RU2094514C1 - Способ модифицирования силуминов - Google Patents

Способ модифицирования силуминов Download PDF

Info

Publication number
RU2094514C1
RU2094514C1 RU95118648/02A RU95118648A RU2094514C1 RU 2094514 C1 RU2094514 C1 RU 2094514C1 RU 95118648/02 A RU95118648/02 A RU 95118648/02A RU 95118648 A RU95118648 A RU 95118648A RU 2094514 C1 RU2094514 C1 RU 2094514C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
metal
alloy
silumins
silumin
molten salt
Prior art date
Application number
RU95118648/02A
Other languages
English (en)
Other versions
RU95118648A (ru
Inventor
Г.Ф. Казанцев
Н.М. Барбин
И.Г. Бродова
Г.К. Моисеев
Н.А. Ватолин
И.В. Поленц
Д.В. Башлыков
Т.И. Яблонских
Original Assignee
Институт металлургии Уральского отделения РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт металлургии Уральского отделения РАН filed Critical Институт металлургии Уральского отделения РАН
Priority to RU95118648/02A priority Critical patent/RU2094514C1/ru
Publication of RU95118648A publication Critical patent/RU95118648A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2094514C1 publication Critical patent/RU2094514C1/ru

Links

Images

Landscapes

  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Abstract

Использование: в металлургии, в частности рафинирование и модифицирование силуминов. Сущность изобретения: модифицирование силуминов путем введения их в солевой расплав на основе эвтектической смеси KCl-NaCl, содержащий NaF в количестве 6-17 мас.% или BaCl2 в количестве 20-40 мас.%, плавку и выдержку под слоем солей при 787-1017oC в течение 1-2 ч, после удаления сплава в солевой расплав добавляют новую порцию твердого силумина, при этом высоту солевого расплава над металлом поддерживают в пределах 2,2-30 см, а соотношение металла к расплаву солей берут 1:(0,5-2,5). Способ обеспечивает повышение степени модифицирования сплава и одновременное рафинирование его от окисных пленок и интерметаллидов. 2 з. п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

