RU2826211C2 - Articles from highly plastic composite material based on modified aluminum alloy and method of their preparation - Google Patents
Articles from highly plastic composite material based on modified aluminum alloy and method of their preparation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2826211C2 RU2826211C2 RU2023129431A RU2023129431A RU2826211C2 RU 2826211 C2 RU2826211 C2 RU 2826211C2 RU 2023129431 A RU2023129431 A RU 2023129431A RU 2023129431 A RU2023129431 A RU 2023129431A RU 2826211 C2 RU2826211 C2 RU 2826211C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- aluminum alloy
- aluminum
- mentioned
- rare earth
- ligature
- Prior art date
Links
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 223
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical class [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 68
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 58
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title abstract description 60
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims abstract description 53
- 238000011282 treatment Methods 0.000 claims abstract description 48
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 44
- 239000003607 modifier Substances 0.000 claims abstract description 40
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 38
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 38
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 28
- 230000032683 aging Effects 0.000 claims abstract description 18
- 238000010791 quenching Methods 0.000 claims abstract description 14
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 claims abstract description 14
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 claims description 120
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 claims description 117
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 74
- 238000007670 refining Methods 0.000 claims description 72
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 71
- -1 aluminum-titanium-boron Chemical compound 0.000 claims description 64
- YNDGDLJDSBUSEI-UHFFFAOYSA-N aluminum strontium Chemical compound [Al].[Sr] YNDGDLJDSBUSEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 49
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims description 38
- UQZIWOQVLUASCR-UHFFFAOYSA-N alumane;titanium Chemical compound [AlH3].[Ti] UQZIWOQVLUASCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 37
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 31
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 claims description 14
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 13
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 10
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 10
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 claims description 10
- CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N strontium atom Chemical compound [Sr] CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 9
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 7
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 7
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 claims description 7
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000010129 solution processing Methods 0.000 claims description 4
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 claims description 3
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 claims description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 abstract description 33
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 30
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 30
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 19
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 19
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 18
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 18
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 17
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 17
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 14
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 11
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 10
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 9
- 229910000861 Mg alloy Inorganic materials 0.000 description 8
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M Potassium chloride Chemical compound [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 8
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 8
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 8
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 7
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 5
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 description 5
- PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L Sodium Sulfate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])(=O)=O PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- 238000005273 aeration Methods 0.000 description 4
- QDMRQDKMCNPQQH-UHFFFAOYSA-N boranylidynetitanium Chemical compound [B].[Ti] QDMRQDKMCNPQQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L calcium difluoride Chemical compound [F-].[F-].[Ca+2] WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- 229910001634 calcium fluoride Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000007770 graphite material Substances 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 239000001103 potassium chloride Substances 0.000 description 4
- 235000011164 potassium chloride Nutrition 0.000 description 4
- FGIUAXJPYTZDNR-UHFFFAOYSA-N potassium nitrate Chemical compound [K+].[O-][N+]([O-])=O FGIUAXJPYTZDNR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 description 4
- 235000017550 sodium carbonate Nutrition 0.000 description 4
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 4
- 229910052938 sodium sulfate Inorganic materials 0.000 description 4
- 235000011152 sodium sulphate Nutrition 0.000 description 4
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 4
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 210000001787 dendrite Anatomy 0.000 description 3
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 3
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 3
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 3
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 3
- 238000009489 vacuum treatment Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000858 La alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- ZWOQODLNWUDJFT-UHFFFAOYSA-N aluminum lanthanum Chemical compound [Al].[La] ZWOQODLNWUDJFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000005587 bubbling Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 2
- VHHHONWQHHHLTI-UHFFFAOYSA-N hexachloroethane Chemical compound ClC(Cl)(Cl)C(Cl)(Cl)Cl VHHHONWQHHHLTI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000000607 poisoning effect Effects 0.000 description 2
- 235000010333 potassium nitrate Nutrition 0.000 description 2
- 239000004323 potassium nitrate Substances 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 2
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 2
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000914 Mn alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007832 Na2SO4 Substances 0.000 description 1
- 229910000676 Si alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001278 Sr alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N alumanylidynesilicon Chemical compound [Al].[Si] CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SNAAJJQQZSMGQD-UHFFFAOYSA-N aluminum magnesium Chemical compound [Mg].[Al] SNAAJJQQZSMGQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001610 cryolite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 150000002602 lanthanoids Chemical group 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 231100000572 poisoning Toxicity 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000004227 thermal cracking Methods 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеField of technology to which the invention relates
Настоящее изобретение относится к области легированных материалов и технологии их приготовления и, в частности, к изделиям из высокопластичного композиционного материала на основе модифицированного алюминиевого сплава и способу их приготовления.The present invention relates to the field of alloyed materials and the technology for their preparation and, in particular, to products made of highly plastic composite material based on a modified aluminum alloy and a method for their preparation.
Уровень техникиState of the art
Алюминиевый сплав является конструкционным металлическим материалом, широко используемым в таких сферах, как авиация, космонавтика, автомобилестроение, машиностроение, судостроение, химическая промышленность и т.д. Литейный алюминиевый сплав обладает такими характеристиками, как оптимальная текучесть литья и воздухонепроницаемость, низкая степень усадки и низкая склонность к термическому растрескиванию и т.д. Данный материал является наиболее предпочтительным при производстве легковесных колесных дисков.Aluminum alloy is a structural metal material widely used in such fields as aviation, astronautics, automobile manufacturing, mechanical engineering, shipbuilding, chemical industry, etc. Cast aluminum alloy has such characteristics as optimal casting fluidity and air tightness, low shrinkage rate and low susceptibility to thermal cracking, etc. This material is the most preferable in the production of lightweight wheel rims.
Однако требования потребителей к алюминиевым сплавам становятся все выше и выше. В связи с этим требуется не только сохранить легкий вес изделия, но и обеспечить определенную прочность, в особенности это касается сферы производства автозапчастей и промышленного производства. Кроме этого, при производстве запчастей для колес из алюминиевого сплава требуется обеспечить среднюю прочность и более высокую пластичность изделий, чтобы избежать мгновенного разрушения колеса в случае лобового или бокового столкновения (в пределах расчетной несущей способности).However, the demands of consumers for aluminum alloys are becoming more and more stringent. In this regard, it is necessary not only to maintain the light weight of the product, but also to ensure a certain strength, especially in the field of auto parts and industrial production. In addition, when producing aluminum alloy wheel parts, it is necessary to ensure medium strength and higher plasticity of the products in order to avoid instantaneous destruction of the wheel in the event of a frontal or side collision (within the design load-bearing capacity).
Ввиду этого было предложено использование модификаторов для модификации алюминиевых сплавов, например, лигатуры алюминий-стронций, а также применение технологии рафинирования алюминиевых сплавов с использованием рафинирующий агентов. Тем не менее традиционная модификация все еще не позволяет получить идеальную прочность и пластичность изделий. На этом основании были проведены исследования по термической обработке литейного алюминиевого сплава. Однако из-за разницы компонентов, используемых во время приготовления изделий из алюминиевого сплава, этапы термической обработки также различаются. Существующие на сегодняшний день способы термической обработки требуют высокой температуры, высокого энергопотребления, огромного количества времени и высоких затрат. Так как во время обработки при более высокой температуре не происходит взаимопревращения и осаждения каждой фазы, это приводит к неравномерности механических свойств сплава.In view of this, it was proposed to use modifiers to modify aluminum alloys, such as aluminum-strontium ligature, as well as the use of aluminum alloy refining technology using refining agents. However, traditional modification still does not allow obtaining ideal strength and ductility of products. On this basis, studies were conducted on the heat treatment of cast aluminum alloy. However, due to the difference in components used during the preparation of aluminum alloy products, the stages of heat treatment also differ. The existing heat treatment methods require high temperatures, high energy consumption, a huge amount of time and high costs. Since interconversion and precipitation of each phase does not occur during processing at a higher temperature, this leads to unevenness in the mechanical properties of the alloy.
В связи с этим существует острая необходимость в обеспечении технологий приготовления, направленных на улучшение пластичности и механической прочности изделий из алюминиевого сплава.In this regard, there is an urgent need to provide manufacturing technologies aimed at improving the plasticity and mechanical strength of aluminum alloy products.
Сущность изобретенияThe essence of the invention
На основании вышеизложенного настоящее изобретение обеспечивает изделия из высокопластичного композиционного материала на основе модифицированного алюминиевого сплава и способ их приготовления, направленный на улучшение пластичности и механической прочности изделий из алюминиевого сплава.Based on the above, the present invention provides products made of a highly plastic composite material based on a modified aluminum alloy and a method for their preparation aimed at improving the plasticity and mechanical strength of products made of an aluminum alloy.
Для разрешения вышеупомянутых проблем, в настоящем изобретении используются следующие технические решения:To solve the above-mentioned problems, the following technical solutions are used in the present invention:
способ приготовления изделий из высокопластичного композиционного материала на основе модифицированного алюминиевого сплава в соответствии с вариантом осуществления первого аспекта настоящего изобретения состоит из следующих этапов:a method for producing articles from a highly plastic composite material based on a modified aluminum alloy in accordance with an embodiment of the first aspect of the present invention consists of the following steps:
этап S1 - подготовка расплава алюминиевого сплава;stage S1 - preparation of molten aluminum alloy;
этап S2 - подготовка модификатора;stage S2 - preparation of the modifier;
причем вышеупомянутый модификатор представляет собой комбинацию из редкоземельного алюминиевого сплава, лигатуры алюминий-стронций, лигатуры алюминий-титан или алюминий-титан-бор,wherein the above-mentioned modifier is a combination of a rare earth aluminum alloy, an aluminum-strontium ligature, an aluminum-titanium ligature, or an aluminum-titanium-boron ligature,
или вышеупомянутый модификатор представляет собой комбинацию композиционного редкоземельного алюминиевого сплава, лигатуры алюминий-титан или лигатуры алюминий-титан-бор, вышеупомянутый композиционный редкоземельный алюминиевый сплав содержит стронций, титан или титан-бор и редкоземельные металлы,or the above-mentioned modifier is a combination of a composite rare earth aluminum alloy, an aluminum-titanium ligature or an aluminum-titanium-boron ligature, the above-mentioned composite rare earth aluminum alloy contains strontium, titanium or titanium-boron and rare earth metals,
редкоземельные металлы в вышеупомянутых редкоземельном алюминиевом сплаве и композиционном редкоземельном алюминиевом сплаве представляют собой любой один или несколько элементов, таких как лантан, церий и иттрий;the rare earth metals in the above-mentioned rare earth aluminum alloy and composite rare earth aluminum alloy are any one or more of lanthanum, cerium and yttrium;
этап S3 - в атмосфере инертного газа к вышеупомянутому расплаву алюминиевого сплава добавляют модификатор для выплавки с получением модифицированного алюминиевого сплава;stage S3 - in an inert gas atmosphere, a smelting modifier is added to the above-mentioned aluminum alloy melt to obtain a modified aluminum alloy;
этап S4 - проводят литье с использованием вышеупомянутого модифицированного алюминиевого сплава для получения литейных форм из модифицированного алюминиевого сплава;step S4 - casting is carried out using the above-mentioned modified aluminum alloy to obtain casting molds made of modified aluminum alloy;
этап S5 - проводят термическую обработку литейных форм из вышеупомянутого модифицированного алюминиевого сплава, где вышеупомянутый процесс термической обработки включает:step S5 - heat treatment of casting molds made of the above-mentioned modified aluminum alloy is carried out, where the above-mentioned heat treatment process includes:
обработку на твердый раствор - литейные формы из вышеупомянутого модифицированного алюминиевого сплава нагревают до 530 - 550°С и выдерживают в течение 120 - 300 мин;solid solution treatment - casting molds made of the above-mentioned modified aluminum alloy are heated to 530 - 550°C and held for 120 - 300 minutes;
обработку методом закалки водой - литейные формы из вышеупомянутого модифицированного алюминиевого сплава после обработки на твердый раствор помещают в водяную баню температурой 60 - 70°C и закаливают водой в течение 2 - 4 мин;water quenching treatment - casting molds made of the above-mentioned modified aluminum alloy after solid solution treatment are placed in a water bath at a temperature of 60 - 70°C and quenched with water for 2 - 4 minutes;
обработку методом старения - литейные формы из алюминиевого сплава выдерживают при температуре 110 - 140°C в течение 120 - 240 мин, затем температуру выдержки увеличивают до 160 - 200°C и выдерживают литейные формы в течение 20 - 60 мин, после этого литейные формы охлаждают до комнатной температуры до получения изделий из высокопластичного композиционного материала на основе модифицированного алюминиевого сплава.aging treatment - aluminum alloy casting molds are held at a temperature of 110 - 140°C for 120 - 240 minutes, then the holding temperature is increased to 160 - 200°C and the casting molds are held for 20 - 60 minutes, after which the casting molds are cooled to room temperature until products are obtained from a highly plastic composite material based on a modified aluminum alloy.
Вышеупомянутый этап S1 включает:The above mentioned stage S1 includes:
обеспечение наличия чушек из алюминиевого сплава;ensuring the availability of aluminum alloy ingots;
удаление окалины с поверхности чушек из вышеупомянутого алюминиевого сплава, очистку и сушку;removal of scale from the surface of ingots made of the above-mentioned aluminum alloy, cleaning and drying;
плавку чушек из алюминиевого сплава после сушки, рафинирование, удаление шлаков для получения вышеупомянутого расплава алюминиевого сплава;melting aluminum alloy ingots after drying, refining, removing slag to obtain the above-mentioned aluminum alloy melt;
причем, состав чушек из вышеупомянутого алюминиевого сплава представляет собой доэвтектический алюминиевый сплав или эвтектический алюминиевый сплав.Moreover, the composition of the ingots from the above-mentioned aluminum alloy is a hypoeutectic aluminum alloy or a eutectic aluminum alloy.
Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения вышеупомянутый модификатор представляет собой комбинацию из редкоземельного алюминиевого сплава, лигатуры алюминий-стронций, лигатуры алюминий-титан или алюминий-титан-бор, причем вышеупомянутую лигатуру алюминий-стронций добавляют отдельно от вышеупомянутой лигатуры алюминий-титан или алюминий-титан-бор;According to some embodiments of the present invention, the above-mentioned modifier is a combination of a rare earth aluminum alloy, an aluminum-strontium ligature, an aluminum-titanium ligature, or an aluminum-titanium-boron ligature, wherein the above-mentioned aluminum-strontium ligature is added separately from the above-mentioned aluminum-titanium or aluminum-titanium-boron ligature;
вышеупомянутый редкоземельный алюминиевый сплав добавляют первым или добавляют совместно с лигатурой, которую добавляют первой или добавляют в промежутке между добавлением вышеупомянутых лигатуры алюминий-стронций, лигатуры алюминий-титан или алюминий-титан-бор.the above-mentioned rare earth aluminum alloy is added first or added together with the ligature, which is added first or added in the interval between the addition of the above-mentioned aluminum-strontium ligature, aluminum-titanium ligature or aluminum-titanium-boron ligature.
Вышеупомянутый этап S3 включает:The above mentioned stage S3 includes:
этап S301 - добавление вышеупомянутого редкоземельного алюминиевого сплава к вышеупомянутому расплаву алюминиевого сплава и выплавку с получением первого равномерно смешанного расплава;step S301 - adding the above-mentioned rare earth aluminum alloy to the above-mentioned aluminum alloy melt and melting to obtain a first uniformly mixed melt;
этап S302 - добавление вышеупомянутой лигатуры алюминий-стронций к вышеупомянутому первому равномерно смешанному расплаву и продолжение выплавки с получением второго равномерно смешанного расплава;step S302 - adding the above-mentioned aluminum-strontium ligature to the above-mentioned first uniformly mixed melt and continuing the melting to obtain a second uniformly mixed melt;
этап S303 - добавление вышеупомянутой лигатуры алюминий-титан или алюминий-титан-бор к вышеупомянутому второму равномерно смешанному расплаву и продолжение выплавки с получением второго вышеупомянутого модифицированного алюминиевого сплава.step S303 - adding the above-mentioned aluminum-titanium or aluminum-titanium-boron ligature to the above-mentioned second uniformly mixed melt and continuing melting to obtain the second above-mentioned modified aluminum alloy.
Согласно некоторым другим вариантам осуществления настоящего изобретения вышеупомянутый модификатор представляет собой комбинацию из композиционного редкоземельного алюминиевого сплава, лигатуры алюминий-титан или алюминий-титан-бор, причем вышеупомянутый этап S3 включает:According to some other embodiments of the present invention, the above-mentioned modifier is a combination of a composite rare earth aluminum alloy, an aluminum-titanium or aluminum-titanium-boron master alloy, wherein the above-mentioned step S3 comprises:
этап S310 - добавление вышеупомянутого композиционного редкоземельного алюминиевого сплава к вышеупомянутому расплаву алюминиевого сплава с получением четвертого равномерно смешанного расплава;step S310 - adding the above-mentioned composite rare earth aluminum alloy to the above-mentioned aluminum alloy melt to obtain a fourth uniformly mixed melt;
этап S320 - добавление вышеупомянутой лигатуры алюминий-титан или алюминий-титан-бор к вышеупомянутому четвертому равномерно смешанному расплаву и продолжение выплавки с получением второго вышеупомянутого модифицированного алюминиевого сплава;step S320 - adding the above-mentioned aluminum-titanium or aluminum-titanium-boron ligature to the above-mentioned fourth uniformly mixed melt and continuing the melting to obtain the second above-mentioned modified aluminum alloy;
где способ приготовления вышеупомянутого композиционного редкоземельного алюминиевого сплава включает:wherein the method for preparing the above-mentioned composite rare earth aluminum alloy comprises:
этап S211 - обеспечение наличия вышеупомянутого алюминиевого расплава;step S211 - ensuring the presence of the above-mentioned aluminum melt;
этап S212 - обеспечение наличия лигатуры алюминий-стронций, лигатуры алюминий-титан или алюминий-титан-бор и редкоземельного алюминиевого сплава, где редкоземельные металлы в вышеупомянутом редкоземельном алюминиевом сплаве представляют собой один или несколько элементов, таких как лантан, церий и иттрий;step S212 - providing an aluminum-strontium ligature, an aluminum-titanium ligature or an aluminum-titanium-boron ligature and a rare earth aluminum alloy, wherein the rare earth metals in the aforementioned rare earth aluminum alloy are one or more elements such as lanthanum, cerium and yttrium;
этап S213 - в атмосфере инертного газа к вышеупомянутому алюминиевому сплаву последовательно добавляют вышеупомянутый редкоземельный алюминиевый сплав, лигатуру алюминий-стронций, лигатуру алюминий-титан или алюминий-титан-бор для выплавки с получением вышеупомянутого композиционного редкоземельного алюминиевого сплава.Step S213: in an inert gas atmosphere, the above-mentioned rare earth aluminum alloy, aluminum-strontium ligature, aluminum-titanium ligature or aluminum-titanium-boron ligature are successively added to the above-mentioned aluminum alloy for smelting to obtain the above-mentioned composite rare earth aluminum alloy.
Вышеупомянутый модификатор составляет 0,4 - 0,6 мас.% от общего количества вышеупомянутого модифицированного алюминиевого сплава, а массовое соотношение вышеупомянутого редкоземельного металла: стронция: титана или бора составляет 1:(0,1 - 1,2):(0,1 - 1,2).The above-mentioned modifier accounts for 0.4 - 0.6 wt.% of the total amount of the above-mentioned modified aluminum alloy, and the mass ratio of the above-mentioned rare earth metal: strontium: titanium or boron is 1: (0.1 - 1.2): (0.1 - 1.2).
На этапе S5 скорость нагрева при обработке на твердый раствор регулируют в пределах 1,5 - 3°С/мин, а время выдержки - в течение 120 - 180 мин.At stage S5, the heating rate during solid solution processing is adjusted within the range of 1.5 - 3°C/min, and the holding time is adjusted within 120 - 180 min.
Вышеупомянутые обработка на твердый раствор, обработка методом закалки водой и обработка методом старения являются непрерывными процессами, а вышеупомянутая водяная баня представляет собой водяную баню с циркулирующей водой. После обработки методом закалки водой и перед обработкой методом старения, температуру литейных форм из модифицированного алюминиевого сплава поддерживается на уровне выше 55°C.The above-mentioned solution treatment, water quenching treatment and aging treatment are continuous processes, and the above-mentioned water bath is a circulating water bath. After water quenching treatment and before aging treatment, the temperature of the modified aluminum alloy molds is maintained at above 55°C.
На этапе обработки методом старения температуру выдержки от 110 - 140°С до 160 - 200°С увеличивают со скоростью нагрева 2-4°С/мин, после нагрева литейные формы охлаждают естественным путем до комнатной температуры.At the stage of processing by the aging method, the holding temperature from 110 - 140°C to 160 - 200°C is increased at a heating rate of 2-4°C/min; after heating, the casting molds are cooled naturally to room temperature.
Изделия из высокопластичного композиционного материала на основе модифицированного алюминиевого сплава в соответствии с вариантом осуществления второго аспекта настоящего изобретения получают посредством вышеупомянутого способа приготовления, описанного в любом из вышеуказанных вариантов осуществления. Прочность на разрыв изделий из высокопластичного композиционного материала на основе модифицированного алюминиевого сплава составляет 280 МПа и выше, предел текучести 200 МПа и выше, а коэффициент удлинения 12% и выше.The articles made of highly plastic composite material based on modified aluminum alloy according to the embodiment of the second aspect of the present invention are obtained by the above-mentioned preparation method described in any of the above embodiments. The tensile strength of the articles made of highly plastic composite material based on modified aluminum alloy is 280 MPa and above, the yield strength is 200 MPa and above, and the elongation coefficient is 12% and above.
В вышеупомянутом техническом решении настоящего изобретения предусмотрено по меньшей мере один из следующих положительных результатов:The above-mentioned technical solution of the present invention provides at least one of the following positive results:
в соответствии со способом приготовления изделий из высокопластичного композиционного материала на основе модифицированного алюминиевого сплава, описанного в вариантах осуществления настоящего изобретения модификация алюминиевого сплава выполняется путем добавления редкоземельных металлов, а обработка литейных изделий в сочетании со специальной технологией термообработки. Благодаря этим процессам значительно улучшается пластичность (коэффициент удлинения), снижается риск возникновения хрупких трещин, а также увеличивается механическая прочность изделий, что соответствует требованиям таких сфер, как авиация, космонавтика, автомобилестроение и т.д.in accordance with the method for producing articles from a highly plastic composite material based on a modified aluminum alloy described in the embodiments of the present invention, the modification of the aluminum alloy is performed by adding rare earth metals, and the treatment of the casting articles is carried out in combination with a special heat treatment technology. Thanks to these processes, the plasticity (elongation coefficient) is significantly improved, the risk of brittle cracks is reduced, and the mechanical strength of the articles is increased, which meets the requirements of such areas as aviation, astronautics, automobile manufacturing, etc.
Краткое описание графических материаловBrief description of graphic materials
На фиг. 1 представлены изображения металлографической структуры изделий из алюминиевого сплава на разных этапах, среди них, (а) - изображение алюминиевого сплава A356 до термической обработки, (b) изображение алюминиевого сплава A356 после термической обработки, (с) - изображение алюминиевого сплава после модификации композиционных материалов и до термической обработки, указанное в варианте осуществления 1, (d) изображение алюминиевого сплава после модификации композиционных материалов и термической обработки, указанное в варианте осуществления 1.Fig. 1 shows images of the metallographic structure of aluminum alloy products at different stages, among them, (a) is an image of aluminum alloy A356 before heat treatment, (b) is an image of aluminum alloy A356 after heat treatment, (c) is an image of aluminum alloy after modification of composite materials and before heat treatment, indicated in embodiment 1, (d) is an image of aluminum alloy after modification of composite materials and heat treatment, indicated in embodiment 1.
Подробное описание вариантов осуществленияDetailed description of embodiments
Чтобы сделать задачу изобретения, пути ее решения и преимущества настоящего изобретения более понятными, ниже будут подробно описаны технические решения и варианты осуществления настоящего изобретения. Следует понимать, что в данном описании представлена лишь часть вариантов осуществления. Все другие варианты осуществления, полученные специалистами в данной области техники на основе описанных вариантов осуществления настоящего изобретения, подпадают под объем защиты настоящего изобретения.In order to make the problem of the invention, the ways of solving it and the advantages of the present invention more clear, the technical solutions and embodiments of the present invention will be described in detail below. It should be understood that only a part of the embodiments is presented in this description. All other embodiments obtained by specialists in the art based on the described embodiments of the present invention fall within the scope of protection of the present invention.
Технические или научные термины, используемые в настоящем изобретении, должны иметь стандартные значения, понятные специалистам в области, к которой относится настоящее изобретение, если не указано иное. «Первый», «второй» и прочие слова, используемые в настоящем изобретении, не указывают на какой-либо порядок, количество или важность, а используются только для различения компонентов. Аналогичным образом, такие слова, как «один элемент» или «один», не указывают на ограничение в количестве, а указывают на то, что существует по крайней мере один элемент.Technical or scientific terms used in the present invention shall have the standard meanings understood by those skilled in the art to which the present invention pertains, unless otherwise indicated. "First," "second," and other words used in the present invention do not indicate any order, quantity, or importance, but are used only to distinguish components. Similarly, words such as "one element" or "one" do not indicate a limitation in quantity, but indicate that there is at least one element.
Ниже подробно описывается способ приготовления изделий из высокопластичного композиционного материала на основе модифицированного алюминиевого сплава в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.Below, a method for producing articles from a highly plastic composite material based on a modified aluminum alloy in accordance with embodiments of the present invention is described in detail.
Способ приготовления изделий из высокопластичного композиционного материала на основе модифицированного алюминиевого сплава в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения состоит из следующих этапов:The method for preparing articles from a highly plastic composite material based on a modified aluminum alloy in accordance with embodiments of the present invention consists of the following steps:
Этап S1 - подготовка алюминиевого расплаваStage S1 - preparation of aluminum melt
Иными словами, сначала готовят алюминиевый расплав.In other words, first an aluminum melt is prepared.
Следует отметить, что для приготовления алюминиевого расплава требуется нагреть имеющиеся в продаже чушки из высокочистого алюминиевого сплава. Кроме этого, также можно провести очистку чушек из алюминиевого сплава. Процесс очистки может состоять из следующих этапов:It should be noted that to prepare aluminum melt, it is necessary to heat commercially available ingots of high-purity aluminum alloy. In addition, it is also possible to clean the ingots of aluminum alloy. The cleaning process may consist of the following stages:
этап S11 - подготовка чушек из алюминиевого сплава;stage S11 - preparation of aluminum alloy ingots;
этап S12 - удаление окалины с поверхности чушек из алюминиевого сплава;stage S12 - removal of scale from the surface of aluminum alloy ingots;
этап S13 - очистка и сушка чушек из алюминиевого сплава после удаления вышеупомянутой окалины;stage S13 - cleaning and drying of aluminum alloy ingots after removing the above-mentioned scale;
этап S14 - плавка вышеупомянутых чушек из алюминиевого сплава после сушки с получением исходного расплава;stage S14 - melting the above-mentioned aluminum alloy ingots after drying to obtain the initial melt;
этап S15 - рафинирование вышеупомянутого исходного расплава с получением вышеупомянутого алюминиевого расплава.step S15 - refining the above-mentioned feed melt to obtain the above-mentioned aluminum melt.
Иными словами, сначала с поверхности чушек из алюминиевого сплава удаляется окалина и шлаки, далее после сушки выполняется плавка чушек из алюминиевого сплава с получением исходного расплава, а затем рафинирование исходного расплава. Ниже будет представлено подробное описание процесса рафинирования.In other words, scale and slag are first removed from the surface of aluminum alloy ingots, then after drying, the aluminum alloy ingots are melted to obtain the initial melt, and then the initial melt is refining. A detailed description of the refining process will be provided below.
