RU2542191C1 - Method of alloys manufacturing for aluminium alloys production - Google Patents

Method of alloys manufacturing for aluminium alloys production Download PDF

Info

Publication number
RU2542191C1
RU2542191C1 RU2013150654/02A RU2013150654A RU2542191C1 RU 2542191 C1 RU2542191 C1 RU 2542191C1 RU 2013150654/02 A RU2013150654/02 A RU 2013150654/02A RU 2013150654 A RU2013150654 A RU 2013150654A RU 2542191 C1 RU2542191 C1 RU 2542191C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
titanium
aluminum
melt
powders
mixture
Prior art date
Application number
RU2013150654/02A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Олег Павлович Чечушкин
Елена Борисовна Лазутова
Original Assignee
Олег Павлович Чечушкин
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 Олег Павлович Чечушкин filed Critical Олег Павлович Чечушкин
Priority to RU2013150654/02A priority Critical patent/RU2542191C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2542191C1 publication Critical patent/RU2542191C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: exothermic mixture of aluminium and titanium powders is prepared, then it is subjected to mechanical activation. Simultaneously briquettes of the pressed titanium chips are made. Mixture of powders and briquettes of the pressed titanium chips are simultaneously added to aluminium melt, its surface has cryolite, the melt is held for at least 30 minutes with periodic agitation. Ratio of stoichiometric mixture of powders and briquette of titanium chips is selected as 1/3 of powders mixture to 2/3 of titanium chips.
EFFECT: invention increases quality of the alloy, improves its structure and uniformity of titanium distribution in the alloy volume, excludes slug inclusions and segregation zones combined by intermetallic compounds Al3Ti.
2 cl, 3 tbl, 11 dwg

Description

Изобретение относится к производству лигатур цветных металлов, в частности к получению алюминиево-титановой лигатуры, и может быть использовано в авиационной, автомобильной и других отраслях промышленности, изготавливающих деформируемые и литейные алюминиевые сплавы.The invention relates to the production of non-ferrous metal alloys, in particular to the production of aluminum-titanium alloys, and can be used in the aviation, automotive and other industries manufacturing wrought and cast aluminum alloys.

Модифицирующие и одновременно легирующие элементы в алюминиевые сплавы, как правило, вводят в виде лигатур - промежуточных сплавов алюминия с одним из металлов - титаном, цирконием, ванадием, хромом и другими. Лигатуры должны хорошо растворяться в жидком алюминии, иметь однородный химический состав и достаточно дисперсные включения первичных интерметаллидов.Modifying and simultaneously alloying elements in aluminum alloys, as a rule, are introduced in the form of alloys - intermediate alloys of aluminum with one of the metals - titanium, zirconium, vanadium, chromium and others. Ligatures should dissolve well in liquid aluminum, have a uniform chemical composition and sufficiently dispersed inclusions of primary intermetallic compounds.

Один из путей решения данной проблемы - модифицирование, т.е. измельчение зерна структуры сплава, для осуществления которого применяются, в основном, лигатуры, причем более 70% применяемых лигатур в качестве модифицирующей добавки содержат титан. Наиболее востребованными, ввиду высокой эффективности и относительно небольшой стоимости, являются лигатуры Al-Ti и Al-Ti-B. В результате многочисленных исследований их структуры установлено, что для получения максимального модифицирующего эффекта частицы TiAl3 и TiB2 должны быть, по возможности, сферическими и иметь размер: первые не более 130 мкм, а вторые 1-2 мкм. Для избавления от вредных примесей в лигатуры также зачастую добавляют многокомпонентные флюсы различных составов в количестве до 0,3%, которые в качестве одного из компонентов содержат натриевый криолит. Помимо этого во всех традиционных технологиях получения модифицирующих лигатур, кроме проблемы высоких энерго- и трудозатрат, остро стоит вопрос интенсивного газонасыщения, что приводит к огрублению структуры первичных интерметаллидов (см. Луц Альфия Расимовна. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез модифицирующих лигатур и композиционных сплавов в расплаве алюминия с применением флюсов: диссертация кандидата технических наук: 01.04.17. - Самара, 2006. - 225 с.: ил. РГБ ОД, 61 07-5/433).One way to solve this problem is to modify, i.e. grain refinement of the alloy structure, for the implementation of which mainly ligatures are used, more than 70% of the alloys used as a modifying additive contain titanium. The most popular, due to their high efficiency and relatively low cost, are Al-Ti and Al-Ti-B ligatures. As a result of numerous studies of their structure, it was found that in order to obtain the maximum modifying effect, TiAl 3 and TiB 2 particles should be spherical and possibly have a size: the first no more than 130 microns, and the second 1-2 microns. To get rid of harmful impurities, multicomponent fluxes of various compositions in amounts up to 0.3% are often added to ligatures, which contain sodium cryolite as one of the components. In addition, in all traditional technologies for producing modifying ligatures, in addition to the problem of high energy and labor costs, the issue of intense gas saturation is acute, which leads to a coarsening of the structure of primary intermetallic compounds (see Luts Alfiya Rasimovna. Self-propagating high-temperature synthesis of modifying ligatures and composite alloys in molten aluminum from aluminum application of fluxes: the dissertation of the candidate of technical sciences: 01.04.17. - Samara, 2006. - 225 pp., ill. RSL OD, 61 07-5 / 433).

