DD139951A3

DD139951A3 - ALUMINUM TITANIUM-IRON-BOR-PRE-ALLOYING AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF

Info

Publication number: DD139951A3
Application number: DD19873777A
Authority: DD
Inventors: Klaus-Peter Trautmann; Istvan Markus
Original assignee: Trautmann Klaus Peter; Istvan Markus
Priority date: 1977-05-04
Filing date: 1977-05-04
Publication date: 1980-01-30

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Aluminium-Titan-Eisen-Bor-Vorlegierung mit erhöhtem Eisengehalt zur Kornfeinung von Aluminiummetall bei Verwendung metallurgischer Ausgangsmaterialien sowie ein Verfahren zur Herstellung der Vorlegierung bei minimalen Herstellungskosten, Vermeidung der Umweltbelästigung und erhöhtem Ausbringen der eingesetzten Ausgangsstoffe. Die erfindungsgemäße Legierung besteht aus Reinaluminium (Al 99,5%) , Farrobor und einer Aluminium-Titan-Vorlegierung (Al-Ti 50). Der Borgehalt beträgt 0,2 bis. 0,8%, der Titangehalt 4,5 bis 8% und der Eisengehalt 0,8 bis 4%. Zur Herstellung werden eine Aluminium-Titan-Vorlegierung und Ferrofcor, welche von Reinaluminium umgeben sind, im Fußpunkt eines Plasmabogens angeordnet. Nach dem Aufschmelzen der hochschmelzenden Anteile wird die Schmelze einer elektromagnetischen Rührung unterzogen, um- damit das Aufschmelzen des noch kalten Aluminiums zu bewirken. Anschließend wird die Schmelze bei einer entsprechenden Gießtemperatur in Formen vergossen.The invention relates to an aluminum-titanium-iron-boron master alloy with increased iron content for grain refining of aluminum metal when used Metallurgical starting materials and a method for Production of master alloy with minimal manufacturing costs, avoidance the environmental pollution and increased deployment of the used Starting materials. The alloy according to the invention consists of pure aluminum (Al 99.5%), Farrobor and an aluminum-titanium master alloy (Al-Ti 50). The boron content is 0.2 to. 0.8%, the titanium content 4.5 to 8% and the iron content 0.8 to 4%. To make a Aluminum-titanium master alloy and Ferrofcor, which are made of pure aluminum are surrounded, arranged at the base of a plasma arc. After this Melting the refractory fractions, the melt of a subjected to electromagnetic stirring, so that the melting of the still to cause cold aluminum. Subsequently, the melt cast in molds at a corresponding pouring temperature.

Description

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Titel der ErfindungTitle of the invention

Aluminium-Titan-Eisen-Bor-Vorlegierung und Verfahren zu deren HerstellungAluminum-titanium-iron-boron master alloy and process for its preparation

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Vorlegierung zur Kornfeinung von Aluminium und Aluminiumlegierungen und deren JZerstellungsverfahren.The invention relates to a master alloy for grain refining of aluminum and aluminum alloys and their JZerstellungsverfahren.

Charakteristik der "bekannten technischen lösungCharacteristic of the "known technical solution

Es ist bekannt, daß zur Erzielung eines gleichförmigen, feinen Gefüges von Aluminium und Aluminiumlegierungen geringe Mengen bestimmter Elemente, vorzugsweise Titan und Bor, zugesetzt werden.It is known that small amounts of certain elements, preferably titanium and boron, are added in order to obtain a uniform, fine microstructure of aluminum and aluminum alloys.

So wurde in der DT-OS 2 307 250 bereits eine Vorlegierung mit Kornfeinungswirkung vorgeschlagen, deren Verhältnis von Titan zu Bor von 20 ... 40 : 1 beträgt, wobei der Borgehalt zwischen 0,1 ... 0,3 i° und der Titangehalt der Vorlegierung zwischen 3»5 ... 7»5 % liegt. Der Titangehalt in dem korngefeinten Metall soll ca. 0,025 1" betragen.It has already been proposed a master alloy with grain refining in the DT-OS 2307250, the ratio of titanium to boron of 20 ... 40: 1, wherein the boron content is between 0.1 ... 0.3 i °, and the Titanium content of the master alloy is between 3 »5 ... 7» 5 % . The titanium content in the grain-fined metal should be about 0.025 1 " .

