RU2337981C2

RU2337981C2 - Modification method of hypoeutectic aluminium-silicon alloys

Info

Publication number: RU2337981C2
Application number: RU2006134663/02A
Authority: RU
Inventors: Генрих Гаврилович Крушенко (RU); Генрих Гаврилович Крушенко; Владимир Викторович Москвичев (RU); Владимир Викторович Москвичев; Андрей Ефимович Буров (RU); Андрей Ефимович Буров
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Научно-инженерный центр технологий материалов и конструкций"
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2006-09-29
Publication date: 2008-11-10
Also published as: RU2006134663A

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention concerns metallurgy field. Particularly it concerns modification methods of foundry aluminium - silicon alloys of hypoeutectic content. Melt of aluminium - silicon alloy of hypoeutectic content is overheated till 950-980°C. Then in it nickel is introduced the capacity of modifying agent in content of ligature aluminium - nickel and melt temperature is decreased till 750°C. Mechanical properties of aluminium - silicon alloys are increased.

EFFECT: increasing of aluminium - silicon alloys mechanical properties.

1 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к литейному производству, а именно к модифицированию доэвтектических алюминиево-кремниевых сплавов.The invention relates to foundry, and in particular to the modification of pre-eutectic aluminum-silicon alloys.

Известен способ модифицирования алюминиево-кремниевых сплавов путем заливки жидкого металла через фильтр, состоящий из слоя измельченного магнезита и из модифицирующего слоя, состоящего из кусочков сплава фтористых и хлористых солей натрия диаметром 7,5...10,0 мм в соотношении, мас. %: фторида натрия (NaF) - 30-40; криолита (Na₃AlF₆) - 15-20 и хлорида натрия (NaCl) - остальное [Мухин А.Г., Блинова О.С. Патент РФ №2187564], при котором обеспечивается получение мелкодисперсной структуры и увеличение физико-механических характеристик закристаллизованных сплавов.A known method of modifying aluminum-silicon alloys by pouring liquid metal through a filter consisting of a layer of crushed magnesite and a modifying layer consisting of pieces of an alloy of fluoride and chloride salts of sodium with a diameter of 7.5 ... 10.0 mm in the ratio, wt. %: sodium fluoride (NaF) - 30-40; cryolite (Na ₃ AlF ₆ ) - 15-20 and sodium chloride (NaCl) - the rest [Mukhin A.G., Blinova O.S. RF patent No. 2187564], which provides obtaining a finely dispersed structure and an increase in the physicomechanical characteristics of crystallized alloys.

Недостатком этого способа являются - 1) необходимость изготовления специальной емкости (типа воронки), устанавливаемой на заливочное отверстие в литейной форме, в которую послойно предварительно засыпают измельченный магнезит и куски сплава фтористых и хлористых солей; 2) необходимость предварительного нагрева этой емкости до температуры, превышающую температуру заливки, для обеспечения прохождения заливаемого металла через куски магнезита и сплавы солей, при этом наличие большого количества каналов малого сечения между частицами магнезита и сплавов солей приводит к раздроблению струи заливаемого металла на множество мелких струй небольших сечений, вследствие чего происходит их быстрое охлаждение, и металл застывает, не достигая полости формы; 3) известно, что для достижения оптимального эффекта модифицирования доэвтектических алюминиево-кремниевых сплавов обработку расплава производят путем насыпания на зеркало металла порошкообразного флюса, состоящего из смеси солей, приведенных в патенте РФ №2187564 с последующей выдержкой не менее 15 мин, затем флюс счищают.The disadvantage of this method is - 1) the need to manufacture a special container (such as a funnel) installed on the pouring hole in the mold, in which the crushed magnesite and pieces of the alloy of fluoride and chloride salts are pre-filled in layers; 2) the need to pre-heat this tank to a temperature exceeding the pouring temperature to ensure the passage of the filled metal through pieces of magnesite and salt alloys, while the presence of a large number of channels of small cross section between particles of magnesite and salt alloys leads to fragmentation of the stream of the filled metal into many small jets small sections, as a result of which they quickly cool, and the metal freezes, not reaching the mold cavity; 3) it is known that in order to achieve the optimal effect of modifying the pre-eutectic aluminum-silicon alloys, the melt is processed by pouring powder metal flux on the mirror, consisting of a mixture of salts described in RF patent No. 2187564 with subsequent exposure for at least 15 minutes, then the flux is cleaned.