Description

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способам обработки алюминиево-кремниевых сплавов (силуминов) перед разливкой.
Известны способы модифицирования силумина доэвтектического и эвтектического типа с помощью введения модификатора из смеси солей [1] в виде таблеток, содержащих, мас. NaF 52; NaCl 27; KCl 7; C 14. Количество модификатора 0,25% от массы расплава металла.
Известны способы, в которых наряду с солевыми модификаторами добавляют карбиды бора, крупнозернистую стружку в смеси с окислами, легко отдающими кислород, например хлоратами, нитратами, перборатами, персульфатами, хроматами и перманганатами щелочных и щелочноземельных металлов MnO2, Cr2O3 и т.п.
Например, по способу модифицирования силуминов [2] предложены составы смесей, мас. 1) Na2CO3 34; CaF2 15; крупнозернистый A1 порошок 25; NaNO3 10; NaCl 9; KCl 7; 2) NaF 25; Na2CO3 35; крупнозернистый порошок Al-Mg сплава 25; NaNO3 8; NaCl 3,5; KCl 3,5; 3) Na2CO3 31; Na3AlF 41; крупная Mg стружка 13; NaNO3 5; NaCl 5; KCl 5; 4) Na2CO3 48; AlF3 26; гранулированный сплав Ca-Si 10; Mg стружка 3; NaNO3 3; NaCl 5; KCl 5.
Недостатками указанных способов являются
необходимость приготовления указанных смесей (размол, смешение, сушка, хранение), при этом многие добавки нельзя долго хранить, особенно содержащие порошки металлов или гигроскопические смеси;
необходимость ввода строго дозированного количества смесей и перемешивания их с металлом, т.е. необходимы дополнительные ковши, мешалки, камеры для выдержки;
все флюсы и другие модификаторы разового действия, т.е. после каждой операции модифицирования их удаляют с поверхности металла, при этом теряется часть металла, часть их остается в металле, снижая качество отливки по неметаллическим включениям;
необходимо строго следить за температурой, так как длительная выдержка может привести к переохлаждению металла вследствие ввода твердого флюса при пониженной температуре сплава близкого к точке плавления.
Известны способы обработки алюминиевых сплавов с использованием модификаторов, содержащих хлориды и фториды щелочных и щелочно-земельных металлов, а также бора, титана, циркония [3-5]
По способу [3] состав наряду KCl, NaCl, NaF содержит кремне-фтористый натрий (8-12 мас.) и соду (2-10 мас.). Кремне-фтористый натрий летуч, так при 600oC упругость его паров столь велика, что с ним трудно работать, а сода окисляет алюминий. Поэтому при применении такого флюса возможно сильное выделение паров солей и повышенное количество окисных включений в металле.
По способу [4] содержит AlBF6, который дорог, дефицитен и полностью теряется после каждого разового применения.
По способу [5] наряду с простыми и дешевыми компонентами используется фторцирконат калия в количестве 10-20 мас. и фтористый стронций в количестве 4-20 мас. что практически равно стоимости силумина.
По технической сущности наиболее близким к предлагаемому является способ модифицирования эвтектических силуминов флюсами [6] Способ включает получение алюминиевого расплава, введение в расплав модификатора в количестве 3,6% (по отношению к общему количеству А1-сплава) и выдержку расплава при 900oC в течение 9 мин. В качестве модификатора используют 2-компонентный флюс, содержащий NaF и NaCl в отношении NaF/NaCl равным 2,3.
Указанный способ имеет все отмеченные выше недостатки: необходимость приготовления смеси флюса, его строго дозированное количество с ограниченным составом, введение его в расплав алюминия в твердом виде, время выдержки не более 9 мин и полное удаление флюса после операции. В процессе удаления флюса вместе с ним удаляется часть алюминия, а расплав может быть загрязнен примесями солей. Все это нарушает структуру сплава и снижает его качество.
Задачей изобретения является повышение качества получаемого силуминового сплава за счет улучшения его структуры и повышения механических свойств.
Поставленная цель достигается тем, что в способе модифицирования силуминов с использованием флюса из галоидных солей, согласно изобретению твердый сплав силумина загружают в солевой расплав на основе эвтектической смеси KCl NaCl, содержащий NaF в количестве 6-17 мас. или BaCl2 в количестве 20-40 мас. плавят и выдерживают под слоем солей при 787-1017oC в течение 1-2 ч, а после удаления сплава в солевой расплав добавляют новую порцию твердого силумина, при этом высоту солевого расплава над металлом поддерживают в пределах 2,2-30,0 см, а соотношение металла к расплаву солей берут 1:(0,5-2,5).
