Состав для мофицирования алюминиевых сплавов

 

Союз Советских

Социалистических

Республмк

Qn ИСАНИЕ

ИЗОБВЕТЕН ИЯ

К АЮТОРСКОМУ СВИДИИЛЬСТВУ (6!) Дополнительное к авт. свил-ву(22) Заявлено 08.07.76(21) 2383528/22-02 с присоединением заявки № (23) Приоритет—

Опубликовано 1 5.04.79.Бюллетень № 1 4

Дата опубликования опнсания17.04.79 (iii 657075

С 22 С 1/06

Гееударстввкнв1й каатвт

СССР вв двлвм извбрвтвнкв к открытый (53) УДК 669.714. ,1 1 (088.8) (72) Авторы изобретения

В. H. Гурин, Н. H. Белоусов, М. М. Корсукова, В. Е. Попов, Л. Я. Кашевник, О. В. Елизарова, Г, А, Романов и А. П. Нечитайлов (71) Заявитель (,54) СОСТАВ ДЛЯ МОДИФИЦИРОВАНИЯ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано при модифицировании алюминиевых сплавов.

Для модифицирования алюминиевых сплавов практическое применение получили солевые модификаторы, например, следующего состава, вес.,о: фторид натрия

25; хлорид натрия 62,5, хлорид калия

12,5 (1).

Недостатки указанного модификатора состоят в ограниченном времени действия, необходимости удаления модификатора с поверхности расплава, неудобстве в обращении, Известен также состав для модифицирования алюминиевых сплавов, включающий алюминий, переходной металл IV -Vl групп и элемент из. группы, содержащей бор, углерод, кремний. Состав содержит

100 вес.ч. алюминия, 6-74 вес.ч переходного металла 1Ч вЂ” Ч1 групп и 0,127 вес.ч. элемента из группы: бор, углерод или кремний (2).

Однако модифицирующее действие известного состава на алюминиевые сплавы недостаточное, что приводит к несущественному (около 2%) увеличению пределов текучести и прочности сплавов.

lIeab изобретения состоит в повышении модифицирующих свойств состава и алюминидов.

Е1ель достигается тем, что состав содержит бор, углерод и кремний совместно при следующем соотношении компонентов, вес.%:

Переходый металл М -ф групп 5,46-31, 18

Бор 1, 18-15,66

t5

Углерод 1,18-1 5,66

Кремний 1,1 8-9,84

Алюминий Остальное

Пределы содержания бора, углерода и кремния в составе обусловлены кристаллической структурой и электронной концентрацией узлов решетки алюмннидов переходных металлов ф — Vl групп, которые образуют два типа кристаллических

657075,»ZK P: 7rAt (2 М ) 64. Э структуры содержат определенное количество пустот двух тинов — октаэдрических и тетраэдрических. Размеры атомов бора и углерода позволяют им внедряться % только в октаэдрические пустоты, число которых в рассматриваемых структурах соответствует числу атомов в элементарной ячейке. Таким образом, предельное содержание бора, углерода в алюминиде вычисляется по весу атомов бора или углерода, заполнивших все октаэдрические пустоты, отнесенному к весу алюминида (см. табл.1).

Кремний иэ- за сравнительно большого размера своих атомов образует в апюминидах твердые растворы замещения атомов алюминия.

Верхний предел его содержания в алюминиде обусловлен пределом максимальной электронной концентрации на один узел в элементарной ячейке идеальной структу ры алюминида, т.е. кремний замещает атомы алюминия до тех пор, пока концентрация электронов на один узел ячейки не превысит максимального уровня, соответствующего идеальной структуре данного алюминида. Предельная электронная концентрация характеризует идеальную структуру алюминида и обусловливает его устойчивость и существование.

