[go: up one dir, main page]

RU2083321C1 - Способ изготовления алюминиевых сплавов с дисперсным упрочнением - Google Patents

Способ изготовления алюминиевых сплавов с дисперсным упрочнением Download PDF

Info

Publication number
RU2083321C1
RU2083321C1 RU93049115/02A RU93049115A RU2083321C1 RU 2083321 C1 RU2083321 C1 RU 2083321C1 RU 93049115/02 A RU93049115/02 A RU 93049115/02A RU 93049115 A RU93049115 A RU 93049115A RU 2083321 C1 RU2083321 C1 RU 2083321C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
particles
melt
hardening
dispersed particles
granules
Prior art date
Application number
RU93049115/02A
Other languages
English (en)
Other versions
RU93049115A (ru
Inventor
Г.Н. Андреев
Н.Н. Барахтина
Н.Н. Горшкова
Ю.С. Золоторевский
Г.Ф. Разинов
Э.И. Серебрийский
В.В. Чижиков
Original Assignee
Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" filed Critical Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей"
Priority to RU93049115/02A priority Critical patent/RU2083321C1/ru
Publication of RU93049115A publication Critical patent/RU93049115A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2083321C1 publication Critical patent/RU2083321C1/ru

Links

Images

Landscapes

  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)

Abstract

Использование: металлургия и машиностроение, в частности, металлургия алюминиевых сплавов. Сущность: в расплавленный сплав на основе алюминия вводят дискретные заготовки, полученные предварительно литьем в виде быстрозатвердевающих гранул из вспомогательного расплава, в который до литья вводят по меньшей мере один реагент, образующий с компонентом или компонентами расплава управляющие дисперсные частицы, металл - основу упрочняемого с сплава и одновременно с реагентом, образующим упрочняющие дисперсные частицы, вводят вещество, препятствующее коагуляции этих частиц; дискретные заготовки в виде быстрозатвердевших гранул вводят в расплавленный сплав на основе алюминия подогретыми до температуры их размягчения; дискретные заготовки в виде гранул вводят в количестве 2-10% от массы расплавленного сплава при содержании в них 10-60 об.% упрочняющих дисперсных частиц; в качестве упрочняющих дисперсных частиц во вспомогательном расплаве формируют частицы типа оксидов, нитридов, карбидов или их соединений, в качестве реагентов, образующих с компонентами вспомогательного расплава упрочняющие дисперсные частицы, вводят хлораты или перхлораты щелочных металлов, их нитраты, графит, газообразный азот или сочетания этих веществ; в качестве веществ, препятствующих коагуляции упрочняющих дисперсных частиц, вводят химические соединения, разлагающиеся с выделением газообразного хлора или испаряющегося при температурах процесса, или элементы расплава, повышающие межфазное натяжение на границе расплава с управляющими дисперсными частицами. 4 з.п. ф-лы, 1 табл.