Известно несколько способов получения алюминиево-титановой лигатуры. Наиболее распространенный из них - непосредственное сплавление алюминия с титаном.Several methods are known for producing aluminum-titanium alloys. The most common of these is direct fusion of aluminum with titanium.

Однако этот способ характеризуется значительным угаром алюминия и титана.However, this method is characterized by significant fumes of aluminum and titanium.

Широко известен также способ термического восстановления галоидных соединений алюминием, который характеризуется значительной потерей титана и алюминия со шлаками и флюсами, а также требует значительного расхода энергии на расплавление шихты, кроме того, в нем наблюдается образование вредных возгонов.The method of thermal reduction of halide compounds by aluminum, which is characterized by a significant loss of titanium and aluminum with slags and fluxes, is also widely known, and also requires a significant expenditure of energy on the melting of the charge; moreover, the formation of harmful sublimates is observed in it.

Многие из указанных недостатков устраняются при электролитическом получении лигатуры путем введения титаносодержащего материала в электролит ванн для получения алюминия. При этом обычно в качестве титаносодержащего материала используют двуокись титана.Many of these disadvantages are eliminated by the electrolytic preparation of the ligature by introducing a titanium-containing material into the electrolyte of the baths to produce aluminum. In this case, usually titanium dioxide is used as titanium-containing material.

Такому способу, однако, присущи недостатки, связанные именно с применением двуокиси титана, которая является дорогой и при ее производстве наблюдаются значительные потери титана. Растворимость и скорость растворения двуокиси титана в криолит-глиноземном расплаве ограничены и часть вводимой двуокиси образует осадок на поверхности электролизера, что приводит к расстройству технологического режима работы ванны, перегреву электролита, увеличению потерь металла, необходимости снижения плотности тока на электродах.However, this method has inherent disadvantages associated with the use of titanium dioxide, which is expensive and significant losses of titanium are observed in its production. The solubility and dissolution rate of titanium dioxide in the cryolite-alumina melt is limited and part of the injected dioxide forms a precipitate on the surface of the electrolyzer, which leads to a breakdown in the technological regime of the bath, overheating of the electrolyte, an increase in metal loss, and the need to reduce the current density at the electrodes.

Известен способ получения лигатуры алюминий-титан путем введения титана в алюминиево-титановый расплав с исходной концентрацией титана 4-5 мас.% при температуре расплава на 150-350°C ниже температуры ликвидуса с доведением его концентрации в расплаве до 7,2-13,7 мас.%, после чего расплав разбавляют алюминием до исходной концентрации титана, а при разливке лигатуры оставляют часть расплава, равную 0,33-0,54 общего его объема, которую используют в качестве алюминиево-титанового расплава для введения титана (аналог - авторское свидетельство СССР №1836471, C22C 1/03, 23.08.1993). Получаемая лигатура имеет концентрацию титана 4-5 мас.%.A known method of producing aluminum-titanium alloys by introducing titanium into an aluminum-titanium melt with an initial titanium concentration of 4-5 wt.% At a melt temperature of 150-350 ° C below the liquidus temperature to bring its concentration in the melt to 7.2-13, 7 wt.%, After which the melt is diluted with aluminum to the initial titanium concentration, and when casting the ligature, a part of the melt equal to 0.33-0.54 of its total volume is left, which is used as an aluminum-titanium melt for introducing titanium (analogue - author's USSR certificate No. 1836471, C22C 1/03, 08/23/1993). The resulting ligature has a titanium concentration of 4-5 wt.%.

Недостатком данного способа является высокая себестоимость лигатуры вследствие использования дорогих чистых компонентов, а также его многостадийность.The disadvantage of this method is the high cost of the ligature due to the use of expensive pure components, as well as its multi-stage.

Известен способ получения лигатуры алюминий - титан алюмотермическим восстановлением оксида титана в присутствии бифторида щелочного металла (натрия или калия) и хлорида щелочного металла, в частности хлорида калия в качестве флюса при соотношении бифторида щелочного металла к оксиду титана от 4:1 до 2:1 (аналог-патент США №2955935, МПК C22C 21/00, 11.10.1960).A known method of producing aluminum-titanium alloys by aluminothermic reduction of titanium oxide in the presence of alkali metal bifluoride (sodium or potassium) and alkali metal chloride, in particular potassium chloride as a flux at a ratio of alkali metal bifluoride to titanium oxide from 4: 1 to 2: 1 ( US patent analogue No. 2955935, IPC C22C 21/00, 10/11/1960).

К недостаткам описанного способа можно отнести получение лигатуры с крупными до 300 мкм интерметаллидами, а также высокий процент безвозвратных потерь титана.The disadvantages of the described method include the receipt of ligatures with large up to 300 microns intermetallic compounds, as well as a high percentage of irretrievable losses of titanium.

