RU2808313C1 - Flux for modifying aluminum alloys - Google Patents

Flux for modifying aluminum alloys Download PDF

Info

Publication number
RU2808313C1
RU2808313C1 RU2023117687A RU2023117687A RU2808313C1 RU 2808313 C1 RU2808313 C1 RU 2808313C1 RU 2023117687 A RU2023117687 A RU 2023117687A RU 2023117687 A RU2023117687 A RU 2023117687A RU 2808313 C1 RU2808313 C1 RU 2808313C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
flux
potassium
melt
grain
aluminum
Prior art date
Application number
RU2023117687A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Христьянович Манн
Роман Олегович Вахромов
Дмитрий Константинович Рябов
Дмитрий Олегович Моисеев
Сергей Владимирович Матвеев
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Институт легких материалов и технологий"
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Институт легких материалов и технологий" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Институт легких материалов и технологий"
Application granted granted Critical
Publication of RU2808313C1 publication Critical patent/RU2808313C1/en

Links

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: fluxes for melting cast aluminum-based alloys, used to modify the grain of aluminum alloys when producing shaped castings using various casting methods, including low-pressure casting. The flux contains, wt.%: potassium hexafluorotitanate 15-25, potassium tetrafluoroborate 7-15, potassium chloride and inevitable impurities - the rest.
EFFECT: providing possibility to grind the grain to a size of no more than 500 microns at a flux consumption of no more than 1 kg per ton of melt.
1 cl, 1 dwg, 4 tbl, 2 ex

Description

Область техники, к которой относится изобретениеField of technology to which the invention relates

Изобретение относится к области металлургии, а именно к флюсам для плавки литейных сплавов на основе алюминия, и может быть использовано для модифицирования зерна алюминиевых сплавов при получении фасонных отливок различными способами литья, в том числе для способа литья под низким давлением.The invention relates to the field of metallurgy, namely to fluxes for melting cast aluminum-based alloys, and can be used to modify the grain of aluminum alloys when producing shaped castings using various casting methods, including low-pressure casting.

Уровень техникиState of the art

При изготовлении алюминиевых отливок для измельчения зерна широко применяются различные модификаторы. Наиболее широкое применение нашла лигатура Al-5%Ti-1%B, которая по своей структуре представляет алюминиевую матрицу с распределенными в ней включениями боридов титана. При вводе данной лигатуры в алюминиевый расплав она растворяется и высвобождает бориды, которые служат зародышами для формирования зерен при кристаллизации алюминиевых сплавов в литейной форме. При этом чем дисперснее бориды в лигатуре, тем больше их количество и сильнее модифицирующий эффект. В связи с этим оптимальным вариантом считается применение лигатуры Al-5%Ti-1%B в виде катанки. Так при данном способе производства за счет высокой скорости кристаллизации при литье катанки и последующего ее обжатия формируются дисперсные бориды. Тем не менее имеется проблема, связанная с наличием сегрегаций боридов в подобной лигатуре, что ухудшает модифицирующий эффект, и в ряде случаев способно ухудшить пластичность алюминиевых сплавов в отливках. Применение модифицирующих флюсов позволяет обеспечить формирование зародышей непосредственно в самом обрабатываемом расплаве, что особенно эффективно для условий внепечной обработки расплава в ковшах на роторных дегазирующих установках. In the production of aluminum castings, various modifiers are widely used for grain refinement. The most widely used alloy is Al-5%Ti-1%B, which in its structure is an aluminum matrix with inclusions of titanium borides distributed in it. When this master alloy is introduced into an aluminum melt, it dissolves and releases borides, which serve as nuclei for the formation of grains during the crystallization of aluminum alloys in the casting mold. Moreover, the more dispersed the borides are in the alloy, the greater their quantity and the stronger the modifying effect. In this regard, the best option is the use of Al-5%Ti-1%B alloy in the form of wire rod. Thus, with this production method, dispersed borides are formed due to the high rate of crystallization during casting of wire rod and its subsequent compression. However, there is a problem associated with the presence of boride segregations in such a master alloy, which worsens the modifying effect, and in some cases can impair the ductility of aluminum alloys in castings. The use of modifying fluxes makes it possible to ensure the formation of nuclei directly in the processed melt itself, which is especially effective for conditions of out-of-furnace melt processing in ladles on rotary degassing units.

