CZ432198A3 - Směs vhodná jako přípravek předslitiny k hliníko-křemíkovým slitinám - Google Patents

Abstract

Směs vhodnápro použitíjako přídavek předslitinyje hliníkokřemíkovýmslitinám, nebojako očkovací činidlo pro lité železo, obsahuje granule intermetalických slitin vybraných ze skupiny ALtSr, Al2Sr, AISr, směs obsahuje 40 až 81 %stroncia a obsahuje minimální množství hlirúko-stronciových eutektických fází.

Description

Oblast techniky

Tento vynález se vztahuje na stroncio-hliníkové slitiny přednostně pro použití k modifikaci eutektické fáze hliníko4 křemíkových slévárenských slitin, nebo k modifikaci intermetalických fází ve slitinách k tváření. Stroncio-hliníkové slitiny jsou také užitečné k očkování šedého a tvárného železa.

Dosavadní stav techniky

Vzhledem k jejich výborné tekutosti a slévatelnosti jsou eutektické a hypoeutektické hliníko-křemíkové slitiny široce užívány při výrobě hliníkových odlitků. V nemodifikovaném stavu je eutektické křemíková fáze přítomná jako neuhlazené destičky s ostrými stranami, a je často označovaná jako jehlicovitý křemík. Přítomnost jehlicovitého křemíku má za následek odlitky, které mají malé poměrné prodloužení, špatné vlastnosti při nárazu, a špatnou obrobitelnost.

Bylo ukázáno, že stroncium je účinné ke zjemnění a modifikaci neuhlazeného jehlicovitého křemíku do jemné, navzájem propojené vláknité struktury. Obecně malá množství stroncia mezi 100 a 200 ppm postačují ke vzniku jemného vláknitého křemíku, který pak významně zlepšuje mechanické vlastnosti a charakteristiky strojního obrábění hliníkových odlitků. U. S.

• · ·

1969 pro Dunkel stroncia, buď jako % Sr netto.

• · 4 • · 4 • · · · · 4 • 4 • · · · patent No. 3,446,170, udělený 9. září a spol., rozpoznává prospěšnost přidávání čistého kovu, nebo jako AISr slitiny, se 7

Protože kovové stroncium je velice reaktivní s kyslíkem, dusíkem a vlhkostí, je jeho použití jako modifikačního i

činidla omezeno. Ve většině případů se stroncium přidává ve formě předslitiny.

Publikace Pekguleryuze a dalších, Podmínky pro přidávání předslitin stroncia do tavenin A356, Trans. Am. Foundrymen's Soc. (1989) pojednává o použití slitiny z 55 % hmotnosti Sr a 45 % hmotnosti Al jako předslitiny k modifikaci hliníko-křemíkových slitin. Tato slitina se převážně skládá z intermetalické fáze Al4Sr a Al2Sr. Tento dokument však neudává, že slitina je ve formě granulí či prášku.

U. S. patent No. 3,567,429, udělený 2. března 1971 pro Dunkel a spol., zveřejňuje použití stronciové hliníko-křemíkové předslitiny, která má obsah stroncia větší než 7 %. Stronciové hliníko-křemíkové předslitiny se již široce nepoužívají pro modifikaci hliníko-křemíkových slévárenských slitin, protože ve většině případů je stroncium přítomné jako intermetalická fáze s vysokou tavnou teplotou, taková jako Al₂Sr₂Si nebo SrSi₂, která se velmi pomalu rozpouští při teplotách zpracování roztaveného hliníku, typicky 760 °C nebo nižších. Jak je uvedeno Johnem E. Gruzleskim a Bernardem M. Clossetem (Zpracování kapalných hliníko-křemíkových slitin,

American Foundrymen's Society lne., 1990, str. 31 - 39), 10 % binární hliníko-stronciová předslitina se rozpouští dvakrát rychleji ve hliníko-křemíkové A356 slévárenské slitině, než ternární stronciová hliníko-křemíková slitina s 10 % stroncia a 14 % křemíku, při teplotách tavení mezi 670 a 775 °C. Podobné výsledky lze nalézt v U. S. patentu No. 5,045,110, uděleného 3. září 1991 pro Vader a spol., kde se uvádějí rozpouštěcí doby mezi 20 a 30 minutami pro stronciové hliníko-křemíkové předslitiny ve formě ingotu, které obsahují 10 % stroncia a 14 % křemíku. V kontrastu k tomuto lze nalézt v U. S. patentu No. 4,576,791, který je dále diskutován, že hliníko-stronciové binární slitiny s obsahem 5 - 10 % stroncia, ve formě tyče a s obsahem zrn titanu a boru jako zjemňovače, se rozpouští za 1 minutu. Navíc má obvyklý způsob výroby hliníko-stronciových předslitin za následek podstatný obsah škodlivého množství nečistot v předslitině, zahrnujících často železo, baryum a vápník.

U. S. patent No. 4,108,646 pojednává o použití předsměsi skládající se ze stroncia-křemíku ve formě částic, vlisované do brikety s hliníkovými nebo hliníko-křemíkovými částicemi. Brikety s předsměsi s obsahem hmotnosti stroncia 3 až 37 % se pak přidají do hliníko-křemíkové slévárenské slitiny pro modifikaci její struktury. Tato předsměs je méně účinná než hliníko-stronciová binární předslitina, protože stroncium je přítomno jako částice SrSi₂, které - jak diskutováno shora se pomalu rozpouštějí, a obsahují škodlivé nečistoty, zahrnující až 4 % železa a l až 3 % vápníku.

Hliníko-stronciové binární slitiny se nyní široce používají k modifikaci hliníkových odlitků; bylo však obtížné zvýšit obsah stroncia v těchto binárních předslitinách.

To lze nejlépe vysvětlit v souvislosti s diagramem hliníkostronciové binární rovnováhy na obrázku 1. Fázový diagram obsahuje dvě eutektika s nízkým bodem tavení, jedno s asi 3.5 % stroncia, druhé s 90 % stroncia. Na straně bohaté na hliník má slitina obsahující eutektikum obsah stroncia v rozmezí asi 0 až 44 %. Na straně bohaté na stroncium má slitina obsahující eutektikum obsah stroncia od asi 77 do 100 %. V konečném ztuhlém stavu obsahují tyto eutektické slitiny v různých proporcích eutektickou fázi, která je velmi jemně rozptýlena a taví se při nízké teplotě, 654 °C v případě eutektika bohatého na hliník, a 580 °C u eutektika bohatého na stroncium. Tyto jemně rozptýlené eutektické fáze jsou tvárnější a rychleji se rozpouští, než intermetalické slitinové fáze nacházející se mezi 44 a 77 % stroncia. Protože tyto intermetalické slitiny neobsahují jemně rozptýlenou eutektickou fázi s nízkým bodem tavení, jsou více křehké a rozpouštějí se mnohem pomaleji, než slitiny obsahující eutektikum. Z přítomnosti těchto intermetalických slitin s vysokým bodem tavení vyplývá podstatné omezení pro množství stroncia, které může být účinně obsaženo v komerčních binárních hliníko-stronciových předslitinách. V tomto popisu označuje termín intermetalické slitiny takové slitiny, které obsahují přibližně od 40 % do 81 % hmotnosti stroncia. V těchto slitinách dominují intermetalické fáze

- 5 Al₄Sr, Al₂Sr a AISr, a obsahují eutektickou fázi jen minimálně, nebo neobsahují eutektickou fázi vůbec.

Jak je diskutováno ve spise Phase Diagrams for Ceramists (Fázové diagramy pro keramiky), sestaveném organisací National Bureaú of Standards, a publikovaném v The American Ceramic Society lne., Volume 1, str. 9 - 14, obrázek 1 jako diagram binární fázové rovnováhy ukazuje souvislost mezi složením a teplotou, za předpokladu, že všechny fáze jsou vzájemně v rovnováze. Tyto vztahy týkající se směsi jsou platné pouze tehdy, když rychlost tuhnutí je dostatečně pomalá, aby fáze směsi dosáhly v každém okamžiku rovnováhy. Rychlejší tuhnutí povede ke zcela jiným výsledkům ohledně složení.

