RU2475334C2 - Способ получения модификатора для доэвтектических алюминиево-кремниевых сплавов - Google Patents
Способ получения модификатора для доэвтектических алюминиево-кремниевых сплавов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2475334C2 RU2475334C2 RU2011122498/02A RU2011122498A RU2475334C2 RU 2475334 C2 RU2475334 C2 RU 2475334C2 RU 2011122498/02 A RU2011122498/02 A RU 2011122498/02A RU 2011122498 A RU2011122498 A RU 2011122498A RU 2475334 C2 RU2475334 C2 RU 2475334C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- powder
- aluminum
- titanium nitride
- silicon alloys
- rod
- Prior art date
Links
Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
- Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
Abstract
Изобретение относится к литейному производству, в частности к модифицированию литейных алюминиево-кремниевых сплавов доэвтектического состава. Модификатор в виде прутка получают путем смешивания алюминиевого порошка с размерами частиц 0,5-0,7 мм и ультрадисперсного порошка нитрида титана TiN со средним размером частиц порядка 40 нанометров в планетарной мельнице в течение 5 минут при 400 об/мин и прессования полученной композиции в пруток. Способ позволяет получать пруток для модифицирования с повышенным содержанием ультрадисперсного порошка нитрида титана. 2 табл., 1 пр.
Description
Предлагаемое изобретение относится к литейному производству, а именно к модифицированию доэвтектических алюминиево-кремниевых сплавов.
Известен «Способ изготовления модификатора для доэвтектических алюминиево-кремниевых сплавов» [Патент CN 101538666 А, С22С 1/00], включающий следующие операции: в графитовый тигель, нагретый в электрической печи сопротивления до 450-550°С, загружается чушковый алюминий. Затем насыпается слой сухого покровного агента, содержащего, вес.%: 50% NaCl и 50% KCl, производится нагрев до 760-800°С, после чего в расплавленный алюминий вводятся поочередно чушка сурьмы, вес которой составляет 5-15% от веса всего модификатора, чушка иттрия, вес которой составляет 1-2% от веса всего модификатора, и чушка магния, вес которой составляет 1-2% от веса всего модификатора. После чего жидкий металл выдерживается при этой температуре 20-30 минут; затем его перемешивают графитовым прутком высокой чистоты, затем в течение 2-5 мин, вводят аргон из положения на 8-15 мм от донной части жидкого металла при скорости потока 8-20 мл/сек; очищают металл и заливают его в металлическую форму, где он охлаждается до комнатной температуры.
Недостатками способа являются:
1) большая длительность процесса приготовления модификатора, связанная:
а) с необходимостью поочередного выполнения операций загрузки компонентов;
б) с выдержкой металла до 20-30 мин при температуре 760-800°С;
2) высокая температура плавления иттрия (+1528°С), более чем в два раза превышающая температуру плавления других компонентов модификатора - алюминия (+660°С), сурьмы (+630,5°С) и магния (+651°С), в связи с чем для его полного растворения фактически должно требоваться или более длительная выдержка расплава при указанной температуре (760-800°С), или ее значительное повышение; кроме того, на воздухе иттрий покрывается плотной защитной окисной пленкой Y2O3, температура плавления которой составляет 2451°С, в связи с чем для обеспечения растворения иттрия его необходимо или хранить без контакта с воздушной средой, или тщательно очищать перед загрузкой в расплав, причем, как правило, очистка шихтовых материалов от окислов производится с помощью жидких химических средств, например травлением в кислотах;
3) невозможность точного соблюдения расстояния места введения аргона (8-15 мм от дна плавильного тигля), что практически невозможно точно измерить в жидком металле; кроме того, введение аргона должно производится через трубку из какого-то материала - графит, кварц, металл - которые могут взаимодействовать с жидким металлом, загрязняя его.
4) применение при приготовлении модификатора входящие в состав покровного агента (флюса) соли NaCl и 50% KCl приводят к преждевременному разрушению плавильной емкости; кроме того, указанные соли NaCl и 50% KСl обладают высокой гигроскопичностью, в связи с чем их необходимо хранить перед употреблением в сушильном шкафу с целью предотвращения насыщения влагой и попадания ее в жидкий металл при модифицировании, что вызывает появление пористости в отливках и снижения их механических свойств.
