NO129408B

NO129408B -

Info

Publication number: NO129408B
Application number: NO00749/69A
Authority: NO
Inventors: C Brown; N Pappas; H Brown
Original assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1968-02-26
Filing date: 1969-02-24
Publication date: 1974-04-08
Also published as: US3592637A; FR2002638A1; GB1264547A; DE1909579A1; PL88899B1; SU456415A3; DE1909579B2; ES364055A1; DE1909579C3; SE367437B; BE728694A; CS199224B2; JPS4841405B1

Description

Anvendelse av en elementblanding som tilsetning til

et smeltet aluminiumbad.

Foreliggende oppfinnelse vedrører anvendelse av tilsetninger i form av findelte faste metallpartikler med øket oppløsningshastighet til et smeltet aluminiumbad.

Det er vanlig praksis i metallurgien å tilveiebringe en ønsket legeringssammensetning ved innføring av faste metalltil-setninger til metallsmelter av et basismetall. F.eks. tilsettes mangan til smeltet aluminium i form av en mangan-aluminium-legering som'inneholder ca.: 5- 20% mangan, for å'gi større styrke i forarbeidede aluminiumdelerLikeledes tilsettes krom, wolfram, molybden, vanadium, jern, kobolt, kopper,' nikkel, niob og andre metaller etter vanlig praksis i form av en for-legering til smeltede metallbad for fremstilling av spesielle legeringspro-dukter. F.eks. tilsettes krom til aluminiumbad for å oppnå bedre korrosjonsmotstand, og molybden, jern, vanadium og krom har'. vært tilsatt titan som stabiliserende metaller.

Tidligere anvendte metoder har nesten bestandig anvendt relativt kostbare for-legeringstilsetninger som ikke hadde helt tilfredsstillende oppløsningshastigheter og som ofte resulterte i store og meget uønskede temperaturfall i" metallsmeltene .-Hensikten med- foreliggende oppfinnelse er å anvende metall-holdige tilsetninger som kan fremstilles billig og som effektivt og med fordel settes direkte til! smeltede aluminiumbad.

På medfølgende tegning vises et diagram med eksempler

på oppløsningshastigheter for forskjellige tilsetninger, innbe-fattet spesielle tilsetninger som anvendes i henhold til foreliggende oppfinnelse.

Tilsetninger som anvendes i henhold .til foreliggende oppfinnelse består av en blanding av i det minste to forskjellige, findelte metallmaterialer i spesielle.mengdeforhold slik at de ved tilsetning til smeltede aluminiumbad hurtig vil' oppløses under relativt lavt temperaturfall i badet.

Tilsetningene består av et "oppløsningsbefordrendé"

stoff og et "hovedmetall", hvor .det er.ønsket at hovedmetallet oppløses hurtig.

Ifølge foreliggende oppfinnelse anvendes således en blanding bestående av 10-90 vekt-% findelt aluminium (oppløsnings-befordrende stoff) og 10-90 vekt-% av minst ett findelt materiale valgt fra gruppen Mn, Cr, W, Mo, Ti, V, Fe, Co, Cu, Ni, Nb, Ta, Zr, Hf, Ag (hovedmetall) og legeringer derav, hvilke legeringer inneholder minst 50 vekt-% av nevnte elementer, som tilsetning til et smeltet aluminiumbad.

Hovedmetallet i .findelt blanding med det oppløsningsbe-fordrende materialet, i det angitte mengdeforhold, oppløses i et smeltet aluminium med betraktelig øket hastighet på grunn av et samvirke mellom hovedmetallet og de oppløsningsbefordrende grunn-. stoffer. Således vil f.eks. en blanding av findelt aluminium og findelt mangan i egnede mengdeforhold resultere i øket manganopp-løsningshastighet ved tilsetning til en metallsmelte sammenlignet med en Mn-Al-legering inneholdende samme .mengdeforhold. På ..samme måte kan hovedmetallet krom blandes med befordringsmetallet aluminium for oppnåelse av øket oppløsningshastighet for krom. Således vil oppløsningshastigheten for ethvert hovedmetall, når dette er blandet i findelt form med aluminium (det oppløsnings-befordrende stoff) økes betraktelig.

