Способ получения автоматного алюминиевого сплава, содержащего магний и свинец

Авторы патента:

C22C1/03 - Сплавы (кремни C06C 15/00; обработка сплавов C21D, C22F)

Владельцы патента RU 2564643:

Открытое акционерное общество "Каменск-Уральский металлургический завод" (RU)

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к производству деформируемых автоматных сплавов на основе алюминия, содержащих магний и свинец. Способ включает загрузку в печь и расплавление всех предусмотренных компонентов шихты, кроме магния и свинца, которые вводят в расплав в виде лигатуры, содержащей 70-40% магния и 30-60% свинца, после чего расплав перемешивают, рафинируют, отстаивают и кристаллизуют. Способ позволяет наиболее точно выполнять требования международных стандартов по содержанию свинца и магния в автоматных сплавах за счет значительного снижения брака по химическому составу. 1 табл.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к производству деформируемых автоматных сплавов на основе алюминия.

Автоматные алюминиевые сплавы - это традиционные сплавы систем Al-Cu-Mg и Al-Mg-Si, дополнительно легированные легкоплавкими элементами - свинцом или свинцом с висмутом до 1,5% (масс.). Свое наименование сплавы получили в связи с их обработкой на станках-автоматах с повышенной скоростью резания.

В последние годы европейские заказчики выдвинули повышенные по сравнению со стандартами требования по содержанию свинца в автоматных сплавах системы Al-Cu-Mg, сузив его пределы более чем в 3 раза. Учитывая особенности усвоения свинца при приготовлении этих сплавов, необходимо было найти решения, которые позволили бы исключить брак по химическому составу, вместе с тем снизить затраты на изготовление сплавов.

Известно, что для получения, например, антифрикционных сплавов на основе алюминия, содержащих легкоплавкие компоненты, последние вводят в расплав в виде лигатуры олово-свинец, либо контактным сплавлением алюминиевой заготовки со сплавом свинец-олово эвтектического состава. (РФ 2329321 C1, C22C 21/04, РФ 2452783, C22C 1/02).

Однако лигатуры свинца с оловом не применимы при получении деформируемых автоматных сплавов с ограниченным содержанием магния, свинца, олова.

Известен способ получения сплава системы Al-Mg-Pb, при котором в расплавленный алюминий с добавлением бериллиевой лигатуры вводят магний, одновременно готовят расплав алюминия со свинцом, который затем переливают в расплав алюминия с магнием, перемешивают, разливают на гранулы. (РФ 2454472 C1, C22C 1/03, опубл. 26.07.2012 г.).

Недостатком известного способа является:

- сложность реализации данного метода из-за необходимости иметь две печи и гранулятор;

- максимально возможная концентрация свинца в данном способе - 12%, что приводит к большому расходу лигатуры на плавку (5-10% от загрузки) и значительному повышению себестоимости сплава;

- низкое усвоение свинца в сплаве;

- выгорание магния и необходимость повышенной защиты расплава от окисления.

- способ не применим для получения деформируемых автоматных алюминиевых сплавов с содержанием свинца до 1,5%.

Известен способ приготовления автоматных сплавов, когда присадку свинца осуществляют в чистом виде в виде чушек или лома с последующим перемешиванием (Варга И.И. // Литейное производство. 1997, №8-9. С.53-54).

Недостатком данного распространенного способа является низкое усвоение свинца в сплаве вследствие его потерь - при взаимодействии с кислородом атмосферы и образовании PbO, а также при накапливании свинца в огнеупорной кладке подины печи, что, в свою очередь, приводит к ухудшению экологии и ускоренному выходу из строя печного оборудования.

Наиболее близким является способ получения автоматных сплавов систем Al-Cu-Mg-Mn или Al-Mg-Si посредством присадки лигатуры Al-Pb перед кристаллизатором при непрерывном литье (Бабкин В.Г. // Технология легких сплавов. 2009, №2, с.62-69)

Недостатком указанного в качестве прототипа способа является:

- сложность получения гранулированных лигатур в необходимом количестве для промышленных объемов производства автоматного сплава;

- сложность получения содержания свинца в сплаве в пределах, требуемых стандартом;

- низкое усвоение свинца в сплав;

- выгорание магния и необходимость повышенной защиты расплава от окисления.