Известен материал, отраженный в изобретении «Флюс для рафинирования и модифицирования алюминиевых сплавов» (авторское свидетельство SU № 569633, С22С1/06, опубл. 25.08.1977 г.). Предложенный состав содержит, мас. %: хлористый калий 15-42, хлористый кальций 10-30, фторцирконат калия 5-15, кальций 0,5-2, гексахлорэтан – остальное. Материал может использоваться при получении алюминиевых сплавов.The material reflected in the invention “Flux for refining and modifying aluminum alloys” is known (author’s certificate SU No. 569633, C22C1/06, published on August 25, 1977). The proposed composition contains, by weight. %: potassium chloride 15-42, calcium chloride 10-30, potassium fluorozirconate 5-15, calcium 0.5-2, hexachloroethane - the rest. The material can be used in the production of aluminum alloys.

Среди недостатков предложенного материала следует отметить присутствие в составе флюса токсичного гексахлорэтана. Кроме того, необходимо отметить, присутствие в составе кальция, примесь которого ограничивается в литейных сплавах системы Al-Si, так как его наличие в сплаве ухудшает адгезию лакокрасочных покрытий.Among the disadvantages of the proposed material, the presence of toxic hexachloroethane in the flux should be noted. In addition, it should be noted that the presence of calcium in the composition, the admixture of which is limited in cast alloys of the Al-Si system, since its presence in the alloy impairs the adhesion of paint and varnish coatings.

Известен другой материал, отраженный в изобретении «Флюс для обработки литейных алюминиевых сплавов» (авторское свидетельство SU № 311975, С22С21/04, 19.08.1971 г.). Предложенный состав содержит, мас. %: хлористый кадмий 45-50, фторцирконат калия 40-45, борная кислота 5-10.Another material is known, reflected in the invention “Flux for processing cast aluminum alloys” (author’s certificate SU No. 311975, C22C21/04, 08/19/1971). The proposed composition contains, by weight. %: cadmium chloride 45-50, potassium fluorozirconate 40-45, boric acid 5-10.

Основными недостаткам данного состава является присутствие в составе флюса высокотоксичного хлористого кадмия. Так же борная кислота, входящая в состав флюса, при его взаимодействии с алюминиевым расплавом будет насыщать сплав водородом, что создает опасность формирования водородной пористости.The main disadvantage of this composition is the presence of highly toxic cadmium chloride in the flux. Also, boric acid, which is part of the flux, when it interacts with the aluminum melt, will saturate the alloy with hydrogen, which creates the danger of the formation of hydrogen porosity.

Наиболее близким к предложенному изобретению является материал, раскрытый в изобретении «Способ модифицирования алюминиево-кремниевых сплавов» (патент RU № 2623966, С22С1/06, С22С21/02, 29.06.2017 г.). Суть изобретения заключается во введении в расплав флюса, содержащего углеродсодержащий материал, титансодержащий материал и карбонат бария, отличающийся тем, что используют титансодержащий материал в виде соли фтортитаната калия, при этом на поверхность алюминиево-кремниевого расплава при температуре 760-770°С в количестве 2-3% от веса плавки равномерным слоем насыпают флюс, выдерживают 2-3 минуты, а затем замешивают в расплав на глубину 10-20 см. Предложенный состав содержит, мас. %: карбонат бария 27-35, фтортитанат калия 50-57, углеродсодержащий материал – остальное.The closest to the proposed invention is the material disclosed in the invention “Method for modifying aluminum-silicon alloys” (RU patent No. 2623966, S22S1/06, S22S21/02, 06/29/2017). The essence of the invention is the introduction into the melt of a flux containing carbon-containing material, titanium-containing material and barium carbonate, characterized in that the titanium-containing material is used in the form of a salt of potassium fluorotitanate, and on the surface of the aluminum-silicon melt at a temperature of 760-770°C in the amount of 2 -3% of the weight of the melt, pour flux in an even layer, leave for 2-3 minutes, and then mix into the melt to a depth of 10-20 cm. The proposed composition contains, by weight. %: barium carbonate 27-35, potassium fluorotitanate 50-57, carbon-containing material - the rest.