I forbindelse med oppløsningshastighet og fall i bad-temperaturen, må forholdet mellom ulegert hovedmetall og ulegert oppløsningsbefordrende materiale ligge innen visse grenser. Disse mengdeforhold som er betegnet med (A), (B) og (C) nedenfor, har følgende definisjoner:

(A) Bredt område:

Foretrukket område:

(B) % effektivt hovedmetall - 20; fortrinnsvis - 30

(C) % effektivt opp.befordr.materiale - 20, fortrinnsvis - 30

hvor K^ = Vekt-I hovedmetall i tilsetningen.

K2= Vekt-$ oppi.befordr, materiale i tilsetningen.

% effektivt hovedmetall = E i hovedmetallet av:

og hvor

De ovenstående forhold har man funnet frem til som et resultat av vidtgående prøver og studier av hovedmetaller og opp-løsningsbefordrende materialer.

Forholdet (A) som definert ovenfor angir totalforholdet mellom "fritt" eller, "aktivt" hovedmetall og oppløsningsbefordrende materiale som er nødvendig i tilsetningsmidlet for effektivt samvirke mellom bestanddelene, mens forholdet (B) og (C) definerer mengden "fritt" eller "aktivt" hovedmetall og oppløsningsbe-fordrende elementer som er nødvendig i hovedmetallet og det opp-løsningsbefordrende materiale respektivt, for effektivt samvirke og forbedrede oppløsningsegenskaper. Forholdet (B) viser at bare stoffer som inneholder over en bestemt mengde "fritt", dvs. ulegert, hovedmetall, er egnet, dvs. aktivt nok til å virke som hovedmetall, og'forholdet (C) angir et tilsvarende forhold for det oppløsningsbefordrende materiale. Definisjonene "prosent effektivt hovedmetall" og "prosent effektivt oppløsningsbe-fordrende materiale" angir videre at den godtagbare legeringsgrad avhenger av det spesielle hovedmetall og oppløsningsbefordrende metall som anvendes. F.eks. vil en legering av 60% Mn, H0% Al være egnet som hovedmetall siden % effektivt hovedmetall i en slik legering er 60-40=20. Når det gjelder oppløsningsbefordrende materiale, vil en legering av 60% Al, 40$ Mn være et egnet opp-løsningsbefordrende materiale siden % effektivt oppløsningsbe-fordrende materiale vil være 60-40=20. Imidlertid vil en legering av 60% Al, 40$ V ikke være egnet som oppløsningsbefordrende materiale siden % effektivt oppløsningsbefordrende materiale i dette tilfelle ville være 60 - 1,5 x 40 = 0. Når det gjelder ovenstående forhold (A), (B) og (C)_,må man ved sammensatte tilsetningskompo-nenter huske at alle materialer som tjener som hovedmetaller "regnes under ett" når prosentvise mengder og faktorer skal ut-regnes for bestemmelse av prosent effektivt hovedmetall, og at alle materialer som vil tjene som oppløsningsbefordrende materialer regnes under ett for bestemmelse av prosentvise mengder og faktorer som bestemmer % effektivt oppløsningsbefordrende materiale .

De følgende eksempler A til F vil illustrere ytterligere hvorledes ovennevnte forhold vil beregnes for bestemte tilsetninger.

I det tilfelle hvor interlegering av hovedmaterialet og promotor- eller det oppløsningsbefordrende materiale ikke fore-kommer i tilsetningsmidlet, kan forholdene B og C ignoreres (både prosent effektivt hovedmateriale og prosent effektiv opp-løsningsbefordrende materiale = 100); forholdet A i dette tilfelle er:

Bredt område: 10-90% hovedmateriale og

10-90% oppløsningsbefordrende materiale,

foretrukket område: 20-89% hovedmateriale og

20-80% oppløsningsbefordrende materiale.

Eksempel A

Tilsetningen består av en blanding av 60 vektdeler findelt

aluminium og 40 vektdeler findelt mangan.

