RU2016112C1 - Method for modification of aluminium alloys - Google Patents
Method for modification of aluminium alloys Download PDFInfo
- Publication number
- RU2016112C1 RU2016112C1 SU5036577A RU2016112C1 RU 2016112 C1 RU2016112 C1 RU 2016112C1 SU 5036577 A SU5036577 A SU 5036577A RU 2016112 C1 RU2016112 C1 RU 2016112C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- oxides
- aluminum
- mixture
- ratio
- copper
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к металлургии, более точно к литейному производству, и может быть использовано для получения отливок из сплавов на основе алюминия повышенного качества, особенно высокой герметичности. The invention relates to metallurgy, more specifically to foundry, and can be used to produce castings from alloys based on aluminum of high quality, especially high tightness.
Для получения отливок из сплавов на основе алюминия повышенного качества применяют рафинирование и модифицирование с использованием различных газов и сложных по своему составу модификаторов. Это усложняет и удорожает технологию, не позволяет оптимизировать весь комплекс физико-механических характеристик и ухудшает технологичность. To obtain castings from alloys based on aluminum of high quality, refining and modification using various gases and complex modifiers are used. This complicates and increases the cost of technology, does not allow to optimize the whole range of physical and mechanical characteristics and degrades manufacturability.
Известны следующие способы модифицирования алюминиевых сплавов. Способ получения сплавов системы алюминий-титан-бор предусматривает модифицирование фторидами щелочных металлов титана и бора, к которым добавлено 2-10% от массы фторидов порошкового окисла алюминия (Заявка Япония N 55-51499, кл. C 22C 1/02). The following methods for modifying aluminum alloys are known. A method for producing aluminum-titanium-boron system alloys involves the modification of alkali metal fluorides with titanium and boron, to which 2-10% by weight of fluorides of powdered aluminum oxide are added (Japanese Application No. 55-51499,
Данное изобретение обеспечивает повышение прочностных характеристик отливок, однако герметичность отливок недостаточна, способ не экономичен. This invention provides an increase in the strength characteristics of castings, however, the tightness of the castings is insufficient, the method is not economical.
Известен способ модифицирования сплава алюминий-титан, который включает введение в расплав бора в виде ультрадисперсного порошка гексаборида лантана (авт. св. N 1168622, кл. C 22 C 1/06, 1983). A known method of modifying an aluminum-titanium alloy, which includes introducing into the boron melt in the form of an ultrafine powder of lanthanum hexaboride (ed. St. N 1168622, class C 22
Способ обеспечивает улучшение модифицирующего эффекта при снижении стоимости, но герметичность отливок неудовлетворительна. The method provides an improvement in the modifying effect while reducing the cost, but the tightness of the castings is unsatisfactory.
Известен способ обработки заэвтектических силуминов, заключающийся в модифицировании смесью, которая включает, мас.%: фосфор 7-13, медь 45-70, сумма железа и хлора 2,5-8, остальное отходы производства фосфора, содержащие натрий, калий, кальций, кремний, кислород (авт. св. N 687853, кл. C 22 C 1/06, 1977). A known method of processing hypereutectic silumins, which consists in modifying the mixture, which includes, wt.%: Phosphorus 7-13, copper 45-70, the amount of iron and chlorine 2.5-8, the rest is waste production of phosphorus containing sodium, potassium, calcium, silicon, oxygen (ed. St. N 687853, class C 22
Недостатком данного способа является низкая пластичность и герметичность отливок в связи с повышенным содержанием меди и фосфора. The disadvantage of this method is the low ductility and tightness of castings due to the high content of copper and phosphorus.
Известен способ получения отливок из алюминиевых сплавов, включающий использование для модифицирования расплава ультрадисперсных порошков сфен-циркона (смесь оксидов циркония, ниобия и титана) (см. ж-л "Литейное производство", N 4, 1991 г., стр. 17). A known method for producing castings from aluminum alloys, including the use of ultrafine powders of sphen zircon (a mixture of oxides of zirconium, niobium and titanium) to modify the melt (see railway foundry, No. 4, 1991, p. 17).
Данный способ обеспечивает повышение прочности и пластичности отливок, однако герметичность их остается на неудовлетворительном уровне, так как использованные в этом техническом решении оксиды и продукты их взаимодействия практически полностью локализуются внутри зерен (субзерен) и не оказывают благоприятного влияния на состояние границ зерен. This method provides an increase in the strength and ductility of castings, however, their tightness remains at an unsatisfactory level, since the oxides and products of their interaction used in this technical solution are almost completely localized inside the grains (subgrains) and do not have a beneficial effect on the state of grain boundaries.