Zur Herstellung der Vorlegierung werden einer geschmolzenen Aluminiummasse feine Teilchen eines Titanalkali-, fluoridkomplexes und eines Alkaliborfluoridkomplexes zugesetzt.To prepare the master alloy, fine particles of a titanium alkali, fluoride complex and an alkali borofluoride complex are added to a molten aluminum mass.

Vorlegierungen, in denen das Titan und Bor über Salze eingebracht wurde, verfügen über einen relativ geringenMaster alloys in which the titanium and boron have been introduced via salts have a relatively small amount

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Eisengehalt, nämlich maximal 0,3 #. Dieser niedrige Eisengehalt wirkt sich negativ auf die Gießeigenschaft des korngefeinten Materials aus.Iron content, namely a maximum of 0.3 #. This low iron content has a negative effect on the pouring property of the grain-refined material.

Zur Herstellung einer Aluminium-Titan-Bor-Vorlegierung ist gemäß DIr-WP 93 863 "bereits ein Verfahren bekannt. Es besteht darin, daß aus zwei oder mehreren Salzen, vorzugsweise aus Alkalititanfluorid und Alkaliborfluorid, durch Zerkleinerung und innige Vermischung ein Salzgemisch hergestellt wird, welches portionsweise auf die Oberfläche der auf eine Temperatur von 830 - 860 ⁰C erhitzten Aluminiumschmelze gebracht wird. Die Temperatur ist dabei so lange zu halten, bis eine vollständige Umsetzung der Salzzusätze mit dem Aluminium gewährleistet wird. Anschließend wird die Schmelze sofort in flache Pormen abgegossen und somit schnell abgekühlt, um ein Kornwachstum der Titanboridkristalle, das sich nachteilig auf die erwünschte Kornfeinungswirkung auswirken würde, zu verhindern. Dieses bekannte Verfahren zur Herstellung einer AIuminium-Titan-Bor-Vorlegierung zum Zwecke der Kornfeinung von Aluminium und Aluminiumlegierungen weist verschiedene Nachteile auf. So besteht ein wesentlicher Mangel darin, daß neben dem hohen Preis der benötigten Salze, die in den für eine Großproduktion von Vorlegierungen zur Kornfeinung von Aluminium erforderlichen Mengen aus einheimischen Aufkommen nicht hergestellt werden können, deren Verarbeitung eine hohe Belastung für das Personal und die Umwelt darstellt. Bei den erforderlichen Arbeitstemperaturen zersetzt sich beispielsweise das Alkaliborfluorid, wobei neben auftretenden Borverlusten giftige Produkte, z. B. BFo, entstehen, die eine sorgfältige Absaugung der sich bildenden Dämpfe und eine Abscheidungsanlage für diese erfordern. Außerdem diffundieren die geschmolzenen Salze in die feuerfeste Zustellung des Reaktionsgefäßes, wodurch unwiederbringliche Verluste entstehen.A process is already known for producing an aluminum-titanium-boron master alloy in accordance with DIr-WP 93 863. It consists in preparing a salt mixture from two or more salts, preferably from alkali titanium fluoride and alkali borofluoride, by comminution and intimate mixing. which portions on the surface of the to a temperature of 830 - is brought heated 860 ⁰ C aluminum melt the temperature is hold until complete reaction of the salt additives is ensured with the aluminum Subsequently, the melt is immediately poured into flat Pormen.. and thus rapidly cooled to prevent grain growth of the titanium boride crystals which would be detrimental to the desired grain refining effect. This known method of producing an aluminum-titanium-boron master alloy for the purpose of grain refining aluminum and aluminum alloys has several disadvantages. So there is an essential The deficiency is that, in addition to the high price of the salts required, which can not be produced in the quantities of indigenous resources required for the large-scale production of aluminum alloy master alloys, their processing places a great burden on personnel and the environment. At the required working temperatures, for example, decomposes the alkali borofluoride, in addition to occurring boron losses toxic products, eg. As BFo arise, which require careful extraction of the forming vapors and a deposition plant for this. In addition, the molten salts diffuse into the refractory lining of the reaction vessel, resulting in irretrievable losses.