Известные традиционные методы для получения алюминидов титана (печная металлургия) имеет ряд трудностей, вызванных высокой химической активностью исходных компонентов при повышенных температурах, разностью температур плавления, испарения и плотности исходных компонентов. Существующая технология их производства очень сложна и многостадийна (Kim Y.-W., Froes F. Physical Metallurgy of Titanium Aluminides. Warrendale. PA., 1990, p.451-465).Known traditional methods for producing titanium aluminides (furnace metallurgy) have a number of difficulties caused by the high chemical activity of the starting components at elevated temperatures, the difference in the melting, evaporation and density of the starting components. The existing technology for their production is very complex and multi-stage (Kim Y.-W., Froes F. Physical Metallurgy of Titanium Aluminides. Warrendale. PA., 1990, p.451-465).

Поэтому разработка новых, недорогостоящих технологий получения алюминидов Ti является актуальной задачей.Therefore, the development of new, low-cost technologies for the production of Ti aluminides is an urgent task.

Одним из наиболее прогрессивных методов для синтеза интерметаллидов Al3Ti, на данный момент, является самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС), что обусловлено простотой технологического оборудования, экономичностью процесса, приемлемым временем получения продукции.One of the most advanced methods for the synthesis of Al 3 Ti intermetallic compounds, at the moment, is self-propagating high-temperature synthesis (SHS), which is due to the simplicity of the processing equipment, the efficiency of the process, and the acceptable time to obtain products.

Как известно (см. Мержанов А.Г. Процессы горения в химической технологии и металлургии. Черноголовка, 1975), синтез материалов СВС-методом относится к процессам твердофазного горения, и его можно проводить в двух отличных друг от друга технологических режимах: в режиме послойного горения экзотермической смеси и в режиме теплового самовоспламенения (взрыва), каждый из которых имеет ряд своих преимуществ. Однако необходимость правильного подбора оптимальной экзотермической смеси исходных реагентов - актуальная задача для обоих методов. Исходя из вышеперечисленного, важным вопросом становится структурообразование в бинарной системе Al-Ti.As is known (see Merzhanov A.G. Combustion processes in chemical technology and metallurgy. Chernogolovka, 1975), the synthesis of materials by the SHS method refers to solid-phase combustion processes, and it can be carried out in two different technological regimes: in the layered mode burning an exothermic mixture and in the mode of thermal self-ignition (explosion), each of which has a number of advantages. However, the need for the correct selection of the optimal exothermic mixture of the starting reagents is an urgent task for both methods. Based on the foregoing, structure formation in the Al-Ti binary system becomes an important issue.

Известен способ получения лигатур для производства алюминиевых сплавов, включающий плавление алюминия, введение в расплав переходного металла, например титана, смешанного в стехиометрическом соотношении с алюминием для образования интерметаллидов в результате самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, перемешивание и кристаллизацию, причем смесь порошков металлов предварительно брикетируют (прототип - а.с. СССР №1759930 от 15.08.90, МПК C22C 1/03, C22C 1/04).A known method of producing alloys for the production of aluminum alloys, including melting aluminum, introducing into the melt a transition metal, for example titanium, mixed in stoichiometric ratio with aluminum to form intermetallic compounds as a result of self-propagating high-temperature synthesis, mixing and crystallization, and the mixture of metal powders is pre-briquetted (prototype - AS USSR No. 1759930 dated 08/15/90, IPC C22C 1/03, C22C 1/04).

Недостатком известного способа является высокая стоимость порошковых компонентов и большие размеры интерметаллидов Al3Ti.The disadvantage of this method is the high cost of the powder components and the large sizes of intermetallic Al 3 Ti.

Задачей изобретения является получение однородного расплава Al3Ti с размерами интерметаллидов до 1-2 мкм, снижение безвозвратных потерь титана.The objective of the invention is to obtain a homogeneous melt Al 3 Ti with sizes of intermetallic compounds up to 1-2 microns, reducing irreversible losses of titanium.

Техническим результатом изобретения является повышение качества получаемых сплавов на основе алюминия при снижении количества и цены лигатуры.The technical result of the invention is to improve the quality of the obtained alloys based on aluminum while reducing the quantity and price of the alloy.

Технический результат достигается тем, что в способе получения лигатуры Al3Ti для производства модифицированных алюминиевых сплавов, включающем плавление алюминия, введение в расплав алюминия переходного металла в виде порошка, например титана, смешанного в стехиометрическом соотношении с порошком алюминия для образования интерметаллидов Al3Ti в результате самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, перемешивание и кристаллизацию, согласно изобретению в качестве флюса на зеркале расплава предварительно размещают криолит технический искусственный, смесь порошков Al и Ti подвергают предварительной механоактивации, в расплав одновременно со механоактивированной смесью порошков титана и алюминия вводят прессованную титановую стружку и выдерживают расплав в течение не менее 30 минут с периодическим перемешиванием.The technical result is achieved by the fact that in the method for producing Al 3 Ti alloys for the production of modified aluminum alloys, including melting aluminum, introducing a transition metal in the form of a powder, for example titanium, mixed in stoichiometric ratio with aluminum powder to form Al 3 Ti intermetallics in the aluminum melt as a result of self-propagating high-temperature synthesis, mixing and crystallization according to the invention, cryolite is preliminarily placed as a flux on the melt mirror technical artificial, a mixture of Al and Ti powders is subjected to preliminary mechanical activation, pressed molten titanium shavings are introduced into the melt simultaneously with a mechanically activated mixture of titanium and aluminum powders and the melt is held for at least 30 minutes with periodic stirring.