Наиболее близким по технической сущности и решаемой задаче является способ рафинирования и модифицирования алюминиевых сплавов, включающий обработку расплава смесью солей фтористого калия и хлористого калия совместно с фтористым натрием и/или натриевым криолитом в количестве 2-3% от веса расплава (авт. св. N 899698, кл. C 22 C 1/06, 1982. The closest in technical essence and the problem to be solved is a method for refining and modifying aluminum alloys, which includes treating the melt with a mixture of potassium fluoride and potassium chloride salts together with sodium fluoride and / or sodium cryolite in an amount of 2-3% of the melt weight (ed. St. N 899698, CL C 22
Данный способ упрощает технологию и снижает затраты на рафинирование и модифицирование, однако герметичность отливок остается низкой, так как не происходит интенсивного измельчения зерна, поскольку реализуется механизм модифицирования II рода, т.е. за счет торможения роста зерен, а не увеличения количества центров кристаллизации. This method simplifies the technology and reduces the cost of refining and modification, however, the tightness of the castings remains low, since there is no intensive grinding of grain, because the type II modification mechanism is implemented, i.e. due to inhibition of grain growth, and not an increase in the number of crystallization centers.
В основу изобретения положена задача : путем использования для модифицирования сплавов на основе алюминия нового набора компонентов по составу и концентрации, получить отливки, обладающие высокой герметичностью при сохранении повышенной прочности и пластичности. The basis of the invention is the task: by using for the modification of aluminum-based alloys a new set of components in composition and concentration, to obtain castings with high tightness while maintaining increased strength and ductility.
Задача решена таким образом, что в предлагаемом способе модифицирования алюминиевых сплавов, включающем расплавление шихты и введение модифицирующей смеси, в качестве модифицирующей используют смесь карбидо- и нитридообразующих элементов, суммы оксидов алюминия и меди в соотношении элементов и оксидов 30-70:0,1-0,5 и щелочных и/или щелочно-земельных металлов и их соединений в количестве 0,02-0,20% от массы шихты. В качестве карбидо- и нитридообразующих элементов используют оксиды циркония, титана, ниобия, гафния, тантала. В качестве щелочных и/или щелочноземельных металлов и их соединений используют криолит. Соотношение оксидов алюминия и меди составляет 100:0,01-0,98. The problem is solved in such a way that in the proposed method for modifying aluminum alloys, including melting the mixture and introducing a modifying mixture, a mixture of carbide and nitride forming elements, the sum of aluminum and copper oxides in the ratio of elements and oxides 30-70: 0.1- are used as the modifying mixture. 0.5 and alkali and / or alkaline earth metals and their compounds in an amount of 0.02-0.20% by weight of the mixture. As carbide and nitride forming elements, oxides of zirconium, titanium, niobium, hafnium, and tantalum are used. Cryolite is used as alkali and / or alkaline earth metals and their compounds. The ratio of aluminum and copper oxides is 100: 0.01-0.98.
Сопоставительный анализ с известными техническими решениями (аналоги и прототип) позволяет сделать вывод о том, что заявленный способ модифицирования алюминиевых сплавов отличается тем, что:
в качестве модифицирующей смеси используют карбидо-и нитридообразующие элементы, оксиды алюминия и меди, щелочные и/или щелочно-земельные металлы и их соединения;
компоненты: карбидо-и нитридообразующие элементы и сумму оксидов алюминия и меди берут в соотношении 30-70:0,1-0,5, щелочные и/или щелочно-земельные металлы и их соединения - остальное;
модифицирующую смесь вводят в количестве 0,02-0,20% от массы шихты;
оксиды алюминия и оксиды меди берут в соотношении 100:0,01-0,98.Comparative analysis with known technical solutions (analogues and prototype) allows us to conclude that the claimed method of modifying aluminum alloys is different in that:
carbide and nitride forming elements, aluminum and copper oxides, alkali and / or alkaline earth metals and their compounds are used as a modifying mixture;
components: carbide and nitride forming elements and the sum of aluminum and copper oxides are taken in a ratio of 30-70: 0.1-0.5, alkali and / or alkaline earth metals and their compounds - the rest;
the modifying mixture is introduced in an amount of 0.02-0.20% by weight of the mixture;
aluminum oxides and copper oxides are taken in a ratio of 100: 0.01-0.98.