Jak je ukázáno na obrázku 1, když je kapalná slitina obsahující 10 % stroncia ochlazována, tuhnutí začíná kolem 815 °C. První pevná fáze, která se vysráží, je primární Al₄Sr intermetalikum, které obsahuje přibližně 44 % stroncia. Jak během tuhnutí teplota klesá, vysráží se stále více této primární intermetalické fáze Al₄Sr. Primární intermetalická fáze Al₄Sr je přítomná jako masivní vzájemně propojené desky nebo jehly, které jsou dvourozměrně ukázány na obrázku 2. Třírozměrný pohled s použitím stereomikroskopu na vzájemně propojené zesítování primárních Al₄Sr desek je ukázán na obrázku 3.

Když se tavící teplota ochladí na 654 °C, primární Al₄Sr • · · · · » ···· • · ····· ···· • ··· · ·· ······ ····· · · · ··· ·· · · · · » · · · ·

- 6 intermetalická fáze se přestane srážet, a zbývající množství kapalné slitiny ztuhne jako velmi jemně rozptýlená tvárná eutektická fáze. Eutektická fáze je na obrázku 2 ukázána jako světlé oblasti obklopující velké primární jehly Al₄Sr. Eutektická fáze je daleko jemněji rozptýlena než intermetalická fáze Al₄Sr, jak je zřejmé z nedostatku rozlišení pro eutektickou fázi při 50-ti násobném zvětšení.

Množství primární intermetalická fáze Al₄Sr přítomné v konečné ztuhlé slitině bude záviset na rychlosti tuhnutí mezi 815 °Ca 654 °C. Pokud by slitina byla ponechána tuhnout velmi pomalu, tak aby se dosáhlo rovnováhy v každém okamžiku tuhnutí, pak by množství primární intermetalické fáze Al₄Sr bylo dáno rovnovážným fázovým diagramem na obrázku 1, tj. pro % slitinu stroncia obdržíme % primární fáze AISr v konečné slitině = (10% - 3.5%)/(44% 3.5%) = 16 % % eutektická fáze v konečné slitině (odečtením) = 84 %

Jak je diskutováno ve Phase Diagrams for Ceramists, citovaných shora, větší rychlost tuhnutí neumožňuje fázovou rovnováhu v každém okamžiku, a povede ke zcela jiným výsledkům ve složení.

Rychleji ztuhlá slitina bude obsahovat méně než 16 % primární intermetalické fáze Al₄Sr, přičemž množství primární fáze Al₄Sr bude klesat, tak jak bude rychlost tuhnutí vzrůstat.

Toto snížení množství primární intermetalické fáze Al₄Sr při vzrůstu rychlosti tuhnutí je důsledkem kratší doby, po kterou je tuhnoucí slitina v rozmezí teplot 815 °C až 654 °C, kde se primární fáze Al₄Sr může vysrážet. Rychlé tuhnutí tudíž vede k menšímu množství primární intermetalické fáze, a tudíž ke vzrůstu množství eutektické fáze v konečné ztuhlé slitině. Pro předslitinu z 10 % stroncia a 90 % hliníku je maximální množství primární intermetalické fáze 16 %, a odpovídájícně nejmenší množství eutektické fáze je 84 %, což nastane, když rychlost tuhnutí je dostatečně pomalá, tak aby dovolovala fázovou rovnováhu.

V patentovém spise U. S. No. 4,576,791 je obsaženo tvrzení, že tyč z hliníkové slitiny s 10 % stroncia, která obsahuje nejvýše pouze 16 % primární intermetalické fáze Al₄Sr, a samotné minimum 84 % jemně rozptýlené eutektické fáze, se obvykle rozpouští tak pomalu, že je nevhodná ve formě tyče pro použití jako předslitina. To je důsledkem přítomnosti poměrně velkých krystalů primární intermetalické fáze Al₄Sr, v rozmezí od 5 do 300 mikronů, pozorováno dvourozměrně mikroskopem. Navrhovatel patentu řeší tento problém zajištěním obsahu 0.2 až 5 % titanu a až 1 % boru v předslitině, ke zjemnění typických dvourozměrných krystalů primární fáze Al₄Sr, na velikost 20 až 100 mikronů. Zmenšení rozměrů krystalů primární intermetalické fáze Al₄Sr zvyšuje tvárnost tyče, a tak umožňuje její navíjení a odvíjení během dávkování, a také zkracuje dobu rozpouštění na přibližně 1 minutu, což se požaduje pro přidávání žlabem. Přidání titanu a boru umožňuje nárůst koncentrace stroncia v předslitině na 20 % hmotnosti, v upřednostněném provedení na 10 % Sr. Zmenšení rozměrů primární intermetalické fáze Al₄Sr je účinné až do maxima 20 % stroncia, a pak se slitiny stávají nevhodné pro použití ve formě tyče.

V U. S. patentovém spise No. 4,576,791 je zmíněno, že krystaly primární fáze Al₄Sr jsou velikosti 5 až 300 mikronů. Je však důležité poznamenat, že tento údaj o rozměrech může být zavádějící, neboř. je založen na dvourozměrném mikroskopickém zobrazení leštěného vzorku (obrázek 2). Ve skutečnosti se primární intermetalická fáze během tuhnutí vytváří nejprve jako třírozměrné zesířování krystalů. I když se ve dvourozměrném mikroskopickém zobrazení Al₄Sr intermetalikum jeví jako oddělené jehlice s rozměrem menším než 300 mikronů, ve skutečnosti tyto intermetalické krystaly vytvářejí navzájem propojené zesířování desek obklopených velmi jemně rozptýlenou eutektickou fází, a tato fáze tuhne jako poslední. Obrázek 3 ukazuje třírozměrně navzájem propojené desky primární intermetalické fáze Al₄Sr přítomné ve slitině z 10 % Sr a 90 % Al. Množství třírozměrných propojení vzrůstá se vzrůstem koncentrace stroncia ve slitině. Zde se dle dřívějšího stavu techniky nacházelo omezení pro horní hranici koncentrace stroncia. Nad touto horní hranicí koncentrace stroncia se třírozměrné zesítování navzájem propojených krystalů primární intermetalické fáze stává příliš velkým, a množství jemně rozptýleného eutektika obklopující desky příliš malým, a tak se slitina stává • · · ··· ···· • · ····· ·»·» • · · · · ·· «·····

nepoužitelnou v důsledku pomalého rozpouštění a křehkosti těchto velkých intermetalických zesilování.

Jiný přístup k problému způsobenému deskami Al₄Sr lze nalézt ve spisech U. S. patentů No. 5,045,110 a 5,205,986, udělených 3. září 1991 a 27. dubna 1993 pro Shell Research Ltd. V těchto spisech se uvádí, že koncentrace stroncia v binárních předslitinách bohatých na stroncium může být zvýšena na 30 % nebo 35 % hmotnosti stroncia dalším zjemněním velikosti zrn a snížením množství primární intermetalické fáze Al₄Sr jako důsledek atomizace slitiny při velmi rychlém ochlazování, 10² až 10⁴ °C/sek. Tímto způsobem se především zmenší množství a rozměr primární intermetalické fáze Al₅Sr, a úměrně se zvýší množství jemně rozptýlené, tvárnější eutektické fáze.