Соотношение порошка и стружки выбирают в пропорции 1/3:2/3.The ratio of powder and shavings is selected in a ratio of 1/3: 2/3.

Технический результат от использования всех существенных признаков заявляемого изобретения заключается в повышении качества лигатуры, улучшении ее структуры и равномерности распределения титана в объеме лигатуры. Кроме того, исключаются шлаковые включения и ликвационные зоны, обедненные интерметаллидами Al3Ti.The technical result from the use of all the essential features of the claimed invention is to improve the quality of the ligature, improve its structure and uniform distribution of titanium in the volume of the ligature. In addition, slag inclusions and segregation zones depleted in Al 3 Ti intermetallic compounds are excluded.

За счет предварительной подготовки порошковой смеси улучшается течение СВС процесса, что позволяет обеспечить активное взаимодействие алюминия с прессованной титановой стружкой, вводимой в расплав алюминия одновременно с порошком, обеспечивающим протекание СВС процесса, улучшая таким образом структуру и качество лигатуры.Due to the preliminary preparation of the powder mixture, the SHS process improves, which allows for the active interaction of aluminum with pressed titanium chips introduced into the aluminum melt simultaneously with the powder, which ensures the SHS process, thereby improving the structure and quality of the ligature.

Введение в расплав одновременно с механоактивированной смесью порошков титана и алюминия прессованной титановой стружки и выдерживание расплава в течение не менее 30 минут с периодическим перемешиванием позволяет повысить качество лигатуры, улучшить ее структуру и обеспечить равномерность распределения титана в объеме лигатуры. Кроме того, добавление прессованной стружки позволяет исключить шлаковые включения и ликвационные зоны, обедненные интерметаллидами Al3Ti. Присутствие брикетов титановой стружки и ее расплавление на зеркале расплава алюминия поглощает большое количество тепла, не давая возможности подняться температуре СВС-реакции взаимодействия порошков титана и алюминия выше критической температуры, начиная с которой образуется нежелательная фаза AlTi.The introduction into the melt simultaneously with a mechanically activated mixture of titanium and aluminum powders of pressed titanium shavings and keeping the melt for at least 30 minutes with periodic stirring can improve the quality of the ligature, improve its structure and ensure uniform distribution of titanium in the volume of the ligature. In addition, the addition of pressed chips allows eliminating slag inclusions and segregation zones depleted in Al 3 Ti intermetallic compounds. The presence of titanium briquette briquettes and its melting on the aluminum molten mirror absorbs a large amount of heat, preventing the temperature of the SHS reaction between titanium and aluminum powders from rising above the critical temperature, from which an undesired AlTi phase is formed.

Использование лигатуры, полученной посредством заявляемого способа, при изготовлении алюминиевых сплавов обеспечивает более высокое качество сплавов (например, уменьшаются зерна сплава АК12М2).The use of ligatures obtained by the proposed method in the manufacture of aluminum alloys provides higher quality alloys (for example, reduced grain size AK12M2 alloy).

Химический состав и дисперсность порошка титана должны соответствовать техническим условиям на титановый порошок пористый ТПП-7, ТУ 1715-449-05785388.The chemical composition and dispersion of titanium powder must comply with the technical specifications for porous titanium powder TPP-7, TU 1715-449-05785388.

Химический состав и дисперсность порошка алюминия должны соответствовать требованиям ГОСТ 6058-73 на порошок алюминия ПА-4.The chemical composition and dispersion of aluminum powder must comply with the requirements of GOST 6058-73 for PA-4 aluminum powder.

Описание способа сопровождается принципиальной схемой устройства для осуществления заявляемого способа.The description of the method is accompanied by a schematic diagram of a device for implementing the inventive method.

В качестве приложений предоставлены фотографии микроструктуры образцов лигатур, полученных различными способами.As applications, photographs of the microstructure of ligature samples obtained in various ways are provided.

Фото 1 - микроструктура среза сплава АК12М2, модифицированного лигатурой, полученной заявляемым способом.Photo 1 - the microstructure of the slice of the alloy AK12M2, modified by the ligature obtained by the claimed method.

Фото 2 - микроструктура лигатуры, полученной заявляемым способом, взятой в отдельных точках образца.Photo 2 - the microstructure of the ligature obtained by the claimed method, taken at individual points of the sample.

Фото 3 - микроструктура лигатуры, полученной заявляемым способом, увеличение ×100.Photo 3 - the microstructure of the ligature obtained by the claimed method, magnification × 100.

Фото 4 - микроструктура лигатуры, полученной заявляемым способом, увеличение ×200.Photo 4 - the microstructure of the ligature obtained by the claimed method, magnification × 200.

Фото 5 - микроструктура среза сплава АК12М2, модифицированного лигатурой, полученной печным способом.Photo 5 - microstructure of a slice of AK12M2 alloy modified by a ligature obtained by a furnace method.

Фото 6 - микроструктура лигатуры, полученной печным способом, увеличение ×100.Photo 6 - microstructure of the ligature obtained by the furnace method, magnification × 100.