Некоторые компоненты - карбидо-и нитридообразующие элементы, оксиды алюминия, щелочные и щелочно-земельные металлы и их соединения - известны из существующего уровня техники (аналоги и прототип), однако в предлагаемом техническом решении они вводятся в составе других компонентов (новый качественный состав) и в других соотношениях (новое количественное соотношение). Some components - carbide and nitride forming elements, aluminum oxides, alkali and alkaline earth metals and their compounds - are known from the existing level of technology (analogues and prototype), however, in the proposed technical solution they are introduced as part of other components (new high-quality composition) and in other ratios (new quantitative ratio).
Высокий эффект модифицирования смесью карбидо-и нитридообразующих элементов, суммы оксидов алюминия и меди, щелочных и/или щелочно-земельных металлов и их соединений объясняется тем, что в расплаве на основе карбидо-и нитридообразующих элементов после диссоциации оксидов образуются интерметаллиды коллоидальной дисперсности типа AlxMey, которые в процессе кристаллизации обеспечивают измельчение структуры металла, аналогично действует часть окислов алюминия, близких по составу к стехиометрическому.The high effect of modifying with a mixture of carbide and nitride forming elements, the sum of aluminum and copper oxides, alkali and / or alkaline earth metals and their compounds is explained by the fact that in the melt based on carbide and nitride forming elements after dissociation of oxides, Al x colloidal dispersion intermetallides are formed Me y , which during the crystallization process provide a refinement of the metal structure, a part of aluminum oxides similar in composition to stoichiometric acts similarly.
Большую роль в формировании структуры, субмикроструктуры и, как следствие, комплекса физико-механических, технологических и эксплуатационных свойств отливок и сплавов на основе алюминия играют соединения меди: во-первых, оксиды силициды и, частично, сульфиды меди, которые образуются в расплаве, ответственны за существенное измельчение структуры, при этом ликвидус смещается в сторону более высоких температур, возрастает динамика кристаллизации - многие нежелательные включения в весьма дисперсном виде локализуются внутри измельченных зерен, Во-вторых, соединения меди типа CuAl2 и более сложные по составу, выделяются из твердого раствора по границам зерен. В связи со значительным увеличением площади межзеренной поверхности из-за измельчения зерен и равномерной локализацией этих дисперсных выделений обеспечивается снижение концентрации напряжений с одновременным ростом плотности, герметичности отливки в целом.Copper compounds play an important role in the formation of the structure, submicrostructure, and, as a result, the physicomechanical, technological, and operational properties of castings and aluminum-based alloys: copper oxides and, in part, copper sulfides that are formed in the melt are responsible for a significant refinement of the structure, while the liquidus shifts toward higher temperatures, the crystallization dynamics increase - many undesirable inclusions in a very dispersed form are localized inside the ground grains. Secondly, copper compounds of the CuAl 2 type and more complex in composition are separated from the solid solution along the grain boundaries. Due to a significant increase in the intergranular surface area due to grain refinement and uniform localization of these dispersed precipitates, a decrease in stress concentration is provided with a simultaneous increase in the density and tightness of the casting as a whole.
Введение модифицирующей смеси менее 0,02 мас.%. шихты не дает должного эффекта по уровню герметичности и другим характеристикам, а выход за верхний предел 0,20 мас.% шихты приводит к снижению пластичности отливок. The introduction of a modifying mixture of less than 0.02 wt.%. charge does not give the desired effect on the level of tightness and other characteristics, and going beyond the upper limit of 0.20 wt.% of the charge leads to a decrease in the ductility of castings.
Пределы соотношения компонентов модифицирующей смеси определяются следующими соображениями: при соотношении карбидо- и нитридообразующих элементов и суммы оксидов алюминия и меди менее 30:0,5 - количество центров кристаллизации оказывается недостаточным, чтобы обеспечить должный уровень свойств отливок; при превышении соотношения более 70:0,1 - сплав охрупчивается из-за чрезмерного количества межзеренных включений. Наряду с потерей пластичности снижается и герметичность, так как возрастает несплошность в околограничных зонах. The limits of the ratio of the components of the modifying mixture are determined by the following considerations: when the ratio of carbide and nitride forming elements and the sum of aluminum and copper oxides is less than 30: 0.5, the number of crystallization centers is insufficient to ensure the proper level of casting properties; if the ratio exceeds 70: 0.1, the alloy becomes brittle due to an excessive amount of intergranular inclusions. Along with the loss of ductility, tightness also decreases, as the discontinuity in the near-boundary zones increases.