Наиболее близким по технической сущности является «Способ модифицирования литейных алюминиевых сплавов эвтектического типа» [А.с. СССР №831840, С22С 1/06. Опубл. 23.05.1981], включающий рафинирование сплава АЛ2 гексахлорэтаном C2Cl6 с последующим модифицированием модификатором (45,0% NaCl + 40% NaF + 15% Na3AlF6 - в тексте описания А.с. 831840 ошибочно написано Na3Al3F6) и введения в него ультрадисперсного порошка карбида бора B4C (получен методом плазмохимического синтеза) в количестве 0,05-0,08% от массы сплава в объеме прутка, отпрессованного из алюминиевых гранул, обсыпанных карбидом бора В4С.
Недостатками способа являются:
1) достаточно высокая длительность процесса приготовления сплава в связи с необходимостью выполнения трех последовательных операций: рафинирование → обработка расплава модификатором введение в расплав ультрадисперсного порошка карбида бора В4С в объеме прутка, отпрессованного из этого порошка и алюминиевых гранул, так как при их выполнении и между их проведением требуется определенная выдержка;
2) излишний расход электроэнергии в связи с длительностью выполнения указанных в п.1 трех операций,
3) воздействие содержащихся в модификаторе солей на плавильную емкость, что приводит к ее преждевременному разрушению;
4) гигроскопичность солей, входящих в состав модификатора, что требует его хранения перед употреблением в сушильном шкафу с целью предотвращения насыщения влагой и попадания ее в жидкий металл при модифицировании, что вызывает появление пористости в отливках и снижения их механических свойств.
5) необходимость расходования достаточно большого количества прутка, так как в его объеме содержится всего 1,5…2,7 мас.% ультрадисперсного порошка [Крушенко Г.Г., Фильков М.Н. Модифицирование алюминиевых сплавов нанопорошками // Нанотехника, 2007. - №4. - С.58-64], и для введения в расплав требуемого его количества даже на нижнем пределе (0,05-0,08 мас.% от массы сплава) при диаметре применяемого прутка, равном 9,5 мм, требуется 20-25 кг прутка для модифицирования объема расплава, равного 1 тонне.
6) существенное отличие параметров кристаллических решеток алюминия и ультрадисперсного порошка В4С (Таблица 1), частицы которого должны служить центрами кристаллизации алюминиевой фазы, что затрудняет процесс зарождения этой фазы.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа изготовления прутка, содержащего повышенное количество ультрадисперсного порошка.
Поставленная цель достигается тем, что пруток прессовали из композиции, состоящей из алюминиевого порошка и ультрадисперсного порошка нитрида титана TiN после их смешивания в планетарной мельнице.
В качестве ультрадисперсного порошка был выбран порошок нитрида титана TiN со средним размером частиц порядка 40 нанометров, полученный методом плазмохимического синтеза [Плазмохимический синтез ультрадисперсных порошков и их применение для модифицирования металлов и сплавов / В.П.Сабуров, А.Н.Черепанов, М.Ф.Жуков… Г.Г.Крушенко и др. // Новосибирск: Наука. Сибирская издательская фирма РАН, 1995. - 344 с.]), в связи с тем, что его применение в качестве модификатора в наибольшей степени позволило повысить и получить стабильные механические свойства отливок типа «обтекатель», к эксплуатационным характеристикам которых предъявляются повышенные требования [Крушенко Г.Г. Модифицирование доэвтектического алюминиево-кремниевого сплава нанопорошком нитрида титана при литье сложнонагруженных деталей транспортного средства // Технология машиностроения. - 2008. - №11. - С.5-7].