K1 = 40

K2 = 60

% effektivt hovedmetall (B) = 100 (Mn utgjør 100% av hovedmetallet )

% effektivt oppløsningsbe- = 100 (Al utgjør 100% av det opp-fordrende materiale (C) løsningsbefordrende materiale)

således

Eksempel B

Tilsetningen består av en blanding av 60 vektdeler legering

80% Mn - 20% Al og 40 vektdeler findelt rent aluminium.

K1 = 60

K2 = 40

% effektivt hovedmetall (B) =80-48 ~„ Cn

-jj-y x 20 = 60

% effektivt oppløsningsbe- ,„„ , ., , .. -.n^a ^ fordrende materiale (C) = 100 <A1nutSJØr 100% av det oppløsningsbefordrende materiale)

således

Eksempel C

Tilsetningen består av en blanding av 30 vektdeler findelt

elementært Mn, 20 deler Cr og 50 deler legering 80% Al - 20% Mn.

% effektivt hovedmetall (B) = 60% Mn + 40% Cr = 100 % effektivt oppløsningsbe- = 80 - 80 x 20 = 60 fordrende materiale (C) "8~0

således

Eksempel D

Tilsetningen består av en blanding av 80 vektdeler findelt legering 95% Mn - 5% Al og 20 vektdeler findelt legering 70% Al - 30% Mn.

K± = 80

K2 = 20

% effektivt hovedmetall (B) = 95 - 95 x 5 = 90

95

% effektivt oppløsningsbe- = 70 - 70 x 30 = 40 fordrende materiale (C) 70

således (A) = 90 x 80 _ q

40 x 20 " y

Eksempel E

Tilsetningen består av en blanding av 40 vektdeler findelt mangan, 20 vektdeler findelt legering 80% V - 20% Al og 40 vektdeler findelt aluminium.

% effektivt hovedmetall (B) = 67% - 40 x 6, 7% + 26,6% -

56

16 (0,66 x 6,7) = 87,7

% effektivt oppløsningsbe- sl00 (alt oppløsningsbefordrende fordrende materiale (C) materiale er aluminium)

således (A) = 87 , 7 x 60

100 x 40 " 0

Eksempel F

Tilsetningen er en blanding av 40 vektdeler findelt mangan, 20 vektdeler findelt legering 80% Mn - 20% Al og 40 vektdeler fin-dlet aluminium.

% effektivt oppløsningsbe- = 100

fordrende materiale (C)

% effektivt hovedmetall (B) = 93$ - 56 ( 6, 7%) - 86,3

således (A) = 86 , 3 x 60 , ,

100 x MO "

For videre illustrasjon av foreliggende oppfinnelse er det i nedenstående tabeller Ka) og I(b) oppført forskjellige andre spesielle- oppløsningsbefordrende materialer og hovedmetaller som er virksomme ved utførelse av foreliggende oppfinnelse .

Når det gjelder fysikalsk form for tilsetningene kan

man benytte en ikke sammenpresset blanding av de findelte materialer, f.eks. kan blandingen av hovedmetall og oppløsnings-befordrende materiale pakkes i en metållfolie eller fylles i smeltbare beholdere. I denne form innføres stoffene under smeltens overflate ved vanlig dypping eller nedsenkningsanord-ninger. Oftest blir tilsetningen fordelaktig anvendt i form av pressede briketter eller pellets som fortrinnsvis har så høy

egenvekt at de synker av egen vekt i metallsmelten. I begge til-feller har den opprinnelige partikkelstørrelse for hovedmetaller og oppløsningsbefordrende materialer stor betydning og begge bør

være finere enn 20 mesh US. Series) for å oppnå optimal opp-løselighet og fortrinnsvis i det vesentlige finere enn 65 mesh. Hovedmetall og oppløsningsbefordrende materiale utgjør tilsammen minst 80 vekt-% av tilsetningsmassen.

Når man anvender pressede blandinger, har man funnet at svært høye press-tettheter (egenvekter) bør unn;gås for å oppnå hurtigere oppløsning. Volumvekter på over 95% maksimal teoretisk egenvekt (maksimal teoretisk egenvekt er egenvekten for bestanddelene i smeltet og fullt legert tilstand) bør unngås.