После вышеуказанной очистки могут быть удалены нежелательные примеси, такие как Fe, оксиды и т.д. Удаление примесей эффективно для дальнейшего улучшения модификации и рафинирования редкоземельных сплавов.After the above purification, unwanted impurities such as Fe, oxides, etc. can be removed. The removal of impurities is effective for further improving the modification and refining of rare earth alloys.
Здесь необходимо добавить, что Fe и его оксиды могут быть удалены путем добавления, например, марганца или алюминиево-марганцевого сплава, применяемых для удаления образовавшихся на поверхности шлаков.It should be added here that Fe and its oxides can be removed by adding, for example, manganese or an aluminum-manganese alloy, which are used to remove slags formed on the surface.
В качестве матрицы для модификации, то есть алюминиевого расплава, может использоваться, например, алюминиево-магниевый сплав, алюминиево-кремниевый сплав, алюминиево-кремниево-магниевый сплав и прочие сплавы, которые специально не ограничены настоящим изобретением.As a matrix for modification, i.e., an aluminum melt, an aluminum-magnesium alloy, an aluminum-silicon alloy, an aluminum-silicon-magnesium alloy and other alloys, which are not specifically limited by the present invention, can be used, for example.
Этап S2 - подготовка модификатораStage S2 - preparation of the modifier
Вышеупомянутый модификатор представляет собой комбинацию из редкоземельного алюминиевого сплава, лигатуры алюминий-стронций, лигатуры алюминий-титан или алюминий-титан-бор или вышеупомянутый модификатор представляет собой комбинацию из композиционного редкоземельного алюминиевого сплава, лигатуры алюминий-титан или лигатуры алюминий-титан-бор,The above-mentioned modifier is a combination of a rare earth aluminum alloy, an aluminum-strontium ligature, an aluminum-titanium ligature or an aluminum-titanium-boron ligature, or the above-mentioned modifier is a combination of a composite rare earth aluminum alloy, an aluminum-titanium ligature or an aluminum-titanium-boron ligature,
вышеупомянутый композиционный редкоземельный алюминиевый сплав содержит стронций, титан или титан-бор и редкоземельные металлы,the above-mentioned composite rare earth aluminum alloy contains strontium, titanium or titanium-boron and rare earth metals,
редкоземельные металлы в вышеупомянутых редкоземельном алюминиевом сплаве и композиционном редкоземельном алюминиевом сплаве представляет собой любой один или несколько элементов, таких как лантан, церий и иттрий.the rare earth metals in the above-mentioned rare earth aluminum alloy and composite rare earth aluminum alloy are any one or more elements such as lanthanum, cerium and yttrium.
Иными словами, существует два способа реализации:In other words, there are two ways of implementation:
Способ реализации 1:Implementation method 1:
Вышеупомянутый модификатор представляет собой комбинацию из редкоземельного алюминиевого сплава, лигатуры алюминий-стронций, лигатуры алюминий-титан или алюминий-титан-бор.The above mentioned modifier is a combination of rare earth aluminum alloy, aluminum-strontium ligature, aluminum-titanium ligature or aluminum-titanium-boron ligature.
Среди них, вышеупомянутая лигатура алюминий-стронций является модификатором, а вышеупомянутая лигатура алюминий-титан или алюминий-титан-бор рафинирующим агентом. Иными словами, можно использовать наиболее распространенные модификаторы и рафинирующие агенты.Among them, the above-mentioned aluminum-strontium ligature is a modifier, and the above-mentioned aluminum-titanium or aluminum-titanium-boron ligature is a refining agent. In other words, the most common modifiers and refining agents can be used.
В качестве вышеупомянутых модификатора и/или рафинирующего агента можно использовать имеющиеся в продаже материалы, или можно отмерить стронций, титан и титан-бор и расплавить их в алюминиевом в расплаве с получением однородного сплава.Commercially available materials can be used as the above-mentioned modifier and/or refining agent, or strontium, titanium and titanium boron can be measured out and melted in aluminum melt to obtain a homogeneous alloy.
Кроме этого, помимо распространенных модификаторов и рафинирующих агентов также используют редкоземельные алюминиевые сплавы для преодоления ограничений, связанных с механических свойствами и вызванных реакцией «отравления» между модификаторами и рафинирующими агентами. Учитывая наличие стронция в модификаторе, а также титана и бора в рафинирующем агенте в качестве редкоземельных металлов в редкоземельном алюминиевом сплаве могут быть выбраны элементы группы IIIB с промежуточной электронной структурой. Учитывая их стабильность, ресурсы и прочие аспекты, предпочтительнее всего использовать один или несколько элементов, таких как иттрий и церий из группы лантаноидов. Например, в качестве редкоземельного алюминиевого сплава можно использовать один или несколько имеющихся в продаже сплавов Al-10Ce, Al-20Ce, Al-20La, Al-10La, Al-20Y и Al-10Y.In addition, in addition to the common modifiers and refining agents, rare earth aluminum alloys are also used to overcome the limitations associated with mechanical properties caused by the "poisoning" reaction between the modifiers and refining agents. Considering the presence of strontium in the modifier and titanium and boron in the refining agent, the IIIB group elements with an intermediate electron structure can be selected as rare earth metals in the rare earth aluminum alloy. Considering their stability, resources and other aspects, it is preferable to use one or more elements such as yttrium and cerium from the lanthanide group. For example, one or more of commercially available Al-10Ce, Al-20Ce, Al-20La, Al-10La, Al-20Y and Al-10Y alloys can be used as the rare earth aluminum alloy.
Кроме этого, редкоземельный алюминиевый сплав также можно изготовить самостоятельно, например, можно использовать следующий способ приготовления:In addition, rare earth aluminum alloy can also be made independently, for example, you can use the following preparation method:
в инертной атмосфере к вышеупомянутому алюминиевому расплаву добавляется редкоземельный металл или вышеупомянутая лигатура с редкоземельными металлами, далее выполняется нагрев и одновременное перемешивание содержимого до полной выплавки;in an inert atmosphere, a rare earth metal or the above-mentioned ligature with rare earth metals is added to the above-mentioned aluminum melt, then heating and simultaneous mixing of the contents is carried out until complete melting;
после полной выплавки содержимое продолжают выдерживать в течение 10 - 20 минут до однородного состояния;after complete melting, the contents continue to stand for 10 - 20 minutes until a homogeneous state is achieved;
далее проводится рафинирование однородного расплава;then the homogeneous melt is refined;
после рафинирования выстаивают сплав в течение заданного периода времени, а затем проводят отливку для получения вышеупомянутого редкоземельного алюминиевого сплава.After refining, the alloy is left to stand for a specified period of time, and then cast to obtain the above-mentioned rare earth aluminum alloy.
Для алюминиевого расплава могут быть использованы коммерчески доступные алюминиевые чушки высокой чистоты, и соответствующая обработка может быть выполнена на алюминиевых чушках высокой чистоты аналогично очистительной обработке слитка из алюминиевого сплава. Подробности здесь не описаны.Commercially available high-purity aluminum ingots can be used for aluminum melt, and the corresponding treatment can be performed on the high-purity aluminum ingots similar to the refining treatment of aluminum alloy ingot. The details are not described here.
Кроме этого, для имеющихся в продаже лигатуры алюминий-стронций, лигатуры алюминий-титан или алюминий-титан-бор, редкоземельных алюминиевых сплавов такие процессы, как удаление окалины, ультразвуковая очистка и рафинирование могут выполняться последовательно. Таким образом, можно удалить нежелательные примеси и оксиды, что эффективно повлияет на процесс модификации и рафинирования композиционного редкоземельного сплава.In addition, for commercially available aluminum-strontium master alloy, aluminum-titanium master alloy or aluminum-titanium-boron master alloy, rare earth aluminum alloy, the processes such as scale removal, ultrasonic cleaning and refining can be carried out sequentially. In this way, unwanted impurities and oxides can be removed, which can effectively affect the modification and refining process of composite rare earth alloy.
Способ реализации 2:Implementation method 2:
Вышеупомянутый модификатор представляет собой комбинацию из редкоземельного алюминиевого сплава, лигатуры алюминий-титан или алюминий-титан-бор.The above mentioned modifier is a combination of rare earth aluminum alloy, aluminum-titanium or aluminum-titanium-boron ligature.
Композиционный редкоземельный алюминиевый сплав может быть получен путем выплавки и рафинирования вышеуказанных редкоземельного алюминиевого сплава, лигатуры алюминий-стронций, лигатуры алюминий-титан или алюминий-титан-бор, а также алюминиевого расплава.The composite rare earth aluminum alloy can be obtained by smelting and refining the above-mentioned rare earth aluminum alloy, aluminum-strontium ligature, aluminum-titanium or aluminum-titanium-boron ligature, and aluminum melt.
Например, способ приготовления вышеупомянутого композиционного алюминиевого сплава включает:For example, the method for preparing the above-mentioned composite aluminum alloy includes:
этап S211 - подготовка алюминиевого расплава;stage S211 - preparation of aluminum melt;
этап S212- подготовка лигатуры алюминий-стронций, лигатуры алюминий-титан или алюминий-титан-бор и редкоземельного алюминиевого сплава, где редкоземельные металлы в вышеупомянутом редкоземельном алюминиевом сплаве представляют собой один или несколько элементов, таких как лантан, церий и иттрий;step S212 - preparing an aluminum-strontium ligature, an aluminum-titanium ligature or an aluminum-titanium-boron ligature and a rare earth aluminum alloy, wherein the rare earth metals in the aforementioned rare earth aluminum alloy are one or more elements such as lanthanum, cerium and yttrium;
этап S213 - в атмосфере инертного газа к вышеупомянутому алюминиевому расплаву добавляют вышеупомянутые лигатуру алюминий-редкоземельный металл, лигатуру алюминий-стронций, лигатуру алюминий-титан или алюминий-титан-бор для выплавки с получением вышеупомянутого композиционного редкоземельного сплава.step S213 - in an inert gas atmosphere, the above-mentioned aluminum-rare earth metal ligature, aluminum-strontium ligature, aluminum-titanium ligature or aluminum-titanium-boron ligature are added to the above-mentioned aluminum melt to obtain the above-mentioned composite rare earth alloy.
Вышеупомянутая лигатура алюминий-стронций добавляется отдельно от вышеупомянутой лигатуры алюминий-титан или алюминий-титан-бор, вышеупомянутый редкоземельный алюминиевый сплав добавляется до вышеупомянутых лигатуры алюминий-стронций, лигатуры алюминий-титан или алюминий-титан-бор или добавляется совместно с лигатурой, которая добавляется первой или добавляется в промежутке между добавлением вышеупомянутых лигатуры алюминий-стронций, лигатуры алюминий-титан или алюминий-титан-бор.The above-mentioned aluminum-strontium ligature is added separately from the above-mentioned aluminum-titanium or aluminum-titanium-boron ligature, the above-mentioned rare earth aluminum alloy is added before the above-mentioned aluminum-strontium ligature, aluminum-titanium or aluminum-titanium-boron ligature or is added together with the ligature, which is added first or is added in the interval between the addition of the above-mentioned aluminum-strontium ligature, aluminum-titanium or aluminum-titanium-boron ligature.
Предпочтительно, к вышеупомянутому алюминиевому расплаву через определенные промежутки времени последовательно добавляют вышеупомянутые редкоземельный алюминиевый сплав, лигатуру алюминий-стронций, лигатуру алюминий-титан или алюминий-титан-бор.Preferably, the above-mentioned rare earth aluminum alloy, aluminum-strontium ligature, aluminum-titanium ligature, or aluminum-titanium-boron ligature are successively added to the above-mentioned aluminum melt at certain intervals.
Этап S3 - в атмосфере инертного газа к вышеупомянутому алюминиевому расплаву добавляют модификатор для выплавки с получением модифицированного алюминиевого сплаваStep S3 - in an inert gas atmosphere, a smelting modifier is added to the above-mentioned aluminum melt to obtain a modified aluminum alloy
Иными словами, после подготовки алюминиевого расплава и модификатора, в атмосфере инертного газа к алюминиевому расплаву добавляется модификатор для выплавки с получением модифицированного алюминиевого сплава.In other words, after preparing the aluminum melt and the modifier, the modifier is added to the aluminum melt in an inert gas atmosphere to produce a modified aluminum alloy.
В соответствии со способом получения по варианту осуществления настоящего изобретения в модификатор вводят редкоземельный металл, так что эффект взаимного отравления между модификатором и рафинирующим агентом в значительной степени преодолевается, количество добавки модификатора и рафинирующего агента может быть увеличено, а эффект модификации и рафинирования может быть усилен.According to the production method according to the embodiment of the present invention, a rare earth metal is introduced into the modifier, so that the mutual poisoning effect between the modifier and the refining agent is largely overcome, the additive amount of the modifier and the refining agent can be increased, and the effect of modification and refining can be enhanced.
Для модификатора двух вышеуказанных комбинаций проводится процесс выплавки, представленный ниже.For the modifier of the two combinations above, the smelting process shown below is carried out.
Вышеупомянутый модификатор представляет собой комбинацию из редкоземельного алюминиевого сплава, лигатуры алюминий-стронций, лигатуры алюминий-титан или алюминий-титан-бор:The above mentioned modifier is a combination of rare earth aluminum alloy, aluminum-strontium ligature, aluminum-titanium ligature or aluminum-titanium-boron:
в частности, для проведения предварительной обработки каждого редкоземельного алюминиевого сплава, лигатуры алюминий-стронций, лигатуры алюминий-титан или алюминий-титан-бор можно ссылаться на этап S2.in particular, for carrying out the pre-treatment of each rare earth aluminum alloy, aluminum-strontium ligature, aluminum-titanium ligature or aluminum-titanium-boron ligature, reference may be made to step S2.