Расплав солей остается для переплавки новой порции силумина. Возможно удаление части и загрузка на оставшийся слой (болото) новой порции сплава.
Новым в данном способе является совмещение плавки твердого силуминового сплава в виде чушек, бракованных деталей, лома и стружки и его модифицирования, а также рафинирования, т.е. не твердый флюс добавляют к расплавленному силумину, а наоборот в солевой расплав вводят твердый металл. Плавка металла под слоем галоидных солей приводит к уменьшению в готовом металле окисленных включений, карбидов и других примесей, которые смачиваются солями и уходят из металла. Слой расплавленных солей предохраняет от дальнейшего окисления, создается четкая граница раздела металл соль, что позволяет полностью отделить металл от солей.
Кроме того, более высокая температура расплава в момент обработки и перед выпуском позволяет повысить модифицирующий и рафинирующий эффект за счет интенсификации физико-химических процессов, протекающих в расплаве. Повышение верхнего предела предлагаемой температуры приводит к летучести компонентов системы и нарушению санитарно-гигиенических условий обслуживания технологии.
Присутствие фторида натрия и хлорида бария приводит к более эффективному модифицированию структуры, причем в отсутствие NaF и при содержании его менее 6 мас. эффект модифицирования незначителен, а более 17 мас. расплав разъедает футеровку печи. Менее 20 мас. BaCl2 также мало влияет на эффект модифицирования, а при его содержании более 40 мас. силумин всплывает на поверхность солевого расплава и окисляется.
Значительно большая масса расплава солей от 50 до 250% от массы металла (вместо 3,6% в прототипе) позволяет отказаться от многих дорогих и дефицитных солей, металлов и сплавов, применяемых при модифицировании структуры силумина. Соотношение металла к расплаву солей менее 1:0,5 не обеспечивает достаточного модифицирующего эффекта, а соотношение более 1:2,5 нецелесообразно, так как не повышает качества получаемого металла.
Выдержка расплава в течение 1-2 ч позволяет также улучшить процесс модифицирования, создать непрерывный процесс, упростить его, отказавшись от тонкого измельчения, перемешивания компонентов, съема модифицирующих флюсов, дополнительной очистки полученного расплава.
Выдержка металла под слоем солевого расплава менее 1 ч не обеспечивает достаточной степени рафинирования металлического расплава, и поэтому для получения наивысших результатов рафинирования и модифицирования продолжительность выдержки в течение 1-2 ч является оптимальной.
Высота солевого расплава в пределах 2,2-30,0 см также является оптимальной: при высоте менее 2,2 см происходит только частичное модифицирование структуры, что приводит к неравномерным свойствам полученных отливок, а при высоте более 30 см увеличивается расход солей, электроэнергии и т.д. при тех же показателях качества.
На фиг. 1-4 представлены результаты металлографического изучения шлифов, по которым оценивали эффективность модифицирования структуры готового сплава.
Пример 1. В шахтную селитовую печь установили алундовый тигель ⌀ 50 мм, длиной 70 мм, нагрели до 787oC, загрузили 40 г известного сплава типа АЛ 9, имеющего следующий химический состав, мас. Si 6-8; Mn 0,2-0,4; Fe 0,3-1,0; Mg 0,2-0,4; алюминий остальное, сумма примесей 1,0-1,9% Металл расплавили и изотермически выдержали в течение часа при 787±20oC в атмосфере воздуха, расплав металла вылили в изложницу из графита (фиг. 1). Металлографические исследования выполняли на микроскопе "Neophot-2" с применением компьютерного комплекса для проведения количественного фазового анализа, микротвердость измеряли на приборе ПМГ-3.
Пример 2. В шахтную селитовую печь установили алундовый тигель o 50 мм, длиной 70 мм со смесью солей (56% KCl 44% NaCl) в количестве 70 г, нагрели до 787oC, расплавили соль и загрузили 40 г сплава АЛ 9, имеющего состав из примера 1, металл расплавили и выдерживали в течение 1 ч при указанной температуре (787±2oC) в атмосфере воздуха под расплавом солей и вылили в графитовую изложницу, охладили до комнатной температуры и произвели исследование образца металла по методике, принятой в примере 1.
