RU2810405C1 - Method for producing aluminum-based alloys containing refractory alloying elements - Google Patents
Method for producing aluminum-based alloys containing refractory alloying elements Download PDFInfo
- Publication number
- RU2810405C1 RU2810405C1 RU2023114473A RU2023114473A RU2810405C1 RU 2810405 C1 RU2810405 C1 RU 2810405C1 RU 2023114473 A RU2023114473 A RU 2023114473A RU 2023114473 A RU2023114473 A RU 2023114473A RU 2810405 C1 RU2810405 C1 RU 2810405C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- refractory
- alloys
- aluminum
- melt
- temperature
- Prior art date
Links
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 25
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 25
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 16
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 238000005275 alloying Methods 0.000 title claims abstract description 8
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000013021 overheating Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000002844 melting Methods 0.000 abstract description 11
- 230000008018 melting Effects 0.000 abstract description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 9
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 abstract description 6
- 238000005266 casting Methods 0.000 abstract description 5
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 abstract description 4
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 abstract description 4
- 238000009856 non-ferrous metallurgy Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910016952 AlZr Inorganic materials 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N alumanylidynesilicon Chemical compound [Al].[Si] CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 229910000753 refractory alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к цветной металлургии, а именно к технологии производства сплавов на основе алюминия, содержащих тугоплавкие легирующие элементы, температура плавления которых превышает 1500°С.The present invention relates to non-ferrous metallurgy, namely to the production technology of aluminum-based alloys containing refractory alloying elements whose melting point exceeds 1500°C.
Из уровня техники известен способ получения алюминиевых сплавов на основе алюминия и кремния. Введение тугоплавких переходных металлов осуществляется в струю расплавленного кремния с температурой 1450-1750°С и обеспечивает сокращение потерь легирующих элементов тугоплавких легирующих элементов (RU № 2038398 С1, публ. 27.06.1995).A method for producing aluminum alloys based on aluminum and silicon is known from the prior art. The introduction of refractory transition metals is carried out into a stream of molten silicon with a temperature of 1450-1750°C and ensures a reduction in the losses of alloying elements of refractory alloying elements (RU No. 2038398 C1, published 06/27/1995).
Недостатком данного способа изготовления алюминиевых сплавов является обязательное использование большого количества расплавленного кремния, что ограничивает номенклатуру производства только литейными сплавами системы алюминий-кремний. Кроме того, разогрев кремния до вышеуказанных температур и введение его струей в расплав подразумевает использование специального оборудования, что значительно увеличивает производственные издержки, повышает трудоемкость и себестоимость сплава.The disadvantage of this method of producing aluminum alloys is the mandatory use of a large amount of molten silicon, which limits the production range only to cast alloys of the aluminum-silicon system. In addition, heating silicon to the above temperatures and introducing it into the melt with a jet implies the use of special equipment, which significantly increases production costs, increases the labor intensity and cost of the alloy.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является способ получения сплавов на основе алюминия, включающий растворение легирующих элементов в предварительно перегретом расплаве алюминия, вводимых в виде лигатур или чистых металлов. Так, например, марганец вводят в виде кусков с размерами 30-40 мм в поперечнике при температуре расплава 900-1000°С, медь в виде листов при температуре 800-850°С, никель в виде пластин и гранул при температуре 950-1000°С и т. д. (М.Б. Альтман и др. Плавка и литье алюминиевых сплавов. М. Металлургия, 1970, с. 161-163). The closest technical solution to the proposed invention is a method for producing aluminum-based alloys, which includes dissolving alloying elements in a pre-heated molten aluminum, introduced in the form of alloys or pure metals. For example, manganese is introduced in the form of pieces with dimensions of 30-40 mm in diameter at a melt temperature of 900-1000°C, copper in the form of sheets at a temperature of 800-850°C, nickel in the form of plates and granules at a temperature of 950-1000°C C, etc. (M.B. Altman et al. Melting and casting of aluminum alloys. M. Metallurgy, 1970, pp. 161-163).