При этом следует отметить, что тип кристаллической решетки и параметры кристаллической решетки соединения В4С, используемого в [А.с. СССР №831840, С22С 1/06. Опубл. 23.05.1981], существенно отличаются от таковых для алюминия (Таблица 1), с формирования которого в виде дендритов α-твердого раствора начинается кристаллизация сплава, и для которого частицы соединения В4С являются центрами кристаллизации. Согласно известному и общепризнанному принципу ориентационного и размерного соответствия, сформулированному П.Д.Данковым (например Данков П.Д. Кристаллохимический механизм взаимодействия поверхности кристалла с чужеродными элементарными частицами // ЖФХ. - 1946. - Т.20, Вып.8. - С.853-867), кристаллическая решетка возникающей фазы ориентируется относительно исходной фазы таким образом, чтобы между расположением атомов в обеих решетках было максимальное сходство и чтобы атомы новой решетки претерпевали минимальные смещения.
При несовпадении этих параметров у компонентов, которые вводятся в качестве центров кристаллизации, и зарождаемой фазы, эффективность зарождения снижается.
Из таблицы 1 видно, что кристаллические решетки нитрида титана TiN и алюминия относятся к одному и тому же типу (кубическая гранецентрированная), тогда как кристаллическая решетка карбида бора В4С и алюминия - к разным типам (соответственно ромбоэдрическая и кубическая гранецентрированная), а параметры кристаллической решетки нитрида титана TiN (α=0,4249) и алюминия (α=4,0413) достаточно близки, что соответствует принципу ориентационного и размерного соответствия, тогда как для соединения В4С и алюминия они существенно отличаются.
Кроме того, температура плавления нитрида титана TiN (3223 К) на 500 К больше, чем температура плавления карбида бора В4С (2723 К), что обеспечивает более длительное существование частиц TiN в жидком сплаве.
С целью увеличения количества ультрадисперсного порошка в объеме прутка в качестве алюминиевого компонента использовали алюминиевый порошок с размерами частиц 0,5…0,7 мм, суммарная площадь поверхности которых в одном и том же объеме значительно превосходит таковую, если пруток прессуют при использовании гранул, размер которых составляет 1,5-3,0 мм [Крушенко Г.Г., Фильков М.Н. Модифицирование алюминиевых сплавов нанопорошками // Нанотехника, 2007. - №4. - С.58-64], что позволяет плакировать ультрадисперсным порошком значительно большую площадь поверхности.
Пример. Композицию, состоящую из алюминиевого порошка и ультрадисперсного порошка нитрида титана TiN в разном их соотношении, загружали в стакан планетарной мельницы совместно со стальными шариками диаметром 10,0 мм и приводили ее в действие на 5 минут при 400 об/мин. Обработанную композицию прессовали в прутки разного диаметра при усилии прессования 20…23 тонны. В результате были получены прутки, содержащие порядка 7,7% ультрадисперсного порошка нитрида титана TiN.
Эффективность модифицирующего воздействия проверяли с применением прутков диаметром 6,0 мм при литье алюминиево-кремниевого сплава АК12 (Al+10,0-13% Si+0,01-0,5% Мn).
После доведения температуры расплава в интервале 720-730°С проводили его рафинирование гексахлорэтаном С2Cl6, после чего в расплав вводили пруток, содержащий ультрадисперсный порошок нитрида титана TiN.
При этом было установлено, что для введения необходимого для модифицирования количества порошка (0,05-0,08 мас.% от массы сплава) требуется по массе прутка, изготовленного по заявляемому способу (содержание порошка - 7,7 мас.%), в 3,6 раза меньше по сравнению со способом изготовления прутков по А.с. СССР №831840, С22С 1/06 (содержание порошка 1,5…2,7 мас.%, в среднем - 2,1 мас.%).
Испытания показали, что механические свойства сплава, модифицированного прутком, содержащим 7,7 мас.% нитрида титана TiN, оказались выше, чем при модифицировании прутком, содержащим 1,5…2,7 мас.% порошка В4С по А.с. 831840 (Таблица 2).