Фото 7 - микроструктура лигатуры, полученной печным способом, увеличение ×200.Photo 7 - microstructure of the ligature obtained by the furnace method, magnification × 200.

Фото 8 - микроструктура среза сплава АК12М2, модифицированного лигатурой, полученной классическим СВС способом.Photo 8 - microstructure of a slice of AK12M2 alloy modified by a ligature obtained by the classical SHS method.

Фото 9 - микроструктура лигатуры, полученной классическим СВС способом, увеличение ×100.Photo 9 - the microstructure of the ligature obtained by the classical SHS method, magnification × 100.

Фото 10 - микроструктура лигатуры, полученной классическим СВС способом, увеличение ×200.Photo 10 - microstructure of the ligature obtained by the classical SHS method, magnification × 200.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.The proposed method is as follows.

Готовят экзотермическую смесь порошков алюминия и титана 1 (см. чертеж) в пропорции 3Al:Ti, затем подвергают ее механоактивации в шаровой мельнице. Равномерное перемешивание в шаровой мельнице производится для повышения соприкосновения частиц, сочетаются режим перекатывания и скольжения. Смешивание механоактивированного порошка производится в течение 2 часов. При этом частицы титанового порошка, обладающие более высокой удельной поверхностью, окружаются более мелкими частицами порошка алюминия. Одновременно подготавливают брикеты прессованной титановой стружки 2. Химический состав титановой стружки приведен в Таблице 1. Титановая стружка является отходом производства предприятия, которые обычно утилизируют.An exothermic mixture of powders of aluminum and titanium 1 (see drawing) is prepared in a proportion of 3Al: Ti, then it is subjected to mechanical activation in a ball mill. Uniform mixing in a ball mill is carried out to increase the contact of particles, the rolling and sliding modes are combined. Mixing mechanically activated powder is performed within 2 hours. In this case, particles of a titanium powder having a higher specific surface are surrounded by smaller particles of aluminum powder. At the same time, briquettes of pressed titanium chips are prepared 2. The chemical composition of titanium chips is shown in Table 1. Titanium chips are waste products from the enterprise, which are usually disposed of.

Смесь порошков и брикеты из прессованной титановой стружки вводят в расплав алюминия, находящийся в графитовом тигле 3. На поверхности расплава алюминия в тигле 3 находится криолит технический искусственный 4 (Na3AlF6) в количестве 0,1% от массы плавки. Наличие на поверхности расплава алюминия, разогретого до 900°C, флюса из криолита технического искусственного повышает активность СВС-реакции за счет удаления оксидов Al2O3 и TiO2. Для более полного прохождения СВС-реакции стехиометрическая смесь порошкообразных реагентов (Ti+3Al) может помещаться между двумя брикетами прессованной титановой стружки. Соотношение количества стехеметрической смеси порошков и брикета из титановой стружки выбирают предпочтительно в пропорции 1/3 порошка:2/3 титановой стружки. Воспламенение, горение смеси и образование интерметаллидов Al3Ti в результате самораспространяющегося высокотемпературного синтеза происходит внутри расплава алюминия. На схеме стрелками 5 показано направление распространения СВС-реакции. Стехиометрическая пропорция порошков наиболее реакционная, по ней быстрее распространяется волна СВС, при этом выделяется большое количество энергии, достаточное для расплавления брикетированной титановой стружки.A mixture of powders and briquettes from pressed titanium shavings is introduced into the aluminum melt located in the graphite crucible 3. On the surface of the aluminum melt in the crucible 3 there is technical artificial cryolite 4 (Na 3 AlF 6 ) in an amount of 0.1% by weight of the smelting. The presence on the surface of the molten aluminum heated to 900 ° C, flux from technical artificial cryolite increases the activity of the SHS reaction due to the removal of oxides Al 2 O 3 and TiO 2 . For a more complete passage of the SHS reaction, a stoichiometric mixture of powdered reagents (Ti + 3Al) can be placed between two briquettes of pressed titanium chips. The ratio of the amount of the stohemetric mixture of powders and the briquette of titanium chips is preferably selected in the ratio of 1/3 of the powder: 2/3 of the titanium chips. Ignition, combustion of the mixture and the formation of Al 3 Ti intermetallic compounds as a result of self-propagating high-temperature synthesis occurs inside the aluminum melt. In the diagram, arrows 5 show the direction of propagation of the SHS reaction. The stoichiometric proportion of the powders is the most reactionary, the SHS wave propagates faster along it, and a large amount of energy is released that is sufficient to melt the briquetted titanium shavings.

При расплавлении прессованной титановой стружки при прохождении СВС-синтеза, на поверхности расплава алюминия, под слоем флюса криолита синтезируется тугоплавкая фаза Al3Ti (позиция 6 на схеме). В этот момент происходит увеличение температуры расплава на 50-60°С, т.к. реагенты алюминия и титана реагируют между собой на зеркале алюминиевого расплава, разогретого до температуры 900°С. Момент окончания синтеза определяют по прекращению газовыделения на поверхности расплава. Далее целевая фаза Al3Ti при активном перемешивании расплава в течение 30 минут диффундирует в расплав алюминия (стрелки, позиция 7).During melting of pressed titanium shavings during SHS synthesis, on the surface of the aluminum melt, under the layer of cryolite flux, the refractory Al 3 Ti phase is synthesized (position 6 in the diagram). At this moment, the melt temperature increases by 50-60 ° C, because reagents of aluminum and titanium react with each other on a mirror of aluminum melt, heated to a temperature of 900 ° C. The end of synthesis is determined by the cessation of gas evolution on the surface of the melt. Then, the target Al 3 Ti phase, with active stirring of the melt, diffuses into the aluminum melt for 30 minutes (arrows, position 7).