Obrázek 4 je mikrofotografie při 500 -násobném zvětšení tyče z hliníko stronciové slitiny (10 % stroncia, 90 % hliníku), vyrobené z rychle ztuhlé atomizované slitiny dle U. S. patentů No. 5,045,110 a 5,205,896. Při srovnání s obrázkem 2, což je mikrofotografie při pouze 50 -násobném zvětšení (10 -krát menší zvětšení než na obrázku 4) hliníko-stronciové slitiny (10 % stroncia, 90 % hliníku) lité do stálé formy při mírných rychlostech ochlazování, je zřejmé, že velká rychlost tuhnutí mající za následek atomizaci značně zmenší rozměr a množství primární intermetalické fáze Al₄Sr. K předslitině je také možno přidat titan a bor k dalšímu zjemnění struktury. V právě uvedených patentových spisech se uvádí, že snížením množství a zjemněním rozměrů primární intermetalické fáze Al₄Sr, a také zvýšením množství velmi jemně rozptýlené tvárné eutektické fáze, je možno zvýšit koncentraci stroncia ve hliníko-stronciových předslitinách až na 35 % hmotnosti. Atomizované pevné částice, z nichž každá obsahuje jemně rozptýlenou intermetalickou fázi Al₄Sr a eutektickou fázi, jsou vytlačováním zpevněny do tyče pro zpražené přidávání do žlabu, a tato tyč má postačující tvárnost, aby mohla být navíjena a odvíjena.

Jak podrobně uvedeno ve spise Gruzleského a Closseta shora citovaného, je rovněž dosažitelná hliníko-stronciová předslitina s obsahem 90 % stroncia, ale má jako předslitina omezené použití. Tato předslitina bohatá na stroncium se skládá ze 100 % jemně rozptýlené eutektické fáze, neobsahuje intermetalickou fázi, a má velmi omezené použití, nebot může být použita pouze tehdy, když tavná teplota slitiny hliníkokřemíkových odlitků je nižší než asi 720 °C. Když se přidá do hliníkové taveniny, nejprve se slitina obsahující 90 % stroncia roztaví, a kapalina obohacená stronciem na 90 % se pak rozpouští na úroveň zředění 150 až 200 ppm Sr. Během tohoto rozpouštění se složení směsi v daném místě musí zředit z úrovně 90 % stroncia na méně než 0.02 % Sr (150 - 200 ppm Sr). Během tohoto zřeďování musí složení tavené směsi v daném místě projít oblastí vysokých tavných teplot směsí intermetalických slitin, od 77 % na 44 % stroncia, a tyto intermetalické fáze se během rozpouštění vysrážejí jako pevné intermetalické fáze, které zastaví, nebo dále zpomalí rozpouštění stroncia. Při tavících teplotách pod 720 °C se slitina s obsahem 90 % stroncia rozpouští exotermicky, a uvolňuje teplo postačující k místnímu zvýšení teploty tavení na takovou úroveň, aby se bylo možno vyhnout vytváření intermetalických fází Al₄Sr a Al₂Sr s vysokým bodem tavení. Proto se při tavných teplotách pod 720 °C slitina s obsahem 90 % stroncia a 10 % hliníku rychle rozpouští s velkou regenerací. Při tavných teplotách nad 720 °C se tato exotermická reakce oslabí, a negeneruje se dostatečné množství tepla. To má za následek vytváření intermetalických fází Al₂Sr a Al₄Sr během rozpouštění. Přítomnost intermetalických fází Al₄Sr a Al₂Sr s vysokým bodem tavení účinně zpomaluje rozpouštění, a má za následek malou regeneraci stroncia.

Jak tedy vyplývá z dosavadního stavu techniky shora diskutovaného, přítomnost primárních intermetalických fází při obsahu mezi 44 % a 77 % stroncia hmotnosti vede k podstatným omezením na použití hliníko-stronciových předslitin.

Až dosud byly užitečné hliníko-stronciové předslitiny takové slitiny, které obsahují podstatné množství velmi jemně rozptýlené tvárné eutektické fáze s nízkým bodem tavení. V případě hliníkových předslitin bohatých na stroncium, s obsahem stroncia v rozmezí od 5 do 35 % stroncia, se slitina skládá ze směsi primárních intermetalických fází Al₄Sr, obklopených jemně rozptýlenou eutektickou fází. Tato primární • · « · ·· · ··· ···· t · ····· · · · · • ··· · ·· ······ ····· · · · ··· · · ·· · · · ·· «·

- 12 intermetalická fáze Al₄Sr je přítomná jako třírozměrné zesítování vzájemně propojených desek, které při normálních rychlostech tuhnutí mohou mít docela hrubé rozměry. Z předchozího stavu techniky vyplývá, že jediný způsob jak zvýšit koncentraci stroncia v těchto předslitinách bohatých na hliník, a přitom umožnit přijatelné rychlosti rozpouštění těchto slitin v roztaveném hliníku, je minimalizovat množství a zjemnit rozměry vzájemně propojeného zesítování desek Al₄Sr, a maximalizovat množství tvárnější, velmi jemné eutektické fáze.

Zvláštní užití hliníko-stronciové slitiny dle předloženého vynálezu je jako očkovací hmota pro lité železo.

Očkování je proces, ve kterém se v litém železe potlačí vytváření metastabilních karbidů. Místo toho se umožní vytváření grafitu, což je rovnovážná fáze. Průmyslové rychlosti tuhnutí, které jsou obvykle mezi 0.1 až 10 °C/sek, normálně nedovolují vytváření grafitu v tenčích oblastech odlitku. Očkování zajišťuje substráty nebo jádra pro nukleaci grafitu. Věří se, že tyto substráty nebo nukleační místa jsou sulfidy. Pro očkování se do roztaveného železa přidávají silné prostředky pro vytváření sulfidů, takové jako vápník a stroncium. Dobrý zdroj informace ohledně možných nukleačních mechanizmů a praxi očkování litého železa lze nalézt v publikaci The Modern Inoculating Practices for Gray and Ductile Iron (Moderní očkovací praxe pro šedé a tvárné železo, Proceedings of AFS-CMI Conference, Feb. 6-7, 1979.

• · · · • · · · • ·

- 13 Ve spise U. S. patentu No. 4,666,516, uděleného 19. května 1987 pro Hornung a spol., se rovněž diskutuje způsob, jakým forma uhlíku přítomného v litém železe značně ovlivňuje jeho charakteristiky. Pokud je ve formě karbidu železa (známé jako chladítko), lité železo je křehké (bílé lité železo), ale pokud je ve formě vloček grafitu, lité železo je měkké a obrobitelné (šedé lité železo). Sférická forma grafitu má za následek větší pevnost a lepší tvárnost (tvárné lité železo).

Ferosilikon se použil jako očkovací hmota k podpoře vytváření grafitu zvláště v hrudkové nebo sférické formě, a ze spisu U. S. patentu No. 3,527,597, uděleného 8. září 1970 pro Dawson a spol. vyplývá, že důležitou očkovací látku lze obdržet zahrnutím 0.1 až 10 % kovového stroncia, a přitom udržovat nízký obsah vápníku. Ferosilikon komerční kvality obsahuje vápník jako nečistotu. Jak se v patentovém spise uvádí: čistý ferosilikon má velice nízký očkovací účinek při přidání do litého železa; stimulace očkovacích účinků ferosilikonem komerční kvality pro slévárenství závisí na jeho malém obsahu minoritních prvků, jako hliník a vápník.

Nyní bylo zjištěno, že použitím hliníko-stronciové slitiny dle vynálezu lze obdržet další zlepšený očkovací účinek. Bylo zjištěno, že nejužitečnější směs je ferosilikon spolu se slitinou 80 % Sr. V případě šedého litého železa bylo vyloučeno chladítko a množství grafitu typu D bylo kombinovaným přidáváním minimalizováno. V případě tvárného železa kombinované přidávání minimalizovalo množství chladítka, a zvýšilo počet hrudek.

