PL33675B1 - Sposób wytwarzania stopów aluminiowo-krzemowych - Google Patents

Description

Wynalazek dotyczy sposobu wytwarzania . stopów aluminiowo-krzemowych.Proponowano juz wytwarzanie stopów alu-^ miniowo-krzemowych eutektycznych lub nad- eutektycznych przez czasteczkowa krystalizacje stopu, zawierajacego wiecej niz 12% Si i to¬ warzyszace zanieczyszczenia metaliczne. Z tych zanieczyszczen zelazo, tytan i wegliki wywie¬ raja szczególnie szkodliwe dzialanie na wlasci¬ wosci stopu koncowego. Jednak poniewaz dwa ostatnie rodzaje zanieczyszczen moga byc odpo¬ wiednio usuniete {przez czasteczkowa krystaliza¬ cje, przeto nie ma potrzeby poswiecac im szczególnej uwagi.Poczatkowy stop wytwarza sie z tlenków aluminium i krzemu np. przez redukcje elek- tiocieplna mieszaniny kaoliny i tlenku alumi¬ nium za pomoca wegla al))o tez przez elektro¬ lize roztworu bauksytu, do którego moze byc dodane nieco glinki. Wiadomo, ze rozdzielenie .moze byc osiagniete w rózny sposób. Wedlug jednego sposobu poczatkowy stop poddaje sie czasteczkowej krystalizacji tak, aby mozna; bylo stopniowo ochladzac ze stanu calkowitego^ roztopienia stopu* do pewnej temperatury stanir ciastowatego, który odpowiada temperaturze- stopu o zadanym skladzie chemicznym, z któ¬ rego zostaj^ oddzielone krysztaly bogate w krzem badzr przez odwirowanie, badz tez przez odsaczanie z .zastosowaniem prózni lub pod3 cisnieniem od stopu macierzystego, wzboga¬ conego w aluminium.Zgodnie z innym sposobem oddzielanie przeprowadza sie przez odsaczanie, przy czym surowy stop, uprzednio obrobiony cieplnie tak, aby zostaly utworzone jak najbardziej duze krysztaly krzemu, jest starannie ogrzewany powyzej temperatury eutektycznej, ciekla zas: czesc stopu oddziela sie od fazy stalej, np.. przez odsaczanie ipod cisnieniem.Sklad chemiczny cieczy oddzielonej przy ta¬ kich zabiegach jest kontrolowany za pomoca, wykresu równowagi dotyczacego sposobu, we¬ dlug którego stopy Al-Si^Fe tworza potrójna«utektyke i które topia sie w temperaturze 5770 ¦ C, a zawieraja U,6°/0 Si, 0,8%0 Fe, reszta zas stopu stanowi Al. Poniewaz zgodnie z tym wykresem techniczne surowe stopy zawieraja riie tylko krzem, lecz równiez zelazo w ilosci , nadeutektyeznej, przeto jest widoczne, ze ciekly stop, oddzielony od surowego~^topu w temperaturze nieznacznie wyzszej od tempera¬ tury eutektycznej, bedzie zawierac mniejsza ilosc tych metali, podczas gdy ^oddzielone w wyzszej temperaturze ciekle stopy beda zawie¬ rac ftie tylko wiecej krzemu, lecz :i wiecej ze ¦ laza. Przeprowadzone próby calkowicie potwier¬ dzily prawidlowosc wykresu równowagi. A za¬ tem ciekly stop, oddzielony od poczatkowego stopu w temperaturze 579° C, posiadal, prak¬ tycznie biorac, sklad chemiczny podobny du skladu chemicznego wspomnianej eutektyki, jDodczas gdy oddzielanie, wykonane w tempera¬ turze 588° C, daje w wyniku produkt zawie¬ rajacy 13,6% Si i 0,900/a Fe. N Aczkolwiek wedlug niektórych patentów takie produkty, wydzielone w niskich tempe¬ raturach ze stopów poczatkowych i zanieczysz¬ czonych, zostaly uznane jako równowartosciowe ze stopem odlewniczym o duzym znaczeniu technicznym, znanym pod nazwa ,-Silumin'' o dokladnie ustalonym skladzie chemicznym, niemniej jednak jest fakt, ze sa one jedynie dostosowane pod wzgledem zadanej zawartosci krzemu, ale nie czynia zadosc calkowicie za¬ danej czystosci, gdyz zawieraja okolo 0,85^ Fe, czyli zelaza o podwójnej prawic ilosci w stosunku do dopuszczalnego maksimum,. Do¬ swiadczenia wykazaly, ze zawartosc zelaza w ilosci 0,5% nadmiaru powoduje bardzo szkod¬ liwe dzialanie na wlasciwosci mechaniczne stopów typu ,,Silumin". Okolicznosc ta byla glówna przyczyna, dla której opisany powyzej sposób wytwarzania nigdy nie zdobyl popular¬ nosci w przemysle.Obecnie stwierdzono, ze zawartosc zelaza w stopie moze byc zmniejszona, a wlasciwosci mechaniczne stopu polepszone, jezeli pewne ilosci chromu, kobaltu lub manganu uprzednia stopic Z; surowym stopem i tylko tak dostoso* wany stop nastepnie przeznaczyc jako material wyjsciowy do zabiegu oddzielania w tempera¬ turze nieco wyzszej od temperatury eutektycz- nej. Jednakze jest równiez korzystna rzecza dodawac Cr, Co lub Mn tylko do cieklego-sto¬ pu, który byl wpierw oddzielony od poczatko¬ wego stopu w sposób znany bez dodatku me¬ tali ciezkich w zakresie temperatury eutek¬ tycznej. Ten ciekly stop zawiera w ten sposób przepisana ilosc krzemu oraz równiez niedo - puszezalnie wysoka zawartosc zelaza. Przy nastepujacym oddzieleniu tego posredniego pro¬ duktu w tej samej zasadniczo temperaturze, co i przy' pierwszym zabiegu, zawartosc zelaza W produkcie zostaje zmniejszona do zadanych granic bez pózniejszego zmieniania stosunku zawartosci aluminium do zawartosci krzemu.Metale te sa stapiane kazdy osobno lub w postaci, mieszanin, zawierajacych te metale- a dodawany material wynosi od 0,5 do 2 razy wiecej od zawartosci zelaza, znajdujacego sie w stopie pierwotnym. W tych warunkach ciecz, oddzielona w temperaturze eutektycznej, za¬ wiera okolo 12 — 13,5% krzemu, tylko 0,25 — 0,40% zelaza i 0,3 — 0,5% tych metali, które - byly dodane do pierwotnej mieszaniny w celu zmniejszenia zawartosci zelaza. Nieznaczna za¬ wartosc tych metali ciezkich nie oddzialywa w zadnym razie szkodliwie na jakosc gotowego produktu, przeciwnie, jak to powyzej wyjas¬ niono odnosnie najnowszych danych co do sto¬ pu ,,Silumin", zawartosc takich metali oddzia¬ lywa raczej korzystnie na wlasciwosci stopów, gdyz polepsza odpornosc ich na nadzeranie. ulatwia zabieg oczyszczania z metali pota- sowcowych i polepsza ogólne wlasciwosci me¬ chaniczne. Produkt otrzymywany tym sposo¬ bem jest zatem pod kazdym wzgledem co najmniej równowartosciowy ze stopami typu ,,Silumin" i przedstawia stop bardzo wartos¬ ciowy pod wzgledem technicznym.Oczywiscie mozliwe jest stosowanie sposobu wedlug wynalazku równiez do zmniejszania za¬ wartosci zelaza w nadeutektycznych stopach alu- miniowo-krzemowych, wytwarzanych przez od¬ dzielanie poczatkowych stopów w temperaturze za sadniczo wyzszej, niz temperatura eutektyki. Po¬ dobnie