Description

Изобретение относится к металлургии алюминиевых сплавов и может быть использовано в металлургии и машиностроении.
Известны способы изготовления алюминиевых сплавов, упрочненных дисперсными частицами.
К числу таких способов относятся способы, основанные на приемах порошковой металлургии, в соответствии с которыми порошки матричного сплава смешивают с дисперсными упрочняющими частицами и со связующим, а затем компактируют и спекают эту смесь с получением заготовки требуемой формы (К. И.Портной, Б.И.Бабич. Дисперсно-упрочненные материалы, М. Металлургия, 1974, стр. 93-126). Такие способы требуют использования специализированного оборудования.
Другой известный способ состоит в инжектировании дисперсных частицах оксидов или других соединений в струю металла под давлением инертного газа (японский журнал "Киндзоку Metal and Tehnology", 1992, т.62, N 5, стр.2-3,21-27). Такой способ требует использования систем, обеспечивающих подачу газа под высоким давлением и под малым углом к струе металла, причем процесс проводится в герметизированной камере в атмосфере инертного газа.
Недостатком способа является невозможность или затруднительность изготовления достаточно крупных слитков (промышленных размеров) с однородной структурой и равномерным распределением упрочняющих частиц.
Наиболее близким к предлагаемому способу, т.е. прототипом, является способ изготовления алюминиевых сплавов, дисперсно упрочненных керамическими частицами, описанный в японской патентной заявке N 01-1083326/89-108326/, кл. C 22 C 1/05, опубл. 25.04.89 г. (см. также реф. журнал "Chemical abstracts" /США/, т.112, 1990, реф. Р82352). В соответствии с этим способом керамические частицы сначала перемешивают с порошком Al или его сплава в соотношениях от 1:5 до 4:1, а затем из смеси приготавливают окатыши с относительной плотностью 55-70% и полученные окатыши вводят в количестве 0,1-30 об. в полузатвердевший расплав, из которого получают слиток или отливку. Способ позволяет изготавливать алюминиевые сплавы с упрочнением керамическими частицами различного типа.
Основным недостатком этого способа является его ограниченная применимость только для варианта введения oкатышей с дисперсными керамическими частицами в полузатвердевший металл, где эти окатыши фиксируются и удерживаются от всплывания растущими ветвями кристаллитов при затвердевании металла. В случае же введения этих окатышей, имеющих относительную плотность 55-70% в жидкий металл они будут всплывать из-за разности плотностей их и металла, а при полунепрерывном литье будут, кроме того, перемещаться конвективными потоками, что приведет к их местным скоплениям и агрегированию упрочняющих частиц, и как следствие к неоднородности в их распределении по размерам. Кроме того, способ-прототип предполагает наличие специализированного оборудования, позволяющего изготавливать порошковые смеси и окатыши из них.
Цель изобретения обеспечить дисперсное упрочнение алюминиевых сплавов частицами, равномерно распределенными в объеме металла и однородными по размерам, при полунепрерывном литье слитков алюминиевых сплавов промышленных размеров, причем избежать в технологическом процессе применения специализированного оборудования, используемого в порошковой металлургии.
Цель достигается путем использования вместо окатышей дискретных заготовок, вводимых в основной сплав, находящийся в расплавленном состоянии в печи, миксере или в промежуточном разливочном устройстве, в виде быстро затвердевших литых гранул, получаемых из вспомогательного расплава, содержащего металл основу упрочняемого сплава, причем во вспомогательный расплав его литьем на гранулы вводят по крайней мере один реагент, образующий упрочняющие частицы, и одновременно с ним вещество, препятствующее коагуляции образующихся частиц. При этом вводимых в расплав гранулы содержат 10-60 об. упрочняющих частиц, а количество вводимых гранул составляет 2-10% от массы расплавленного металла. При этом гранулы вводят после их подогрева до температуры их размягчения.
При введении во вспомогательный расплав реагента и его реакции с компонентом (компонентами) расплава происходит образование дисперсных упрочняющих частиц во всем объеме расплава, а одновременное введение веществ, препятствующего коагуляции образующихся частиц, обеспечивает равномерность их распределения в объеме вспомогательного расплава; эта равномерность затем фиксируется при отливке гранул с быстрым затвердеванием (например, с охлаждением в воде). В качестве реагентов, образующих при взаимодействии с компонентом или компонентами расплава упрочняющие частицы, могут использоваться, например, хлораты и перхлораты щелочных металлов, нитраты, а также газообразные вещества, например, азот или дисперсные порошки, например, графит, вводимые в струе инертного или активного газа. Возможно также одновременное формирование частиц различного состава. В качестве веществ, препятствующих коагуляции частиц, могут использоваться соединения, разлагающиеся с выделением газообразного хлора или испаряющиеся при температурах процесса, например, AlCl3; при этом пузырьки выделяющегося газа, пронизывая расплав при их всплывании, препятствуют коагуляции частиц и, перемешивая их, препятствуют их равномерному распределению.
Могут также использоваться вещества, повышающие межфазное натяжение на границе частиц и алюминиевого расплава, например, окись магния, которая может образовываться путем окисления Mg при легировании им вспомогательного расплава после введения в этот расплав окислителя, и войдет в состав дисперсных частиц Al2O3.