Dle U. S. patentu 3,527,597 se kovové stroncium přidávalo do šedého železa spolu s FeSi. Požadované množství stroncia bylo mnohem větší, než kdyby bylo sléváno s FeSi a Si. V případě slévání pouze s křemíkem bylo možno obdržet maximum 65 % Sr v konečné slitině v důsledku podstaty reakce rozpouštění. Dle předloženého vynálezu může aditivum obsahovat až 80 % stroncia a pro úspěšné očkování je třeba jen malé množství. Z U. S. patentového spisu 3,527,597 vyplývá, že je možno použít FeSi pouze takové kvality pro slévání s Sr jako potenciální očkovací látku, když FeSi obsahuje málo vápníku, normálně méně ne 0.35 % Ca. Nad touto koncentrací Ca je očkovací schopnost snížena. Patentový spis také zveřejňuje oddělené přidávání SiSr slitiny samotné, nebo spolu s FeSi, které obsahuje nízké a normální koncentrace vápníku. SiSr spolu s FeSi s nízkým obsahem vápníku dává důležitý očkovací účinek pro šedé lité železo.

Podstata vynálezu

Předložený vynález je je založen na objevu, že dominantní intermetalické slitiny charakterizující směsi mezi asi 40 % a 81 % stroncia a skládající se hlavně z intermetalických fází Al₄Sr, Al₂Sr a AISr, a které byly dříve považovány za škodlivé pro konvenční Al - Sr předslitiny vzhledem k jejich rozpouštěcím charakteristikám, mohou být přizpůsobeny pro * · · · • · ·

I · * · « ť · · · · • · použití s přidáním stroncia k modifikaci hliníko křemíkových slitinových tavenin pro odlévání. Narozdíl od dřívějšího stavu techniky, který je založen na slitinách obsahujících velké množství eutektické fáze, slitiny dle předloženého vynálezu obsahují jen minimální množství této fáze, a ve většině případů eutektickou fázi neobsahují. Intermetalické fáze jsou přítomny jako přidružené diskrétní fáze a jsou vnořeny do základní hmoty eutektické fáze nepropojené v síů destiček vnořených do základní hmoty eutektické fáze.

Obrázek 5 ukazuje mikrofotografii, při 125 -násobném zvětšení, intermetalické slitiny dle předloženého vynálezu, obsahující 55 % stroncia a 45 % hliníku. Tato slitina obsahuje 2 intermetalické fáze Al₄Sr a Al₂Sr bez přítomnosti eutektické fáze, a má strukturu podstatně rozdílnou od dříve známých hliníko - stronciových slitin obsahujících eutektikum, ukázaných na obrázku 2.

Překvapivě se nyní zjistilo, že všechny směsi intermetalických slitin, tj. Al₄Sr se 44 % hmotnosti Sr, Al₂Sr se 62 % hmotnosti Sr, AISr se 77 % hmotnosti Sr, a směsi intermetalických slitin s malým množstvím eutektické fáze, charakterizované celkovým složením se 40 % až 81 % hmotnosti Sr, se rychle rozpouští, když jsou přidány jako diskrétní granule k ke hliníko - křemíkovým taveninám pro slévání. Rychlé rozpouštění těchto intermetalických slitin je překvapující z několika důvodů:

• »φ · • · · · · » · · · · • · ····· »··* • ··« · * · «·»··« ··«·· · · · ···«· ·» < φ · ·· · ·

- 16 - Diskuze dosavadního stavu techniky hliníko - stronciových předslitin bohatých na stroncium naznačuje, že jejich účinek je určován rozměry a množstvím primární intermetalické fáze Al₄Sr, která je přítomná jako zesítování navzájem propojených destiček v základní hmotě eutektické fáze. Dle předloženého vynálezu je možno použít stronciové slitiny obsahující od 40 do 81 % stroncia, nebot intermetalické slitiny Al₄Sr, Al₂Sr, AISr, a jejich směsi jsou přítomny jako třírozměrné diskrétní částice, a nikoliv jako vzájemně propojené zesítování destiček. Dle předloženého vynálezu intermetalické částice, tvořící část celkové směsi mající 40 až 81 % stroncia, mohou mít velikost až 5000 mikronů, nebo 50 až 500 -krát větší než je rozměr intermetalických částic Al₄Sr, jak diskutováno pro dosavadní stav techniky. Na základě dosavadního stavu techniky je tedy překvapující, že částice velikosti až 5000 mikronů, a obsahující koncentrace stroncia až asi 81 %, se rozpouštějí tak rychle s vysokou regenerací stroncia.

- Rozpouštění eutektické slitiny bohaté na stroncium, s 90 % stroncia a 10 % hliníku, která je bohatší na stroncium než intermetalické slitiny dle předloženého vynálezu, je účinné pouze tehdy, když se přidá do tavenin při teplotách nižších než 720 °C. To je možné z toho důvodu, že slitina uvolňuje exotermické teplo při teplotách nižších než 720 °C, což místně zvýší teplotu hliníkové taveniny nad bod tavení intermetalických slitin. Při teplotách taveniny vyšších než 720 °C se neuvolní exotermické teplo postačující k potřebnému • 1919 ·· ···· ·» ··

9 · · · - * * · *

9 lilii · * 4 · • · » 1 « · R *·»·♦· ····· · · <

>·<»·» 19 919 11 1*

- 17 místnímu zvýšení teploty taveniny. V důsledku toho se při teplotách vyšších než 720 °C, když se kapalina obohacená 90 % stroncia zředí při rozpouštění předslitiny při tavení, intermetalické fáze AISr (77 % Sr), Al₂Sr (62 % Sr), a Al₄Sr (44 % Sr) vysrážejí jako pevná látka, a velmi sníží rychlost rozpouštění, a sníží regeneraci stroncia. V souladu s touto informací by bylo možno očekávat, že intermetalické slitiny obsahující až 81 % Sr by také vyžadovaly uvolnění exotermického tepla k rychlému rozpuštění a tudíž by byly neúčinné při teplotách taveniny nad 720 °C. Tento exotermický efekt však není prokázán, když se použijí granule dle předloženého vynálezu, nebot rychlost rozpouštění a regenerace stroncia jsou vynikající i při teplotách taveniny 750 °C. Také rychlost rozpouštění granulí intermetalické slitiny při koncentracích stroncia vyšších než 44 % není narušena vytvářením fází s vyšším bodem tavení během rozpouštění, jak by bylo možno očekávat pro eutektické slitiny s obsahem 90 % stroncia a 10 % hliníku.

Přehled obrázků na výkresech

Obrázek 1 ukazuje fázový diagram binární rovnováhy fází pro hliník a stroncium.

Obrázek 2 ukazuje intermetalické jehlice Al₄Sr v základní hmotě jemně rozptýleného eutektika pro předslitinu z % Sr a 90 % Al, při 50 -násobném zvětšení.

» · · · » · · · • · · · · · • · • · · · • · ·

Obrázek 3 ukazuje třírozměrné zesítování vzájemně propojených desek primárního intermetalického Al₄Sr, přítomných ve slitinách obsahujících eutektikum, při pozorování stereomikroskopem.

Obrázek 4 ukazuje mikrofotografii, při 500 -násobném zvětšení, tyče ze slitiny z 10 % Sr a 90 % Al, připravené atomizací a následným vytlačováním, tak jako dle U. S. patentů No. 5,045,110 a 5,205,986.

Obrázky 5, 6,7a 8 jsou mikrofotografie předslitin dle předloženého vynálezu.

Obrázek 5 ukazuje mikrostrukturu, při 125 -násobném zvětšení, slitiny z 55 % Sr a 45 % Al, obsahující dvě intermetalické fáze Al₄Sr a Al₂Sr, a která neobsahuje eutektickou fázi.