При соотношении оксидов алюминия и оксидов меди больше, чем 100:0,01 влияние вторичных фаз резко уменьшается, так как оксиды и другие соединения меди целиком реализуются в виде включений, образующихся в расплаве, выше ликвидуса и не оказывают положительного воздействия на структуру и свойства отливок, а, если это соотношение меньше, чем 100:0,98 - количество вторичныф фаз, локализующихся по границам зерен, возрастает настолько, что появляются несплошности в местах выделений и герметичность таких отливок падает. When the ratio of aluminum oxides and copper oxides is greater than 100: 0.01, the effect of the secondary phases sharply decreases, since the oxides and other copper compounds are completely realized in the form of inclusions formed in the melt above liquidus and do not have a positive effect on the structure and properties of castings and, if this ratio is less than 100: 0.98, the number of secondary phases localized along grain boundaries increases so much that discontinuities appear in the places of precipitation and the tightness of such castings decreases.
П р и м е р. В вигель 250- и килограммовой печи сопротивления ЭСТ-250 в соответствии с расчетом шихты загружали компоненты для получения алюминиевого сплава АК7ч (АЛ9). После расплавления шихты и доводки расплава по химсоставу, расплав при температуре 650-780оС обрабатывают модифицирующей смесью, вводя ее под "колокольчиком" максимально близко к дну тигля.PRI me R. In accordance with the calculation of the charge, the components were loaded into the ECT-250 250-kilogram and kilogram resistance furnace EST-250 to obtain the AK7ch (AL9) aluminum alloy. After melting of the charge and finishing on the chemical composition of the melt, the melt at a temperature of 650-780 ° C was treated with a mixture of modifying, introducing it under the "bell" as close to the bottom of the crucible.
Обработку проводят до окончания барботажа, после чего "колокольчик удаляют и снимают шлак с поверхности расплава. Processing is carried out until the bubbling is over, after which the "bell is removed and slag is removed from the surface of the melt.
Таким способом выплавлялась серия плавок, в которых варьировалось количество вводимой модифицирующей смеси и ее состав. In this way, a series of swimming trunks was smelted, in which the amount of the introduced modifying mixture and its composition were varied.
Для сравнения одну из плавок модифицировали флюсом в количестве 2,5 мас. % шихты, приготовленным из измельченной обезвоженной смеси фтористого калия с хлористым калием в соотношении 2:3 по массе, а также фтористого натрия и натриевого криолита в равных долях. Флюс наносился на поверхность расплава при температуре последнего 720-740оС и перемешивался с металлом; после выдержки 10-15 мин шлак удаляли.For comparison, one of the heats was modified with flux in an amount of 2.5 wt. % of the mixture prepared from a crushed dehydrated mixture of potassium fluoride with potassium chloride in a ratio of 2: 3 by weight, as well as sodium fluoride and sodium cryolite in equal proportions. Flux was applied on the surface of the melt at the last 720-740 C and stirred with a metal; after 10-15 minutes, the slag was removed.
Полученный сплав имел химический состав, мас.%.: маpганец 0,46-0,52; медь 0,18-0,21; цинк 0,28-0,32; магний 0,2-0,4; железо 1,2-1,8, свинец 0,03-0,05; олово 0,008-0,012; кремний 6,2-7,6; алюминий остальное. The resulting alloy had a chemical composition, wt.% .: manganese 0.46-0.52; copper 0.18-0.21; zinc 0.28-0.32; magnesium 0.2-0.4; iron 1.2-1.8, lead 0.03-0.05; tin 0.008-0.012; silicon 6.2-7.6; aluminum rest.
Испытания механических свойств проводились на образцах, изготовленных из слитков, полученных в металлической форме, по стандартным методикам. Гидроиспытания проводились при давлении 5 кГс/см2 на деталях типа "колесо насосное", полученных методом литья под давлением.Testing of mechanical properties was carried out on samples made from ingots obtained in metal form, according to standard methods. Hydraulic tests were carried out at a pressure of 5 kG / cm 2 on parts such as "pumping wheel" obtained by injection molding.