В задачу предлагаемого решения входило снижение брака по химическому составу, тем самым наиболее точно выполняя требования международных стандартов по содержанию магния и свинца в автоматных сплавах.

Техническим результатом изобретения является повышение усвоения свинца как при приготовлении сплавов, так и при литье слитков.

Технический результат, на достижение которого направлен заявляемый способ, обеспечивается тем, что получение автоматного алюминиевого сплава, содержащего магний и свинец, осуществляется посредством загрузки в печь и расплавления всех предусмотренных компонентов шихты, кроме магния и свинца, которые вводят в расплав в виде лигатуры, содержащей 70-40% магния и 30-60% свинца, перемешивания, рафинирования, отстаивания и кристаллизации приготовленного расплава.

В связи с плохим усвоением свинца в расплаве алюминия и его высоким удельным весом при присадке свинца в печь происходит его оседание на подину печи и ее металлизация. В последующем это ведет к неравномерности содержания свинца в сплаве по заливам и образованию брака по химическому составу как при литье слитков, так и при приготовлении сплавов. Вместе с тем, так как магний намного легче расплавленного алюминия, то присаженный в расплав чистый магний поднимается к поверхности, вызывая его повышенное выгорание и окисление расплава.

При составе лигатуры 70% Mg и 30% Pb удельный вес позволяет ей находится во взвешенном состоянии, т.е. не тонуть и не сплывать, а находится в расплаве под слоем металла и равномерно распределяться по объему металлической ванны, тем самым исключая выгорание магния и повышая усвоение свинца в расплаве.

Содержание магния выше 70% приводит к соответственному уменьшению доли свинца в лигатуре, что значительно снизит ее удельный вес - лигатура будет распределена у поверхности расплава, что приведет к выгоранию магния, образованию окиси синца PbO. Снижение концентрации магния в лигатуре ниже 40% соответственно повышает процент содержания свинца более 60% - лигатура начнет быстрее опускаться к донной части металлической ванны, где перемешивание при больших объемах металла затруднено, что приведет к неравномерному распределению свинца.

В то же время процентное соотношение компонентов в лигатуре 40% Mg и 60% Pb оптимально позволяет получить сплав системы Al-Cu-Mg-Mn с содержанием свинца 0,8-1,0% и магния 0,5-0,8%.

Расплавление лигатуры Mg-Pb и усвоение ее компонентов происходит при непрерывном размешивании расплава в течение нескольких минут, практически не снижая температуры расплава, что позволяет вводить ее после расплавления всех предусмотренных компонентов шихты в конце приготовления сплава.

Способ осуществляют следующим образом. В печь загружают все предусмотренные компоненты шихты, кроме магния и свинца. После расплавления снимают шлак, расплав тщательно промешивают. Затем добавляют лигатуру Mg-Pb и снова перемешивают. Далее расплав рафинируют, отстаивают и отливают в кристаллизатор полунепрерывного литья.

Пример 1

Приготавливали и отливали слиток ⌀ 377×1900 мм из опытного алюминиевого сплава с расчетным содержанием магния 1,8% и свинца 0,8% на плавильно-литейном агрегате в составе газовая печь-миксер емкостью 1 т. После расплавления шихты, рассчитанной на плавку, при температуре 740°C отобрали пробы на 1-й экспресс-анализ. Затем произвели присадку лигатуры 70% Mg - 30% Pb и тщательно промешали расплав в течение нескольких минут. При температуре 730°C отобрали пробы на 2-й экспресс-анализ. Расплав рафинировали карналлитовым флюсом с одновременной продувкой инертным газом. После рафинирования произвели отстой металла. Данные по содержанию магния и свинца в сплаве приведены в таблице 1.