Obrázek 6 ukazuje mikrostrukturu, při 50 -násobném zvětšení, tyče ze slitiny z 10 % Sr a 90 % Al, připravené smísením patřičných množství granulí hliníku, a granulí intermetalické slitiny Al₄Sr , a následně spojitým vytlačováním směsi do tyče o průměru 3/8.

Obrázek 7 ukazuje mikrostrukturu, při 50 -násobném zvětšení, slitiny z 20 % Sr a 80 % Al, připravené vkládáním pevných granulí intermetalické slitiny Al₄Sr do kapalné taveniny Al.

» · · • · • · · • · · • · ·

Obrázek 8 ukazuje mikrostrukturu, při 50 -násobném zvětšení, slitiny z 20 % Sr a 80 % Al, připravené vkládáním patřičného množství pevných granulí intermetalické slitiny Al₄Sr do kapalné taveniny z 10 % Sr a 90 % Al.

Příklady provedení vynálezu

Granule intermetalické slitiny v souladu s předloženým vynálezem jsou vyrobeny nejprve tavením a pak vyrobením slitiny. Slitiny mohou být připraveny buď počínaje hliníkovou taveninou a sléváním s patřičným množstvím kovového stroncia, nebo nejprve tavením kovového stroncia, a následně sléváním s patřičným množstvím kovového hliníku. Je třeba zajistit, aby taveniny bohaté na stroncium byly chráněny proti ovzduší inertním plynem jako argon. Navíc je třeba postarat se, zvláště u tavenin bohatých na hliník, aby bylo omezeno přejímání vodíku z atmosférické vlhkosti. Slévání se obvykle provádí při teplotách tavení s navýšeným ohřevem o alespoň 50 °C nad teplotu, při které počíná tuhnutí. Protože tyto intermetalické slitiny jsou v pevném stavu křehké, je možno granule vyrobit rozmělňováním za použití standardních technik drcení a mletí.

Optimální rozdělování rozměrů granulí intermetalické hliníko

- stronciové slitiny na sítu závisí na způsobu použití. Pro aplikace zahrnující přímé přidávání na povrch taveniny nebo do míchaného víru taveniny, nebo ponoření pod povrch taveniny, nebo přelévací metodu, kdy se tavenina nalévá na • · · · • · • ··· · ·· ··· ··· ····· · · · ····· ····· ·· ··

- 20 granule, jsou přijatelné granule s rozdělením velikostí na sítu třídiče přibližně 150 mikronů nebo méně.

V upřednostněném provedení mají však granule pro tyto způsoby aplikace přibližně rozměry 2500 mikronů nebo menší.

Pro aplikace, kde granule z hliníko - stronciové intermetalické slitiny jsou předsmíseny s dalším granulárním materiálem jako hliník pro zpevnění do briket nebo podobného, nebo pro zpevnění vytlačováním do tyčí nebo jiných tvarů, rozdělení rozměrů na sítu asi 2500 mikronů a méně je přijatelné, přičemž 500 mikronů a méně je upřednostněno, a 150 mikronů a méně je zvláště upřednostněno.

Pro aplikace, kde granule z hliníko - stronciové intermetalické slitiny jsou zaváděny do taveniny s použitím pneumatického vstřiku pod povrch přívodní trubkou nebo vhodně konstruovaným otáčivým odplyňovačem, rozdělení rozměrů na sítu 2400 mikronů nebo méně je přijatelné, a 850 mikronů nebo méně se upřednostňuje.

Pro aplikace, kde granule z hliníko - stronciové intermetalické slitiny jsou vnášeny do hliníkové taveniny nebo do taveniny hliníko - stronciové slitiny pro následné použití jako obohacená hliníko - stronciová předslitina, rozdělení rozměrů na sítu 3000 mikronů a méně je přijatelné, a 500 mikronů a méně je upřednostněno.

V mnoha aplikacích shora popsaných může také být žádoucí, ale • · · · · · · • ·· ·« ·· · · · ·· · ·

- 21 nikoliv nutné, minimalizovat množství ultrajemných částic, které mohou být přítomné v granulích z hliníko - stronciové intermetalické slitiny, tak jako pod 74 mikronů, nebo upřednostněné pod 43 mikronů.

Protože stroncium je známo jako vysoce reaktivní kov, byla rovněž testována reaktivita granulí intermetalické slitiny s atmosférickým kyslíkem, dusíkem a vlhkostí. Jak je ukázáno v tabulce I níže, granule z hliníko - stronciové intermetalické slitiny s rozdělením rozměrů 147 mikronů a méně byly vystaveny působení atmosféry při pokojové teplotě po dobu až

240 hodin.

• ···· · ·· · ··· · ·· ··· · · · • · · · · · • · ··· ·· ··

Tabulka I: Granule z hliníko - stronciové intermetalické slitiny rozměrů do 147 mikronů, nárůst hmotnosti v důsledku

působení	atmosféry	při pokojové	teplotě.
	Intermetalická	počáteční	Nárůst	hmotnosti po	době
	slitina, % hmot	. hmot., g	působení	v hod.
No	. Sr	Al		24	72
				g	%	g	%
1	80	20	12.7800	0.1010	0.8	0.1722	1.3
2	75	25	14.3742	0.0984	0.7	0.1558	1.1
3	70	30	15.7018	0.0804	0.5	0.1201	0.8
4	65	35	16.4972	0.0433	0.3	0.0626	0.4
5	60	40	16.8018	0.0142	0.08	0.0175	0.10
6	55	45	16.3624	0.0092	0.06	0.0101	0.06
7	50	50	17.0397	0.0052	0.03	0.0069	0.04
8	45	55	17.1828	0.0000	0	0.0000	0

40 60 zanedbatelný nárůst hmotnosti

Pokračování tabulky I:

Nárůst hmotnosti po době působení v hod.

No.	168 g	%	192 g	%	240 g	%
1	0.2111	1.6	0.2230	1.7	0.2407	1.9
2	0.1922	1.3	0.2058	1.4	0.2208	1.5
3	0.1481	0.9	0.1591	1.0	0.1711	1.1
4	0.0810	0.5	0.0875	0.5	0.0935	0.6
5	0.0208	0.12	0.0225	0.13	0.0239	0.14
6	0.0131	0.08	0.0141	0.09	0.0148	0.09
7	0.0082	0.05	0.0098	0.06	0.0107	0.06
8	0.0010	0.01	0.0018	0.01	0.0038	0.02

zanedbatelný nárůst hmotnosti

Jak se očekávalo, výsledky naznačují že reaktivita granulí předslitiny vzrůstá s nárůstem koncentrace stroncia. Překvapivě však ani pro granule z intermetalické slitiny s obsahem 80 % Sr a 20 % Al není reaktivita nadměrná, a je v mezích tolerance pro komerční výrobu a použití. Pro srovnání, dříve známá eutektická slitina z 90 % Sr a 10 % Al je velmi reaktivní se vzduchem, a může spontánně shořet při styku s vlhkostí nebo jiskrou. Tato 90 % slitina je klasifikována jako nebezpečná, a musí být chráněna před ovzduším ochranným nepropustným obalem.

Granule hliníko - stronciové intermetalické slitiny se používají rozmanitými způsoby v závislosti na tom, který způsob danému použití nejlépe vyhovuje. Tyto způsoby zahrnují, ale nejsou omezeny na následující:

Přímo jako hliníková předslitina obohacená stronciem. Typické způsoby přímého přidávání zahrnují přidávání na povrch klidné nebo míchané taveniny, přidávání do mechanicky vytvořeného víru nebo jinak promíchávané taveniny, pneumatické vstřikování ponořeným zařízením jako přívodní trubka, dmýchací trubice, nebo jinak uspořádaný rotační odplyňovač, přelévací způsob, kde kapalný kov se nalévá na granule, a ponořování granulí pod povrch taveniny užitím vhodného zařízení, jako klec nebo nádrž.