Пример 3. В шахтную печь установили тигель из алунда с размерами предыдущего опыта с 90 г смеси (56% KCl 44% NaCl) и добавили 6 г NaF, расплавили при 787oC, опустили 50 г сплава АЛ9, имеющего состав предыдущих опытов. Расплав выдержали при 787±2oC в течение 1 ч, вылили металл с расплавом солей в графитовую изложницу, охладили до комнатной температуры и отделили металл.
Образец металла исследовали, как и предыдущие.
Пример 4. В шахтную селитовую печь установили тигель из алунда с 83 г смеси (56% KCl 44% NaCl) и 17 г NaF, расплавили при 900oC, опустили 50 г сплава АЛ 9, выдерживали 1 ч при 917±2oC, вылили содержимое в графитовую изложницу, охладили до комнатной температуры, отделили металлический слиток и исследовали, как в предыдущих опытах.
Пример 5. В этой же печи, что и опыт 1-4 расплавили 40 г сплава АЛ 9 при 787oC в расплаве солей (80 г смеси (56%KCl 44% NaCl) + 20 г BaCl2), расплав выдержали 1 ч при 787±2oC и вылили в графитовую изложницу. Полученный слиток металла исследовали, как в примере 1-4.
Пример 6. В однофазной печи сопротивления мощностью 100 кВт, имеющей внутренние размеры 80 х 60 х 80 см, проводящую подину и подвижные верхние электроды (2 электрода диаметром 300 мм), наплавили 260 кг солей толщиной 30 см следующего состава, мас. NaCl 36,6; KCl 46,4; NaF 17, загрузили порциями по 10-15 кг отходов сплавов АЛ 9 в количестве 370 кг, нагрели до 950oC и выдержали в течение 2 ч, из печи через летку в нижней части слили 150 кг сплава (10 чушек) и в дальнейшем через каждые 2 ч выливали по 150 кг сплава, постоянно загружая отходы в печь порциями 10-15 кг. В печи поддерживались следующие параметры: температура 930-960oC, слой металла 20-30 см, слой расплава солей 25-30 см. Мощность 80-95 кВт, время между выпусками 2 ч.
При разливке отбирали пробы и исследовали, как в примере 1-4.
Пример 7. В той же печи, что опыт 6, наплавили 260 кг солей толщиной 30 см следующего состава, мас. NaCl 28,16; KCl 35,84; BaCl 36, загружали порциями по 10-15 кг отходов сплава АЛ 9 в количестве 370 кг, нагрели до 900oC и выдержали в течение 2 ч. Из печи через летку слили 150 кг сплава. В дальнейшем через каждые 2 ч выпускали по 150 кг металла, постоянно загружая сплав в печь порциями 10-15 кг. В печи поддерживали параметры: температура 900±10oC, слой металла 20-30 см, слой расплава солей 25-30 см, мощность печи 80-95 кВт.
Для сравнения было проведено модифицирование силумина по способу - прототипу (опыт 7).
Результаты приведены в таблице.
Как видно из таблицы, переплав в расплавах солей NaCl-KCl-NaF или NaCl-KCl-BaCl2 приводит к улучшению структуры сплава за счет модифицирования силуминовой эвтектики и уменьшения доли неметаллических включений, увеличению междендритного расстояния и повышению микротвердости α фазы.
По сравнению с известным предлагаемый способ имеет следующие преимущества:
повышение механических характеристик и улучшение структуры сплава, при этом происходит его одновременное рафинирование от окисных пленок и интерметаллидов;
возможность переработки отходов сплава;
удешевление процесса за счет уменьшения трудоемкости и снижения стоимости флюса за счет его оборачиваемости.
Источники информации
1. Способ модифицирования силуминов натрием. Заявка ФРГ N 2928794, кл. C 22 C 21/02, 5.02.81. ВИНИТИ РЖ Мет. 11Г 180 п. 1981.
2. Способ модифицирования силуминов. Заявка ФРГ N 2935017, кл. C 22 C 1/03, 19.03.81. ВИНИТИ РЖ Мет. 2Г 159 П. 1982.
3. Флюс для обработки алюминиевых сплавов. Авторское свидетельство СССР N 616314, кл. C 22 B 9/10, 9.06.78.
4. Модификатор для обработки литейных алюминиево-кремниевых сплавов. Авторское свидетельство СССР N 800223, кл. C 22 C 1/06, 30.01.81.
5. Флюс для обработки алюминиевых сплавов. Авторское свидетельство СССР N 933794, кл. C 22 C 1/06, 07.06.82.
6. Славов Рашко, Натов Натко, Бояджиев Любомир. Многофакторное исследование модифицирования эвтектических силуминов флюсами. Металлургия, 1978, N33 19-20 (Болг.) ВИНИТИ РЖ Мет. 1Г 170, 1979.

