают свойствам сплава, полученного с использованием шихты, подготовленной по варианту 2.
Вариант 3 предлагаемого способа подготовки шихты также не обеспечивает оптимального прироста механических свойств сплава АК7ч, что объясняется его повышенной газонасыщенностью. Высокая температура перегрева (1080°С) способствует значительному газонасыщению расплава, его последующее быстрое охлаждение (2,3·102°С/с) приводит к тому, что газы не успевают выделиться из него и фиксируются в структуре сплава, который в дальнейшем используется в качестве подготовленной шихты к основной шихте для получения сплава АК7ч. Этот фактор оказывает влияние на снижение значений механических свойств сплава АК7ч, полученного с использованием шихты, подготовленной по варианту 3.
| Таблица | ||||
| Влияние способа подготовки шихты на механические свойства сплава АК7ч | ||||
| Способ подготовки шихты / материал кокиля | Температура перегрева расплава при подготовке шихты, °С | Температура заливки расплава при подготовке шихты / скорость охлаждения расплава, °С/°С/с | Механические свойства сплава, полученного при использовании в основной шихте подготовленной шихты в количестве 25% | |
| σВ, МПа | δ, % | |||
| Известный [4] / стальной кокиль | 980 | 730/(1,3·10) | 190 | 3,3 |
| Предлагаемый (вариант 1) / стальной кокиль | 1010 | 1010/(1,3·10) | 207 | 3,5 |
| Предлагаемый (вариант 2) / массивный медный кокиль | 1040 | 1040/(1,7·102) | 220 | 4,2 |
| Предлагаемый (вариант 3) / водоохлаждаемый массивный медный кокиль | 1080 | 1080/(2,3·102) | 216 | 3,7 |
Источники информации
1. Авт. свид. СССР №412269, заявл. 1972 г.
2. Никитин В.И. Наследственность в литых сплавах. - Самара: СамГТУ, 1995. - 249 с., С.109.
3. Галевский Г.В., Кулагин Н.М., Минцис М.Я. Металлургия вторичного алюминия. - Новосибирск: Наука, 1998. - 252 с., С.10, 11.
4. Деев В.Б., Селянин И.О., Войтков А.П. Влияние наследственности шихты на кристаллизацию алюминиевых сплавов // Заготовительные производства в машиностроении. 2006. №5. С.7-9.
Способ подготовки шихты для получения алюминиевых сплавов, включающий расплавление шихтовых материалов, перегрев и выдержку расплава, отличающийся тем, что выдержку проводят при температуре перегрева 1030-1060°С и осуществляют охлаждение расплава со скоростью (1,3-2,0)·102°С/с.