В результате диффузии тугоплавкая фаза Al3Ti с поверхности расплава равномерно распределяется в лигатурном расплаве.As a result of diffusion, the refractory Al 3 Ti phase from the surface of the melt is evenly distributed in the ligature melt.

Разлив расплава лигатуры осуществляется мерной ложкой, в один прием. Масса отливки 2,5-3 кг. Литье в кокиль. Заливка осуществляется вручную в отдельную изложницу.The spill of the ligature melt is carried out with a measuring spoon, in one step. The casting mass is 2.5-3 kg. Chill casting. The filling is carried out manually in a separate mold.

Прототипом предлагаемого совмещенного СВС и печного синтеза являются классический СВС синтез и метод непосредственного сплавления алюминия с титаном (печной). При получении лигатуры AlTi-3 непосредственным сплавлением (печной синтез) образуются интерметаллиды Al3Ti размером 16-18 мкм крупноигольчатой формы (см. фото 1). При проведении классического СВС синтеза (Ti+3Al)+Q образуются интерметаллиды Al3Ti с размером 16-18 мкм глобулярно-блочной морфологии (см. фото 2).The prototype of the proposed combined SHS and furnace synthesis is the classic SHS synthesis and the method of direct fusion of aluminum with titanium (furnace). Upon receipt of the AlTi-3 ligature by direct fusion (furnace synthesis), Al 3 Ti intermetallics with a size of 16-18 μm are formed of a large-needle shape (see photo 1). During the classical SHS synthesis of (Ti + 3Al) + Q, Al 3 Ti intermetallics with a size of 16–18 μm of globular-block morphology are formed (see photo 2).

Тугоплавкие интерметаллиды Al3Ti лигатуры, полученной заявляемым совмещенным способом (СВС и литейных технологий), имеют глобулярно-блочную морфологию размером 1-2 мкм (см. фото 2, 3, 4) при соблюдении следующих условий:Refractory intermetallic Al 3 Ti ligatures obtained by the claimed combined method (SHS and foundry technology) have a globular-block morphology of 1-2 microns in size (see photo 2, 3, 4) under the following conditions:

- механоактивации порошковой смеси;- mechanical activation of the powder mixture;

- введении одновременно с порошковой смесью брикета из титановой стружки;- the introduction simultaneously with the powder mixture of a briquette of titanium chips;

- соблюдении пропорции смешивания 1/3 (Ti+3Al) порошок + 2/3 Ti стружка.- observing the mixing ratio of 1/3 (Ti + 3Al) powder + 2/3 Ti shavings.

Применение лигатуры, полученной заявляемым совмещенным способом при модифицировании сплава АК12М2, позволяет сформировать в сплаве более дисперсную эвтектику (Al)+(Si) и увеличить ее долю в микроструктуре сплава (см. фото 1).The use of the ligature obtained by the inventive combined method when modifying the AK12M2 alloy allows one to form a more dispersed eutectic (Al) + (Si) in the alloy and increase its share in the microstructure of the alloy (see photo 1).

Химический состав лигатуры AlTi-3, полученный тремя способами, одинаков, соответствует ГОСТ ТТМ 4.79.1058-2006 и приведен в Таблице 2.The chemical composition of AlTi-3 ligature, obtained in three ways, is the same, corresponds to GOST TTM 4.79.1058-2006 and is shown in Table 2.

Механические свойства сплава АК12М2 в зависимости от вида примененной модифицирующей лигатуры АГП-3 приведены в Таблице 3.The mechanical properties of the AK12M2 alloy, depending on the type of AGP-3 modifying alloy used, are shown in Table 3.

У лигатуры, полученной заявляемым способом, благоприятный макро и микро-состав, хорошая адгезия между алюминиевой матрицей и упрочняющей фазой Al3Ti, равномерное распределение структурных составляющих в структуре сплава АК12М2.The ligature obtained by the claimed method has favorable macro and micro composition, good adhesion between the aluminum matrix and the hardening phase Al 3 Ti, uniform distribution of structural components in the structure of the AK12M2 alloy.

У лигатуры AlTi-3, выплавленной заявляемым способом, получен структурно-однородный излом серебристого цвета, отсутствуют: неметаллические шлаковые включения, примеси, газовая пористость, ликвационные зоны, участки обедненные интерметаллидами. Синтез упрочняющей фазы осуществляется непосредственно в алюминиевой матрице, титаниды Al3Ti глобулярно-блочной морфологии равномерно растворяются в объеме расплава алюминия.The AlTi-3 ligature, smelted by the claimed method, obtained a structurally homogeneous kink of silver color, absent: non-metallic slag inclusions, impurities, gas porosity, segregation zones, areas depleted of intermetallic compounds. The hardening phase is synthesized directly in the aluminum matrix, Al 3 Ti titanides of globular-block morphology are uniformly dissolved in the volume of the aluminum melt.