Подача гранул может осуществляться либо непосредственно в расплав, находящийся, например, в литейном миксере, либо в промежуточное разливочное устройство с помощью простейшего дозатора. Перед введением в дозатор гранулы должны быть подогреты до температуры их размягчения, чтобы обеспечить их растворение в металле основного сплава. Регламентация содержания упрочняющих частиц в гранулах, вводимых в расплав, и количества вводимых гранул обусловлена ограничением содержания этих частиц в основном сплаве, который должен сохранять способность деформирования при определенном максимальном содержании в нем твердых частиц (≈6%) и получать достаточное структурное упрочнение при их минимальном содержании /0,2%/.
В ЦНИИКМ "Прометей" был изготовлен сплав типа 5456 с 5,0% Mg и 0,7% Mn, упрочненный частицами Al2O3, в соответствии с предлагаемым способом. Выплавка вспомогательного сплава для отливки гранул, представлявшего собой сплав Al 0,6% Mn, проводилась в плавильной печи сопротивления ПК-40 с использованием алюминия марки А8 и лигатуры Al-Mn.
После приготовления каждого варианта вспомогательного сплава и его нагрева до 760oC в печь вводили с помощью колокольчика KClO3 в качестве реагента, образующего упрочняющие частицы, в смеси с AlCl3, который присаживался с целью предупреждения коагуляции упрочняющих частиц. Действие этих реагентов основывается на следующих процессах. Хлорат калия KClO3 при нагревании до 350oC плавится, а при 400oC разлагается по реакции KClO3 _→ 3KClO3+ KCl.
В свою очередь KClO4 взаимодействует с расплавленным Al по реакции, которая интенсивно протекает при температуре около 600oC: Al + 3KClO4 _→ 4Al2O3 + 3KCl Упрочняющие частицы Al2O3 формируются в объеме расплава, а испаряющийся AlCl3, имеющий температуру кипения 183oC, в форме пузырьков пронизывает и перемешивает расплав, препятствуя коагуляции образующихся частиц. Другой продукт реакции KCl всплывает на поверхность ванны, выполняя одновременно рафинирующее действие. Количество реагентов, присаживавшихся во вспомогательный расплав для различных вариантов введения в соответствии с п.3 формулы изобретения, приведено в таблице. Реагенты вводились с небольшим избытком ≈10% против расчетного количества в связи с неизбежными потерями при их присадке и распределении по объему ванны.
После выстаивания в течение 20 мин вспомогательный расплав разливали на гранулы, т.е. с затвердеванием капель жидкого расплава во вращающемся потоке воды. В просушенных гранулах, имевших размеры в пределах 0,8-1,2 мм, определяли содержание упрочняющих частиц Al2O3 с помощью оптической и электронной растровой микроскопии, а также с помощью физико-химического анализа путем определения содержания кислорода до реакции с эриохромцианином. Содержание Al2O3 в образцах гранул (по данным 10 определений) составляло: для группы опытов А (см. таблицу) 10,3; 32,7 и 61,5% для группы опытов Б 9,9, 35,3 и 58,7% и для группы опытов В 9,75, 34,7 и 60,8% т.е. отклонения от расчетных значений составляли от +3 до -6,6% т.е. находились в допустимых пределах. Средний размер частиц Al203 в гранулах составлял 150-200
Figure 00000001
/15-20 нм/.
Для введения гранул в основной сплав использовали промежуточную разливочную коробку, на которой был смонтирован дозатор с вибрирующим лотком, обеспечивающий поступление гранул в расплав с заданным расходом, ответствующим скорости литья полунепрерывного слитка. Подогрев гранул перед вводом в дозатор производили в малой индукционной печи ИП-12, средняя температура подогрева для гранул, содержащих 9,75-10,3 об. Al2O3, составляла 690-695oC, содержащих 32,7-35,3 об. Al2O3 722-730oC и содержащих 58,7-61,5 об. Al2O3 755 -765oC. Основной сплав выплавляли в камерной печи сопротивления ПК-70 по обычной технологии, после приготовления он поступал в разливочную коробку, куда одновременно подавали гранулы из дозатора.
Металл с гранулами из коробки поступал в кристаллизатор. Отливались слитки сечением 140х60 мм, длиной ≈2500 мм с различным содержанием гранул. Скорость литья составляла 35-42 мм/мин, температура металла в коробке 760-770oC. Слитки после остывания и гомогенизующего отжига разрезались на плоские заготовки для прокатки и для изготовления образцов. Исследование металла, отлитого с разным количеством введенных гранул, показало, что частицы Al2О3 сохранили дисперсность после растворения гранул в расплаве на уровне, который был зафиксирован в гранулах, а средние расстояния между частицами в слитках колебались в пределах от 0,1 до 3,6 мкм в зависимости от содержания Al2O3 в сплаве, за исключением дoнной части слитка (на длине ≈150 мм) и его верхней части (≈180 мм), где распределение частиц было неоднородным. Содержание частиц в сплаве для опытов группы А составило соответственно 0,22, 0,61 и 1,19% группы Б 0,56, 2,17 и 3,34% и группы В 0,94, 3,41 и 6,12% (данные усреднены по результатам исследования 30 образцов от каждой группы). Структура слитков была плотной, границ нерастворившихся гранул обнаружено не было.
Таким образом, использование предлагаемого способа обеспечило получение сплава типа 5456, упрочненного дисперсными частицами Al2O3, равномерно распределенными в объеме матрицы сплава, и имеющего вследствие этого повышенные демпфирующие свойства. Описанная технология применяется в производстве на опытно-промышленной базе ЦНИИКМ "Прометей" для изготовления ряда сплавов систем Al-Mg и Al-Zn-Mg, дисперсно упрочненных частицами оксидов. В соответствии с результатами опытов способ может быть также использован для изготовления сплавов, дисперсно упрочненных частицами AlN, Al4C3 и комплексными частицами.