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Ziel der ErfindungObject of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht darin, die notwendigen Kosten für die Herstellung einer Vorlegierung zum Zwecke der Kornfeinung von Aluminium-Metall bei gleichzeitiger Vermeidung der Umweltbelästigung und Erhöhung des Ausbringens der eingesetzten Ausgangsstoffe zu senken. ..The object of the invention is to reduce the necessary costs for the production of a master alloy for the purpose of grain refining of aluminum-metal while avoiding the environmental nuisance and increasing the output of the starting materials used. ..

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorlegierung mit erhöhtem Eisengehalt zur Kornfeinung von Aluminiummetall sowie ein Verfahren zu deren Herstellung bei Verwendung metallurgischer Ausgangsmaterialien zu entwickeln.It is an object of the invention to develop a master alloy with increased iron content for grain refining of aluminum metal and a process for their preparation when using metallurgical starting materials.

Die erfindungsgemäße Vorlegierung zur Kornfeinung von Aluminiummetall wird im wesentlichen aus den Ausgangsstoffen Heinaluminium (Al 99,5 $) sowie aus Perrobor und einer Aluminium-Titan-Vorlegierung, vorzugsweise Al-Si 50, hergestellt. Der Borgehalt der erfindungsgemäßen Vorlegierung beträgt 0,2 - 0,8 fo_t der Titangehalt 4,5 - 8 £ und der Eisengehalt 0,8 - 4 56. Das Verfahren zur Herstellung der Vorlegierung besteht darin, daß die hochschmelzenden Anteile, die Aluminiumlit an-Vorlegierung und das Perrobor grobstückig zerkleinert und vermischt im Fußpunkt eines Plasmabogens im Plasmaofen angeordnet werden. Das benötigte Reinaluminium wird ringförmig um die bereits im Plasmaofen eingebrachten hochschmelzenden Anteile vorgesehen. Infolge der hohen Temperatur des Plasmabogens im Fußpunkt und der extremen Energiekonzentration auf diesen Punkt werden die hochschmelzenden Anteile in Inertgas-, atmosphäre aufgeschmolzen, wobei Titan und Bor zu Titanborid vereinigt werden, während das umgebende Aluminium gerade beginnt aufzuschmelzen. Die bereits schmelzflüssige Phase des hochschmelzenden AnteilsThe master alloy according to the invention for grain refining of aluminum metal is essentially prepared from the starting materials Heinaluminium (Al 99.5 $) and from Perrobor and an aluminum-titanium master alloy, preferably Al-Si 50. The boron content of the master alloy according to the invention is 0,2 - 0,8 fo _t the titanium content from 4.5 to 8 £ and the iron content from 0.8 to 4 56. The method for producing the master alloy is that the high melting components which at Aluminiumlit Pre-alloy and the Perrobor crushed into pieces and mixed at the base of a plasma arc in the plasma furnace are arranged. The required pure aluminum is provided in a ring around the already introduced in the plasma furnace refractory fractions. Due to the high temperature of the plasma arc at the base and the extreme energy concentration at this point, the refractory fractions are melted in inert gas atmosphere, with titanium and boron combined to form titanium boride while the surrounding aluminum is about to melt. The already molten phase of the refractory fraction

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dringt in das noch, kalte Aluminium ein, schmilzt dieses auf und wird dabei selbst abgekühlt. Die Abkühlung verhindert ein zu schnelles Wachsen der Titan-Borid-Kristalle. Diese Erscheinung wirkt sich späterhin bei der Verwendung der hergestellten Legierung zur Kornfeinung positiv aus.penetrates into the still, cold aluminum, melts this up and is thereby cooled itself. The cooling prevents too rapid growth of the titanium boride crystals. This phenomenon later has a positive effect on the use of the produced alloy for grain refining.

Nachdem der hochschmelzende Anteil aufgeschmolzen ist, wird das erschmolzene Metall mit dem noch kalten Aluminium durch elektromagnetisches Rühren in Kontakt gebracht, wodurch einerseits die erwünschte Abkühlung und andererseits das Aufschmelzen des Reinaluminiums beschleunigt werden. Die gesamte Schmelze wird auf eine geeignete Gießtemperatur ν und in flache Formen vergossen.After the refractory portion has melted, the molten metal is brought into contact with the still-cold aluminum by electromagnetic stirring, which on the one hand accelerates the desired cooling and, on the other hand, the melting of the pure aluminum. The entire melt is poured on a suitable pouring temperature ν and in flat shapes.

eine geeignete Gießtemperatur von s». 1200 ⁰C gebrachta suitable casting temperature of s ». 1200 ⁰ C brought

Ausführungsbeispiel ·Embodiment ·

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment.