Smíchání granulí hliníko - stronciové intermetalické slitiny s jinými částicemi, jako jsou hliníkové granule. Tyto mechanické směsi pak mohou být zhutňovány do briket, tablet a podobně, nebo zpevněny vytlačováním za chladu nebo za tepla do tyčí nebo jiných vhodných tvarů. Tyto zhutněné nebo zpevněné směsi se následně užijí pro přidávání předslitiny k dodávání stroncia do taveniny. Obrázek 6 ukazuje mikrofotografii tyče ze slitiny obsahující 10 % Sr a 90 % Al, která byla připravena spojitým vytlačováním mechanické směsi hliníkových granulí a granulí intermetalické slitiny ze 45 % Sr a 55 % Al (Al₄Sr). Třírozměrná diskrétní povaha intermetalické fáze na obrázku 6 je zřetelně rozdílná od třírozměrného zesítování desek primární intermetalické fáze Al₄Sr existující ve známých hliníko - stronciových eutektických slitinách zmiňovaných dle dosavadního stavu • ···· ·« ···· ·· ·· • · · ··· ···· • · ····· ···· • ··· · ·· ······ • · · · · · · · • · · · · ·· ··· ·· ··

- 25 techniky.

- Vnesení granulí hliníko - stronciové intermetalické slitiny do taveniny, jejíž teplota je udržována pod bodem tavení granulí intermetalické slitiny. Tato tavenina se může skládat z čistého hliníku, nebo hliníko - stronciové slitiny, ale není na toto omezena. Při vnesení granulí intermetalické slitiny do taveniny udržované pod bodem tavení granulí lze vhodným postupem granule intermetalické slitiny udržovat jako třírozměrnou suspenzi diskrétních pevných částic hliníko - stronciové intermetalické předslitiny v roztavené základní slitině, která může ale nemusí obsahovat stroncium. Tato směs kapaliny a pevných částic se pak může odlít do ingotů, špalíků a podobně, a může být použita jako předslitina obohacená stronciem buď přímo, nebo po vytlačení ingotů do tyčí a podobně. Obrázek 7 ukazuje, že se tento typ obohacené hliníko - stronciové předslitiny liší od známých hliníko stronciových předslitin, které - jak ukázáno na obrázku 2 obsahují vzájemně propojené zesítování desek primárního Al₄Sr v eutektickém základu. Dle předloženého vynálezu je stroncium přítomno třírozměrně v diskrétních intermetalických stronciem obohacených částicích, které nejsou vzájemně propojeny. Základem může být buď hliníková nebo hliníko - stronciová slitina. Obrázek 8 ukazuje, jak se intermetalické Al₄Sr desky rozlámou, když je slitina s obsahem 20 % Sr připravena vnášením patřičného množství intermetalických granulí Al₄Sr do základní slitiny s 10 % Sr a 90 % Al, která vytváří základ.

• ···· ·· ···· ·· ·· • · · ··· ···· • · ····· · · · · • ··· · ·· ······ ····· · · · _ 26 - ..............

Granule z intermetalické stroncio - hliníkové slitiny se v těchto způsobech mohou použít pro přidávání stroncia do taveniny pro taková použití, jako pro modifikaci jehlicovitého křemíku ve hliníko - křemíkových slitinách v hliníko - křemíkových odlitcích, a pro modifikaci intermetalických fází v hliníkových vytlačovaných slitinách, ale jejich použití není na toto omezeno.

Důležitý rozdíl mezi předloženým vynálezem a předslitinami obsahujícími eutektikum dle dosavadního stavu techniky jsou přijatelné rozměry primární fáze intermetalické slitiny. Dle dosavadního stavu techniky se činily opakované pokusy ke snížení rozměrů a množství primární intermetalické fáze Al₄Sr přidáváním titanu, boru, a atomizací. Jak naznačeno ve spise U. S. patentu No. 4,576,791, dvourozměrná velikost primární fáze intermetalika Al₄Sr pozorovaná mikroskopem musela být snížena na 100 mikronů nebo méně, aby se umožnil vzrůst koncentrace stroncia v předslitině na 20 % hmotnosti. K dosažení koncentrace Sr 35 % se požaduje další zmenšení rozměrů na 10 mikronů a méně.

Na rozdíl od tohoto dosavadního stavu techniky, předložený vynález využívá třírozměrné diskrétně uspořádané granule intermetalické slitiny, s minimem nebo žádnou eutektickou fází, což - v závislosti na způsobu užití - umožňuje rychlé rozpouštění a vysokou regeneraci stroncia až do rozměrů přibližně 5000 mikronů (5 mm). Jak je ilustrováno v tabulce II příkladu 1 níže, při přidávání přímo do míchaného víru se • * · · • · · • · · • · · · · · • · • · • · · · granule z intermetalické slitiny popsané v předloženém vynálezu rozpouštějí rychleji při rozměrech mezi 147 a 1651 mikrony, než když mají rozměry menší než 147 mikronů. Toto zlepšení se vzrůstajícím rozměrem na sítu třídiče je zcela neočekávané, když uvážíme úsilí věnované ve zmíněném předchozím stavu techniky na zmenšení rozměrů intermetalické primární fáze Al₄Sr přítomné v konvenčních slitinách obsahující eutektikum.

V následujících příkladech byly granule ze stroncio hliníkové intermetalické slitiny připraveny tavením a sléváním do správné směsi, litím do bloků a drcením a mletím bloků na granule.

Příklad 1: Přímé přidávání crranulí stroncio - hliníkové intermetalické slitiny do víru

Bylo provedeno několik pokusů, ve kterých byly granule stroncio - hliníkové intermetalické slitiny přidávány přímo do tavenin hliníko - křemíkové slitiny 356, do víru vytvořeného mechanickým míchačem pracujícím přibližně při 300 otáčkách za minutu. Jak je podrobně ukázáno v tabulce II níže, experimenty se prováděly při dvou teplotách taveniny (700 a 750 °C), s použitím granulí rozdílného složení slitiny a různého rozdělení rozměrů na sítu.

• « ·»·· ·· • ft · · · · · · · • · · · · · · · · · ft ftftft · · · ······ ····· · · · •ftftftft ····· ·· · ·

- 28 Tabulka II: Výsledky přímého přidávání granulí intermetalická slitiny Sr-Al do víru v taveninách slitiny Al-Si 356.

Granule	Rozměry	Teplota	Max. re-	Doba (min.)
intermetal.	na sítu,	taveniny	generace	do max. re-
slitin	mikrony	°C	Sr, %	generace Sr
%Sr	%A1
75	25	-147	700	82	10
50	50	-147	700	77	10
40	60	-147	700	70	10
80	20	-147	750	93	10
75	25	-147	750	100	10
65	35	-147	750	100	10
60	40	-147	750	100	2
45	55	-147	750	81	10
40	60	-147	750	70	10
80	20	-417+147	750	91	2
60	40	-417+147	750	93	2
60	40	-417+147	750	95	2
62	38	-1651	700	98	2
Shora	uvedené výsledky	experimentů naznačují vynikající
regeneraci	stroncia pro všechny	směsi intermetalických
slitin. Bylo dosaženo	velmi rychlého rozpouštění (2 minuty
nebo	méně)	při tavných	teplotách 700	°C a 750	°C pro větší
granule, jejichž rozměry	na sítu byly	mezi 1651	mikrony a 147
mikrony. S	granulemi	rozměrů do	147 mikronů bylo také

dosaženo vynikající regenerace stroncia; rozpouštěcí doba je • V ·· - · ·· • 9 · « · · 9 9 9 9 • » · · · · 9 * · · · « 9 « · · ·· ····<·

9 9 9 9 9 · 9

- 29 - ....... “ však delší, patrně jako výsledek problémů způsobených povrchovým napětím, které způsobuje horší smáčítelnost jemných granulí v tavenině.