Пример 2

Для изготовления слитка ⌀ 520×5000 мм из автоматного алюминиевого сплава 2007 с расчетным содержанием магния 0,65% и свинца 0,8% применяли лигатуру 40% Mg - 60% Pb на плавильно-литейном агрегате в составе газовая печь-миксер емкостью 30 т. Приготовление проводили так же, как и в примере 1. Испытания проводили на партии из двух плавок. Данные испытаний приведены в таблице 1.

Для сравнения в таблице 1 приведены три плавки, приготовленные по серийной технологии, когда присадку свинца и магния в расплав осуществляли в чистом виде.

Таблица 1
Состав лигатуры	№ плавки	Компоненты	Расчетный хим. состав, %	1 экспресс анализ, % (до присадки лигатуры Mg-Pb)	2 экспресс анализ, % (после присадки лигатуры Mg-Pb)	Разливочный химический состав, %	Усвоение, %
Опытная технология
70% Mg-30% Pb	0-103	Mg	1,8	0,006	1,763	1,75-1,85	98
Pb	0,8	0,028	0,803	0,8-0,9	100
40% Mg-60% Pb	1	Mg	0,65	0,45	0,67	0,6-0,7	100
	Pb	0,8	0,54	0,82	0,8-0,9	100
	2	Mg	0,65	0,42	0,62	0,6-0,7	95
Pb	0,8	0,45	0,75	0,8-0,9	94
Серийная технология
Магний Свинец	1	Mg	0,65	0,39	0,49	0,6-0,7	75
Pb	0,8	0,46	0,64	0,8-0,9	80
Магний Свинец	2	Mg	0,65	0,46	0,53	0,6-0,7	81
Pb	0,8	0,55	0,66	0,8-0,9	82
Магний Свинец	3	Mg	0,65	0,62	0,59	0,6-0,7	90
Pb	0,8	0,27	0,60	0,8-0,9	75

Таким образом, лигатура, содержащая 70-40% Mg и 30-60% Pb, удобна для присадки в расплав при получении автоматных алюминиевых сплавов с содержанием свинца до 1,5%, так как ее удельный вес близок к удельному весу расплавленного алюминия. Усвоение свинца из лигатуры составило ~98%, что по сравнению с серийной технологией выше более чем в 1,5 раза. Усвоение магния составило ~97%.

Благодаря высокому усвоению свинца при использовании двойной лигатуры Mg-Pb удалось значительно снизить брак по химическому составу, что позволило наиболее точно выполнить требования международных стандартов по содержанию свинца и магния в автоматных сплавах. Кроме того, за счет существенного сокращения количества промежуточных плавок, необходимых для "отмывания" футеровки печи от избыточного свинца, перешедшего в подину, повысился коэффициент использования оборудования для получения автоматных сплавов, снизились затраты на легирующие компоненты.

Способ получения автоматного алюминиевого сплава,содержащего магний и свинец, включающий загрузку в печь и расплавление всех предусмотренных компонентов шихты, кроме магния и свинца, которые вводят в расплав в виде лигатуры, содержащей 70-40% магния и 30-60% свинца, после чего расплав перемешивают, рафинируют, отстаивают и кристаллизуют.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к сплавам на магниевой основе и способам их получения. Способ получения сплава на магниевой основе включает обеспечение расплава магния или магниевого сплава, добавление 0,01-30 мас.% оксида щелочноземельного металла на поверхность расплава, поверхностное перемешивание в течение от 1 секунды до 60 минут на 0,1 мас.% добавленного оксида щелочноземельного металла с обеспечением его диссоциации и частичного расходования, обеспечение возможности взаимодействия щелочноземельного металла, полученного в результате расходования оксида щелочноземельного металла, с магнием и/или легирующим элементом в магниевом сплаве с получением интерметаллического соединения, удаление оксида щелочноземельного металла, остающегося после реакции, вместе со шлаком, разливку и кристаллизацию.