Claims (5)

1. Способ изготовления алюминиевых сплавов с дисперсным упрочнением частицами, включающий введение в расплавленный сплав на основе алюминия дискретных заготовок, содержащих упрочняющие дисперсные частицы и металл-основу упрочняемого сплава, отличающийся тем, что дискретные заготовки предварительно получают литьем в виде быстро затвердевших гранул из вспомогательного расплава, в который до литья вводят по меньшей мере один реагент, образующий с компонентом или компонентами расплава упрочняющие дисперсные частицы, и металл, являющийся основой упрочняемого сплава, при этом одновременно с реагентом, образующим упрочняющие дисперсные частицы, во вспомогательный расплав вводят вещество, препятствующее коагуляции этих частиц, а гранулы перед введением в расплавленный сплав подогревают до температуры их размягчения.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дискретные заготовки (гранулы) вводят в количестве 2 10% от массы расплавленного сплава при содержании в них 10 60 об. упрочняющих дисперсных частиц.
3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в качестве упрочняющих дисперсных частиц во вспомогательном расплаве формируют частицы типа оксидов, нитридов, карбидов или их соединений.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве реагентов, образующих с компонентами вспомогательного расплава упрочняющие дисперсные частицы, вводят хлораты или перхлораты щелочных металлов, их нитриды, графит, газообразный азот или сочетания этих веществ.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве веществ, препятствующих коагуляции упрочняющих дисперных частиц, вводят химические соединения, разлагающиеся с выделением газообразного хлора или испаряющегося при температурах процесса, или элементы расплава, повышающие межфазное натяжение на границе расплава с упрочняющими дисперсными частицами.
RU93049115/02A 1993-10-26 1993-10-26 Способ изготовления алюминиевых сплавов с дисперсным упрочнением RU2083321C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU93049115/02A RU2083321C1 (ru) 1993-10-26 1993-10-26 Способ изготовления алюминиевых сплавов с дисперсным упрочнением

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU93049115/02A RU2083321C1 (ru) 1993-10-26 1993-10-26 Способ изготовления алюминиевых сплавов с дисперсным упрочнением

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU93049115A RU93049115A (ru) 1996-09-27
RU2083321C1 true RU2083321C1 (ru) 1997-07-10

Family

ID=20148550

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU93049115/02A RU2083321C1 (ru) 1993-10-26 1993-10-26 Способ изготовления алюминиевых сплавов с дисперсным упрочнением