В случае использования данной комбинации, при которой вышеупомянутая лигатура алюминий-стронций добавляется отдельно от вышеупомянутой лигатуры алюминий-титан или алюминий-титан-бор, вышеупомянутый редкоземельный алюминиевый сплав добавляется первым или добавляется совместно с лигатурой, которая добавляется первой или добавляется в промежутке между добавлением вышеупомянутых лигатуры алюминий-стронций, лигатуры алюминий-титан или алюминий-титан-бор.In the case of using this combination, in which the above-mentioned aluminum-strontium ligature is added separately from the above-mentioned aluminum-titanium or aluminum-titanium-boron ligature, the above-mentioned rare earth aluminum alloy is added first or is added together with the ligature, which is added first or is added in the interval between the addition of the above-mentioned aluminum-strontium ligature, aluminum-titanium ligature or aluminum-titanium-boron ligature.
Более предпочтительным является, когда этап S3 также включает:It is more preferable when stage S3 also includes:
этап S301 - добавление вышеупомянутого редкоземельного алюминиевого сплава к вышеупомянутому алюминиевому расплаву и плавка с получением первого равномерно смешанного расплава;step S301 - adding the above-mentioned rare earth aluminum alloy to the above-mentioned aluminum melt and melting to obtain a first uniformly mixed melt;
этап S302 - добавление вышеупомянутой лигатуры алюминий-стронций к вышеупомянутому первому равномерно смешанному расплаву и продолжение плавки с получением второго равномерно смешанного расплава;step S302 - adding the above-mentioned aluminum-strontium ligature to the above-mentioned first uniformly mixed melt and continuing melting to obtain a second uniformly mixed melt;
этап S303 - добавление вышеупомянутой лигатуры алюминий-титан или алюминий-титан-бор к вышеупомянутому второму равномерно смешанному расплаву и продолжение плавки с получением второго вышеупомянутого модифицированного алюминиевого сплава.step S303 - adding the above-mentioned aluminum-titanium or aluminum-titanium-boron ligature to the above-mentioned second uniformly mixed melt and continuing melting to obtain the second above-mentioned modified aluminum alloy.
Иными словами, сначала проводится плавка добавленного редкоземельного алюминиевого сплава, далее через определенные промежутки времени последовательно добавляют лигатуру алюминий-стронций, используемую в качестве модификатора и лигатуру алюминий-титан или алюминий-титан-бор, используемую в качестве рафинирующего агента. За счет добавления данных компонентов можно решить проблему, связанную с токсическим действием стронция и бора, а также получить более рафинированный, более однородный и обладающий более высокими механическими свойствами модифицированный алюминиевый сплав.In other words, first the added rare earth aluminum alloy is melted, then at certain intervals the aluminum-strontium ligature used as a modifier and the aluminum-titanium or aluminum-titanium-boron ligature used as a refining agent are successively added. By adding these components, it is possible to solve the problem associated with the toxic effect of strontium and boron, and also to obtain a more refined, more homogeneous and having higher mechanical properties modified aluminum alloy.
Кроме этого, если вышеупомянутый модификатор представляет собой комбинацию из редкоземельного алюминиевого сплава, лигатуры алюминий-титан или алюминий-титан-бор, вышеупомянутый этап S3 включает:In addition, if the above-mentioned modifier is a combination of a rare earth aluminum alloy, an aluminum-titanium ligature, or an aluminum-titanium-boron ligature, the above-mentioned step S3 comprises:
этап S310 - добавление вышеупомянутого композиционного редкоземельного алюминиевого сплава к вышеупомянутому расплаву алюминиевого сплава с получением четвертого равномерно смешанного расплава;step S310 - adding the above-mentioned composite rare earth aluminum alloy to the above-mentioned aluminum alloy melt to obtain a fourth uniformly mixed melt;
этап S320 - добавление вышеупомянутой лигатуры алюминий-титан или алюминий-титан-бор к вышеупомянутому четвертому равномерно смешанному расплаву и продолжение плавки с получением второго вышеупомянутого модифицированного алюминиевого сплава.step S320 - adding the above-mentioned aluminum-titanium or aluminum-titanium-boron ligature to the above-mentioned fourth uniformly mixed melt and continuing melting to obtain the second above-mentioned modified aluminum alloy.
Иными словами, если для получения композиционного редкоземельного алюминиевого сплава, редкоземельный алюминиевый сплав, модификатор, рафинирующий агент и алюминий были расплавлены заранее, то добавление всех компонентов к вышеуказанному алюминиевому расплаву можно выполнить за один раз. Естественно, учитывая тот факт, что при высокотемпературной плавке может возникнуть аномальный рост зерен, который не способствует улучшению механических свойств изделий, предпочтительно, когда композитный редкоземельный алюминиевый сплав полностью расплавлен и смешан с алюминиевым сплавом, дополнительно добавляют рафинирующий агент, то есть лигатуру алюминий-титан или лигатуру алюминий-титан-бор, для регулирования роста зерен.In other words, if the rare earth aluminum alloy, modifier, refining agent and aluminum are melted in advance to obtain the composite rare earth aluminum alloy, then adding all the components to the above-mentioned aluminum melt can be done at one time. Naturally, considering the fact that abnormal grain growth may occur during high-temperature melting, which is not conducive to improving the mechanical properties of products, it is preferable that when the composite rare earth aluminum alloy is completely melted and mixed with the aluminum alloy, a refining agent, that is, aluminum-titanium ligature or aluminum-titanium-boron ligature, is additionally added to regulate grain growth.
При этом количество добавляемого модификатора рассчитывается в соответствии с требованиями к использованию и содержанию активных компонентов в лигатуре. В качестве примера возьмем следующую ситуацию: при добавлении компонентов в композиционный редкоземельный сплав (массовое соотношение от общего объема содержащихся редкоземельных элементов: стронция: титана или титана и бора = 1:(0,05 - 1,2):(0,0001 - 1)) предпочтительное количество вышеупомянутого модификатора составляет 0,4 - 0,6% мас. от общего объема модифицированного алюминиевого сплава.In this case, the amount of the added modifier is calculated in accordance with the requirements for the use and content of active components in the ligature. As an example, let us take the following situation: when adding components to a composite rare earth alloy (the mass ratio of the total volume of rare earth elements contained: strontium: titanium or titanium and boron = 1: (0.05 - 1.2): (0.0001 - 1)) the preferred amount of the above-mentioned modifier is 0.4 - 0.6% by weight of the total volume of the modified aluminum alloy.
Рафинирование на любом из вышеуказанных этапов, то есть рафинирование в процессе очистки алюминиевого расплава, рафинирование в процессе приготовления редкоземельного алюминиевого сплава и рафинирование каждого расплава в композиционном редкоземельном алюминиевом сплаве можно осуществить следующим образом:Refining at any of the above stages, that is, refining in the process of refining the aluminum melt, refining in the process of preparing the rare earth aluminum alloy, and refining each melt in the composite rare earth aluminum alloy, can be carried out as follows:
к расплаву добавляют флюс путем продувки инертным газом и выдерживают в течение 3 - 10 минут, после добавляют шлакоудалитель и перемешивают в течение 5 - 10 минут для удаления образовавшихся на поверхности шлаков.flux is added to the melt by blowing it with an inert gas and it is kept for 3-10 minutes, then a slag remover is added and it is stirred for 5-10 minutes to remove the slag formed on the surface.
Объем добавляемого флюса составляет 0,1 - 0,3% от массы добавляемого расплава, а объем добавляемого шлакоудалителя 0,1 - 0,3% от массы добавляемого расплава;The volume of added flux is 0.1 - 0.3% of the mass of the added melt, and the volume of added slag remover is 0.1 - 0.3% of the mass of the added melt;
компоненты вышеупомянутого флюса, рассчитанные в соответствии с массой:The components of the above flux, calculated according to weight:
10-15 частей хлорида калия, 15-25 частей хлорида натрия, 8-15 частей фторида кальция, 15-25 частей карбоната натрия, 8-12 частей сульфата натрия, 10-20 частей фторалюмината натрия, 8-12 частей гексахлорэтана;10-15 parts potassium chloride, 15-25 parts sodium chloride, 8-15 parts calcium fluoride, 15-25 parts sodium carbonate, 8-12 parts sodium sulfate, 10-20 parts sodium fluoroaluminate, 8-12 parts hexachloroethane;
компоненты вышеупомянутого шлакоудалителя, рассчитанные в соответствии с массой:The components of the above mentioned slag remover, calculated according to weight:
25-30 частей хлорида натрия, 25-30 частей хлорида калия, 5-10 частей карбоната натрия, 5-10 частей сульфата натрия, 1-5% фторалюмината натрия, 5-10 частей фторсиликата натрия, 5-10 частей фторида кальция, 1-5 частей азотнокислого калия, 5-10 частей калия фторсиликата.25-30 parts sodium chloride, 25-30 parts potassium chloride, 5-10 parts sodium carbonate, 5-10 parts sodium sulfate, 1-5% sodium fluoroaluminate, 5-10 parts sodium fluorosilicate, 5-10 parts calcium fluoride, 1-5 parts potassium nitrate, 5-10 parts potassium fluorosilicate.
За счет контроля содержания водорода в расплаве можно определить, продолжается ли процесс рафинирования. В настоящем изобретении содержание водорода определяется путем измерения плотности расплава, то есть чем ближе плотность расплава к теоретическому значению (в зависимости от компонентов, содержащихся в сплаве, плотность может слегка различаться и составлять около 2,7 г/см3), тем ниже содержание водорода в расплаве. Например, можно ориентироваться на следующие аспекты, если плотность расплава составляет менее 2,65 г/см3, то это указывает на то, что требуется провести вышеупомянутый процесс рафинирования; если плотность расплава больше или равна 2,65 г/см3, то это указывает на то, что проведение вышеупомянутого процесса рафинирования не требуется или необходимо прекратить вышеупомянутый процесс рафинирования.By monitoring the hydrogen content in the melt, it is possible to determine whether the refining process is continuing. In the present invention, the hydrogen content is determined by measuring the density of the melt, that is, the closer the density of the melt is to the theoretical value (depending on the components contained in the alloy, the density may vary slightly and is about 2.7 g / cm 3 ), the lower the hydrogen content in the melt. For example, the following aspects can be used as a guide: if the density of the melt is less than 2.65 g / cm 3 , this indicates that the above-mentioned refining process needs to be carried out; if the density of the melt is greater than or equal to 2.65 g / cm 3 , this indicates that the above-mentioned refining process does not need to be carried out or the above-mentioned refining process needs to be stopped.
Этап S4 - литье с использованием вышеупомянутого модифицированного алюминиевого сплава для получения литейных форм из модифицированного алюминиевого сплава.Step S4 - casting using the above-mentioned modified aluminum alloy to obtain modified aluminum alloy casting molds.
Иными словами, после плавки полученный модифицированный алюминиевый сплав заливают в пресс-формы для получения литейных форм из модифицированного алюминиевого сплава.In other words, after melting, the resulting modified aluminum alloy is poured into molds to produce casting molds made of modified aluminum alloy.
Для конкретного процесса литья может использоваться распространенная технология литья, в связи с этим подробное описание данного процесса будет опущено.A specific casting process may use a common casting technology, therefore a detailed description of this process will be omitted.
Этап S5 - термическая обработка литейных форм из вышеупомянутого модифицированного алюминиевого сплаваStage S5 - heat treatment of casting molds made of the above-mentioned modified aluminum alloy
После получения литейных форм из алюминиевого сплава для дальнейшего повышения механической прочности изделий изобретатели на основе повторных исследований разработали соответствующий способ термической обработки.After obtaining casting molds from aluminum alloy, in order to further increase the mechanical strength of the products, the inventors, based on repeated research, developed a corresponding method of heat treatment.
В частности, вышеупомянутый способ термической обработки включает:In particular, the above-mentioned heat treatment method includes:
обработка на твердый раствор - литейные формы из вышеупомянутого алюминиевого сплава нагревают до 530 - 550°С и выдерживают в течение 120 - 300 мин;solid solution processing - casting molds made of the above-mentioned aluminum alloy are heated to 530 - 550°C and held for 120 - 300 minutes;
обработка методом закалки водой - литейные формы из модифицированного алюминиевого сплава после обработки на твердый раствор помещают в водяную баню температурой 60 - 70°C и закаливают водой в течение 2 - 4 мин;water quenching treatment - casting molds made of modified aluminum alloy after solid solution treatment are placed in a water bath at a temperature of 60 - 70°C and quenched with water for 2 - 4 minutes;
обработка методом старения - литейные формы из алюминиевого сплава выдерживают при температуре 110 - 140°C в течение 120 - 240 мин, затем температуру выдержки увеличивают до 160 - 200°C и выдерживают литейные формы в течение 20 - 60 мин, после этого литейные формы охлаждают до комнатной температуры до получения изделий из высокопластичного композиционного материала на основе модифицированного алюминиевого сплава.aging treatment - aluminum alloy casting molds are held at a temperature of 110 - 140°C for 120 - 240 minutes, then the holding temperature is increased to 160 - 200°C and the casting molds are held for 20 - 60 minutes, after which the casting molds are cooled to room temperature until products are obtained from a highly plastic composite material based on a modified aluminum alloy.
Иными словами, для литейных форм из алюминиевого сплава последовательно проводятся такие виды обработок, как обработка на твердый раствор, обработка методом закалки водой и обработка методом старения.In other words, for aluminum alloy casting molds, such treatments as solid solution treatment, water quenching treatment and aging treatment are carried out sequentially.
Описанная выше обработка на твердый раствор разработана таким образом, чтобы можно было устранить напряжение, вызванное скоростью охлаждения отливки, связанное с такими причинами, как структура отливки (например, неравномерная толщина стенок и толстый переход стенок) при затвердевании кристалла; механическая прочность и твердость сплава могут быть улучшены, и металлографическая структура сплава может быть улучшена; может быть устранена межкристаллитная сегрегация и сегрегация компонентов, так что структура может быть однородной.The above-described solid solution treatment is designed so that the stress caused by the cooling rate of the casting due to such reasons as the structure of the casting (such as uneven wall thickness and thick wall transition) during crystal solidification can be eliminated; the mechanical strength and hardness of the alloy can be improved, and the metallographic structure of the alloy can be improved; intercrystalline segregation and component segregation can be eliminated, so that the structure can be uniform.