jak przy wytwarzaniu stopów zasadniczo eu4ektycznych mozna wprowadzac ciezsze metale natychmiast do stopów surowych tak, aby ze¬ lazo zostalo usuniete w pozadanym stopniu równoczesnie z krzemem, lub tez moga byc dodane dopiero, do stopu koncowego o zadanej zawartosci krzemu, gdy zawiera on' jeszcze za duzo zelaza. Ten nadmiar zelaza usuwa sie nastepnie w osobnym zabiegu. Sposób we¬ dlug wynalazku moze byc zatem stosowany równiez do regeneracji zlomu stopów alumi- mowo-krzemowych, jezeli taki zlom zawiera nadmiernie duza ilosc rozpuszczonego w nim zelaza. Poniewaz zwykle jest pozadane usu¬ wanie jedynie zelaza, bez zmiany jednak sto¬ sunku zawartosci aluminium - krzem, wiec w tych przypadkach prowadzi sie proces osobno w temperaturze wystarczajacej do utrzymywa - — 2 —nia obydwóch glównych metali stopu w stanie roztopionym.Jest równiez rzecza mozliwa wprowadzani e metali ciezkich do pierwotnych zanieczyszczo¬ nych stopów przez bezposrednie stapianie czystych metali lub odpowiednich stopów wstep¬ nych/ lub tez przez zastosowanie reakcji prze¬ miany miedzy chlorkami lub innymi odpo - wiednimi zwiazkami metali ciezkich i rozto¬ pionym poczatkowym stopem, lub wreszcie przez równoczesna redukcje tlenków meta.«i ciezkich w przypadku stosowania zabiegów elektrochemicznych lub elektrolitycznych.Zmniejszanie zawartosci zelaza w stopach aluminiowo - krzemowych wedlug wynalazku rózni sie calkowicie od innego znanego spo¬ sobu, który przez ''wprowadzenie Mn, Co iub Cr jedynie, zmniejsza szkodliwy skutek," jaki wywiera zawartosc zelaza w stopach alumi ¦ niowo - krzemowych na wlasciwosci odlewnicze Stopy,' wytworzone wedlug - znanego sposobu nadawaly sie tylko do odlewania wtryskowego pod cisnieniem, jednak ze wzgledu na duza zawartosc w nich Fe, nie byly stosowane do odlewów w formach metalowych lub piasko¬ wych, gdyz zelazo nie bylo usuwane, a jedy¬ nie zmieniane pod wzgledem strukturalnym na mniej szkodliwa postac. Ponadto w zna nym sposobie polepszenie wlasciwosci stopu za pomoca wspomnianych metali ciezkich moze byc wyzyskane jedynie powyzej pewnego ma¬ ksimum zawartosci zelaza i dlatego stopy o szczególnie duzej zawartosci zelaza nie na¬ dawaly sie wlasnie do odlewów wtryskowych.Nastepujace przyklady wyjasniaja przed¬ miot wynalazku, niniejszego.Przyklad I. Poczatkowy stop aluminiowy, wytworzony w piecu lukowym po uprzednim usunieciu weglików, o- zawartosci 30,5% krze¬ mu i 1,3% zelaza, ochlodzono stopniowo po roztopieniu tak, aby wydzielajace sie krysztaly, skladajace sie przewaznie z krzemu, tworzyly sie w postaci poszczególnych jak najwiekszych krysztalów. Po obnizeniu sie temperatury do 588° C, t. j« do temperatury o 11° C wyzszej od temperatury eutektycznej ukladu Al-Si-Fe poddano stop odsaczaniu pod cisnieniem. Od¬ dzielona faza ciekla skladala sie z aluminium, zawierajacego 0,9% Fe i 13,6%, Si.Przyklad II. Poczatkowy stop o wyzej wy¬ mienionym skladzie chemicznym poddano dal - szemu zabiegowi wydzielania, podczas którego jednak temperature przed filtrowaniem obni¬ zono do 