Por mer spesielt å illustrere foreliggende oppfinnelse har man utført forskjellige prøver og de oppnådde verdier frem-går av nedenstående eksempler.

Eksempel 1

Et smeltet aluminiumbad (2,27 kg) ble stabilisert ved 850°C og man tilsatte 1, 5% (34 gram) mangan som elektrolytiske manganflak (5 cm x 0,32 cm). Etter bestemte tidsforløp tok man prøver fra smeiten og analyserte dem med henblikk på mangan:

De ovenstående verdier oppført i"skjema med vanlige halv-logaritmiske koordinater som vist på tegningen gir en stignings-vinkel på 0,039 som kalles oppløsningshastigheten K. Fremgangsmåten fra dette eksempel ble fulgt med andre tilsetningsstoffer for måling av deres oppløsningshastigheter som er oppført nedenfor. Økende numeriske verdier på K, dvs. mer negative verdier, angir større oppløsningshastigheter.

Eksempel 2

Man gjentok fremgangsmåten fra eksempel 1 med 34 gram pellets (2,2 cm i diameter) formet ved å presse blandinger av materialer fra tabell II(a) ved et trykk på 14 x 10 6 kg/m 2i en hydraulisk presse. Pelleten hadde volumvekter som angitt i tabell II(b) som også angir de oppnådde oppløsningshastigheter.

Andre stoffer, blant annet en handelsvanlig tilsetning inneholdende mangan ( 5% Mn "herder" - rest Al) ble også prøvet som angitt i eksempel 1 og resultatene er vist nedenfor i tabell II(b) for sammenligning:

Som det vil fremgå av verdiene i tabell'II(b), har tilsetninger i henhold til foreliggende oppfinnelse meget store oppløsningshastigheter, dvs. mer negative verdier for K. Spesielt kan man se at tilsetningene P-2, P-3, P-6 og P-15 som anvendes ifølge oppfinnelsen; har oppløsningshastigheter som er flere ganger større enn for den "herde"-tilsetning 7 som kan fåes i handelen og den fullt legerte 60% Mn - 40% Al - legering 13. Oppløsningshastighetene for P-3 og "herder i handelen" illustreres sammenligningsvis på tegningen.

Som vist på tabell II(b) har tilsetninger ifølge foreliggende oppfinnelse som inneholder ca. 50% Mn + 50% Al (P-3 og P-6) særlig store oppløsningshastigheter. Således vil tilsetninger som inneholder omtrent like store mengder effektivt hovedmetall og effektivt oppløsningsbefordrende materiale;foretrekkes. Man vil se at mangantilsetning 11 bestående av 150 mesh elektrolytisk mangan gir en respektabel oppløsningshastighet. Imidlertid er mangan i denne form ikke. praktisk som teknisk tilsetningsmiddel for aluminium siden det ikke vil slå igjennom skorpen som dannes oppå aluminiumsmelten, man ville få betraktelige oksydasjonstap av mangan og det ville oppstå problemer med ildsfarlige støv-dannelser.

Det ble utført andre forsøk for å demonstrere den forbedrede oppløsningshastighet for hovedmetallet som anvendes i henhold til oppfinnelsen i nedenstående eksempler.

Eksempel 3

Pellets (2,2 cm diameter) ble laget ved å presse wolframpulver (7 mikron) ved et trykk 7 x 10 6 kg/m 2. Disse pellets ble satt til et smeltet aluminiumbad ved 850°C i tilstrekkelig mengde til å danne en 1%-ig wolframtilsetning. Man kunne ikke måle noen oppløsning av wolfram.

Eksempel 4

Man fremstilte pellets (2,2 cm diameter) ved å presse 50 vektdeler wolframpulver (7 mikron) med 50 vektdeler aluminiumpulver (0,147 mm til 0,043 mm) ved 7 x 10 kg/m trykk. De frem^ stilte pellets (volumvekt = 3,7 g/cm'') ble satt til et smeltet aluminiumbad ved 760°C i tilstrekkelig mengde til å gi en 1%-ig wolframtilsetning. Oppløsningshastigheten K var -0,036. Over 95% av det tilsatte wolfram ble oppløst.