Кроме этого, за счет вышеупомянутой обработки методом закалки водой литейные изделия быстро охлаждаются, за счет чего упрочняющие компоненты максимально растворяются в сплаве, а затем стабилизируются и выдерживаются до комнатной температуры.In addition, due to the above-mentioned water quenching treatment, the castings are quickly cooled, due to which the strengthening components are maximally dissolved in the alloy, and then stabilized and maintained at room temperature.
За счет вышеупомянутой обработки методом старения увеличение температуры и времени вызывают рекомбинацию атомов в кристаллической решетке пересыщенного твердого раствора, которая образует область, обогащенную атомами растворенного вещества (именуется как область G-PI). При исчезновении области G-PI атомы второй фазы в соответствии с определенным законом сегрегируют, образуя область G-PII, метастабильную вторую фазу (переходную фазу). Большое количество областей G-PII взаимосвязаны с небольшим количеством метастабильных фаз, метастабильная фаза преобразуется в стабильную и вторую фазу для агрегации веществ.Due to the above-mentioned aging treatment, the increase in temperature and time causes the recombination of atoms in the crystal lattice of the supersaturated solid solution, which forms a region enriched with solute atoms (called the G-PI region). When the G-PI region disappears, the atoms of the second phase segregate according to a certain law, forming the G-PII region, a metastable second phase (transition phase). A large number of G-PII regions are interconnected with a small number of metastable phases, the metastable phase is transformed into a stable and second phase for the aggregation of substances.
В соответствии со способом приготовления по настоящему изобретению сначала используется метод низкотемпературного старения, при котором больше фазовых переходов происходит в области GP и области β1, что обеспечивает достаточный коэффициент удлинения.According to the preparation method of the present invention, a low-temperature aging method is first used, in which more phase transitions occur in the GP region and the β1 region, which ensures a sufficient elongation coefficient.
Предпочтительно, если скорость нагрева при обработке на твердый раствор контролируется в пределах 1,5 - 3°С/мин, а время выдержки в течение 120 - 180 мин. За счет регулирования скорости нагрева и времени выдержки при обработке на твердый раствор, можно дополнительно увеличить фазу α-Al в форме розы и фазу α-Al в форме относительно шара, а также рафинировать первичную фазу α-Al и уменьшить количество дендритов.It is preferable that the heating rate in the solution treatment is controlled within the range of 1.5 - 3°C/min, and the holding time is 120 - 180 min. By adjusting the heating rate and holding time in the solution treatment, it is possible to further increase the rose-shaped α-Al phase and the ball-shaped α-Al phase, and also to refine the primary α-Al phase and reduce the amount of dendrites.
Вышеупомянутые обработка на твердый раствор, обработка методом закалки водой и обработка методом старения являются непрерывными процессами, а вышеупомянутая водяная баня представляет собой водяную баню с циркулирующей водой. После обработки методом закалки водой и перед обработкой методом старения, температура для литейных форм из модифицированного алюминиевого сплава поддерживается на уровне выше 55°C. Благодаря непрерывной обработке можно не только повысить эффективность производства, но и избежать ненужных дефектов, вызванных прерыванием технологических процессов. Кроме этого, за счет контроля минимальной температуры в течение определенного периода времени, можно избежать появления дефектов по причине быстрого охлаждения.The above-mentioned solution treatment, water quenching treatment and aging treatment are continuous processes, and the above-mentioned water bath is a circulating water bath. After the water quenching treatment and before the aging treatment, the temperature of the modified aluminum alloy mold is maintained at above 55°C. Through continuous treatment, not only can production efficiency be improved, but also unnecessary defects caused by interruption of the process can be avoided. In addition, by controlling the minimum temperature for a certain period of time, defects caused by rapid cooling can be avoided.
На этапе вышеупомянутой обработки методом старения температура выдержки от 110 - 140°С до 160 - 200°С увеличивается со скоростью нагрева 2 - 4°С/мин, а затем литейные формы охлаждаются естественным путем до комнатной температуры. За счет контроля скорости охлаждения на этапе обработки методом старения, можно значительно уменьшить появление дефектов, что способствует повышению пластичности, а также сохранению высокой механической прочности изделий. Ниже подробно описываются варианты осуществления способа приготовления по настоящему изобретению.At the stage of the above-mentioned aging treatment, the holding temperature from 110 - 140°C to 160 - 200°C is increased at a heating rate of 2 - 4°C/min, and then the casting molds are cooled naturally to room temperature. By controlling the cooling rate at the aging treatment stage, it is possible to significantly reduce the occurrence of defects, which contributes to increasing the plasticity, as well as maintaining high mechanical strength of the products. The embodiments of the preparation method according to the present invention are described in detail below.
Вариант осуществления 1Implementation option 1
Алюминиевый сплав: алюминиево-кремниево-магниевый сплав (A356) (приобретено у: компания Алюминиевая промышленность Weiqiao, Шаньдун)Aluminum alloy: aluminum-silicon-magnesium alloy (A356) (purchased from: Shandong Weiqiao Aluminum Industry Co., Ltd.)
Чушка из высокочистого алюминия (приобретено у: компания Chinalco, состав: Al (99,99%), Fe<0,1%, примеси <0,05%)High purity aluminum ingot (purchased from: Chinalco, composition: Al (99.99%), Fe<0.1%, impurities <0.05%)
Флюс:Flux:
Состав: 15 частей хлорида калия, 20 частей хлорида натрия, 10 частей CaF2, 20 частей Na2CO3, 10 частей Na2SO4, 15 частей Na3AlF6, 10 частей C2Cl6.Composition: 15 parts potassium chloride, 20 parts sodium chloride, 10 parts CaF2, 20 parts Na2CO3, 10 parts Na2SO4, 15 parts Na3AlF6, 10 parts C2Cl6.
Шлакоудалитель:Slag remover:
Состав: 25 частей хлорида натрия, 25 частей хлорида калия, 5 частей карбоната натрия, 5 частей сульфата натрия, 5 частей фторалюмината натрия, 10 частей фторсиликата натрия, 10 частей фторида кальция, 5 частей нитрата калия, 10 частей фторсиликата калия.Composition: 25 parts sodium chloride, 25 parts potassium chloride, 5 parts sodium carbonate, 5 parts sodium sulfate, 5 parts sodium fluoroaluminate, 10 parts sodium fluorosilicate, 10 parts calcium fluoride, 5 parts potassium nitrate, 10 parts potassium fluorosilicate.
1) Приготовление алюминиевого расплава1) Preparation of aluminum melt
Выплавка: предварительно нагретый алюминиево-кремниево-магниевый сплав A356 добавляется в предварительно нагретую плавильную печь, а затем нагревается и плавится в пределах 760 градусов в алюминиевый расплав.Melting: Preheated A356 aluminum-silicon-magnesium alloy is added to the preheated melting furnace, and then heated and melted within 760 degrees into aluminum melt.
Деаэрация и шлакоудаление: к алюминиевому расплаву после выплавки добавляют флюс (0,3 мас.% флюса), полученный путем продувки азотом (или аргоном), а время аэрации контролируют в течение 15 минут.Deaeration and slag removal: flux (0.3 wt.% flux) obtained by purging with nitrogen (or argon) is added to the aluminum melt after smelting, and the aeration time is controlled for 15 minutes.
Выстаивание: алюминиевый расплав, полученный на этапе S3, выстаивают в течение 10 минут, а затем при температуре, контролируемой в пределах 760 градусов, с поверхности алюминиевого расплава удаляются шлаки и примеси.Standing: The aluminum melt obtained in step S3 is stood for 10 minutes, and then, at a temperature controlled within 760 degrees, slags and impurities are removed from the surface of the aluminum melt.
В этот период отбираются пробы алюминиевого расплава после выстаивания для определения химического состава и оценки содержания водорода:During this period, samples of the aluminum melt are taken after standing to determine the chemical composition and assess the hydrogen content:
определение содержания водорода в расплаве алюминия после выстаивания осуществляется путем денсиметрии, требования к плотности: плотность больше или равна 2,65 г/см3. Чем выше плотность (ближе к 2,7 г/см3), тем ниже содержание водорода в расплаве.Determination of the hydrogen content in the aluminum melt after standing is carried out by densimetry, requirements for density: density greater than or equal to 2.65 g/ cm3 . The higher the density (closer to 2.7 g/ cm3 ), the lower the hydrogen content in the melt.
2) Очистка лигатуры2) Cleaning the ligature
2.1) Лигатура алюминий-стронций: приобретено у ООО «Компания Angshen по производству металлических материалов, Наньтун», состав: Al-10Sr, Fe<0,05.2.1) Aluminum-strontium ligature: purchased from Nantong Angshen Metal Materials Co., Ltd., composition: Al-10Sr, Fe<0.05.
Предварительная обработка: очистка поверхности лигатуры алюминий-стронций от окалины с помощью шлифовальной машины.Pre-treatment: cleaning the surface of the aluminum-strontium ligature from scale using a grinding machine.
Ультразвуковая очистка: предварительно обработанная лигатура алюминий-стронций помещается в резервуар для ультразвуковой очистки.Ultrasonic cleaning: The pre-treated aluminum-strontium alloy is placed in an ultrasonic cleaning tank.
Сушка: очищенная лигатура алюминий-стронций помещается в печь и сушится при температуре 60 - 100°С в течение 30 - 60 минут.Drying: The purified aluminum-strontium ligature is placed in an oven and dried at a temperature of 60 - 100°C for 30 - 60 minutes.
Выплавка: лигатура алюминий-стронций помещается в предварительно нагретый тигель для выплавки при температуре 760 - 780°С.Melting: the aluminum-strontium ligature is placed in a preheated melting crucible at a temperature of 760 - 780°C.
Рафинирование: проводится после выплавки лигатуры алюминий-стронций. Рафинирование расплавленного высокочистого алюминия проводится посредством мешалки с Ar+ графитом для автоматической деаэрации. Рафинирование с помощью продувки аргоном проводится при температуре 730 - 750°С в течение 5 - 10 мин, объем флюса, полученного путем продувки, составляет 0,1 - 0,3% от расплава, а время выдержки 3 - 5 мин. В процессе рафинирования на поверхности алюминиевого расплава не должно наблюдаться бурлящих пузырьков.Refining: is carried out after smelting the aluminum-strontium ligature. Refining of molten high-purity aluminum is carried out using a stirrer with Ar+ graphite for automatic deaeration. Refining using argon blowing is carried out at a temperature of 730 - 750 ° C for 5 - 10 minutes, the volume of flux obtained by blowing is 0.1 - 0.3% of the melt, and the holding time is 3 - 5 minutes. During the refining process, no bubbling bubbles should be observed on the surface of the aluminum melt.
Удаление шлаков с поверхности: к расплаву добавляют 0,1 - 0,3% шлакоудалителя, а затем выдерживают в течение 15 - 20 минут для удаления образовавшихся на поверхности шлаков.Removing slag from the surface: 0.1 - 0.3% slag remover is added to the melt, and then left for 15 - 20 minutes to remove the slag formed on the surface.
Выстаивание: проводится после удаления шлака в течение 8 - 15 минут при температуре 740 - 760°C.Standing: carried out after slag removal for 8 - 15 minutes at a temperature of 740 - 760°C.
2.2) Рафинирующий агент: рафинирование лигатуры алюминий-титан-бор2.2) Refining agent: refining aluminum-titanium-boron ligature
Лигатура алюминий-титан-бор: приобретено у ООО «Компания Angshen по производству металлических материалов, Наньтун» (состав и содержание: Ti: 5%, B: 1%, оставшаяся часть: Al)Aluminum-titanium-boron master alloy: purchased from Nantong Angshen Metal Materials Co., Ltd. (composition and content: Ti: 5%, B: 1%, the remainder: Al)
Для обработки лигатуры алюминий-титан-бор, используемой в качестве рафинирующего агента, используется вышеуказанный способ обработки.The above-mentioned processing method is used to process the aluminum-titanium-boron ligature used as a refining agent.
3) Приготовление композиционного редкоземельного алюминиевого сплава3) Preparation of composite rare earth aluminum alloy
3.1) Выплавка лигатуры высокочистый алюминий-редкоземельный металл3.1) Smelting of high-purity aluminum-rare earth metal ligature
a) Приготовление высокочистого алюминиевого расплаваa) Preparation of high-purity aluminum melt
Предварительная обработка: очистка поверхности чушек из высокочистого алюминия от окалины с помощью шлифовальной машины.Pre-treatment: cleaning the surface of high-purity aluminum ingots from scale using a grinding machine.
Ультразвуковая очистка: предварительно обработанные чушки из высокочистого алюминия помещают в очиститель для ультразвуковой очистки.Ultrasonic Cleaning: Pre-treated high purity aluminum ingots are placed in an ultrasonic cleaner.
Сушка: чушки из высокочистого алюминия после ультразвуковой очистки помещают в печь и сушат при температуре 60 - 100°С в течение 30 - 60 минут.Drying: After ultrasonic cleaning, high-purity aluminum ingots are placed in an oven and dried at a temperature of 60 - 100°C for 30 - 60 minutes.
Выплавка: высоко чистый алюминий после сушки помещают в предварительно нагретый тигель для выплавки при температуре 760 - 800°С.Melting: Highly pure aluminum after drying is placed in a preheated crucible for melting at a temperature of 760 - 800 °C.