Способ получения композиционных материалов на основе платины или платинородиевых сплавов // 2563913

Изобретение относится к области металлургии благородных металлов, в частности к производству платины или платинородиевых сплавов, упрочненных дисперсными оксидными частицами, и может быть использовано при изготовлении стеклоплавильных аппаратов (СПА) и фильерных питателей (ФП), эксплуатируемых в агрессивных средах в условиях высоких температур.

Способ производства безуглеродистых литейных жаропрочных сплавов на основе никеля // 2563403

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству жаропрочных сплавов на основе никеля, и может быть использовано при выплавке сплавов для литья лопаток газотурбинных двигателей.

Способ получения высокотемпературного композиционного материала на основе никеля // 2563084

Изобретение относится к порошковой металлургии. Способ получения композиционного материала на основе никеля включает перемешивание порошков для приготовления матрицы материала и дисперсного порошка оксида металла, механическое легирование полученной смеси, компактирование и прокатку полученного сплава.

Пуансон из цементированного карбида // 2563073

Изобретение относится к области металлургии, а именно к материалам для изготовления штамповочного инструмента. Пуансон из цементированного карбида для изготовления металлических банок для напитков.

Способ получения композиционного материала на основе алюминиевого сплава // 2562739

Изобретение относится к получению литого композиционного материала на основе алюминиевого сплава для изготовления деталей сложной формы. Расплавляют основу, вводят в нее композицию, включающую армирующие частицы Аl2О3, на поверхности которых механической активацией предварительно сформирован слой Аl, и разливают в форму.

Алюминиевый сплав, обладающий улучшенной устойчивостью к окислению, устойчивостью к коррозии или улучшенным сопротивлением усталости, и продукт из указанного сплава, полученный литьем под давлением или экструзией // 2562589

Изобретение относится к алюминиевым сплавам, полученным без вреда для окружающей среды и имеющим отличную устойчивость к окислению. Способ получения продукта из алюминиевого сплава включает получение магниевой лигатуры путем введения в расплав магния частиц на основе Ca размером 0,1-500 мкм в количестве 0,001-30 мас.%, введение полученной лигатуры в расплав алюминия в количестве 0,0001-30 мас.

Способ получения электрода для производства порошковых жаропрочных сплавов на основе алюминида титана // 2562552

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано при послойном нанесении материала по аддитивной технологии. Проводят предварительное механическое легирование исходной порошковой смеси из порошков титана и элементов, способных образовывать с ним твердые растворы замещения, в инертной среде в мельнице с дозой энергии от 5 до 15 кДж/г, достаточной для образования гранул из указанного твердого раствора замещения.

Способ получения слоистых композиционных материалов // 2562279

Изобретение относится к производству слоистых композиционных материалов, содержащих слой пеноалюминия. Приготавливают алюминиевый расплав и перегревают его выше температуры ликвидус.

Карбонатная смесь для рафинирования алюминиевых сплавов с модифицирующим эффектом // 2562015

Изобретение относится к литейному производству, в частности к карбонатным смесям, используемым при рафинировании и модифицировании алюминиевых сплавов. Карбонатная смесь содержит, мас.%: 50-95 карбоната кальция и 5-50 карбоната стронция, при этом смесь состоит из частиц фракции 40-60 мкм.

Способ получения композиционного материала на основе ниобия // 2564648

Изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно к получению высокотемпературных композиционных материалов на основе ниобия с оксидным упрочнением. Порошки для приготовления матрицы перемешивают и подвергают механическому легированию в защитной атмосфере с образованием массива гранул из частиц порошка. Механическое легирование проводят в защитной атмосфере в течение 40-60 часов. В полученный массив гранул добавляют монокристаллические волокна α-Al2O3 и проводят двустороннее прессование полученной смеси при температуре 1400-1430°C и давлении 28-35 МПа не менее 3-х минут. Обеспечивается повышение предела прочности композиционного материала на основе ниобия, при этом материал имеет плотность, составляющую не менее 95% от теоретической. 3 з.п. ф-лы, 3 пр.