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2083321C1 (ru)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2136774C1 (ru) * 1998-05-27 1999-09-10 Институт металлургии и материаловедения им.А.А.Байкова РАН Композиционный материал на основе алюминиевого сплава и способ его получения
RU2158779C1 (ru) * 1999-03-15 2000-11-10 Государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский и конструкторский институт монтажной технологии" Способ изготовления металломатричного композита
RU2167951C2 (ru) * 1999-02-16 2001-05-27 Московский государственный институт стали и сплавов (технологический университет) Способ изготовления литейного металломатричного композита
RU2171307C1 (ru) * 2000-02-22 2001-07-27 Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН Композиционный материал антифрикционного назначения для работы в условиях ограниченной смазки
RU2430807C2 (ru) * 2009-11-18 2011-10-10 Учреждение Российской академии наук Институт вычислительного моделирования Сибирского отделения Российской академии наук (ИВМ СО РАН) Способ получения слитков из алюминиевых сплавов полунепрерывным литьем
RU2607016C2 (ru) * 2014-07-01 2017-01-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Способ получения литого композиционного материала
RU2666197C2 (ru) * 2015-08-12 2018-09-06 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) Способ получения дисперсно-упроченного алюминиевого сплава

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Заявка Японии N 01 - 108326, кл. C 22 C 1/05, 1989. *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2136774C1 (ru) * 1998-05-27 1999-09-10 Институт металлургии и материаловедения им.А.А.Байкова РАН Композиционный материал на основе алюминиевого сплава и способ его получения
RU2167951C2 (ru) * 1999-02-16 2001-05-27 Московский государственный институт стали и сплавов (технологический университет) Способ изготовления литейного металломатричного композита
RU2158779C1 (ru) * 1999-03-15 2000-11-10 Государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский и конструкторский институт монтажной технологии" Способ изготовления металломатричного композита
RU2171307C1 (ru) * 2000-02-22 2001-07-27 Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН Композиционный материал антифрикционного назначения для работы в условиях ограниченной смазки
RU2430807C2 (ru) * 2009-11-18 2011-10-10 Учреждение Российской академии наук Институт вычислительного моделирования Сибирского отделения Российской академии наук (ИВМ СО РАН) Способ получения слитков из алюминиевых сплавов полунепрерывным литьем
RU2607016C2 (ru) * 2014-07-01 2017-01-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Способ получения литого композиционного материала
RU2666197C2 (ru) * 2015-08-12 2018-09-06 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) Способ получения дисперсно-упроченного алюминиевого сплава

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101342297B1 (ko) 액체-고체 금속 합성물을 제조하기 위한 장치 및 방법
US4473103A (en) Continuous production of metal alloy composites
US5531425A (en) Apparatus for continuously preparing castable metal matrix composite material
JPH11502570A (ja) TiB▲下2▼微粒子セラミックで強化されたアルミニウム・合金金属・マトリックス コンポジット
CN1708597B (zh) 改进的铝合金-碳化硼复合材料
CN1062769A (zh) 制造金属基复合材料的方法和装置
RU2083321C1 (ru) Способ изготовления алюминиевых сплавов с дисперсным упрочнением
US5935295A (en) Molten aluminum treatment
US6217632B1 (en) Molten aluminum treatment
JP5294627B2 (ja) Al−B4C複合材料のための改良されたリサイクル方法
US4652299A (en) Process for treating metals and alloys for the purpose of refining them
JPH06142870A (ja) 高機械的性能の部品を半流動体金属合金の射出によって製造するダイカスト方法
RU2507291C1 (ru) Способ получения лигатуры алюминий-скандий
EP0575397B1 (en) Method and apparatus for continuously preparing castable metal matrix composite material
US4557605A (en) Apparatus for the continuous production of metal alloy composites
US3961945A (en) Aluminum-silicon composite
KR101961468B1 (ko) 알루미늄합금용 Al-Mg-Ca 모합금 및 그 제조방법
US4432936A (en) Method for adding insoluble material to a liquid or partially liquid metal
US7025113B2 (en) Semi-solid casting process of aluminum alloys with a grain refiner
Skachkov et al. Introduction of scandium, zirconium and hafnium into aluminum alloys. Dispersion hardening of intermetallic compounds with nanodimensional particles
CA2086520C (en) Cast composite materials
US5676774A (en) Magnesium alloy as an aluminum hardener
RU2829238C1 (ru) Способ получения изделия из легированного железоалюминиевого сплава
US2229117A (en) Alloy
RU2119407C1 (ru) Способ получения гранул магния и его сплавов

Legal Events

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

Effective date: 20051027