Výsledky tohoto příkladu jsou překvapující. Zlepšení rychlosti rozpouštění se vzrůstem rozměrů intermetalické slitiny je neočekávané na základě dosavadního stavu techniky založeného na slitinách obsahujících eutektikum. Také absolutní rozměr do 1651 mikronů pro granule intermetalických slitin je výrazně větší než povolený rozměr do 100 mikronů pro slitiny obsahující eutektikum dle dosavadního stavu techniky s maximem 20 % Sr, a jmenovitě do 10 mikronů pro slitiny obsahující eutektikum s maximem 35 % Sr.

Vynikající rychlosti rozpouštění a regenerace stroncia při teplotách taveniny větších než 720 °C jsou rovněž neočekávané pro intermetalické slitiny obsahující více než 44 % Sr.

Příklad 2: Přímé přidávání granulí stroncio-hliníkových intermetalických slitin pneumatickým vstřikem

Bylo provedeno několik experimentů, ve kterých granule stroncio - hliníkové intermetalické slitiny byly přidávány přímo pneumatickým vstřikem do taveniny hliníko - křemíkové slitiny 356. Tyto testy vstřikování byly prováděny vefukováním suspendovaných granulí stronciové intermetalické slitiny do centrálního vývrtu hřídele rotačního odplyňovače, kde byly granule uvolněny pod hladinou do taveniny. Granule byly vstřikovány po dobu asi 30 vteřin, a následně se • ftftft •ft ··*· » · * · ·

I >

i e • · » * · • ft ·« ? · ♦ · • · · » • · · * · · • » ·· · » odebíraly vzorky taveniny, a byly analyzovány na stroncium.

Sr a 38 % dosaženo 72 po skončení odplyňovací a teplota

S granulemi slitiny s obsahem 62 % menších než 1651 mikronů bylo stroncia po asi 2 minutách slitiny. Během tohoto testu se otáčelo 300 otáčkami za minutu, udržovala na 760 °C.

Al o rozměrech % regenerace vstřikování oběžné kolo taveniny se

Pak se prováděl druhý test při rychlosti oběžného kola 150 otáček za minutu, a během 2 minut byla dosažena regenerace stroncia 70 %.

Příklad 3: Přímé přidávání stronciem obohacené předslitiny připravené vnášením pevných stroncio - hliníkových intermetalickych crranulí do základní taveniny

Předslitiny bohaté na stroncium, obsahující až 23 % Sr, byly vyrobeny tak, že nejprve bylo vneseno patřičné množství granulí stroncio - hliníkové intermetalické slitiny do taveniny hliníkové nebo hliníko - stronciové základní slitiny, při teplotách pod bodem tavení granulí. Výsledná směs kapaliny a pevných granulí obohacených stronciem byla následně litá do ingotů a špalíků. Špalíky byly následně vytlačovány do tyče o průměru 3/8 palce. To mělo za následek nový typ předslitin obohacených stronciem, obsahujících třírozměrně diskrétní částice granulí stronciové intermetalické slitiny. Tyto slitiny se liší od konvenčních • · · · • · · · • · · • · · · « • · • · · ·

- 31 stroncio - hliníkových předslitin, neboť stroncium je přítomno v trojrozměrné formě jako stronciem obohacené granule, zatímco v konvenčních slitinách je stroncium přítomno jako třírozměrné zesíťování vzájemně propojených intermetalických jehel nebo desek v eutektickém základě. Tabulka III shrnuje výsledky testů, ve kterých stronciem obohacené předslitiny připravené dle tohoto vynálezu, ve formě ingotů nebo vytlačené, byly přidávány buď na povrch, nebo ponořovány do taveniny hliníko - křemíkové slitiny 356 při 760 °C.

Výsledky potvrzují, že stronciem obohacené předslitiny ve formě ingotu nebo vytlačené tyče vyrobené vnášením diskrétních pevných granulí intermetalické slitiny do základní taveniny se rychle rozpouštějí, a poskytují vysokou regeneraci stroncia.

• ···· ·« ···· ·· • · · ··· ···· • · ····· · · · · • ··· « ·· ······ ····· · · · •·· ·· ·· ··· ·· ··

- 32 Tabulka III

		Základní	materiály	Konečná
				předslitina
	Granule	intermetal. Základní
	slitiny	tavenina
No.	%Sr	%A1		Forma %Sr
1	45	55	Al	ingot 23
2	45	55	Al	ingot 23
3	45	55	Al	ingot 20
4	45	55	Al	vytlačená 20
				tyč
5	45	55	Al-10%Sr	ingot 20

Pokračování tabulky III

Konečné přidávání slitiny do taveniny 356

	Způsob	Teplota	Regenerace	Doba (min.) do
No.	přidávání	taveniny °C	%Sr	max. reg. Sr
1	povrch	760	85	2
2	ponor	760	91	4
3	povrch	760	98	2
4	ponor	760	95	2
5	povrch	760	92	2

• · · · • · • · • · · · · · ·· · ··« ···· • · ····· ···· • ··· · · · ······ ····· · · · ··· ·· ·· ··· ·· ··

- 33 Příklad 4: Přímé přidávání tablet formovaných zhutněním mechanické směsi stroncio - hliníkových intermetalických granulí

Mechanická směs o 33 % hmotnosti granulí intermetalické slitiny ze 60 % Sr a 40 % Al a o 67 % hmotnosti granulí kovového hliníku (obojí nominálně do 1651 mikronů) byla připravena a zhutněna do tablet. Celková směs tablet měla v průměru 20 % hmotnosti stroncia.

Tablety se pak přidávaly na povrch míchané (při 300 otáčkách za minutu) taveniny hliníko - křemíkové slitiny 356 udržované na 730 °C.

Byla dosažena regenerace stroncia 91 % po 4 minutách po přidání tablet.

Očkováni litého železa

Byla zjištěna také využitelnost stroncio - hliníkové slitiny dle tohoto vynálezu pro modifikaci struktury šedého a tvárného litého železa.

V následujících příkladech bylo šedé a tvárné lité železo očkováno použitím samotných slitin Fe-Si a Sr-Al, a nebo v kombinaci. Účinnost každého způsobu očkování se vyhodnocovala testem chladítka a metalografickým studiem. Zjistilo se, že nejúčinnější konfigurace je přidání FeSi spolu se slitinou z • · · · • · % Sr a 20 % Al. V případě šedého litého železa bylo chladítko vyloučeno, a množství grafitu typu D minimalizováno kombinovaným přidáváním. V případě tvárného litého železa kombinované přidávání minimalizovalo množství chladítka a zvýšilo počet grafitových hrudek.

Tyto příklady demonstrují, že slitiny dle tohoto vynálezu mohou být účinnými očkovacími činidly, samotné nebo v kombinaci s přidáváním FeSi. V následujících příkladech obsahovalo šedé lité železo 3%Ca2.5 % Si, a tvárné lité železo obsahovalo 3.7 % C a 2.5 % Si, jak je typické pro šedé a tvárné lité železo. V každém příkladě bylo tavené železo lité do ASTM 3.5 klínových forem v zeleném písku. Klíny byly lámány od středu a rozsah oblasti chladítka byl určován po násobcích 1/32. V každém příkladě byla teplota nalévání kolem 1375 °C, a bylo ponecháno jeden a půl minuty pro rozpuštění očkovacího činidla v přenášecí pánvi. Velikost rozměrů očkovacích činidel byla mezi 3/8 a 1/16. Ferosilikon obsahoval 86 % Si, 0.6 % Ca, a 0.7 % Al.

Příklad 5: Šedé lité železo

Roztavený kov byl naléván do formy bez očkování. Hloubkachladítka: 30/32.

Příklad 6: Šedé lité železo

Roztavený kov byl očkován v přenosové pánvi množstvím FeSi, • · · · · · • · • · · · • · · « ► · · · • · · • · · · · ·

- 35 které činilo 0.75 % celkové hmotnosti taveniny.