579° C, t.j. do temperatury o 2" C wyzszej niz temperatura eutektyczna. Oddzie¬ lona faza ciekla zawierala 0,75% Fe, i 1,5% S;: reszta zas stanowila aluminium.Przykl a d III. Do tego samego- .stopu,dodano manganu w ilosci 1,3 razy wiekszej od zawar¬ tosci y/ nim zelaza. Przy filtrowaniu w tem¬ peraturze 588fl C otrzymano frakcje, zawiera¬ jaca 0,48% Fe, 0,38% Mn, 13,5% Si, reszte zas stanowilo aluminium.Pra,y klad IV. Opisany w przykladzie 3 za¬ bieg powtórzono z ta róznica, ze stop ochlo dzono do temperatury 579a ¦ C przed odsacza¬ niem. Otrzymany ciekly stop zawieral 036% Fe, 0,28% Mn, -11,6% Si, reszte zawartosci sta¬ nowilo aluminium.Jakkolwiek opisano powyzej pewne szcze¬ gólne cechy sposobu wedlug wynalazku, jest rzecza oczywista, ze pewne róznice i. zmiany mozna zastosowac w szczególach wykonywani:! tego sposobu bez przekroczenia zakresu wy¬ nalazku. r PL

Claims (6)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób . wytwarzania stopów aluminiowo krzemowych, ubogich w zelazo, z surowych i zanieczyszczonych stopów aluminiowo - krzemowych przez poddawanie ich frakcjo • nowanej krystalizacji, znamienny tym, ze do poczatkowego ' stopu dodaje sie przed frakcjonowaniem co najmniej jednego z na¬ stepujacych metali — magnanu, kobaltu lub chromu.
2. 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze dodaje sie do stopu co najmniej jednego z metali — manganu, kobaltu lub chromu w ilo,sci okolo 0,5 do 2 razy wiekszej/ niz calkowita zawartosc zelaza w stopie poczat¬ kowym. N
3. 3. Sposób wedlug zastrz. 112, znamienny tyni. ze po wprowadzeniu do stopu wspomnia ¦ nych metali roztopiony stop stopniowo ochladza sie i oddziela faze ciekla uboga w zelazo od skrzepnietej czesci stopu stosun¬ kowo bogatej w zelazo.
4. 4. Sposób wedlug zastrz. 3, znamienny tym, ze faze ciekla stopu uboga w zelazo oddziela sie od skrzepnietego stopu w temperaturze wyzszej od . temperatury eutektycznej po¬ trójnego ukladu Al-Si-Fe.
5. 5. Sposób wedlug zastrz. 1 — 4, znamienny tym, ze do^ roztopionego poczatkowego stopu dodaje sie co najmniej jednego z chlor ków manganu, kobaltu lub chromu.
6. 6 Sposób wedlug zastrz. 1 — 5 w zastosowa-niu do zlomu stopów lozyskowych, zawie¬ rajacych aluminium . i krzem, znamienny tym/ ze wspomniane stopy lozyskowe pod¬ daje sie redukcji w obecnosci co najmniej jednego z tlenku manganu lub kobaltu. Sposób wedlug zastrz. 1 — 5, znamienny tym, ze topi sie poczatkowy stop, ochladza go stopniowo do temperatury cokolwiek wyzszej od temperatury eutektycznej, od¬ dziela faze ciekla od fazy stalej, dodaje do fazy cieklej materialu, zawierajacego co najmniej jeden z nastepujacych metali manganu, kobaltu lub chromu, ochladza te faze ciekla jeszcze raz do temperatury nie nizszej, niz temperatura eutektyczna i po • nownie oddziela utworzona na nowo faze stala od fazy cieklej ubogiej w zelazo. S polek pro chemickou a hutni v y r o b u, narodni p o d n i k Zastepca: inz. Jerzy Hanke rzecznik patentowym P.O.Z.G/lSOddz.wB-stoku — 150 zarn. 1056 12.7—4.10-49 r. T 4)5930* l / PL