Среди недостатков предложенного материала следует отметить повышенную температуру обработки расплава, которая составляет 760-770 ℃, и крайне высокий его расход, на уровне 2-3% от массы обрабатываемого расплава.Among the disadvantages of the proposed material, it should be noted the increased melt processing temperature, which is 760-770 ℃, and its extremely high consumption, at the level of 2-3% of the mass of the processed melt.

Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the invention

Задачей изобретения является создание нового модифицирующего флюса, предназначенного для модифицирования зерна алюминиевых литейных сплавов. Основное применение – модифицирование алюминиевых сплавов для фасонного литья. The objective of the invention is to create a new modifying flux intended for modifying the grain of aluminum casting alloys. The main application is the modification of aluminum alloys for shaped castings.

Техническим результатом является обеспечение эффективного измельчения зерна в отливках из алюминиевых литейных сплавов, не более 500 мкм при расходе флюса не более 1 кг на тонну расплава.The technical result is to ensure effective grain refinement in castings made of aluminum foundry alloys, no more than 500 microns at a flux consumption of no more than 1 kg per ton of melt.

Технический результат достигается за счет того, что применяется флюс, содержащий калий гексафтортитанат, калий тетрафторборат и калия хлорид, при следующем соотношении компонентов, масс. %:The technical result is achieved due to the fact that a flux containing potassium hexafluorotitanate, potassium tetrafluoroborate and potassium chloride is used, with the following ratio of components, mass. %:

калий гексафтортитанатpotassium hexafluorotitanate 15 – 2515 – 25 калий тетрафторборатpotassium tetrafluoroborate 7 – 157 – 15 калий хлорид и неизбежные примесиpotassium chloride and inevitable impurities остальное. rest.

Краткое описание чертежейBrief description of drawings

На фиг.1 представлена типичная структура модифицированного колеса.Figure 1 shows a typical structure of a modified wheel.

Осуществление изобретения Carrying out the invention

При взаимодействии калий гексафтортитаната с расплавом алюминия происходит восстановление из него титана на поверхности раздела флюс-расплав, который реагирует с бором, в свою очередь образующимся при взаимодействии калия тетрафторбората с алюминиевым расплавом. При взаимодействии титана с бором на поверхности раздела флюс-расплав формируются дисперсные частицы диборида титана, служащие центрами кристаллизации для зерна твердого раствора алюминия. Калия хлорид снижает температуру плавления флюса, что повышает реакционную способность предложенного состава флюса.When potassium hexafluorotitanate interacts with an aluminum melt, titanium is reduced from it at the flux-melt interface, which reacts with boron, which in turn is formed during the interaction of potassium tetrafluoroborate with an aluminum melt. When titanium interacts with boron, dispersed particles of titanium diboride are formed at the flux-melt interface, serving as crystallization centers for the aluminum solid solution grain. Potassium chloride reduces the melting point of the flux, which increases the reactivity of the proposed flux composition.