Таким образом, предлагаемый способ получения лигатуры AlTi-3 с размерами интерметаллидов Al3Ti до 1-2 мкм, позволяет снизить себестоимость получения лигатуры за счет использования отходов собственного производства - титановой стружки, а также повысить модифицирующую способность лигатуры, что выражается в изменении основных структурных составляющих и улучшении механических свойств сплава АК12М2.Thus, the proposed method for producing AlTi-3 ligatures with Al 3 Ti intermetallic sizes up to 1-2 μm, allows to reduce the cost of producing ligatures by using waste from our own production - titanium chips, and also to increase the modifying ability of the ligature, which is reflected in a change in the main structural components and improving the mechanical properties of the AK12M2 alloy.

Использование при получении лигатуры AlTi-3 стехиометрической смеси механоактивированных порошков (Ti+3Al) и прессованной титановой стружки в соотношении 1/3(Ti+3Al) порошок : 2/3 Ti стружки, наряду с утилизацией металлоотходов титановой стружки обеспечивает исключение перегрева в зоне экзотермической реакции и является основным фактором, обеспечивающим получение дисперсных и армирующих фаз Al3Ti глобулярно-блочной морфологии с размером частиц 1-2 мкм.The use of a stoichiometric mixture of mechanically activated powders (Ti + 3Al) and pressed titanium chips in the ratio 1/3 (Ti + 3Al) powder when receiving AlTi-3 ligatures: 2/3 Ti chips, along with the disposal of titanium metal waste, eliminates overheating in the exothermic zone reaction and is the main factor ensuring the production of dispersed and reinforcing phases of Al 3 Ti globular-block morphology with a particle size of 1-2 microns.

При реализации заявляемого способа может быть использовано известное технологическое оборудование.When implementing the proposed method can be used known technological equipment.

Таблица 1Table 1 Химический состав в % титановой стружкиChemical composition in% titanium shavings SnSn CdCd AgAg RuRu MoMo NbNb PbPb WW ZnZn CuCu NiNi FeFe MnMn CrCr VV TiTi AlAl SiSi MgMg до 0.002up to 0.002 до 0.002up to 0.002 до 0.008up to 0.008 до 0.001up to 0.001 до 0.004up to 0.004 до 0.007up to 0.007 0.0030.003 0,0050.005 до 0.04until 0.04 до 0.01up to 0.01 до 0.003up to 0.003 до 1.14up to 1.14 до 0.02until 0.02 до 0.01up to 0.01 до 0.09until 0.09 до 97.88up to 97.88 до 1.26up to 1.26 0.0020.002 0.0020.002

Таблица 2table 2 AlAl TiTi FeFe SiSi ПримесиImpurities Осн.DOS 3,13,1 0,150.15 0,10.1 0,30.3

Таблица 3Table 3 Способ получения и состав лигатурыThe method of preparation and composition of the ligature Механические свойства и параметры дендридов α-Al сплава АК12М2Mechanical properties and parameters of α-Al dendrides of AK12M2 alloy Предел прочности σв [МПа]Strength σ in [MPa] Относительное удлинение δ [%]Elongation δ [%] Средний размер дендридов (α-Al), мкмThe average size of dendrides (α-Al), microns Печной синтез (непосредственное сплавление Al и Ti)Furnace synthesis (direct fusion of Al and Ti) 150150 2,22.2 24,824.8 Классический СВС Ti+3Al+QClassic SHS Ti + 3Al + Q 162162 2,52,5 21,521.5 Заявляемый способ - совмещенный СВС и печной синтез 1/3 (Ti+3Al) порошок + 2/3 Ti стружка + OThe inventive method is a combined SHS and furnace synthesis 1/3 (Ti + 3Al) powder + 2/3 Ti shavings + O 186186 2,92.9 19,119.1

Claims (2)

1. Способ получения лигатуры для производства алюминиевых сплавов, включающий плавление алюминия, введение в расплав алюминия переходного металла в виде порошка титана, смешанного в стехиометрическом соотношении с порошком алюминия для образования интерметаллидов в результате самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, перемешивание полученного расплава и его кристаллизацию, отличающийся тем, что предварительно на зеркале расплава алюминия размещают в качестве флюса криолит, смесь порошков алюминия и титана подвергают предварительной механоактивации, в расплав одновременно с механоактивированной смесью порошков титана и алюминия вводят прессованную титановую стружку и выдерживают расплав в течение не менее 30 минут с периодическим перемешиванием.1. A method of obtaining a ligature for the production of aluminum alloys, comprising melting aluminum, introducing a transition metal in the form of a titanium powder mixed in stoichiometric ratio with aluminum powder to form intermetallic compounds as a result of self-propagating high-temperature synthesis, mixing the obtained melt and its crystallization, characterized in that previously cryolite is placed as a flux on the aluminum melt mirror, a mixture of aluminum and titanium powders subjected After preliminary mechanical activation, in the melt, simultaneously with a mechanically activated mixture of titanium and aluminum powders, extruded titanium shavings are introduced and the melt is held for at least 30 minutes with periodic stirring. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что соотношение смеси порошков титана и алюминия и титановой стружки выбирают в пропорции 1/3:2/3, соответственно. 2. The method according to claim 1, characterized in that the ratio of the mixture of powders of titanium and aluminum and titanium shavings is selected in a ratio of 1/3: 2/3, respectively.
RU2013150654/02A 2013-11-13 2013-11-13 Method of alloys manufacturing for aluminium alloys production RU2542191C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013150654/02A RU2542191C1 (en) 2013-11-13 2013-11-13 Method of alloys manufacturing for aluminium alloys production