Замещение алюминия на кремний возможно лишь при сохранении такой или:очень близкой к ней концентрации. Расчет показывает,. что в структурах алюмипидов . И типа TiAP . иЧРИ электронная концентрация остается близкой к предельной (3,25 е и 3.6 е на 1 узел ячейки) лишь при неэквивалентной замене атомов алюминия на кремний, т.е. замене большего

40 количества атомов алюминия меньшим количеством атомов кремния: Т А1 © (3,12 е-/узел) иММ Ж (3,6 е/узел), Отсюда вычисляется верхнее предельное

4S количество кремния, замещающее алюмнний в структурах алюминидоВ и раВное

9,84 вес.% от веса состава (или 21,8 вес.% от веса алюминида) (см. табл.1).

Нижний предел содержания 8 1,18 вес,%

50 от веса состава (или 0,1 вес.% ov веса алюминида).

Пересчет содержания бора, углерода и кремния от веса апюминида на весовой процент состава ведут на основе со$5 держания в нем переходного металла IV

Vl групп. Данные о теоретических пре-делах возможного содержания бора, углерода и кремния в алюминидах переходных металлов Я вЂ” Ф групп представлены в табл.1 . Аналогичный расчет пределов содержания бора, углерода и кремния может быть проведен для других подобных структур алюминидов.

Процесс получения криеталлов твердых растворов ведут в инертной атмосфере, например в аргоне, с выдержкой при 900о

1400 С (в зависимости от конкретной системы) и последующим охлаждением до комнатной температуры. В результате использования состава получают кристаллы алюминидов, содержащие сочетание бора, углерода и кремния (см. табл.2) и имеющие тип кристаллической структуры (согласно данным фазового рентгеновского анализа), полностью соответствукнций чистым апюминидам.

Из-за сложности процессов образования кристаллов твердых растворов сочетания бора, углерода и кремния в алюминидах переходных металлов, а также иэ-эа неравновесности (в большинстве случаев) процессов их получения количественное совпадение состава исходного состава и получаемых из него кристаллов маловероятно и наблюдается лишь совпадение соотношений компонентов в шихте и кристаллах (см. табл.2}.

Предлагаемый состав был опробован в соответствии с указанной технологией в лабораторных условиях. Исходные составы и содержание основных компонентов. в полученных кристаллах алюминидов представлены в табл.2.

Полученные кристаллы алюминидов переходных металлов LY -4 групп, в част ности кристаллыТ А з, содержащие сочетание бора, углерода и кремния, обладают более высоким модифицирующим действием (измельчение структуры повышается в

2 раза) на алюминиевые сплавы, в частности, на сплав АЛ2, чем кристаллы

ТМСЗ, содержащие только В (или С, или Я ) (см. чертеж). Кристаллы или исходный состав вводят в расплав алюминия в количестве 0,01-1 вес.%,завернутые в алюминиевую фольгу. При этом использование исходного состава значительно упрощает процесс модифицирования, так как исключаются стадйи получения, выделения и отбора монокристаллов твердых растворов. Модифицируемые сплавы выливают в кокиль, после чего иэ отливок изготавливают образцы дпя мехднических испытаний. Из графика видно, что модифицирующее действие (иэмельчение зерен кремния) является наивысшим у

657, кристаллов Т А1, содержащих сочетание бора, углерода и кремния. Оно увеличивается в 2 раза по сравнению с действием кристаллов Т1М, содержащих только бор. Кроме то1,э, оно выше, чем у соле- 5

munro модификатор. 3faF МаСЕ+ КСЕ, используемого в промышленности. Модифицирующее действие повышается также с увеличением количества модификатора до 1 вес.% от веса сплава. о

Модифицирующее действие кристаллов

7)Af>, содержащих сочетание бора, углерода и кремния, а также исходного состава для их получения приводит к большему упрочнению и улучшению других ме- 1 ханических свойств алюминия и его сплавов — А99 и АЛ2, чем модифицирующее действие кристаллов ТЖЗ, содержащих только бор (или углерод, или кремний) .