Содержания (масс. %) калий гексафтортитаната (15-25), калий тетрафторбората (7-15), калия хлорид (остальное) ограничены в заявленном пределе, который обеспечивает плавление флюса при температуре, не превышающей 670 ℃ и обеспечивает измельчение зерна до размера не более 500 мкм при расходе 1 кг флюса на тонну сплава. При прочих концентрациях температура плавления флюса увеличивается, а его реакционная способность резко ухудшается, что приводит к укрупнению зерна. The contents (wt.%) of potassium hexafluorotitanate (15-25), potassium tetrafluoroborate (7-15), potassium chloride (the rest) are limited to the declared limit, which ensures melting of the flux at a temperature not exceeding 670 ℃ and ensures grain grinding to a size not more than 500 microns at a consumption of 1 kg of flux per ton of alloy. At other concentrations, the melting point of the flux increases, and its reactivity sharply deteriorates, which leads to grain enlargement.

Флюс выполнен в виде механической смеси компонентов.The flux is made in the form of a mechanical mixture of components.

Допускаются различные модификации и улучшения, не выходящие за пределы области действия изобретения, определенной формулой. Various modifications and improvements are permitted, not exceeding the scope of the invention as defined by the claims.

Пример конкретного исполненияExample of a specific implementation

ПРИМЕР 1EXAMPLE 1

Для определения модифицирующей способности флюса в индукционной печи выплавляли сплав АК12пч и обрабатывали его путем нанесения флюса на поверхность и замешивания его графитовой мешалкой, расход флюса 0,1% от массы плавки, температура расплава при обработке составляла 690-700 ℃, время обработки 10-15 минут. Кристаллизацию сплава осуществляли в металлическом кокиле для изготовления заготовки для вырезки образцов в соответствии с ГОСТ 1583 с температурой кокиля 400-450 °С. Размер зерна оценивался после травления с помощью оптического микроскопа на поперечном макрошлифе. To determine the modifying ability of the flux, the AK12pch alloy was melted in an induction furnace and processed by applying flux to the surface and mixing it with a graphite mixer, flux consumption was 0.1% of the melt weight, the melt temperature during processing was 690-700 ℃, processing time 10-15 minutes. Crystallization of the alloy was carried out in a metal die to produce a blank for cutting samples in accordance with GOST 1583 with a die temperature of 400-450 °C. The grain size was assessed after etching using an optical microscope on a transverse macrosection.

Для подтверждения заявленного состава в лабораторных условиях были приготовлены составы флюсов, приведённые в таблице 1. Температуры плавления флюсов приведены в таблице 2, размеры зерна приведены в таблице 3.To confirm the declared composition, the flux compositions given in Table 1 were prepared in laboratory conditions. The melting temperatures of the fluxes are given in Table 2, the grain sizes are given in Table 3.

Таблица 1 – Состав флюсов, %масс.Table 1 - Composition of fluxes, %wt.

No. Калий гексафтортитанатPotassium hexafluorotitanate Калий тетрафторборатPotassium tetrafluoroborate Калий хлорид Potassium chloride ПрототипPrototype 50-5750-57 27-35 BaCO3 27-35 BaCO 3 Углерод-остальноеCarbon-rest 10,010.0 5,05.0 ОстальноеRest 15,015.0 7,07.0 ОстальноеRest 20,020.0 10,010.0 ОстальноеRest 25,025.0 15,015.0 ОстальноеRest 30,030.0 18,018.0 ОстальноеRest

Таблица 2 – Температура плавления флюса Table 2 – Melting temperature of flux

No. Tпл, ℃ Tpl , ℃ ПрототипPrototype 750-770750-770 718718 670670 660660 657657 711711

Таблица 3 – Размер зернаTable 3 - Grain size

No. Размер зерна, мкмGrain size, microns ПрототипPrototype 17611761 Без обработкиNo processing 37513751 930930 500500 452452 391391 11421142

Из анализа результатов, представленных в таблицах 2 и 3 видно, что составы 2-4 согласно заявленного диапазона обеспечивают требуемую эффективность модифицирования с измельчением зерна до размера не более 500 мкм, благодаря присутствия титансодержащей добавки в виде калий гексафтортитаната, борсодержащей добавки в виде калий тетрафторбората и калия хлорида в необходимом количестве со снижением температуры плавления флюса, что обеспечивает его высокую реакционную способность.From the analysis of the results presented in tables 2 and 3, it is clear that compositions 2-4, according to the stated range, provide the required modification efficiency with grain refinement to a size of no more than 500 microns, due to the presence of a titanium-containing additive in the form of potassium hexafluorotitanate, a boron-containing additive in the form of potassium tetrafluoroborate and potassium chloride in the required amount with a decrease in the melting point of the flux, which ensures its high reactivity.