Рафинирование: проводится после выплавки высокочистого алюминия. Конкретный способ: рафинирование расплавленного высокочистого алюминия проводится посредством мешалки с Ar+ графитом для автоматической деаэрации. Рафинирование с помощью продувки Ar проводится при температуре 740 - 760°С в течение 5 - 10 мин, количество добавляемого рафинирующего агента составляет 0,1 - 0,3% от расплава, а время выдержки 3 - 5 мин. Далее к расплаву добавляют 0,1 - 0,3% шлакоудалителя, а затем выстаивают в течение 10 - 20 минут для удаления образовавшихся на поверхности шлаков.Refining: carried out after smelting high-purity aluminum. Specific method: refining of molten high-purity aluminum is carried out by means of a stirrer with Ar+ graphite for automatic deaeration. Refining by blowing Ar is carried out at a temperature of 740 - 760 ° C for 5 - 10 minutes, the amount of the added refining agent is 0.1 - 0.3% of the melt, and the holding time is 3 - 5 minutes. Then 0.1 - 0.3% of slag remover is added to the melt, and then it is left to stand for 10 - 20 minutes to remove the slag formed on the surface.
Выстаивание: проводится после удаления шлака в течение 8 - 15 минут при температуре 740 - 760°C.Standing: carried out after slag removal for 8 - 15 minutes at a temperature of 740 - 760°C.
b) Выплавка редкоземельного алюминиевого сплава:b) Smelting of rare earth aluminum alloy:
к расплаву после регулировки температуры высокочистого алюминия, полученного в вышеуказанном пункте а) до 780 - 820°C, а также нагрева и полного расплавления добавляют редкоземельный алюминий-лантановый сплав в соответствии с заданной массовой долей, то есть содержание лантана в редкоземельном алюминиевом сплаве составляет 0,2 ± 0,02 мас.%. (приобретено у исследовательского института редкоземельных металлов Баотоу, состав: Al-10La, Fe <0,05). Расплав нагревают под защитой аргоновой атмосферы при температуре 780 - 820°C до полного расплавления.after adjusting the temperature of the high-purity aluminum obtained in the above-mentioned item a) to 780 - 820°C, and heating and completely melting, add a rare earth aluminum-lanthanum alloy in accordance with a specified mass fraction, that is, the lanthanum content in the rare earth aluminum alloy is 0.2 ± 0.02 wt.%. (purchased from Baotou Rare Earth Research Institute, composition: Al-10La, Fe <0.05). The melt is heated under the protection of an argon atmosphere at a temperature of 780 - 820°C until completely melted.
Перемешивание и выдерживание: расплав после выплавки перемешивают в течение 3 - 5 минут до получения однородного состояния и выдерживают в течение 10 - 20 минут при температуре 760 - 780°С.Mixing and holding: after melting, the melt is mixed for 3-5 minutes until a homogeneous state is obtained and held for 10-20 minutes at a temperature of 760-780°C.
Рафинирование: проводится после плавки редкоземельного алюминий-лантанового сплава под защитой аргоновой атмосферы. Рафинирование расплава проводится посредством мешалки с Ar+ графита для автоматической деаэрации. Рафинирование с помощью продувки Ar проводится при температуре 760 - 780°С в течение 5 - 10 мин, объем флюса, полученного путем продувки, составляет 0,1 - 0,3% от расплава, а время выдержки 3 - 5 мин. В процессе рафинирования на поверхности алюминиевого расплава не должно наблюдаться бурлящих пузырьков. Удаление шлаков с поверхности расплава: к расплаву добавляют 0,1 - 0,3% шлакоудалителя, а затем выдерживают в течение 15 - 20 минут для удаления образовавшихся на поверхности шлаков.Refining: carried out after melting the rare earth aluminum-lanthanum alloy under the protection of argon atmosphere. Melt refining is carried out by means of a stirrer with Ar+ graphite for automatic deaeration. Refining by Ar blowing is carried out at a temperature of 760 - 780 ° C for 5 - 10 minutes, the volume of flux obtained by blowing is 0.1 - 0.3% of the melt, and the holding time is 3 - 5 minutes. During the refining process, no bubbling bubbles should be observed on the surface of the aluminum melt. Removal of slag from the melt surface: 0.1 - 0.3% of slag remover is added to the melt, and then held for 15 - 20 minutes to remove slag formed on the surface.
Выстаивание: проводится после удаления шлака в течение 10 - 15 минут при температуре 720 - 730°C.Standing: carried out after slag removal for 10 - 15 minutes at a temperature of 720 - 730°C.
3.2) Приготовление композиционного редкоземельного сплава3.2) Preparation of composite rare earth alloy
Приготовление алюминиевого расплава, редкоземельного алюминиевого сплава, лигатуры алюминий-стронций и лигатуры алюминий-титан-бор осуществляется последовательно в соответствии с вышеуказанным способом, далее содержимое смешивают и плавят до получения композиционного редкоземельного сплава.The preparation of aluminum melt, rare earth aluminum alloy, aluminum-strontium ligature and aluminum-titanium-boron ligature is carried out sequentially in accordance with the above method, then the contents are mixed and melted to obtain a composite rare earth alloy.
В данном варианте осуществления согласно последовательности добавления к алюминиевому расплаву сначала добавляется редкоземельный алюминиевый сплав, затем лигатура алюминий-стронций и, наконец, лигатура алюминий-титан-бор. Конкретный способ приготовления:In this embodiment, according to the addition sequence, the rare earth aluminum alloy is first added to the aluminum melt, then the aluminum-strontium ligature, and finally the aluminum-titanium-boron ligature. The specific preparation method is:
Этап 1 - дозирование: предварительный нагрев высокочистого алюминия, лигатуры алюминий-титан-бор, лигатуры алюминий-стронций и редкоземельного алюминиевого сплава, полученных вышеуказанным способом, в соответствии с требуемой массовой долей.Stage 1 - dosing: preheating high-purity aluminum, aluminum-titanium-boron ligature, aluminum-strontium ligature and rare earth aluminum alloy obtained by the above method, in accordance with the required mass fraction.
Из расчета общей массы, равной 100 частям, содержание высокочистого алюминия: 4,8 частей, содержание лигатуры алюминий-титан-бор: 0,2 частей, содержание лигатуры алюминий-стронций: 60 частей, содержание редкоземельного алюминиевого сплава: 35 частей.Based on the total mass of 100 parts, the content of high-purity aluminum: 4.8 parts, the content of aluminum-titanium-boron ligature: 0.2 parts, the content of aluminum-strontium ligature: 60 parts, the content of rare earth aluminum alloy: 35 parts.
Этап 2 - добавление и выплавка редкоземельного алюминиевого сплава: для приготовления вышеуказанного алюминиевого расплава сначала выполняется нагрев вышеуказанного очищенного редкоземельного алюминиевого сплава до температуры 780 - 820°C с целью его размягчения перед выплавкой, далее общую температуру алюминиевого расплава контролируют в пределах 760 - 780°C, а затем после добавления к алюминиевому расплаву редкоземельного алюминиевого сплава его выдерживают.Step 2 - adding and melting rare earth aluminum alloy: to prepare the above-mentioned aluminum melt, first the above-mentioned purified rare earth aluminum alloy is heated to a temperature of 780 - 820°C in order to soften it before melting, then the overall temperature of the aluminum melt is controlled within 760 - 780°C, and then after adding the rare earth aluminum alloy to the aluminum melt, it is maintained.
На протяжении всего процесса плавка редкоземельного алюминиевого сплава осуществляется под защитой аргоновой атмосферы.Throughout the entire process, the melting of rare earth aluminum alloy is carried out under the protection of an argon atmosphere.
Этап 3 - после полного расплавления редкоземельного алюминиевого сплава температуру контролируют в пределах 750 - 770°C, а содержимое перемешивают в течение 5 - 10 минут.Step 3 - After the rare earth aluminum alloy has completely melted, the temperature is controlled within 750 - 770°C and the contents are stirred for 5 - 10 minutes.
Весь процесс проходит под защитой аргоновой атмосферы, а мешалку с графитовыми материалами перед перемешиванием нагревают до 400 - 500°C.The entire process takes place under the protection of an argon atmosphere, and the stirrer with graphite materials is heated to 400 - 500°C before mixing.
Иными словами, после полного расплавления редкоземельного алюминиевого сплава необходимо немного снизить температуру, чтобы предотвратить последующее укрупнение зерен, вызванное перегревом.In other words, after the rare earth aluminum alloy has completely melted, the temperature must be reduced slightly to prevent subsequent grain coarsening caused by overheating.
Этап 4 - после плавки расплава при температуре 740 - 760°C, время выдерживания контролируется в течение 5 - 20 минут. На данном этапе происходит реакция легирования.Stage 4 - after melting the melt at a temperature of 740 - 760°C, the holding time is controlled for 5 - 20 minutes. At this stage, the alloying reaction occurs.
Этап 5 - рафинирование: после выдерживания проводятся рафинирование, деаэрация и шлакоудаление. К расплаву добавляют 0,3% флюса путем продувки аргоном, а время аэрации контролируют в течение 3 - 8 минут; далее к расплаву добавляют 0,2% шлакоудалителя, а затем после перемешивания в течение 5 минут выстаивают для удаления шлака и примесей с поверхности расплава. Весь процесс проходит под защитой аргоновой атмосферы.Stage 5 - refining: after holding, refining, deaeration and slag removal are carried out. 0.3% flux is added to the melt by blowing with argon, and the aeration time is controlled for 3 - 8 minutes; then 0.2% slag remover is added to the melt, and then after mixing for 5 minutes, it is held to remove slag and impurities from the surface of the melt. The entire process takes place under the protection of an argon atmosphere.
До и во время рафинирования отбираются пробы алюминиевого расплава для измерения плотности расплава и определения содержания водорода. В качестве метода измерения используется денсиметрия (по сравнению с теоретическим значением плотности алюминия 2,70 г/см3). Если измеренная плотность образца приближена к 2,7 г/см3, то это указывает на низкое содержание водорода в алюминии. Как правило, плотность образца не достигает 2,7 г/см3; если во время испытания плотность образца приблизительно равна 2,65 г/см3, то для определения содержания водорода требуется вакуумная обработка. Если содержание водорода не соответствует требованиям, необходимо продолжить рафинирование, то есть повторно добавить флюс и шлакоудалитель.Before and during refining, samples of the aluminum melt are taken to measure the density of the melt and determine the hydrogen content. Density metry is used as the measurement method (compared to the theoretical value of the density of aluminum of 2.70 g / cm 3 ). If the measured density of the sample is close to 2.7 g / cm 3 , this indicates a low hydrogen content in aluminum. As a rule, the density of the sample does not reach 2.7 g / cm 3 ; if the density of the sample during the test is approximately 2.65 g / cm 3 , then vacuum treatment is required to determine the hydrogen content. If the hydrogen content does not meet the requirements, it is necessary to continue refining, i.e. re-add flux and slag remover.
Этап 6 - выстаивание: расплав после добавления редкоземельного алюминиевого сплава и рафинирования выстаивают в течение 3 - 5 минут, а температуру контролируют в пределах 740 - 760°C.Stage 6 - standing: the melt after adding rare earth aluminum alloy and refining is stood for 3-5 minutes, and the temperature is controlled within 740-760°C.
Этап 7 - добавление и выплавка лигатуры алюминий-стронций: к расплаву, полученному на этапе 6, добавляют вышеуказанную лигатуру алюминий-стронций после рафинирования, а температуру контролируют в пределах 780 - 820°C для достижения полного расплавления лигатуры алюминий-стронций. На протяжении всего процесса плавка лигатуры алюминий-стронций осуществляется под защитой аргоновой атмосферы.Step 7 - adding and melting aluminum-strontium ligature: the above aluminum-strontium ligature is added to the melt obtained in step 6 after refining, and the temperature is controlled within 780 - 820 °C to achieve complete melting of the aluminum-strontium ligature. Throughout the process, the melting of the aluminum-strontium ligature is carried out under the protection of an argon atmosphere.
Этапе 8 - после полного расплавления лигатуры алюминий-стронций температуру контролируют в пределах 740 - 760°C, а содержимое перемешивают течение 3 - 8 минут до получения однородного состояния. Весь процесс проходит под защитой аргоновой атмосферы, а мешалку с графитовыми материалами перед перемешиванием нагревают до 400 - 500°C.Stage 8 - after the aluminum-strontium ligature has completely melted, the temperature is controlled within 740 - 760°C, and the contents are stirred for 3 - 8 minutes until a homogeneous state is obtained. The entire process takes place under the protection of an argon atmosphere, and the stirrer with graphite materials is heated to 400 - 500°C before stirring.
Этап 9 - далее проводится выдерживание при температуре 725 - 750°С. Время выдерживания контролируется в течение 15 - 30 минут.Stage 9 - then holding at a temperature of 725 - 750°C. The holding time is controlled for 15 - 30 minutes.
Этап 10 - рафинирование, деаэрация и шлакоудаление: после выдерживания расплава к композиционному редкоземельному алюминиевому расплаву добавляют 0,3% флюса путем продувки аргоном, а время аэрации контролируют в течение 5 - 10 минут; далее к алюминиевому расплаву добавляют 0,2% шлакоудалителя, а затем перемешивают в течение 5 минут, чтобы удалить шлак и примеси с поверхности композиционного редкоземельного алюминиевого расплава. Весь процесс проходит под защитой аргоновой атмосферы.Step 10 - refining, deaeration and slag removal: after holding the melt, 0.3% flux is added to the composite rare earth aluminum melt by argon blowing, and the aeration time is controlled for 5 - 10 minutes; then 0.2% slag remover is added to the aluminum melt, and then stirred for 5 minutes to remove slag and impurities on the surface of the composite rare earth aluminum melt. The whole process is carried out under the protection of argon atmosphere.
До и во время рафинирования отбираются пробы алюминиевого расплава для определения содержания водорода. (Требования к содержанию водорода: больше или равно 2,65 г/см3). В процессе измерения водорода требуется вакуумная обработка. Если содержание водорода не соответствует требованиям, необходимо продолжить рафинирование, то есть повторно добавить флюс и шлакоудалитель.Before and during refining, aluminum melt samples are taken to determine the hydrogen content. (Hydrogen content requirements: greater than or equal to 2.65 g/cm 3 ). Vacuum treatment is required during the hydrogen measurement process. If the hydrogen content does not meet the requirements, it is necessary to continue refining, that is, re-add flux and slag remover.