Недостатком известного способа является длительное время выдержки для полного усвоения/растворения в расплаве тугоплавких элементов из-за низкой скорости растворения этих элементов в алюминиевом расплаве. Это увеличивает общее время плавки, что снижает производительность литейно-плавильного комплекса и увеличивает себестоимость расплава. Кроме того, в получаемом сплаве могут содержаться нерастворившиеся крупные нежелательные включения тугоплавких элементов или интерметаллидов, ухудшающие механические и коррозионные свойства сплава.The disadvantage of this known method is the long holding time for complete assimilation/dissolution of refractory elements in the melt due to the low rate of dissolution of these elements in the aluminum melt. This increases the total melting time, which reduces the productivity of the foundry-melting complex and increases the cost of the melt. In addition, the resulting alloy may contain undissolved large undesirable inclusions of refractory elements or intermetallic compounds, which worsen the mechanical and corrosion properties of the alloy.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа получения алюминиевых сплавов, содержащих тугоплавкие легирующие элементы, обеспечивающего увеличение скорости растворения и усвоения этих элементов, сокращение общего времени плавки.The objective of the present invention is to develop a method for producing aluminum alloys containing refractory alloying elements, providing an increase in the rate of dissolution and assimilation of these elements, reducing the total melting time.
Поставленная задача решается с помощью предлагаемого способа изготовления алюминиевых сплавов, включающего растворение лигатур или чистых тугоплавких металлов в предварительно перегретом расплаве алюминия, причем, введение лигатур или чистых тугоплавких металлов проводят перед или после перегрева расплава алюминия до 1000-1100°С, после достижения вышеуказанной температуры расплав интенсивно непрерывно или периодически с интервалов 15-20 минут перемешивают в течение 1-5 часов, постепенно охлаждая до температуры разливки. Период между перемешиваниями не должен превышать 15-20 мин.The problem is solved using the proposed method for the production of aluminum alloys, including the dissolution of alloys or pure refractory metals in a pre-superheated molten aluminum, and the introduction of alloys or pure refractory metals is carried out before or after overheating the molten aluminum to 1000-1100°C, after reaching the above temperature the melt is intensively stirred continuously or periodically at intervals of 15-20 minutes for 1-5 hours, gradually cooling to the casting temperature. The period between stirrings should not exceed 15-20 minutes.
Технический результат заключается в увеличении скорости растворения и усвоения тугоплавких элементов или их соединений, сокращает общее время плавки, кроме того, данный способ исключает наличие крупных нерастворившихся нежелательных включений тугоплавких элементов или их соединений, ухудшающих механические и коррозионные свойства, в готовом слитке.The technical result consists in increasing the rate of dissolution and assimilation of refractory elements or their compounds, reduces the total melting time, in addition, this method eliminates the presence of large undissolved unwanted inclusions of refractory elements or their compounds, which worsen the mechanical and corrosion properties, in the finished ingot.
Изобретение поясняется изображением на котором:The invention is illustrated by the image in which:
Фиг. 1 - РЭМ (растровая электронная микроскопия) - изображение микроструктуры сплава 2519 (плавка 1).Fig. 1 - SEM (scanning electron microscopy) - image of the microstructure of alloy 2519 (heat 1).
Осуществление изобретения.Implementation of the invention.
Плавка 1. В холодный тигель были загружены следующие шихтовые материалы: алюминий марки А995, лигатуры AlTi5, AlV5, AlZr10, AlMn20. Общая масса использованных материалов составила 60 кг. Температура расплава была доведена до 740-760°С. Данная температура литья была выбрана в результате расчета:Melting 1. The following charge materials were loaded into a cold crucible: aluminum grade A995, alloys AlTi5, AlV5, AlZr10, AlMn20. The total mass of materials used was 60 kg. The melt temperature was brought to 740-760°C. This casting temperature was chosen as a result of the calculation:
, ,
где - температура ликвидуса сплава, которая для данного сплава составляет 640°С; - величина падения температуры в переливной система комплекса литья, которая составляет 60°С; - величина перегрева расплава для равномерного распределения по кристаллизатору, которая принимается от 20 до 50°С (в данном случае - 40°С).Where - liquidus temperature of the alloy, which for this alloy is 640°C; - the magnitude of the temperature drop in the overflow system of the casting complex, which is 60°C; - the amount of melt overheating for uniform distribution throughout the crystallizer, which is taken from 20 to 50°C (in this case - 40°C).