Таблица 1 Характеристики кристаллической структуры карбида бора В4С, карбида титана TiN и алюминия [Нараи-Сабо И. Неорганическая кристаллохимия. - Будапешт: Изд. АН Венгрии, 1969. - 504 с.] |
|||
Характеристика | Соединение | ||
В4С | TiN | А1 | |
Кристаллическая система | Ромбоэдрическая | кубическая гранецентрированная | кубическая гранецентрированная |
Параметры решетки, нм: | |||
а | 0,561 | 0,4249 | 4,0413 |
b | - | - | - |
с | 1,212 | - | - |
Температура плавления, К | 2723 | 3223 | 933 |
Таблица 2 Влияние вида ультрадисперсного порошка на механические свойства сплава АК12 |
|||
Вид ультрадисперсного порошка | Механические свойства | ||
Предел прочности (временное сопротивление)σв | Относительное удлинение, δ, % | Твердость | |
В4С по А.с. 831840 | 23,5 кгс/мм2=235 МПа | 10,5 | 64,1 кгс/мм2=641 МПа |
TiN по заявке | 240-245 (ср.-242,5 МПа) | 10,9-12,3 (ср.-11,6) | 645-650 (ср.-647,5 МПа) |
По ГОСТ1583-93 при литье в кокиль | 157 МПа | 2,0 | 500 МПа |
Claims (1)
- Способ получения модификатора для доэвтектических алюминиево-кремниевых сплавов путем смешивания порошка алюминия с размером частиц 0,5-0,7 мм и ультрадисперсного порошка нитрида титана TiN со средним размером частиц порядка 40 нм в планетарной мельнице в течение 5 мин при 400 об/мин и прессования полученной композиции в пруток.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011122498/02A RU2475334C2 (ru) | 2011-06-02 | 2011-06-02 | Способ получения модификатора для доэвтектических алюминиево-кремниевых сплавов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011122498/02A RU2475334C2 (ru) | 2011-06-02 | 2011-06-02 | Способ получения модификатора для доэвтектических алюминиево-кремниевых сплавов |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011122498A RU2011122498A (ru) | 2012-12-10 |
RU2475334C2 true RU2475334C2 (ru) | 2013-02-20 |
Family
ID=49121201
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011122498/02A RU2475334C2 (ru) | 2011-06-02 | 2011-06-02 | Способ получения модификатора для доэвтектических алюминиево-кремниевых сплавов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2475334C2 (ru) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2528598C1 (ru) * | 2013-06-25 | 2014-09-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет | Способ получения модификатора для алюминиевых сплавов |
RU2533245C1 (ru) * | 2013-06-25 | 2014-11-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет | Способ получения пвсевдолигатуры для алюминиевых сплавов |
RU2624272C2 (ru) * | 2015-11-10 | 2017-07-03 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П.А. Соловьева" | Способ изготовления модификатора для литейных алюминиевых сплавов в виде прутка с запрессованным рассыпчатым модификатором на основе наноуглерода |
RU2757879C1 (ru) * | 2021-03-16 | 2021-10-22 | Государственное Научное Учреждение Институт Порошковой Металлургии Имени Академика О.В. Романа | Способ модифицирования алюминиево-кремниевых сплавов |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104357695B (zh) * | 2014-10-22 | 2016-09-21 | 王林云 | 钛颗粒增强铝基复合材料及其制备方法 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU718493A1 (ru) * | 1978-09-11 | 1980-02-29 | Горьковский Политехнический Институт Им. А.А.Жданова | Модификатор дл высококремнистых алюминиевых сплавов |
SU1388450A1 (ru) * | 1986-04-03 | 1988-04-15 | Омский политехнический институт | Способ изготовлени модифицирующего прутка |
CN101538666A (zh) * | 2009-05-05 | 2009-09-23 | 中信戴卡轮毂制造股份有限公司 | 用于亚共晶铝硅合金的Al-Sb-Y-Mg变质剂及其制备工艺 |
-
2011