ПРИМЕР 2EXAMPLE 2

Для подтверждения пригодности флюса для сплавов, используемых при литье под низким давлением, были отлиты автомобильные колеса из сплава AlSi11 с обработкой прутковой лигатурой Al-5%Ti-1%B с расходом 1,7 кг на тонну расплава и с обработкой предлагаемым флюсом (состав 3) с расходом 0,8 кг на тонну. Полученные размеры зерна приведены в таблице 4. To confirm the suitability of the flux for alloys used in low-pressure casting, automobile wheels were cast from the AlSi11 alloy, treated with an Al-5%Ti-1%B rod alloy with a consumption of 1.7 kg per ton of melt and treated with the proposed flux (composition 3) with a consumption of 0.8 kg per ton. The resulting grain sizes are shown in Table 4.

Таблица 4 – Размер зернаTable 4 - Grain size

Способ модифицированияModification method Размер зерна в различных зонах колеса, мкмGrain size in different zones of the wheel, microns Переход спица-ободSpoke-rim transition СпицаSpoke Переход спица-ступицаSpoke-hub transition Al-5%Ti-1%BAl-5%Ti-1%B 891891 13501350 14081408 Состав 3Composition 3 443443 412412 451451

Из анализа результатов, представленных в таблице 4 видно, что флюс имеет высокую модифицирующую способность в сравнении с прутковой лигатурой Al-5%Ti-1%B при получении отливок методом литья под низким давлением. Типичная структура модифицированного колеса приведена на фиг. 1.From the analysis of the results presented in Table 4, it is clear that the flux has a high modifying ability in comparison with the Al-5%Ti-1%B rod alloy when producing castings using low pressure casting. A typical structure of a modified wheel is shown in Fig. 1.

Claims (2)

Флюс для модифицирования алюминиевых сплавов, отличающийся тем, что он содержит калий гексафтортитанат, калий тетрафторборат, калий хлорид и неизбежные примеси при следующем соотношении компонентов, мас.%:Flux for modifying aluminum alloys, characterized in that it contains potassium hexafluorotitanate, potassium tetrafluoroborate, potassium chloride and inevitable impurities in the following ratio of components, wt.%: калий гексафтортитанат potassium hexafluorotitanate 15-2515-25 калий тетрафторборат potassium tetrafluoroborate 7-157-15 калий хлорид и неизбежные примеси potassium chloride and inevitable impurities остальноеrest
RU2023117687A 2023-07-05 Flux for modifying aluminum alloys RU2808313C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2808313C1 true RU2808313C1 (en) 2023-11-28

Family

ID=

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1127211A (en) * 1965-03-04 1968-09-18 United States Borax Chem Improvements in or relating to alloys
SU981411A1 (en) * 1981-03-02 1982-12-15 Научно-Исследовательский И Конструкторско-Технологический Институт Технологии Литейного Производства Автомобильной Промышленности Flux for processing aluminium alloys
RU2396365C1 (en) * 2009-01-26 2010-08-10 Общество с ограниченной ответственностью "Техфлюс" Procedure for refining aluminium alloys
RU2466202C1 (en) * 2011-07-28 2012-11-10 Открытое Акционерное Общество "Корпорация Всмпо-Ависма" Method for obtaining aluminium-titanium-boron alloy combination
RU2571665C1 (en) * 2014-08-25 2015-12-20 Александр Евгеньевич Миронов Cast antifriction alloy based on aluminium for monometallic journal bearings and method of its manufacturing
RU2015155170A (en) * 2015-12-23 2017-06-27 Общество с ограниченной ответственностью "АВАНГАРД-ЛИТ" Flux for the modification of aluminum-silicon alloys
US20220033934A1 (en) * 2020-08-03 2022-02-03 Citic Dicastal Co., Ltd. Method for preparation of aluminum matrix composite