Расплав переливали из тигля в предварительно разогретую до 600 °С переливную систему комплекса, состоящую из переливной емкости, переливного патрубка и регулирующего стержня, который затем поступал в кристаллизатор. Регулирование количества подаваемого расплава осуществлялось с помощью регулирующего стержня. Скорость вытягивания слитка из кристаллизатора составляла 100 мм/мин. Объем подачи воды в систему охлаждения - 8,5 м3/ч. В результате был получен слиток сплава 2519.The melt was poured from the crucible into the overflow system of the complex, preheated to 600 °C, consisting of an overflow tank, an overflow pipe and a control rod, which then entered the crystallizer. The amount of melt supplied was regulated using a control rod. The speed of pulling the ingot from the crystallizer was 100 mm/min. The volume of water supplied to the cooling system is 8.5 m 3 /h. The result was an ingot of alloy 2519.
С помощью оптического микроскопа Olympus GX71 была исследована макроструктура слитка, которая являлась однородной и бездефектной. Более тщательные микроструктурные исследования с помощью растрового электронного микроскопа FEI Quante 600 показали наличие интерметаллидных включений AlZr (Фиг 1). Это свидетельствует о недостаточном растворении лигатуры AlZr10.Using an Olympus GX71 optical microscope, the macrostructure of the ingot was examined, which was homogeneous and defect-free. More thorough microstructural studies using an FEI Quante 600 scanning electron microscope showed the presence of AlZr intermetallic inclusions (Figure 1). This indicates insufficient dissolution of the AlZr10 alloy.
Плавка 2. В холодный тигель были загружены следующие шихтовые материалы: алюминий марки А995, лигатуры AlTi5, AlV5, AlZr10, AlMn20. Общая масса использованных материалов составила 60 кг. Температура расплава была доведена до 1000°С. Выдержка при этой температуре составила около 1 часа. Затем расплав постепенно охладили до 740-760°С в течение 2 часов. В процессе нагрева, выдержки и охлаждения расплав интенсивно перемешивался титановым инструментом в течение 2 минут каждые 15-20 минут. Данный технологический прием обеспечивает полное растворение и усвоение тугоплавких лигатур AlTi5, AlV5, AlZr10, AlMn20 и позволяет избежать нежелательных интерметаллидных включений.Melting 2. The following charge materials were loaded into the cold crucible: aluminum grade A995, alloys AlTi5, AlV5, AlZr10, AlMn20. The total mass of materials used was 60 kg. The melt temperature was brought to 1000°C. The exposure at this temperature was about 1 hour. Then the melt was gradually cooled to 740-760°C over 2 hours. During the process of heating, holding and cooling, the melt was intensively mixed with a titanium tool for 2 minutes every 15-20 minutes. This technological method ensures complete dissolution and assimilation of refractory alloys AlTi5, AlV5, AlZr10, AlMn20 and avoids unwanted intermetallic inclusions.
Расплав переливали из тигля в предварительно разогретую до 600°С переливную систему комплекса, состоящую из переливной емкости, переливного патрубка и регулирующего стержня, который затем поступал в кристаллизатор. Регулирование количества подаваемого расплава осуществлялось с помощью регулирующего стержня. Скорость вытягивания слитка из кристаллизатора составляла 100 мм/мин. Объем подачи воды в систему охлаждения - 8,5 м3/ч. В результате был получен слиток сплава 2519.The melt was poured from the crucible into the overflow system of the complex, preheated to 600°C, consisting of an overflow tank, an overflow pipe and a control rod, which then entered the crystallizer. The amount of melt supplied was regulated using a control rod. The speed of pulling the ingot from the crystallizer was 100 mm/min. The volume of water supplied to the cooling system is 8.5 m 3 /h. The result was an ingot of alloy 2519.
Микро- и микроструктурные исследования слитка сплава 2519 (плавка 2) не выявили каких-либо особенностей - структура однородна, интерметаллидных включений и окислов не обнаружено.Micro- and microstructural studies of the alloy 2519 ingot (heat 2) did not reveal any peculiarities - the structure is homogeneous, no intermetallic inclusions or oxides were detected.