Результаты испытаний образцов и отливок из сплава АК7ч (АЛ9) после различных вариантов модифицирования приведены в табл. 1 и 2. The test results of samples and castings from AK7ch (AL9) alloy after various modification options are given in table. 1 and 2.
Анализ полученных результатов показывает, что образцы и отливки деталей, модифицированные заявленным способом, при высокой прочности и пластичности обладают существенно более высокой плотностью, а в деталях - герметичностью. An analysis of the results shows that the samples and castings of parts modified by the claimed method, with high strength and ductility, have a significantly higher density, and in parts - tightness.
Если по сравнению со способом-прототипом, заявленный способ повышает герметичность отливки более чем в два раза; по сравнению с серийной технологией - в четыре-шесть раз. If compared with the prototype method, the claimed method increases the integrity of the casting by more than two times; compared with serial technology - four to six times.
Предлагаемый способ может быть использован в литейных цехах машиностроительных заводов и специализированных производств отливок из алюминиевых сплавов с повышенными требованиями к герметичности. The proposed method can be used in foundries of engineering plants and specialized production of castings from aluminum alloys with increased requirements for tightness.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5036577 RU2016112C1 (en) | 1992-04-08 | 1992-04-08 | Method for modification of aluminium alloys |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5036577 RU2016112C1 (en) | 1992-04-08 | 1992-04-08 | Method for modification of aluminium alloys |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2016112C1 true RU2016112C1 (en) | 1994-07-15 |
Family
ID=21601486
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5036577 RU2016112C1 (en) | 1992-04-08 | 1992-04-08 | Method for modification of aluminium alloys |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2016112C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2525967C2 (en) * | 2012-12-24 | 2014-08-20 | Михаил Юрьевич Новомейский | Modification of cast alloys |
RU2567779C1 (en) * | 2014-07-15 | 2015-11-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Алиминиевые композиты" ООО "АлКом" | Method of producing of modified aluminium alloys |
RU2753630C1 (en) * | 2021-03-04 | 2021-08-18 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук | Method for alloying aluminum with tantalum |
-
1992
- 1992-04-08 RU SU5036577 patent/RU2016112C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Авторское свидетельство СССР N 899698, кл. C 22C 1/06, 1982. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2525967C2 (en) * | 2012-12-24 | 2014-08-20 | Михаил Юрьевич Новомейский | Modification of cast alloys |
RU2567779C1 (en) * | 2014-07-15 | 2015-11-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Алиминиевые композиты" ООО "АлКом" | Method of producing of modified aluminium alloys |
RU2753630C1 (en) * | 2021-03-04 | 2021-08-18 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук | Method for alloying aluminum with tantalum |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
FI83540C (en) | Gray cast iron inoculant | |
EP0107334B1 (en) | Improvements in or relating to aluminium alloys | |
US2750284A (en) | Process for producing nodular graphite iron | |
US6395224B1 (en) | Magnesium alloy and method of producing the same | |
EP0874916B1 (en) | Composition for inoculating low sulphur grey iron | |
US3459541A (en) | Process for making nodular iron | |
RU2016112C1 (en) | Method for modification of aluminium alloys | |
EP0090654B1 (en) | Alloy and process for producing ductile and compacted graphite cast irons | |
US3856583A (en) | Method of increasing hardness of aluminum-silicon composite | |
US3961945A (en) | Aluminum-silicon composite | |
US3355281A (en) | Method for modifying the physical properties of aluminum casting alloys | |
US4162159A (en) | Cast iron modifier and method of application thereof | |
US4067733A (en) | High strength aluminum alloy | |
US1352322A (en) | Metallic alloy and method of making same | |
US4131456A (en) | Chill-free foundry iron | |
US3901691A (en) | Aluminum-silicon alloy | |
SU1044652A1 (en) | Modifier for aluminium-silicon alloys | |
SU718493A1 (en) | High-silicon aluminum alloy modifier | |
SU1447908A1 (en) | Flux for treating aluminium-silicon alloys | |
SU739124A1 (en) | Modifier | |
US3318691A (en) | Process for producing castings from an iron alloy containing silicon | |
SU1138434A1 (en) | Master alloy | |
SU1447909A1 (en) | Flux for treating post-eutectic castable aluminium-silicon alloys | |
RU2009250C1 (en) | Aluminium-base alloy | |
SU1560608A1 (en) | Cast iron |