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1127211A (en) * 1965-03-04 1968-09-18 United States Borax Chem Improvements in or relating to alloys
SU981411A1 (en) * 1981-03-02 1982-12-15 Научно-Исследовательский И Конструкторско-Технологический Институт Технологии Литейного Производства Автомобильной Промышленности Flux for processing aluminium alloys
RU2396365C1 (en) * 2009-01-26 2010-08-10 Общество с ограниченной ответственностью "Техфлюс" Procedure for refining aluminium alloys
RU2466202C1 (en) * 2011-07-28 2012-11-10 Открытое Акционерное Общество "Корпорация Всмпо-Ависма" Method for obtaining aluminium-titanium-boron alloy combination
RU2571665C1 (en) * 2014-08-25 2015-12-20 Александр Евгеньевич Миронов Cast antifriction alloy based on aluminium for monometallic journal bearings and method of its manufacturing
RU2015155170A (en) * 2015-12-23 2017-06-27 Общество с ограниченной ответственностью "АВАНГАРД-ЛИТ" Flux for the modification of aluminum-silicon alloys
RU2623966C2 (en) * 2015-12-23 2017-06-29 Общество с ограниченной ответственностью "АВАНГАРД-ЛИТ" Modification method of aluminium-silicon alloys
US20220033934A1 (en) * 2020-08-03 2022-02-03 Citic Dicastal Co., Ltd. Method for preparation of aluminum matrix composite

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108866404B (en) Preparation method of large-size high-strength high-toughness 7000 series aluminum alloy round ingot
CA2574962C (en) An al-si-mg-zn-cu alloy for aerospace and automotive castings
US8695684B2 (en) Method for preparing aluminum—zirconium—titanium—carbon intermediate alloy
EP2675930B1 (en) Method of refining metal alloys
CN112048629A (en) Preparation method of Al-Ti-Nb-B refiner for casting aluminum-silicon alloy
CN109182800B (en) Grain refiner and preparation method and application thereof
EP1554409B1 (en) Improved aluminum alloy-boron carbide composite material
JP7152977B2 (en) aluminum alloy
CN1651585A (en) Crystal grain partitioning agent of Mg-Al series magnesium alloy
JP2013518178A (en) Nanocomposites containing a particulate aluminum matrix and process for producing the same
RU2475334C2 (en) Method of making conditioning agent for hypoeutectic aluminium-silicon alloys
RU2808313C1 (en) Flux for modifying aluminum alloys
CN113234948A (en) Quaternary alloy grain refiner and preparation and application methods thereof
WO2019101316A1 (en) Al-si-mg-zr-sr alloy with particle-free grain refinement and improved heat conductivity
US3856583A (en) Method of increasing hardness of aluminum-silicon composite
US3895941A (en) Aluminum silicon alloys
US3961945A (en) Aluminum-silicon composite
WO2003033750A1 (en) Grain refining agent for cast aluminum products
CN112662909B (en) Carbide nanoparticle modified die-casting aluminum alloy and preparation method thereof
US8672020B2 (en) Method for producing aluminum-zirconium-carbon intermediate alloy
RU2016112C1 (en) Method for modification of aluminium alloys
SU1774964A3 (en) Method of obtaining alloying element for modifying aluminium alloys
CN112692295B (en) Aluminum-based nano composite material powder for 3D printing and preparation method thereof
JP2624302B2 (en) Mg-Sr alloy for A1-Si casting alloy modification
Mandal et al. Development of a novel hypereutectic aluminum-siliconmagnesium alloy for die casting