Способ получения пористого сплава на основе никелида титана // 2566234

Изобретение относится к металлургии, а именно к получению пористых металлических материалов методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, и может использоваться в медицинской имплантологии. Пористый сплав на основе никелида титана получают из шихты, уплотненной до пористости 45-50% при температуре предварительного подогрева 400-450°С. Полученный пористый сплав подвергают нескольким циклам химического травления в растворе азотной и плавиковой кислот до появления металлического блеска, после чего образец погружают в воду на 10-12 часов. Ускоряется прорастание тканей и повышается долговечность функционирования пористого имплантата в организме за счет оптимизации размеров пор и перегородок, уменьшения их разброса, а также увеличения их удельной поверхности. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Электротехническое изделие, изготовленное из токопроводящего композиционного материала, и способ его изготовления // 2566247

Изобретение относится к изготовлению электротехнических изделий из композиционного материала. Электротехническое изделие изготовлено из токопроводящего композиционного материала формованием методом холодного прессования, при этом токопроводящий композиционный материал содержит 40÷55 мас.% порошка естественного графита, 30÷15 мас.% связующего на основе новолачной смолы, 30 мас.% медного порошка и дополнительно поливинилацетат в качестве пластификатора в количестве 9÷35 мас.% от суммарной массы порошкообразных компонентов. В способе получения электротехнического изделия смешивают порошок естественного графита и медный порошок, в полученную смесь вводят связующее, гомогенизируют смесь и вводят поливинилацетат, смешивают и сушат полученную массу при 45°C на протяжении 20 часов. Формуют изделие холодным прессованием и проводят высокотемпературную обработку со скоростью нагрева 1,5°C/мин до 1250°C и выдержкой в течение 3 часов. Обеспечивается получение токопроводящего материала невысокой плотности, что облегчает процесс прессования и исключает расслоение изделия. 2 н.п. ф-лы, 4 пр.

Способ изготовления породоразрушающего инструмента // 2566252

Изобретение относится к изготовлению породоразрушающего инструмента. Формируют в графитовой форме композиционную матрицу инструмента, содержащую включения в виде алмаза или твердого сплава, прессуют, затем проводят нагрев спрессованного инструмента до температуры пропитки с горячим прессованием и охлаждают инструмент на воздухе до 350°C. После снятия графитовой формы погружают инструмент в воду комнатной температуры и проводят последующую сушку. После сушки проводят закалку инструмента криогенной обработкой путем погружения его в жидкий азот и выдержкой в нем 16-20 минут, при этом формирование композиционной матрицы в графитовой форме осуществляют с учетом ожидаемого уровня остаточных напряжений в инструменте после криогенной обработки. Обеспечивается повышение стойкости и качества породоразрушающего инструмента. 1 табл.

Способ получения композиционного материала на основе меди для электрических контактов // 2567418

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к производству графитсодержащих композиционных материалов электротехнического назначения на основе меди, и может быть использовано для изготовления электрических разрывных контактов низковольтной аппаратуры. Способ получения композиционного материала на основе меди для электрических контактов включает расплавление меди, введение в медный расплав смеси порошковых компонентов, содержащей графит и хром, с одновременным воздействием на полученный расплав вертикальными низкочастотными колебаниями и последующую кристаллизацию расплава, при этом смесь порошковых компонентов вводят в медный расплав при температуре 1030-1300°C в следующем соотношении, мас.%: графит 0,2-2,0, хром - 0,1-1,0, медь - остальное, при фракционном составе порошков графита и хрома - 0,1-10,0 мкм, а механоактивацию расплава проводят низкочастотными колебаниями с частотой 40-100 Гц в неподвижной емкости вибрирующим поршнем-активатором, погруженным в расплав и обеспечивающим интенсивное перемешивание во всем объеме в течение 1-10 минут. Способ позволяет получить беспористый сплав с высокой электродугостойкостью, а также сократить энерго-временные затраты на его получение. 1 табл.