Hloubkachladítka: < 1/32.

Příklad 7: Šedé lité železo

Roztavený kov byl Množství přidaného taveniny.

Hloubka chladítka:

očkován slitinou ze 65 % Sr a 35 % Al.

stroncia bylo 0.0225 % celkové hmotnosti

13/32.

Příklad 8: Šedé lité železo

Roztavený kov byl očkován kombinací slitiny ze 65 % Sr a 35 % Al, a FeSi. Množství přidaného stroncia a FeSi bylo 0.0225 % a 0.75 % celkové hmotnosti.

Hloubka chladítka: < 1/32.

Příklad 9: Šedé lité železo

Roztavené železo bylo očkováno kombinací slitiny z 80 % Sr a 20 % Al a FeSi, ve stejných množstvích jako v příkladu 8. Hloubka chladítka: < 1/32.

Ze shora uvedených příkladů je zřejmé, že Sr-Al slitiny jsou užitečná očkovací činidla samotné nebo v kombinaci s FeSi. V šedém litém železe je užitečné mít náhodně orientované spojitě rozdělené grafitové vločky, definované jako grafit typu A. Mezi méně žádoucí formy grafitu patří typ D, který je oddělený do semidendritických oblastí v náhodné orientaci.

• * • ·

Následující tabulka ukazuje rozsah výskytu grafitu typu D od vrcholku klínu do bodu, kde se vyskytuje grafit typu A.

Očkovací činidlo

FeSi

65%Sr/35%Al

FeSi + 65%Sr/35%Al

FeSi + 80%Sr/20%Al

Rozsah grafitu typu D (palce)

19/32

29/32

9/32 <1/32

Je jasné, že nej lepší očkovací činidlo pro šedé lité železo je kombinované přidávání FeSi se slitinou z 80 % Sr a 20 %

Al.

Příklad 10: Tvárné lité železo

Jako v příkladu 5.

Hloubka chladítka: 29/32.

Příklad 11: Tvárné lité železo

Jako v příkladu 6.

Hloubka chladítka: 24/32.

Příklad 12: Tvárné lité železo

Roztavený kov je očkován slitinou obsahující 80 % Sr a 20 %

Al. Množství přídavku stroncia bylo 0.0225 % celkové hmotnosti kovu.

• · • · » · · I

Hloubka chladítka: 16/32.

Příklad 13: Tvárné lité železo

Jako v příkladu 8. Hloubka chladítka: 21/32.

Příklad 14: Tvárné lité železo

Jako v příkladu 8.

Hloubka chladítka: < 1/32.

V případě tvárného železa je zřejmé, že samotná slitina o složení 80 % Sr a 20 % Al je účinnější očkovací činidlo ke snížení obsahu chladítka, než FeSi.

počet hrudek grafitu je znázorněn v

O

Počet hrudek/in

142,580

165,160

183,870

249,676

200,000 slitina Sr/Al je účinnější očkovací grafitových hrudek, než FeSi, a její účinnost je zvýšena při kombinovaném přidávání s FeSi.

Účinek očkováni na následující tabulce:

Očkovací činidlo žádné

FeSi

80%Sr/20%Al

FeSi + 65%Sr/35%Al

FeSi + 80%Sr/20%Al

Jak lze pozorovat, činidlo pro nukleaci

- 38 Proces přidávání očkovacího činidla do taveniny šedého litého železa může použít očkovací činidlo ve formě volně plovoucích granulí, briket, a ve zhutněné formě jako jádro ocelí opláštovaného drátu. V tomto posledním případě může drát s jádrem obsahovat jiné očkovací směsi, takové jako silicidy vzácných zemin, spolu s hliníko - stronciovou slitinou, a ferosilikonem.

Předchozí příklady jsou uvedeny pouze jako ilustrace, ale nijak neomezují výrobky a způsoby užití předloženého vynálezu. Předpokládá se, že je možno činit změny a variace ve vynálezu, aniž by bylo třeba se odchýlit od rámce vynálezu, tak jak je definován v následujících patentových nárocích.

Claims (21)

1. Patentové nároky

   1. Směs vhodná pro použití jako přídavek předslitiny ke hliníko - křemíkovým slitinám, nebo jako očkovací činidlo pro lité železo, vyznačující se tím, že obsahuje granule intermetalických slitin vybraných ze skupiny Al₄Sr, Al₂Sr, AlSr, směs obsahuje 40 až 81 % stroncia hmotnosti, a obsahuje minimální množství hliníko - stronciových eutektických fází.
2. 2. Směs podle nároku 1, vyznačující se tím, že slitina nezasahuje více než 4 % do oblasti složení slitin obsahujících eutektikum.
3. 3. Směs podle nároku 1,vyznačuj ící se tím, že v podstatě neobsahuje eutektickou fázi AlSr.
4. 4. Směs podle nároku 1,vyznačující se tím, že rozměry granulí jsou menší než 5000 mikronů.
5. 5. Směs podle nároku 1,vyznačuj ící se tím, že granule jsou v nepropojené, volně proudící formě.

   i se t i m, že tyče, která také
6. 6. Směs podle nároku 1, vyznačuj ic zmíněné granule jsou včleněny do vytlačené obsahuje granule hliníku.
7. 7. Směs podle nároku 1,vyznačuj ící se tím, že • · · • · · · · · · · · · • · · · · ·· ····· • · » · · » · _ 40 “ ..... ·* *·’ ·* ** zmíněné granule jsou vneseny do špalíku litých hliníkových ocelí.
8. 8. Směs podle nároku 1,vyznačuj ící se tím, že granule mají rozměry mezi 147 a 1650 mikrony.
9. 9. Směs podle nároku 1,vyznačující se tím, že zmíněné granule jsou třírozměrně diskrétní.
10. 10. Způsob zjemnění hliníko - křemíkových slitin, vyznačující se tím, že se do taveniny přidávají volně proudící granule intermetalických slitin vybraných ze skupiny Al₄Sr, Al₂Sr, AISr a obsahující 40 až 81 % stroncia hmotnosti, a jen minimální množství hliníko - stronciových eutektických fází.
11. 11. Způsob podle nároku 10, vyznačující se tím, že granule mají rozměry menší než 5000 mikronů.
12. 12. Způsob podle nároku 10, vyznačující se tím, že granule mají rozměry mezi 147 a 1650 mikrony.
13. 13. Způsob podle nároku 10, vyznačující se tím, že granule jsou třírozměrně diskrétní.
14. 14. Očkovací činidlo pro lité železo, vyznačuj ící se tím, že obsahuje směs podle nároku 1, spolu s vápníkem.

    ·♦»»
15. 15. Očkovací činidlo dle nároku 14,vyznačuj ící se t i m, že dále obsahuje FeSi komerční jakosti.
16. 16. Očkovací činidlo dle nároku 14, vyznačuj ící se t i m, že intermetalické slitina obsahuje 65 % Sr a 35 %

    Al.
17. 17. Očkovací činidlo dle nároku 14, vyznačuj ící se t i m, že intermetalické slitina obsahuje 80 % Sr a 20 %

    Al.
18. 18. Způsob očkování šedého litého železa, vyznačuj i c i se t i m, že se do taveniny přidávají volně proudící granule intermetalických slitin vybraných ze skupiny Al₄Sr, Al₂Sr, AISr a obsahující 40 až 81 % stroncia hmotnosti, a jen minimální množství hliníko - stronciových eutektických fází.
19. 19. Způsob podle nároku 18, vyznačující se tím, že granule mají rozměry menší než 5000 mikronů.
20. 20. Způsob podle nároku 18, vyznačující se tím, že granule mají rozměry mezi 147 a 1650 mikrony.
21. 21. Způsob podle nároku 18, vyznačující se tím, že granule jsou třírozměrně diskrétní.