In einem Plasmaschmelzofen mit einer Kapazität von 100 kg Aluminium werden 84,9 kg Aluminium (Al 99,5), 11,1 kg Aluminium-Titan-Vorlegierung, vorzugsweise Al-Ti 50, und 4 kg Perrobor so angeordnet, daß die hochschmelzenden Anteile, Al-Ti 50 und Perrobor, in kleinstückiger Form im Fußpunkt des Plasmabogens von Masseln oder Masselabschnitten aus Aluminium umgeben sind, lach dem Zünden des Plasmabogens schmelzen zuerst, wegen der hohen Energiekonzentration auf den Fußpunkt des Plasmabogens (Anode), die hochschmelzenden Anteile auf, wobei sich Titan und Bor zu Titanborid vereinigen. Diese heiße Schmelze dringt in das noch kalte Aluminium ein und schmilzt dieses auf, wobei sie sich selbst abkühlt. Die heiße Schmelze wird mit Hilfe elektromagnetischer Rührung sehr schnell mit dem noch kalten Aluminiummetall in Kontakt gebracht. Die gesamte Schmelze wird auf Gießtemperatur gebracht und inIn a plasma melting furnace having a capacity of 100 kg of aluminum, 84.9 kg of aluminum (Al 99.5), 11.1 kg of aluminum-titanium master alloy, preferably Al-Ti 50, and 4 kg of perrobor are arranged so that the refractory fractions , Al-Ti 50 and Perrobor, are surrounded in small form at the base of the plasma arc of ingots or ingots of aluminum, after the ignition of the plasma arc melt first, because of the high energy concentration on the base of the plasma arc (anode), the refractory portions, wherein titanium and boron combine to titanium boride. This hot melt penetrates into the still cold aluminum and melts it, while it cools itself. The hot melt is brought into contact very quickly with the still cold aluminum metal with the aid of electromagnetic stirring. The entire melt is brought to casting temperature and in

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flache Formen abgegossen. Die hergestellte Vorlegierung enthält ca. 5»5 $ Titan, 0,8 # Bor, 3»2 $ Eisen, Rest Aluminium. Sie zeichnet sich durch eine sehr gute Kornfeinungswirkung aus.poured off flat molds. The prepared master alloy contains about 5 »5 $ titanium, 0.8 # boron, 3» 2 $ iron, balance aluminum. It is characterized by a very good grain refining effect.

Bezogen auf einen Titan-Gehalt von 5 i» in der Vorlegierung und einen Titan-Gehalt von 0,02 # im korngefeinten Material "beträgt der Borgehalt im korngefeinten Material 0,001 bis 0,004 %, während sich der Eisengehalt des korngefeinten Materials um 0,004 bis 0,02 fo erhöht.Based on a titanium content of 5 i »in the master alloy, and a titanium content of 0.02 # in grain refined material" of the boron content in the grain refined material is 0.001 to 0.004%, while the iron content of the grain refined material by 0.004 to 0 02 fo increased.

Claims

Invention Claims

1. Aluminum titanium boron master alloy for grain refining of aluminum and aluminum alloys with a titanium content of 4.5 to 8 $ and a boron content of 0.2 to 0.8 % based on aluminum, characterized in that the alloy is 0 , 8 to 4 i ° iron. ·

2.'A process for producing an aluminum-titanium-iron-Borvorlegierung, characterized in that high-melting fractions, an aluminum-titanium master alloy and Perrobor, mixed in small pieces, surrounded by pure aluminum, are arranged in the base of a Plasiflabogens in the plasma furnace. that the refractory fractions are melted to form titanium boride and the melt is brought into contact with the still cold aluminum by electromagnetic stirring and the alloy thus obtained is cast in flat molds at a casting temperature.

Alloy at a casting temperature of> ⁰ C 12OO

3. aluminum-titanium-iron-boron master alloy according to item 1 and Zj characterized in that the aluminum-titanium master alloy contains 50 weight percent aluminum. , ,

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