Этап 11 - добавление лигатуры алюминий-титан-бор: к вышеуказанному обработанному расплаву, полученному на этапе 10, добавляют лигатуру алюминий-титан-бор, а затем нагревают до полного расплавления и перемешивают в течение 3 - 5 минут до получения однородного состояния.Step 11 - adding aluminum-titanium-boron ligature: aluminum-titanium-boron ligature is added to the above-treated melt obtained in step 10, then heated until completely melted and stirred for 3 - 5 minutes until a homogeneous state is obtained.
Этап 12 - выдерживание: после перемешивания расплав выдерживают в течение 8 - 12 минут, а температуру контролируют в пределах 715 - 725°C.Step 12 – holding: after mixing, the melt is held for 8–12 minutes, and the temperature is controlled within the range of 715–725°C.
Этап 13 - рафинирование, деаэрация и шлакоудаление: после выдерживания расплава к композиционному редкоземельному алюминиевому расплаву добавляют 0,3% флюса путем продувки аргоном, а время аэрации контролируют в течение 5 - 10 минут; далее к алюминиевому расплаву добавляют 0,2% шлакоудалителя, а затем перемешивают в течение 5 минут, чтобы удалить шлак и примеси с поверхности композиционного редкоземельного алюминиевого расплава. Весь процесс проходит под защитой аргоновой атмосферы.Step 13 - refining, deaeration and slag removal: after holding the melt, 0.3% flux is added to the composite rare earth aluminum melt by argon blowing, and the aeration time is controlled for 5 - 10 minutes; then 0.2% slag remover is added to the aluminum melt, and then stirred for 5 minutes to remove slag and impurities on the surface of the composite rare earth aluminum melt. The whole process is carried out under the protection of argon atmosphere.
До и во время рафинирования отбираются пробы алюминиевого расплава для определения содержания водорода. (Требования к содержанию водорода: больше или равно 2,65 г/см3). В процессе измерения водорода требуется провести вакуумную обработку. Если содержание водорода не соответствует требованиям, необходимо продолжить рафинирование, то есть повторно добавить флюс и шлакоудалитель.Before and during refining, samples of aluminum melt are taken to determine the hydrogen content. (Hydrogen content requirements: greater than or equal to 2.65 g/cm 3 ). During the hydrogen measurement process, vacuum treatment is required. If the hydrogen content does not meet the requirements, refining must be continued, that is, flux and slag remover must be added again.
Этап 14 - литье: предварительный нагрев пресс-форм при температуре 300 - 400°C. Для процесса литья температуру вышеуказанного композиционного редкоземельного сплава, полученного на этапе 13, контролируют в пределах 715 - 725°C.Step 14 - Casting: Preheating the molds at a temperature of 300 - 400°C. For the casting process, the temperature of the above-mentioned rare earth composite alloy obtained in Step 13 is controlled within the range of 715 - 725°C.
Предпочтительно, если во время литья оксиды на поверхностном слое композиционного редкоземельного алюминиевого расплава будут отфильтрованы с помощью фильтра из стекловолокна; фильтрацию поверхностного слоя композиционного редкоземельного алюминиевого расплава проводят перед каждым литьем.It is preferable that during casting, oxides on the surface layer of the composite rare earth aluminum melt are filtered using a glass fiber filter; the filtration of the surface layer of the composite rare earth aluminum melt is carried out before each casting.
Предпочтительно, если для охлаждения пресс-форм используется метод водяного охлаждения, применяемый для охлаждения композиционного редкоземельного алюминиевого сплава, отлитого в пресс-формы. В процессе охлаждения скорость затвердевания алюминиевого расплава контролируют в пределах 50 - 100°С/с, а в качестве метода затвердевания используют последовательное затвердевание.It is preferable if the water cooling method used for cooling the composite rare earth aluminum alloy cast in the molds is used for cooling the molds. In the cooling process, the solidification rate of the aluminum melt is controlled within the range of 50 - 100 °C/s, and sequential solidification is used as the solidification method.
Следует отметить, что соотношение компонентов композиционного редкоземельного алюминиевого сплава не ограничено вышеуказанными вариантами осуществления, например, рассчитанное массовое соотношение редкоземельного металла: стронция: титана или титана-бора составляет 1:(0,1 - 1,2):(0,1 - 1,2).It should be noted that the ratio of the components of the composite rare earth aluminum alloy is not limited to the above embodiments, for example, the calculated mass ratio of rare earth metal: strontium: titanium or titanium-boron is 1: (0.1 - 1.2): (0.1 - 1.2).
4) Приготовление литейных форм из модифицированного алюминиевого сплава4) Preparation of casting molds from modified aluminum alloy
Алюминиево-кремниево-магниевый сплав, композиционный редкоземельный алюминиевый сплав и лигатура алюминий-титан-бор приготавливаются в соответствии с массовым соотношением алюминиевого сплава: композиционного редкоземельного алюминиевого сплава: лигатуры алюминий-титан-бор, равным 99,4:0,4:0,2.The aluminum-silicon-magnesium alloy, the composite rare earth aluminum alloy and the aluminum-titanium-boron ligature are prepared in accordance with the mass ratio of the aluminum alloy: composite rare earth aluminum alloy: aluminum-titanium-boron ligature equal to 99.4:0.4:0.2.
Далее проводится выплавка в соответствии со следующими этапами:Next, smelting is carried out in accordance with the following stages:
смешивание: когда температура контролируется в пределах 740 ± 5°C к вышеуказанному обработанному алюминиево-кремниево-магниевому сплаву в соответствии с вышеуказанным соотношением, указанным в 1) добавляется композиционный редкоземельный алюминиевый сплав, полученный как указано в 3).mixing: when the temperature is controlled within 740±5°C, the composite rare earth aluminum alloy obtained as specified in 3) is added to the above processed aluminum-silicon-magnesium alloy according to the above ratio specified in 1).
перемешивание: добавленные композиционный редкоземельный алюминиевый сплав и расплав после плавки перемешивают с помощью мешалки с графитовыми материалами, в процессе перемешивания необходимо соблюдать требования к однородному перемешиванию, последовательное перемешивание осуществляется в течение 8 минут;stirring: the added composite rare earth aluminum alloy and the melt after melting are stirred using a stirrer with graphite materials, during the stirring process, it is necessary to comply with the requirements for uniform mixing, sequential stirring is carried out for 8 minutes;
выдерживание: после перемешивания температуру выдержки контролируют в пределах 735°C, а время выдерживания в течение 20 минут;holding: after mixing, the holding temperature is controlled within 735°C, and the holding time is 20 minutes;
рафинирование: после выдерживания к алюминиевому расплаву добавляют шлакоудалитель путем продувки аргоном, а время деаэрации контролируют в пределах 15 минут;refining: after holding, a slag remover is added to the aluminum melt by blowing with argon, and the deaeration time is controlled within 15 minutes;
добавление рафинирующего агента: к расплаву с флюсом добавляют 0,2% лигатуры алюминий-титан-бор, а затем после полной выплавки и перемешивания продолжают рафинирование.adding a refining agent: 0.2% aluminum-titanium-boron ligature is added to the melt with flux, and then, after complete melting and mixing, refining is continued.
выдерживание и выстаивание: после рафинирования алюминиевый расплав поступает в резервуар для выдержки, и когда температура находится в пределах 710 ± 3°C, с поверхности алюминиевого расплава после выстаивания в течение 10 ± 2 минут удаляют шлак и примеси;holding and standing: after refining, the aluminum melt enters the holding tank, and when the temperature is within 710 ± 3°C, slag and impurities are removed from the surface of the aluminum melt after standing for 10 ± 2 minutes;
литье: после предварительного нагрева пресс-форм до 250 - 400°C, в пресс-формы отливают вышеуказанный модифицированный алюминиевый сплав после рафинирования при температуре, контролируемой в пределах 700 ± 5, затем пресс-формы охлаждают до получения литьевых форм из модифицированного алюминиевого сплава. Среди них, толщина литьевых форм из данного модифицированного алюминиевого сплава составляет 30 мм.Casting: After preheating the molds to 250 - 400°C, the above-mentioned modified aluminum alloy after refining is cast into the molds at a temperature controlled within 700 ± 5, then the molds are cooled to obtain modified aluminum alloy casting molds. Among them, the thickness of the casting molds of this modified aluminum alloy is 30mm.
5) Термическая обработка5) Heat treatment
Обработка на твердый раствор: литейные формы из вышеуказанного модифицированного алюминиевого сплава помещают в нагревательную печь для нагрева до 540°С со скоростью 2°С/мин, а затем выдерживают в течение 120 мин.Solution etching treatment: The casting molds made of the above modified aluminum alloy are placed in a heating furnace to heat up to 540°C at a rate of 2°C/min, and then held for 120 min.
Обработка методом закалки водой: литейные формы из модифицированного алюминиевого сплава после обработки на твердый раствор добавляют в водяную баню температурой 65°C, а затем закаляют водой в течение 3 мин.Water quenching treatment: The modified aluminum alloy casting molds after solution treatment are added to a water bath at 65°C, and then water quenched for 3 min.
Обработка методом старения: литейные формы из модифицированного алюминиевого сплава после обработки закалки водой помещают в инкубатор с температурой 120°C и выдерживают в течение 120 мин. Далее температуру инкубатора увеличивают до 160°C со скоростью нагрева 2°C/мин и выдерживают литейные формы в течение 30 мин. После этого литейные формы охлаждают естественным путем до комнатной температуры, чтобы получить изделия из высокопластичного композиционного материала на основе модифицированного алюминиевого сплава.Aging treatment: the modified aluminum alloy casting molds are placed in an incubator at 120°C after water quenching treatment and held for 120 min. Then the incubator temperature is increased to 160°C at a heating rate of 2°C/min and the casting molds are held for 30 min. After that, the casting molds are cooled naturally to room temperature to obtain products made of highly plastic composite material based on the modified aluminum alloy.
На фиг. 1 представлены изображения металлографической структуры изделий из алюминиевого сплава на разных этапах, среди них, (а) - изображение алюминиевого сплава A356 до термической обработки, (b) изображение алюминиевого сплава A356 после термической обработки, (с) - изображение алюминиевого сплава после модификации композиционных материалов и до термической обработки, указанное в варианте осуществления 1, (d) изображение алюминиевого сплава после модификации композиционных материалов и термической обработки, указанное в варианте осуществления 1. Из фиг. 1 видно, что металлографическая структура модифицированного и термообработанного алюминиевого сплава в данном варианте осуществления по сравнению с фазой α-Al в форме относительно круглого шара еще более увеличена, а первичная фаза α-Al и дендриты практически не видны. Иными словами, проводится дополнительная гомогенизация зерен, чтобы их микроструктура стала более однородной. Кроме этого, фаза α-Al в форме шара равномерно распределяется по границам зерен. Металлографическая структура термообработанного алюминиевого сплава (т.е. изображение (с)) по сравнению с фазой α-Al в форме относительно круглого шара еще более увеличена, а первичная фаза α-Al и дендриты практически не видны. Иными словами, проводится дополнительная гомогенизация зерен, чтобы их микроструктура стала более однородной.Fig. 1 shows images of the metallographic structure of aluminum alloy products at different stages, among them, (a) is an image of the A356 aluminum alloy before heat treatment, (b) is an image of the A356 aluminum alloy after heat treatment, (c) is an image of the aluminum alloy after modification of composite materials and before heat treatment indicated in embodiment 1, (d) is an image of the aluminum alloy after modification of composite materials and heat treatment indicated in embodiment 1. From Fig. 1 it is seen that the metallographic structure of the modified and heat-treated aluminum alloy in this embodiment is further increased compared to the α-Al phase in the form of a relatively round ball, and the primary α-Al phase and dendrites are practically not visible. In other words, additional homogenization of the grains is carried out so that their microstructure becomes more uniform. In addition, the α-Al phase in the form of a ball is uniformly distributed along the grain boundaries. The metallographic structure of the heat-treated aluminum alloy (i.e., image (c)) is further enlarged compared to the α-Al phase in the form of a relatively round ball, and the primary α-Al phase and dendrites are almost invisible. In other words, additional homogenization of the grains is carried out so that their microstructure becomes more uniform.
Кроме этого, были оценены механические свойства алюминиевого сплава A356 (обозначенного как: до модификации), литейных форм после модификации (обозначенного как: модифицированный сплав 1), а также изделия после термической обработки (обозначенного как: вариант осуществления 1). Результаты оценки представлены в нижеследующей таблице 1.In addition, the mechanical properties of the aluminum alloy A356 (designated as: before modification), the casting molds after modification (designated as: modified alloy 1), and the product after heat treatment (designated as: embodiment 1) were evaluated. The evaluation results are presented in Table 1 below.
Из таблицы 1 видно, что за счет термической обработки, описанной в варианте осуществления 1, и даже без термической обработки, пластичность изделий может быть значительно улучшена. На основе комплексной термической обработки значительно улучшаются предел текучести и предел прочности на разрыв (по сравнению с чушками из алюминиевого сплава, не прошедших модификацию и термическую обработку, предел текучести и предел прочности на разрыв увеличиваются почти в 3 раза или более чем в 2 раза), также поддерживается высокий коэффициент удлинения (по сравнению с необработанными чушками из алюминиевого сплава коэффициент удлинения увеличивается более чем в 5 раз), что значительно улучшает комплексные механические свойства.It can be seen from Table 1 that, through the heat treatment described in Embodiment 1 and even without heat treatment, the plasticity of the products can be significantly improved. Based on the comprehensive heat treatment, the yield strength and tensile strength are significantly improved (compared with aluminum alloy ingots that have not undergone modification and heat treatment, the yield strength and tensile strength increase by almost 3 times or more than 2 times), and the high elongation coefficient is also maintained (compared with untreated aluminum alloy ingots, the elongation coefficient increases by more than 5 times), which significantly improves the comprehensive mechanical properties.