- 2011-06-02 RU RU2011122498/02A patent/RU2475334C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU718493A1 (ru) * | 1978-09-11 | 1980-02-29 | Горьковский Политехнический Институт Им. А.А.Жданова | Модификатор дл высококремнистых алюминиевых сплавов |
SU1388450A1 (ru) * | 1986-04-03 | 1988-04-15 | Омский политехнический институт | Способ изготовлени модифицирующего прутка |
CN101538666A (zh) * | 2009-05-05 | 2009-09-23 | 中信戴卡轮毂制造股份有限公司 | 用于亚共晶铝硅合金的Al-Sb-Y-Mg变质剂及其制备工艺 |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2528598C1 (ru) * | 2013-06-25 | 2014-09-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет | Способ получения модификатора для алюминиевых сплавов |
RU2533245C1 (ru) * | 2013-06-25 | 2014-11-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет | Способ получения пвсевдолигатуры для алюминиевых сплавов |
RU2624272C2 (ru) * | 2015-11-10 | 2017-07-03 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П.А. Соловьева" | Способ изготовления модификатора для литейных алюминиевых сплавов в виде прутка с запрессованным рассыпчатым модификатором на основе наноуглерода |
RU2757879C1 (ru) * | 2021-03-16 | 2021-10-22 | Государственное Научное Учреждение Институт Порошковой Металлургии Имени Академика О.В. Романа | Способ модифицирования алюминиево-кремниевых сплавов |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2011122498A (ru) | 2012-12-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Murty et al. | Grain refinement of aluminium and its alloys by heterogeneous nucleation and alloying | |
JP5852580B2 (ja) | 機械的特性に優れている難燃性マグネシウム合金及びその製造方法 | |
JP5345647B2 (ja) | 溶湯流動性及び耐熱間亀裂性に優れたマグネシウム系合金及びその製造方法 | |
CN109182800B (zh) | 晶粒细化剂及其制备方法和应用 | |
JP5923117B2 (ja) | 金属合金の微細化方法 | |
RU2475334C2 (ru) | Способ получения модификатора для доэвтектических алюминиево-кремниевых сплавов | |
JP4500916B2 (ja) | マグネシウム合金及びその製造方法 | |
JPH11502570A (ja) | TiB▲下2▼微粒子セラミックで強化されたアルミニウム・合金金属・マトリックス コンポジット | |
JP2010528187A (ja) | 熱間割れ感受性を減じるためのアルミニウム合金配合物 | |
KR20180071361A (ko) | 저비용 고열전도성 다이-캐스팅 마그네슘 합금 및 그 제조 방법 | |
JP5137049B2 (ja) | マグネシウム合金チップ及びそれを用いた成形品の製造方法 | |
CN100529129C (zh) | Mg-Gd-Y-Zr镁合金精炼熔剂及其生产方法 | |
Liu et al. | Effect of Gd–Ca combined additions on the microstructure and creep properties of Mg–7Al–1Si alloys | |
CN101285144A (zh) | 一种半固态成形用镁合金及其半固态坯料制备方法 | |
Mingbo et al. | Microstructure, tensile and creep properties of as-cast Mg-3.8 Zn-2.2 Ca-xCe (x= 0, 0.5, 1 and 2 wt.%) magnesium alloys | |
ES2535634T3 (es) | Afinador de granos cristalinos de aluminio-circonio-titanio-carbono para el magnesio y las aleaciones de magnesio y procedimiento de preparación del mismo | |
CN103966471B (zh) | 一种含有金属碲的汽车铝合金板材的制备方法 | |
Choudhary et al. | Microstructure and mechanical properties of Al-Si alloys processed by strain induced melt activation | |
Kuz'min et al. | Production of primary silumins ingots modified with strontium | |
JP6900199B2 (ja) | 鋳造用アルミニウム合金、アルミニウム合金鋳物製品およびアルミニウム合金鋳物製品の製造方法 | |
Zuo et al. | Al-Si-P master alloy and its modification and refinement performance on Al-Si alloys | |
US9657376B2 (en) | Aluminum alloy and production method thereof | |
CN114182130A (zh) | 一种高稀土含量镁合金用精炼剂、制备方法及应用方法 | |
CN114231777A (zh) | 一种快速沉降稀土镁合金用含溴精炼剂、制备方法及应用 | |
RU2549040C2 (ru) | Сплав на магниевой основе, подходящий для применения при высокой температуре, и способ его получения |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130603 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20150627 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160603 |