Eksempel 5

Man laget pellets (2,2 cm diameter) ved å presse molybdenpulver (7- mikron) med et trykk på 7 x 10 6 kg/m 2. Disse pellets ble tilsatt en aluminiumsmelte ved 850°C i tilstrekkelig mengde til å gi en 1%- ig molybdentilsetning. Man kunne ikke spore noen oppløst molybden.

Eksempel 6

Man fremstilte pellets (2,2 cm diameter) ved å presse 50 vektdeler molybdenpulver (7 mikron) med 50 vektdeler aluminiumpulver (1,47 mm til 0,043 mm) ved et trykk på 7 x 10 kg/m . De fremstilte pellets (volumvekt - 3,3 g/cm'') ble satt til en aluminiumsmelte ved 760°C i en tilstrekkelig mengde til å gi en 1%-ig molybdentilsetning. Oppløsningshastigheten K ble -0,029.

Over 95% av det tilsatte molybden ble oppløst.

Eksempel Z

Man innpakket ferrokrompulver (70% Cr, 2% Si, resten Fe)

(0,104 mm og finere) i metallfolie og tilsatte denne til en aluminiumsmelte ved 760°C i tilstrekkelig mengde til å gi en lj%-ig kromtilsetning. Oppløsningshastigheten K var -0.002.

Eksempel 8

Man fremstilte pellets (2,2 cm diameter) ved å presse 50 vektdeler ferrokrompulver (0,104 mm og finere) med 50 vektdeler aluminiumpulver (0,147 mm til 0,043 mm) ved 7 x 10 kg/m 's trykk. De fremstilte pellets (volumvekt = 3,08 g/cm^) ble tilsatt et aluminiumbad ved 760°C i tilstrekkelig mengde til å gi en lg%-ig kromtilsetning. Den oppnådde oppløsningshastighet K var -0,093. Over 95% av tilsatt krom var oppløst.

Eksempel 9_.

Elementært krompulver (0,104 mm og finere) ble pakket i metallfolie og satt til et smeltet aluminiumbad ved 790°C i tilstrekkelig mengde til å gi en 3|%-ig kromtilsetning. Den oppnådde oppløsningshastighet K var -0,068.

Eksempel 10

Pellets (2,2 cm diameter) ble fremstilt ved å presse 50 vektdeler elementært krompulver (0,208 mm og finere) med 50 vekt-6 2 deler aluminiumpulver (0,147 mm til 0,043 mm) ved 7 x 10 kg/m 's trykk. De fremstilte pellets (volumvekt = 3,15 g/cm^) ble tilsatt til en aluminiumsmelte ved 760°C i tilstrekkelig mengde til å gi en 11%- ig kromtilsetnng. Den målte oppløsningshastighet K var

-0,56. Over 95$ tilsatt krom var oppløst.

Eksempel 11

Man fremstilte pellets (2,2 cm diameter) ved å presse 50 vektdeler 85$ Mn - 9$ Si, resten Fe - legeringspulver (0,208 mm og finere) med 42 vektdeler legeringspulver 92$ Al - 8$ Cr (0,208 mm og finere) ved 7 x 10 6 kg/m 2trykk. De fremstilte pellets (volumvekt = 3,21 g/cm^) ble tilsatt til en aluminiumsmelte ved 760°C i tilstrekkelig mengde til å gi en l|$-ig mangantilsetning. Den målte oppløsningshastighet var -0,14. Over 95$ av manganet var oppløst.

Eksempel 12

Man fremstilte pellets (2,2 cm diameter) ved å presse 37 vektdeler manganpulver (150 XD) med 63 vektdeler legering 60$ Al - 40$ V (0,208 mm og finere) ved et trykk på 7 x 10 kg/m . De fremstilte pellets (volumvekt = 2,65 g/cm^) ble tilsatt til en aluminiumsmelte ved 760°C i tilstrekkelig mengde til å gi en l£$-ig mangantilsetning. Den oppnådde oppløsningshastighet K var -0,04.