Наиболее близким по технической сущности является способ модифицирования доэвтектических алюминиево-кремниевых сплавов путем обработки 1,5...2,0 мас.% от массы плавки флюсом, содержащим 25,0% NaF+12,5% KCl+62,5% NaCl [Алюминиевые сплавы. Плавка и литье алюминиевых сплавов. Справочное руководство. - М.: Металлургия, 1970. - 319 с.].The closest in technical essence is the method of modifying the pro-eutectic aluminum-silicon alloys by processing 1.5 ... 2.0 wt.% From the mass of the smelting flux containing 25.0% NaF + 12.5% KCl + 62.5% NaCl [Aluminum alloys. Melting and casting of aluminum alloys. Reference guide. - M.: Metallurgy, 1970. - 319 p.].

К недостаткам этого способа относятся: краткосрочная длительность сохранения эффекта измельчения структуры (обычно не более 30 мин) вследствие потерь натрия от окисления, и, как результат, снижение уровня механических свойств сплава в литых деталях; преждевременный выход из строя тиглей или футеровки печи в результате разъедания солями; появление в отливках газовых дефектов за счет внесения в расплав влаги высокогигроскопичными солями.The disadvantages of this method include: the short-term duration of the effect of grinding the structure (usually no more than 30 minutes) due to sodium losses from oxidation, and, as a result, a decrease in the level of mechanical properties of the alloy in cast parts; premature failure of crucibles or furnace lining as a result of salt erosion; occurrence of gas defects in the castings due to the introduction of highly hygroscopic salts into the melt of moisture.

Задачей изобретения является получение эффекта измельчения выделений эвтектического кремния в доэвтектических алюминиево-кремниевых сплавах и связанного с этим высокого уровня механических свойств при одновременном предотвращении повреждений тиглей или футеровки и появления дефектов газового происхождения в отливках.The objective of the invention is to obtain the effect of grinding precipitates of eutectic silicon in pre-eutectic aluminum-silicon alloys and the associated high level of mechanical properties while preventing damage to the crucibles or lining and the appearance of defects of gas origin in castings.

Достигается это тем, что модифицирование производится путем введения в расплав никеля в составе лигатуры алюминий-никель.This is achieved by the fact that the modification is carried out by introducing into the melt nickel in the composition of the aluminum-nickel alloy.

Пример. В индукционной печи типа МГП52А по стандартной технологии в графито-шамотовом тигле готовили алюминиево-кремниевый сплав АК12 (согласно ГОСТ 1583-93 сплав содержит 10,5% Si; 0,8% Fe; 0,3% Mn; Al - остальное; механические свойства без термической обработки составят: временное сопротивление разрыву σ_в≥150 МПа; относительное удлинение, δ≥4,0%; твердость по Бринеллю, НВ≥500 МПа). После доведения температуры расплава до 750°С производили его переливание в равных частях в графито-шамотовые тигли, установленные в двух электрических печах сопротивления, в одной из которых температуру расплава доводили до 950-980°С, вводили в него лигатуру Al - 6,4% Ni с тем расчетом, что содержание никеля в нем составляет 0,05 мас.%. После растворения лигатуры расплав охлаждали до 750°С и производили заливку. В другом тигле, в котором расплав не перегревался, производили его обработку при 750°С стандартным флюсом (25,0% NaF+12,5% KCl+62,5% NaCl). При модифицировании флюсом заливка производится только через 15 мин после его нанесения на зеркало металла, последующего замешивания и снятия с поверхности расплава продуктов взаимодействия расплава с солями, тогда как при модифицировании никелем заливка производилась сразу же после растворения вводимой в него лигатуры алюминий-никель и охлаждения до 750°С. Из модифицированных сплавов через равные промежутки времени заливали детали в металлические формы.Example. In an induction furnace of type MGP52A, aluminum-silicon alloy AK12 was prepared in a graphite-chamotte crucible by standard technology (according to GOST 1583-93, the alloy contains 10.5% Si; 0.8% Fe; 0.3% Mn; Al - the rest; mechanical properties without heat treatment will be: temporary tensile strength σ _in ≥150 MPa; elongation, δ≥4.0%; Brinell hardness, HB≥500 MPa). After adjusting the temperature of the melt to 750 ° C, it was transfused in equal parts to graphite-chamotte crucibles installed in two electric resistance furnaces, in one of which the temperature of the melt was adjusted to 950-980 ° C, and an Al alloy of 6.4 was introduced into it. % Ni with the expectation that the nickel content in it is 0.05 wt.%. After dissolution of the ligature, the melt was cooled to 750 ° C and casting was performed. In another crucible, in which the melt did not overheat, it was processed at 750 ° С with a standard flux (25.0% NaF + 12.5% KCl + 62.5% NaCl). When modifying with flux, pouring is performed only 15 minutes after it is applied to a metal mirror, then kneading and removing from the surface of the melt the products of the interaction of the melt with salts, while with nickel modification, pouring was performed immediately after dissolution of the aluminum-nickel alloy introduced into it and cooling to 750 ° C. Of the modified alloys, parts were poured into metal molds at regular intervals.