Claims (3)

1. Способ модифицирования силуминов с использованием флюса из галоидных солей, отличающийся тем, что твердый сплав силумина загружают в солевой расплав на основе эвтектической смеси хлорид калия хлорид натрия, содержащий фторид натрия в количестве 6 17 мас. или хлорид бария в количестве 20 40 мас. плавят и выдерживают под слоем солей при 787 1017oС в течение 1 - 2 ч, а после удаления сплава в солевой расплав добавляют новую порцию твердого силумина.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что высоту солевого расплава над металлом поддерживают в пределах 2,2 30,0 см.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что соотношение металла к расплаву солей берут равным 1 (0,5 2,5).
RU95118648/02A 1995-10-31 1995-10-31 Способ модифицирования силуминов RU2094514C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU95118648/02A RU2094514C1 (ru) 1995-10-31 1995-10-31 Способ модифицирования силуминов

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU95118648/02A RU2094514C1 (ru) 1995-10-31 1995-10-31 Способ модифицирования силуминов

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU95118648A RU95118648A (ru) 1997-07-27
RU2094514C1 true RU2094514C1 (ru) 1997-10-27

Family

ID=20173427

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU95118648/02A RU2094514C1 (ru) 1995-10-31 1995-10-31 Способ модифицирования силуминов

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2094514C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2475550C1 (ru) * 2011-07-21 2013-02-20 Учреждение Российской академии наук Институт вычислительного моделирования Сибирского отделения Российской академии наук (ИВМ СО РАН) Способ модифицирования алюминиево-кремниевых сплавов

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Металлургия, N 33, 1978, с.19, 20. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2475550C1 (ru) * 2011-07-21 2013-02-20 Учреждение Российской академии наук Институт вычислительного моделирования Сибирского отделения Российской академии наук (ИВМ СО РАН) Способ модифицирования алюминиево-кремниевых сплавов

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Cinkilic et al. A formation map of iron-containing intermetallic phases in recycled cast aluminum alloys
US3958979A (en) Metallurgical process for purifying aluminum-silicon alloy
Taylor Metal-related castability effects in aluminium foundry alloys
Kuz'min et al. Obtaining of Al–Si foundry alloys using amorphous microsilica–Crystalline silicon production waste
EP0574514A4 (en) Master alloy hardeners
Kuz’min et al. New methods of obtaining Al–Si alloys using amorphous microsilica
CN113136496B (zh) 基于金属氧化物MxOy的Al-M-B细化剂制备方法
RU2094514C1 (ru) Способ модифицирования силуминов
Máté et al. The comparative analysis of the inclusion removal efficiency of different fluxes
RU2683176C1 (ru) Способ получения силуминов
Kosov et al. Interaction of erbium fluoride with alkali metal chloride–fluoride melts in synthesizing an Al–Er master alloy
Mukhina et al. Development of resource-saving technological processes in the metallurgy of magnesium
Kuz’min et al. Fabrication of silumins using silicon production waste
Gursoy et al. The Role of Bismuth as Trace Element on the Solidification Path and Microstructure of Na‐Modified AlSi7Mg Alloys
US4022614A (en) Method of refining aluminum-silicon alloys
SU990856A1 (ru) Алюминиева лигатура
Gursoy et al. Effects of bismuth on the characteristics of eutectic Si particles in Na-modified A356 alloys
JP2021147632A (ja) アルミニウム精錬用フラックス
RU2230809C1 (ru) Флюс для плавки, рафинирования, модифицирования цветных металлов и сплавов
Pekguleryuz Melting, alloying and refining
Sezer et al. Metallothermic production of aluminum–strontium master alloy for modification of silicon
Kuz et al. Possibilities and prospects for producing silumins with different silicon contents using amorphous microsilica
SU1447909A1 (ru) Флюс дл обработки заэвтектических литейных алюминиево-кремниевых сплавов
SU1447908A1 (ru) Флюс дл обработки литейных алюминиево-кремниевых сплавов
JP2002371376A (ja) スラッジのリサイクル方法及びアルミニウム合金溶湯の除滓剤

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20041101