I tillegg til ovenstående prøver utførte man forsøk for å bestemme temperaturfallet i aluminiumbadet for 1,5$ Mn-tilsetninger ved hjelp av et termoelement nedsenket i metallbadet. Resultatene er oppført i tabell III.

Som man vil se oppstår etter tilsetning av P-3 bare et

lite temperaturfall sammenlignet med tilsetning av lignende middel i handelen. Det faktum at man unngår eller sterkt nedsetter bad-avkjøling i henhold til foreliggende oppfinnelse, er en meget vesent-lig fordel ved teknisk drift.

Man utførte andre forsøk med sammenpressede tilsetninger ut fra elektrolytisk mangan og elementært aluminium fremstilt som beskrevet i eksempel 2, bortsett fra at man varierte presslegemenes volumvekt for å bestemme volumvektens innvirkning på oppløsnings-hastigheten. Resultatene er angitt i tabell IV.

Som man vil se av ovenstående tabell IV bør volumvekter over 95% av maksimal volumvekt unngås siden oppløsningshastigheten faller drastisk ved disse høye tettheter. De foretrukne volumvekter for sammenpresset tilsetningsmiddel i henhold til foreliggende oppfinnelse ligger mellom 65% og ca. 90% av den maksimale teoretiske volumvekt (egenvekt).

Virkningen av opprinnelig partikkelstørrelse for bestanddelene på tilsetningsmidlets oppløsningshastighet ble også under-søkt med pellets av 50% Mn + 50% Al (2,2 cm diameter, 34 gram), med volumvekt på ca. 3,50 + 0,05 g/cm^.Restultatene er som i tabell V.

Man har funnet at for å oppnå de beste resultater når det gjelder partikkelstørrelse på hovedmetall og oppløsningsbefordrende materiale bør partikkelstørrelsen i det vesentlige være finere enn 0,833 mm for optimal oppløselighet i metallsmelter, fortrinnsvis i det vesentlige finere enn 0,208 mm.

Man har videre funnet at den fysikalske form og dimensjoner på de sammenpressede tilsetningsmidler i henhold til foreliggende oppfinnelse har en innvirkning på oppløsningshastigheten, og det er en fordel når man bruker pressede blandinger at presslegemene har en dimensjon som ikke overstiger ca. 2,2 cm, for optimale resultater ikke over 1,25 cm. Ved sylindriske presslegemer vil dette si at enten lengden eller diameteren fortrinnsvis ikke er over ca.2,2 cm, idet den optimale minimumsdimensjonen ligger fra ca. 0,6 til 1,25 cm.

Tabell VI viser oppløsningshastigheter som ble oppnådd for sylindriske presslegemer med forskjellig størrelse (volumvekt = 3,40 + 0,15 g/cm^) fremstilt fra elektrolytisk mangan (partikkel-størrelse 0,104 mm og finere) og elementært aluminium (0,147 til 0,04 3 mm).

Claims

1. Anvendelse av en blanding bestående av 10-90 vekt-% findelt aluminium og 10-90 vekt-% av minst ett findelt materiale valgt fra gruppen Mn, Cr, W, Mo, Ti, V, Fe, Co, Cu, Ni, Nb, Ta, Zr, Hf, Ag og legeringer derav, hvilke legeringer inneholder minst 50 vekt-% av nevnte elementer, som tilsetning til et smeltet aluminiumbad.

2. Anvendelse ifølge krav 1 av blandingen i form av sammenpressede legemer med en tetthet på 65-95$ av maksimal teoretisk tetthet.

3. Anvendelse ifølge krav 1 eller 2 av partikler som i det vesentlige alle har en partikkelstørrelse finere enn 20 mesh, fortrinnsvis finere enn 65 mesh, til å begynne med i blandingen.

4. Anvendelse ifølge krav 1-3 av de sammenpressede legemer i en maksimal tykkelse på høyst 22 mm.