После затвердевания деталей из них вырезали образцы для испытания механических свойств. Результаты испытаний показали (Таблица 1), что по мере увеличения времени от обработки расплава натрийсодержащим флюсом до заливки механические свойства непрерывно уменьшаются: временное сопротивление разрыву σ_в - от 201 до 165 МПа (соответственно непосредственно после обработки и спустя 120 мин); относительное удлинение δ - от 6,80 до 2,60%, соответственно; твердость НВ - от 642 до 630 МПа, соответственно.After hardening of parts, samples were cut from them for testing mechanical properties. The test results showed (Table 1) that, with increasing time from processing the melt with sodium-containing flux to pouring, the mechanical properties continuously decrease: temporary tensile strength σ _in - from 201 to 165 MPa (respectively, immediately after processing and after 120 min); elongation δ - from 6.80 to 2.60%, respectively; hardness HB - from 642 to 630 MPa, respectively.

Механические свойства сплава, обработанного лигатурой Al - 6,4% Ni, по мере разливки практически не изменяются. Так, если σ_в сплава, залитого непосредственно после введения никеля, составляет 220 МПа, то при заливке через 120 мин его величина составляет 222 МПа, соответственно δ составляет 9,70 и 9,65% и НВ - 692 и 695 МПа.The mechanical properties of the alloy treated with Al alloy - 6.4% Ni practically do not change during casting. So, if σ _{in the} alloy cast immediately after the introduction of nickel is 220 MPa, then after casting in 120 minutes its value is 222 MPa, respectively δ is 9.70 and 9.65% and HB is 692 and 695 MPa.

Повышение и стабильность механических свойств во времени сплава, модифицированного лигатурой алюминий-никель, по сравнению со сплавом, модифицированным флюсом, связано с образованием в первом из них устойчивых тугоплавких зародышей на основе соединения AlNi.The increase and stability of the mechanical properties over time of an alloy modified with an aluminum-nickel alloy compared with a flux-modified alloy is associated with the formation of stable refractory nuclei based on the AlNi compound in the first of them.

Как при модифицировании сплава натрийсодержащим флюсом, так и никелем, механические свойства превышают требования ГОСТ 1583-93.As with the modification of the alloy with sodium-containing flux and nickel, the mechanical properties exceed the requirements of GOST 1583-93.

Таблица 1.Table 1. Влияние модифицирующего элемента на механические свойства сплава АК 12The effect of the modifying element on the mechanical properties of AK 12 alloy Время заливки после введения модификатора, мин.The pouring time after the introduction of the modifier, min Временное сопротивление, σ_вМПаTemporary resistance, σ _in MPa Прирост, %Growth, % Относительное удлинение, δ, %Elongation, δ,% Прирост, %Growth, % Твердость, НВ, МПаHardness, HB, MPa Прирост, %Growth, % Вид модификатораModifier view Вид модификатораModifier view Вид модификатораModifier view NaNa NiNi NaNa NiNi NaNa NiNi 00 201201 220220 9,409.40 6,806.80 9,709.70 1,421.42 642642 692692 7,797.79 30thirty 198198 223223 12,6012.60 4,924.92 9,609.60 1,951.95 636636 695695 9,289.28 6060 173173 220220 27,1627.16 3,653.65 9,769.76 2,672.67 639639 688688 7,697.69 120120 165165 222222 34,5434.54 2,602.60 9,659.65 3,713.71 630630 695695 10,3010.30

Claims

A method for modifying pre-eutectic aluminum-silicon alloys, comprising introducing a modifying additive into the melt, characterized in that the melt is overheated to 950-980 ° C, nickel is introduced into the melt as a modifying additive in the aluminum-nickel ligature, and the melt temperature is reduced to 750 ° C .