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013150654/02A RU2542191C1 (en) 2013-11-13 2013-11-13 Method of alloys manufacturing for aluminium alloys production

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2542191C1 true RU2542191C1 (en) 2015-02-20

Family

ID=53288942

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013150654/02A RU2542191C1 (en) 2013-11-13 2013-11-13 Method of alloys manufacturing for aluminium alloys production

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2542191C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2636212C1 (en) * 2016-05-30 2017-11-21 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" Method of producing titanium master alloy for aluminium alloys
RU2637545C1 (en) * 2016-11-09 2017-12-05 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" METHOD FOR PRODUCING Al-Ti MODIFYING ALLOY
RU2695397C1 (en) * 2019-02-04 2019-07-23 Публичное Акционерное Общество "Корпорация Всмпо-Ависма" Method of producing titanium briquettes with flux

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2955935A (en) * 1956-11-21 1960-10-11 Nat Lead Co Manufacture of aluminum titanium alloys
SU1759930A1 (en) * 1990-08-15 1992-09-07 Самарский Политехнический Институт Им.В.В.Куйбышева Method of preparing additives for aluminum alloy production

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2955935A (en) * 1956-11-21 1960-10-11 Nat Lead Co Manufacture of aluminum titanium alloys
SU1759930A1 (en) * 1990-08-15 1992-09-07 Самарский Политехнический Институт Им.В.В.Куйбышева Method of preparing additives for aluminum alloy production

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2636212C1 (en) * 2016-05-30 2017-11-21 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" Method of producing titanium master alloy for aluminium alloys
RU2637545C1 (en) * 2016-11-09 2017-12-05 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" METHOD FOR PRODUCING Al-Ti MODIFYING ALLOY
RU2695397C1 (en) * 2019-02-04 2019-07-23 Публичное Акционерное Общество "Корпорация Всмпо-Ависма" Method of producing titanium briquettes with flux

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2011035652A1 (en) High-strength heat-proof aluminum alloy material containing lithium and rare earth and producing method thereof
CN102424923B (en) Al-Ti-B-rare earth(RE) grain refiner and preparation method thereof
WO2011023059A1 (en) Multi-element heat-resistant aluminum alloy material with high strength and preparation method thereof
CN109182800B (en) Grain refiner and preparation method and application thereof
WO2011023060A1 (en) High-strength heat-proof aluminum alloy material and producing method thereof
CN108385006A (en) High-strength anti-flaming diecast magnesium alloy and preparation method thereof
WO2011035654A1 (en) High-strength heat-proof aluminum alloy material containing beryllium and rare earth and producing method thereof
RU2542191C1 (en) Method of alloys manufacturing for aluminium alloys production
CN102021428B (en) Sc-RE aluminium alloy material with high strength and heat resistance and preparation method thereof
WO2023125262A1 (en) Modified aluminum alloy and preparation method therefor
Liu et al. The influence of carbon content on Al–Ti–C master alloy prepared by the self-propagating high-temperature synthesis in melt method and its refining effect on AZ31 alloy
WO2011035650A1 (en) Nickel-rare earth co-doped high-strength heat-proof aluminum alloy material and producing method thereof
WO2011035653A1 (en) High-strength heat-proof aluminum alloy material containing cobalt and rare earth and producing method thereof
Lu et al. Optimizing the tensile properties of Al–11Si–0.3 Mg alloys: Role of Cu addition
CN101805848B (en) Be-Co-RE high-strength heat resistant aluminum alloy material modified with C and preparation method thereof
CN108994479A (en) A kind of welding material of anti-corrosion and high strength and preparation method thereof
Qin et al. Microstructure and mechanical properties of friction stir welds on unmodified and P-modified Al-Mg2Si-Si alloys
CN104988371B (en) Magnesium-rare earth suitable for sand casting and preparation method thereof
Xie et al. Precipation of TiAl3 in remelting Al-5Ti-1B and the grain refinement of 7050 alloy
RU2567779C1 (en) Method of producing of modified aluminium alloys
RU2525967C2 (en) Modification of cast alloys
CN110804704A (en) Preparation method of Al-Ti-B-Sr intermediate alloy and Al-Ti-B-Sr intermediate alloy
WO2011032433A1 (en) High-strength heat-proof aluminum alloy material containing tungsten and rare earth and producing method thereof
RU2697683C1 (en) Method for production of ingots from aluminum-matrix composite alloy
CN105624480A (en) Cast heat-resisting aluminum alloy and preparation process thereof

Legal Events

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

Effective date: 20161114