Способ получения модифицированных алюминиевых сплавов // 2567779

Изобретение относится к получению упрочненных легких сплавов на основе алюминия. В расплав алюминиевого сплава при температуре 750÷800ºС вводят 6 мас.% порошка криолита Na3AlF6, через промежуток времени не менее 10 мин в расплав вводят 5÷6 мас.% модификатора при одновременной активации расплава в течение не менее 20 мин механическим перемешиванием и/или воздействием ультразвуковых колебаний частотой 10 кГц, и/или воздействием электромагнитного поля частотой 40 Гц. В качестве модификатора используют перемешанную до однородного состояния смесь, состоящую из 20 мас.% нанопорошка титана, 5 мас.% нанопорошка углерода и 75 мас.% порошка криолита. Обеспечивается повышение прочности и износостойкости дисперсно-упрочненных сплавов за счет образования in situ наночастиц карбида титана, равномерно распределенных в алюминиевой матрице. 1 ил., 1 пр.

Волокнистый композиционный материал с матрицей на основе ниобия // 2568407

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокотемпературным композиционным материалам на основе ниобия, упрочненным оксидными волокнами, применяемым для изготовления конструкционных деталей авиационного назначения. Волокнистый композиционный материал содержит матрицу и армирующие монокристаллические волокна оксида алюминия. Матрицу из ниобия или сплава на основе ниобия получают высокоэнергетическим помолом порошка ниобия или смеси исходных порошков сплава на основе ниобия. Монокристаллические волокна оксида алюминия имеют диаметр от 50 до 500 мкм и объемную долю в композиционном материале от 10 до 60%. Композиционный материал характеризуется высокой прочностью при комнатной и повышенной температурах и максимальной рабочей температурой не менее 1700°C. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 4 пр.

Способ получения наноструктурированного конгломерированного порошкового материала для нанесения покрытий методами газодинамического и газотермического напыления // 2568555

Изобретение относится к получению наноструктурированного конгломерированного порошкового материала для нанесения износо-коррозионностойких покрытий гизодинамическим и газотермическим напылением. Проводят диспергирование наноструктурного материала в жидкую среду посредством ультразвука и сушку раствора с получением агломерированных наноструктурных частиц. В качестве жидкой среды используют спиртовой раствор, а в качестве наноструктурного материала используют материал, состоящий из 20-80 об.% порошка карбонитрида титана с размером 40-60 нм и остальное - непокрытый алюминиевый порошок с размером частиц 90-100 нм. Полученные агломерированные наноструктурные частицы подвергают аттриторной обработке в течение 30 минут при скоростях вращения 1400-2000 об/мин. Обеспечивается снижение пористости покрытий при использовании полученного порошкового материала. 3 ил., 1 табл., 2 пр.

Способ получения спеченного пористого вольфрамового каркаса // 2569287

Изобретение относится к порошковой металлургии. Способ получения спеченного пористого вольфрамового каркаса включает смешение порошка вольфрама с порошковой активирующей добавкой, состоящей из порошков никеля и железа, прессование и спекание. Используют порошок вольфрама с размером частиц 1-0,5 мкм. Смешивание порошков проводят в планетарной мельнице при отношении веса смеси порошков к весу шаров равном 1:10, с добавлением изопропилового спирта при отношении объема изопропилового спирта к объему смеси порошков равном 2:1 и последующей сушкой до полного удаления спирта. Прессование ведут с добавлением этанола в смесь порошков при соотношении 1-5 об.%. Спекание проводят в атмосфере водорода при 800°C в течение 30 минут. Обеспечивается снижение температуры спекания и повышение прочности спеченного вольфрамового каркаса. 4 ил., 3 пр.

Способ изготовления наноразмерного твердого сплава // 2569288

Изобретение относится к порошковой металлургии. Способ изготовления наноразмерного твердого сплава включает приготовление смеси из наноразмерных порошков карбида вольфрама и кобальта, прессование ее в стальной пресс-форме и спекание в вакууме. Причем перед прессованием в смесь наноразмерных порошков вводят 2-15 об. % этанола, а прессование ведут при давлении 2000 кгс/см2. Обеспечивается снижение давления прессования и повышение качества спеченных изделий. 8 ил., 3 пр.