Это показано в табл.З на результатах механических испытаний образцов алюминиевых сплавов АЛ2 и А99, модифицированных кристаллами Т АЕ,, содержащими бор и сочетание бора, углерода и кремния, а также соответствующим исходным составом. Из табл.З следует, что у сплава

АЛ2 при модифицировании его кристаллами Tike, содержащими сочетание бора, 075 б углерода и кремния (и исходным составом для их получения) предел прочности, предел текучести и относительное удлинение соответственно увеличиваются на

5-7; 10-30 и 1-20%). При модифицировании же кристаллами Ч А Э с бором предел прочности и предел,"текучести увелйчиваются лишь на 2%, а относительное удлинение уменьшается на 20%. У сплава А99 наблюдается следующее: при модифицировании его кристаллами Ti Af з (В + С +Я) (и исходным составом) предел прочности и предел текучести увеличиваются на 2 и 22% (для шихты.соо ветственно на 2-74 и 3-51ф при модлфицировании кристаллами Ti AC> с В (и исходным составом) предел прочности и предел текучести уменьшаются на 16 и 6% (для состава они увеличиваются на

2 и 19 ). Относительное удлинение для сплава А99 здесь во всех случаях уменьшается. Предел прочности и относительное удлинение спчава АЛ2, модифицированного шихтоййаЕ+ Ma_#_ + КСР, используемой в промышленности, йе превышают значений, полученных на этом сплаве при модифицировании его предлагаемым составом и полученными кристаллами.

657075

"ф 2

Ж Э фасо с

М Щ

Е к>

l0 ф22

C4 ) p

СЧ

Г 1

С9 о

Р3

0) Щ т-1 о Ф

ы й, ч м.

7» сО о т 1

Я с 4 с3 с0 о 1 о

Сб

CQ м

Л

5 С

Ае

ЛЕ ь талл

6,22

1,47

40,00 1,64

50,12

Zr AC

4,88

4,88 4,88

70,73

4,63

30,09 2,80

3,90

9,85 9,85

60,71

8,87

2,60

43,35

8,08 н яе, 1,65

0,64

59,92 0,8

37,81

1,95

1,95 1,95

87,32

6,83

51,45

2,44 2,44

4,88

0,68

2,02

45,41 0,62 яь Ае

78,05 г,го

Та 33,30

7,20

7,20 7,20

4,04

26,25 1,80

2,00

65,42

45,10

20,36

1,08

0,24

78,38 0,18

1,53 1,,53

1,53

Q 6,12

89,29

РАо 5 50 жоЛЕ, 1,16

0,36

53,99 0,28

43,87

1,20

1,20 1,20

91,00

3,92

34,34 1,26

1,28

ВЛГ

М 29,50

58,90

52,20

8,70

4,80 4,80 тле

0,20

0,10

58,55 0,10

1,2 1,2

1,2

40,98

86,4

0,64

0;40

60,00 0,35

38,36

3 3

10

ЧАЕ

56,24 2,17

2,43

1,98 тле, 36,79

Т4 10

58,16 1,88

38,03

0,87

Tj 10

0,98

Т1 ЯЕ

4,19

0,61

58,17 0,49

36,24 т1

2 2

Перекодны меСостав исходной шихты, вес.% аза (по данным рентгена ского н&лиэа М

С Я

Таблица 2

Состав полученных кристаллов, вес. Ь Таблнца3

05 075

Продолжение табл. 3

Бор

Зз Углерод

Кремний

Алюминий

1,18-15,66

1,18-15,66

1,1 8-9,84

Остальное

Ф Д

НадиРикатор МЬя. /

Формула изобретения

Состав .для модифицирования алюминиевых сплавов, включающий алюминий, переходный металл 1Ч вЂ”.VJ групп и элемент из группы, содержащей бор, углерод кремний, отличающийся тем, . что, L целью повышения модифицирующих свойств состава и алюминидов, он содержит бор, углерод и кремний совместно при следующем соотношении компонентов, вес.%:

Переходный металлф — VI групп .5 46-31 18

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Альтман M. Б., Лебедев А. А.

:и Чухров М. В. Плавка и литье сплавов. цветных металлов. М., 1963, с. 128.

2, Авторское свидетельство СССР

М 436875, кл, С 22 С 1/02, 1974.

БНИИПИ Заказ 1737/29

Тираж 726 Подписное

Филиал ППП Патент, г. Ужгород,ул. Проектная, 4