Вариант осуществления 2Implementation option 2
В данном варианте осуществления, по сравнению с вышеуказанным вариантом осуществления 1, комбинация редкоземельного алюминиевого сплава, лигатуры алюминий-стронций, лигатуры алюминий-титан или алюминий-титан-бор используется в качестве модификатора, остальные пункты такие же, как и в варианте осуществления 1.In this embodiment, compared with the above-mentioned embodiment 1, a combination of a rare earth aluminum alloy, an aluminum-strontium master alloy, an aluminum-titanium master alloy, or an aluminum-titanium-boron master alloy is used as a modifier, the other points are the same as those in embodiment 1.
Ниже описываются только компоненты, используемые в обработке модифицированного алюминиевого сплава:Only the components used in the processing of modified aluminum alloy are described below:
4) Приготовление литейных форм из модифицированного алюминиевого сплава4) Preparation of casting molds from modified aluminum alloy
Приготовление вышеуказанных алюминиево-кремниево-магниевого сплава, редкоземельного алюминиевого сплава, лигатуры алюминий-стронций, а также лигатуры алюминий-титан-бор осуществляется в соответствии с массовым соотношением алюминиевого сплава: редкоземельного алюминиевого сплава (способ очистки редкоземельного алюминиевого сплава аналогичен способу, указанному в варианте осуществления 1): лигатуры алюминий-стронций: лигатуры алюминий-титан-бор, равным 99,4:0,2:0,2:0,2.The preparation of the above-mentioned aluminum-silicon-magnesium alloy, rare-earth aluminum alloy, aluminum-strontium ligature, and aluminum-titanium-boron ligature is carried out in accordance with the mass ratio of aluminum alloy: rare-earth aluminum alloy (the method for purifying the rare-earth aluminum alloy is similar to the method specified in embodiment 1): aluminum-strontium ligature: aluminum-titanium-boron ligature, equal to 99.4:0.2:0.2:0.2.
Далее проводится плавка в соответствии со следующими этапами:Next, melting is carried out in accordance with the following stages:
смешивание: когда температура контролируется в пределах 740 ± 5°C к вышеуказанному обработанному алюминиево-кремниево-магниевому сплаву в соответствии с вышеуказанным соотношением из п. 1) добавляется композиционный редкоземельный алюминиевый сплав;mixing: when the temperature is controlled within 740 ± 5°C, the composite rare earth aluminum alloy is added to the above processed aluminum-silicon-magnesium alloy in accordance with the above ratio of 1);
перемешивание: добавленные редкоземельный алюминиевый сплав и расплав после выплавки перемешиваются с помощью мешалки с графитовыми материалами, в процессе перемешивания необходимо соблюдать требования к однородному перемешиванию, последовательное перемешивание осуществляется в течение 8 минут;stirring: the added rare earth aluminum alloy and the melt after smelting are stirred using a stirrer with graphite materials, during the stirring process, it is necessary to comply with the requirements for uniform mixing, sequential stirring is carried out for 8 minutes;
выдерживание: после перемешивания температуру выдерживания контролируют в пределах 735°C, а время - в течение 20 минут;holding: after mixing, the holding temperature is controlled within 735°C, and the time is controlled within 20 minutes;
рафинирование: после выдерживания к алюминиевому расплаву добавляют шлакоудалитель путем продувки аргоном, а время деаэрации контролируют в пределах 15 минут;refining: after holding, a slag remover is added to the aluminum melt by blowing with argon, and the deaeration time is controlled within 15 minutes;
добавление лигатуры алюминий-стронций: к расплаву с флюсом добавляют 0,2% лигатуры алюминий-стронций, далее после полного расплавления и перемешивания продолжают рафинирование;adding aluminum-strontium ligature: 0.2% aluminum-strontium ligature is added to the melt with flux, then after complete melting and mixing, refining is continued;
гомогенизация: после полного расплавления лигатуры алюминий-стронций температуру контролируют в пределах 740 - 760°C, а содержимое перемешивают в течение 3 - 8 минут до получения однородного состояния;homogenization: after the aluminum-strontium ligature has completely melted, the temperature is controlled within 740 - 760°C, and the contents are stirred for 3 - 8 minutes until a homogeneous state is obtained;
выдерживание: далее содержимое выдерживают при температуре 725 - 750°С, а время контролируют в течение 15 - 30 минут;aging: then the contents are maintained at a temperature of 725 - 750°C, and the time is controlled for 15 - 30 minutes;
добавление рафинирующего агента: к расплаву с флюсом добавляют 0,2% лигатуры алюминий-титан-бор, а затем после полного расплавления и перемешивания продолжают рафинирование;adding a refining agent: 0.2% aluminum-titanium-boron ligature is added to the melt with flux, and then, after complete melting and mixing, refining is continued;
выдерживание и выстаивание: после рафинирования алюминиевый расплав поступает в резервуар для выдержки, и когда температура находится в пределах 710 ± 3°C, с поверхности алюминиевого расплава после выстаивания в течение 10 ± 2 минут удаляют шлак и примеси;holding and standing: after refining, the aluminum melt enters the holding tank, and when the temperature is within 710 ± 3°C, slag and impurities are removed from the surface of the aluminum melt after standing for 10 ± 2 minutes;
литье: после предварительного нагрева пресс-форм до 250 - 400°C, в пресс-формы отливают вышеуказанный модифицированный алюминиевый сплав после рафинирования при температуре, контролируемой в пределах 700 ± 5, затем пресс-формы охлаждают до получения литьевых форм из модифицированного алюминиевого сплава;casting: after preheating the molds to 250 - 400°C, the above-mentioned modified aluminum alloy is cast into the molds after refining at a temperature controlled within 700 ± 5, then the molds are cooled to obtain casting molds made of modified aluminum alloy;
изображение металлографической структуры изделий, полученных в данном варианте осуществления, схоже с изображением, указанным в варианте осуществления 1, в связи с этим данная информация будет опущена.the image of the metallographic structure of the products obtained in this embodiment is similar to the image indicated in embodiment 1, therefore this information will be omitted.
Среди них, модифицированный сплав 2 указывает на литейные формы после модификации, которые не подвергались термической обработке.Among them, modified alloy 2 indicates casting molds after modification that were not subjected to heat treatment.
Из таблицы 2 видно, что за счет термической обработки, описанной в данном варианте осуществления 2, также можно получить результаты, аналогичные результатам вышеуказанного варианта осуществления 1.From Table 2 it can be seen that by means of the heat treatment described in this embodiment 2 it is also possible to obtain results similar to the results of the above embodiment 1.
Кроме этого также можно заметить, что по сравнению с вариантом осуществления 2 сначала проводится плавка редкоземельного алюминиевого сплава и лигатуры алюминий-стронций для получения композиционного редкоземельного алюминиевого сплава, а изделия из композиционного модифицированного алюминиевого сплава (то есть изделия из варианта осуществления 1), полученные путем модификации композиционного редкоземельного алюминиевого сплава, имеют более высокие комплексные механические свойства.In addition, it can also be noted that, compared with embodiment 2, the rare earth aluminum alloy and the aluminum-strontium ligature are first melted to obtain a composite rare earth aluminum alloy, and the composite modified aluminum alloy products (that is, the products of embodiment 1) obtained by modifying the composite rare earth aluminum alloy have higher comprehensive mechanical properties.
Вариант осуществления 3Implementation option 3
В данном варианте осуществления по сравнению с вышеуказанным вариантом осуществления 1, вместо A356 используется ZL111, остальные ступени являются аналогичными.In this embodiment, compared with the above embodiment 1, ZL111 is used instead of A356, and the other stages are the same.
Конкретный способ приготовления указан в варианте осуществления 1, в связи с этим данная информация будет опущена.The specific preparation method is indicated in embodiment 1, therefore this information will be omitted.
Кроме этого, были оценены механические свойства алюминиевого сплава ZL111 (обозначенного как: до модификации), литейных форм после модификации (обозначенного как: модифицированный сплав 3), а также изделия после термической обработки (обозначенного как: вариант осуществления 3). Результаты оценки указаны в нижеследующей таблице 3.In addition, the mechanical properties of the ZL111 aluminum alloy (designated as: before modification), the casting molds after modification (designated as: modified alloy 3), and the product after heat treatment (designated as: embodiment 3) were evaluated. The evaluation results are shown in Table 3 below.
Из таблицы 3 видно, что за счет термической обработки, описанной в данном варианте осуществления 3, также можно получить результаты, аналогичные результатам вышеуказанных вариантов осуществления 1 и 2. Иными словами, способ приготовления по настоящему изобретению также применим к эвтектическому алюминиевому сплаву, за счет которого можно получить более высокую прочность и более высокую ударную вязкость изделий.It can be seen from Table 3 that, by means of the heat treatment described in this embodiment 3, it is also possible to obtain results similar to those of the above embodiments 1 and 2. In other words, the preparation method of the present invention is also applicable to a eutectic aluminum alloy, by means of which it is possible to obtain higher strength and higher impact toughness of the products.
Вышеприведенное описание представляет собой предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения. Следует отметить, что специалисты в данной области техники могут внести некоторые изменения, не отступая от сущности настоящего изобретения и эти изменения будут подпадать под объем защиты настоящего изобретения.The above description represents preferred embodiments of the present invention. It should be noted that those skilled in the art can make some changes without departing from the essence of the present invention, and these changes will fall within the scope of protection of the present invention.
Claims (27)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202111654963.X | 2021-12-30 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2023129431A RU2023129431A (en) | 2024-06-24 |
RU2826211C2 true RU2826211C2 (en) | 2024-09-05 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2497965C2 (en) * | 2009-01-06 | 2013-11-10 | Ниппон Лайт Метал Компани, Лтд. | Aluminium alloy preparation method |
RU2550063C2 (en) * | 2009-04-24 | 2015-05-10 | Аньхуй Джойсенсис Кэйбл Ко., Лтд. | Cable material based on aluminium alloy with high degree of elongation, and method for its obtaining |
CN104561690B (en) * | 2015-01-26 | 2017-01-18 | 上海交通大学 | High-plasticity cast aluminum alloy and extrusion casting preparation method thereof |
RU2692542C1 (en) * | 2018-05-21 | 2019-06-25 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Melting and casting method of cast aluminum alloy |
CN112143945A (en) * | 2020-09-23 | 2020-12-29 | 上海耀鸿科技股份有限公司 | High-strength and high-toughness cast aluminum-silicon alloy containing multiple composite rare earth elements and preparation method thereof |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2497965C2 (en) * | 2009-01-06 | 2013-11-10 | Ниппон Лайт Метал Компани, Лтд. | Aluminium alloy preparation method |
RU2550063C2 (en) * | 2009-04-24 | 2015-05-10 | Аньхуй Джойсенсис Кэйбл Ко., Лтд. | Cable material based on aluminium alloy with high degree of elongation, and method for its obtaining |
CN104561690B (en) * | 2015-01-26 | 2017-01-18 | 上海交通大学 | High-plasticity cast aluminum alloy and extrusion casting preparation method thereof |
RU2692542C1 (en) * | 2018-05-21 | 2019-06-25 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Melting and casting method of cast aluminum alloy |
CN112143945A (en) * | 2020-09-23 | 2020-12-29 | 上海耀鸿科技股份有限公司 | High-strength and high-toughness cast aluminum-silicon alloy containing multiple composite rare earth elements and preparation method thereof |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
WO2023125263A1 (en) | Composite rare earth alloy for aluminum alloy modification and preparation method therefor | |
CN114277271B (en) | High-strength composite modified aluminum alloy product and preparation method thereof | |
US20240247339A1 (en) | High-plasticity composite modified aluminum alloy part and preparation method therefor | |
CN112680615B (en) | Preparation method, heat treatment method and die-casting method of high-strength and high-toughness die-casting aluminum alloy material | |
WO2023125262A1 (en) | Modified aluminum alloy and preparation method therefor | |
CN109628814A (en) | Weight rare earth complex intensifying heat resistance magnesium alloy and preparation method thereof | |
CN115074584A (en) | Die-casting aluminum alloy and preparation method thereof | |
CN112981198B (en) | Short-process preparation method of high-strength and high-toughness aluminum-lithium alloy sheet | |
CN112522557B (en) | High-strength and high-toughness die-casting aluminum alloy material | |
WO2023125264A1 (en) | High-strength aluminum alloy workpiece and preparation method therefor | |
CN110983119B (en) | High-strength high-thermal-conductivity die-casting aluminum alloy material and preparation method thereof | |
WO2023125266A1 (en) | High-plasticity aluminum alloy part and manufacturing method therefor | |
RU2826211C2 (en) | Articles from highly plastic composite material based on modified aluminum alloy and method of their preparation | |
CN115418535A (en) | Aluminum alloy material, preparation method and application thereof, and aluminum alloy product | |
RU2823557C2 (en) | Part from high-strength composite modified aluminium alloy and method of its production | |
US20240360537A1 (en) | High-strength composite modified aluminum alloy part and preparation method therefor | |
CN115717209B (en) | Al-Cu alloy, preparation method thereof and heat treatment method | |
CN111411246A (en) | Ultrasonic treatment and Bi composite refined hypoeutectic Al-Mg2Method for forming Si alloy structure | |
CN109852857A (en) | High-toughness heat-resistant Mg-Y alloy and preparation method thereof suitable for gravitational casting | |
CN115125422B (en) | Corrosion-resistant high-strength-toughness Al-Li-Cu-Zr-Er alloy plate and preparation method thereof | |
CN118109710B (en) | High-strength and high-toughness Al-Si-Mg-Cu-Cr alloy and preparation method thereof | |
Bui et al. | The Effects of Alloying Elements on the Microstructure of Al-Zn alloy. | |
CN112899538A (en) | Aluminum-magnesium-zinc alloy and preparation method thereof | |
CN118531265A (en) | High-strength and high-toughness cast aluminum alloy and preparation method and application thereof | |
CN118166248A (en) | Aluminum zinc alloy material for casting, preparation method of component and application |