Таким образом поставленная задача решена, предложенный способ позволяет увеличить скорость растворения и усвоения тугоплавких элементов или их соединений, сокращает общее время плавки, кроме того, данный способ исключает наличие крупных нерастворившихся нежелательных включений тугоплавких элементов или их соединений, ухудшающих механические и коррозионные свойства, в готовом слитке.Thus, the problem posed is solved, the proposed method allows you to increase the rate of dissolution and assimilation of refractory elements or their compounds, reduces the total melting time, in addition, this method eliminates the presence of large undissolved unwanted inclusions of refractory elements or their compounds, which worsen the mechanical and corrosion properties of the finished product. ingot.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2810405C1 true RU2810405C1 (en) | 2023-12-27 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU985109A1 (en) * | 1981-05-04 | 1982-12-30 | Предприятие П/Я А-7504 | Method of preparing aluminium deformable alloys with manganese |
| RU2038398C1 (en) * | 1993-02-04 | 1995-06-27 | Братский алюминиевый завод | Method for production of aluminium alloy |
| CN109022964B (en) * | 2018-08-27 | 2020-06-26 | 江苏大学 | 7000 series as-cast aluminum alloy with high hardness of 89-104mm and hardenability |
| US11359265B2 (en) * | 2018-10-18 | 2022-06-14 | University Of Science & Technology Beijing | 1 GPA high-strength high-modulus aluminum-based light medium-entropy alloy and preparation method thereof |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU985109A1 (en) * | 1981-05-04 | 1982-12-30 | Предприятие П/Я А-7504 | Method of preparing aluminium deformable alloys with manganese |
| RU2038398C1 (en) * | 1993-02-04 | 1995-06-27 | Братский алюминиевый завод | Method for production of aluminium alloy |
| CN109022964B (en) * | 2018-08-27 | 2020-06-26 | 江苏大学 | 7000 series as-cast aluminum alloy with high hardness of 89-104mm and hardenability |
| US11359265B2 (en) * | 2018-10-18 | 2022-06-14 | University Of Science & Technology Beijing | 1 GPA high-strength high-modulus aluminum-based light medium-entropy alloy and preparation method thereof |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| АЛЬТМАН М.Б. и др. Плавка и литье алюминиевых сплавов. Москва, Металлургия, 1970, с. 161-163. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103820661B (en) | The preparation method of semisolid state slurry thereof of magnesium-rare earth | |
| Ridvan et al. | Influence of T6 heat treatment on A356 and A380 aluminium alloys manufactured by thixoforging combined with low superheat casting | |
| EP0841406B1 (en) | Method of shaping semisolid metals | |
| CN107460386B (en) | Preparation method of high-strength and high-toughness magnesium alloy containing LPSO structure through magnetic field casting regulation | |
| CN102051509A (en) | High-toughness heat-resistant Mg-Al-RE-Mn wrought magnesium alloy and preparation method of plate made of same | |
| US20120195789A1 (en) | Magnesium-aluminum based alloy | |
| US20150218673A1 (en) | Al-nb-b master alloy for grain refining | |
| JP4243192B2 (en) | Method for producing an alloy ingot | |
| Farahany et al. | Role of bismuth on solidification, microstructure and mechanical properties of a near eutectic Al-Si alloys | |
| Yang et al. | Microstructural evaluation and mechanical properties of 7075 aluminum alloy prepared by controlled diffusion solidification | |
| Huang et al. | Effects of electromagnetic frequency on the microstructure and mechanical properties of Al70Zn10Mg10Cu5Si5 medium entropy alloy | |
| CN107354357B (en) | A kind of wrought magnesium alloy and preparation method thereof | |
| RU2810405C1 (en) | Method for producing aluminum-based alloys containing refractory alloying elements | |
| Zhen et al. | The effects of rheo-diecasting on the integrity and mechanical properties of Mg–6Al–1Zn | |
| Su et al. | Influence of a low-frequency alternating magnetic field on hot tearing susceptibility of EV31 magnesium alloy | |
| CN111575533A (en) | Zinc-aluminum alloy round ingot, preparation method and application thereof, and zinc-aluminum alloy material | |
| CN1301166C (en) | Preparation method of high speed steel blank and its equipment | |
| CN109161767A (en) | A kind of creep-resistant property magnesium alloy of the phase containing W and preparation method thereof | |
| CN110484742B (en) | Method for preparing Fe-W intermediate alloy by electron beam melting and high purification | |
| CN1163328C (en) | Process for preparing semi-solid metallic grout | |
| Guan et al. | Effects of annular electromagnetic stirring melt treatment on microstructure and mechanical properties of 7050 rheo-casting | |
| Cherepanov et al. | The effect of fast crystallization ligature modification on the microstructure of aluminum alloys | |
| RU2719051C1 (en) | Method of semi-finished products production from heat-resistant alloy h25n45v30 | |
| Tian et al. | Microstructure and Mechanical properties of AZ91D Alloy by Three Types of Forging Process | |
| Jones et al. | Microstructural evolution in intensively melt sheared direct chill cast Al-alloys |