RU2849509C1 - Composition of pelleted modifier for aluminium alloys - Google Patents
Composition of pelleted modifier for aluminium alloysInfo
- Publication number
- RU2849509C1 RU2849509C1 RU2024120127A RU2024120127A RU2849509C1 RU 2849509 C1 RU2849509 C1 RU 2849509C1 RU 2024120127 A RU2024120127 A RU 2024120127A RU 2024120127 A RU2024120127 A RU 2024120127A RU 2849509 C1 RU2849509 C1 RU 2849509C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- modifier
- melt
- composition
- aluminium alloys
- alloys
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к области металлургии лёгких сплавов и может быть использовано при производстве литейных алюминиевых сплавов, а именно для их модифицирования (измельчения структуры) и рафинирования с целью улучшения их механических, технологических и коррозионных свойств.The invention relates to the field of light alloy metallurgy and can be used in the production of cast aluminum alloys, namely for their modification (structure refinement) and refining in order to improve their mechanical, technological and corrosion properties.
В настоящее время существуют несколько направлений по усовершенствованию алюминиевых сплавов:Currently, there are several directions for improving aluminum alloys:
- адсорбционные методы рафинирования и дегазации, а также модифицирование расплава, благодаря чему достигается необходимый уровень показателей качества и гарантированная эксплуатационная надежность изделий;- adsorption methods of refining and degassing, as well as modification of the melt, thanks to which the required level of quality indicators and guaranteed operational reliability of the products are achieved;
- физические методы влияния на процесс кристаллизации: электромагнитное и механическое перемешивание, воздействие вибраций, ультразвуковая обработка расплава и т.д.;- physical methods of influencing the crystallization process: electromagnetic and mechanical stirring, exposure to vibrations, ultrasonic treatment of the melt, etc.;
- оптимизация состава сплава за счет соединения металловедческого и технологического подходов, которая позволяет определить требуемую структуру сплава и способ ее достижения.- optimization of the alloy composition by combining metallographic and technological approaches, which allows us to determine the required alloy structure and the method for achieving it.
Эффект модифицирования зависит от степени усвоения компонентов и возможности взаимодействия с компонентами расплава, примесями, рафинирующими добавками. Большую роль играет вероятность протекания реакций, их последовательность, избирательный характер взаимодействия элементов, пределы протекания реакций в различных температурных условиях для алюминиевых сплавов.The modification effect depends on the degree of component absorption and the ability to interact with melt components, impurities, and refining additives. The probability of reactions, their sequence, the selective nature of element interactions, and the reaction limits under various temperature conditions for aluminum alloys play a significant role.
Известен комплексный модификатор для алюминиево-кремниевых заэвтектических сплавов (RU2287604C1, 20.11.2006), содержащий, масс.%: фосфат алюминия 19-20, хлористый калий 65-68,5, гексахлорэтан 11-13, серу 1-2. Данный модификатор имеет стабильный эффект сразу после окончания реакции и сохраняет длительную модифицирующую способность, измельчая первичные кристаллы. Фосфат алюминия и хлористый калий образуют легкоплавкую смесь, и в процессе химической реакции высвобождается фосфор. Гексахлорэтан является основным рафинирующим элементом, а сера осушает шлак. При использовании серы происходит дегазация за счет возникновения в расплаве значительного количества пузырьков газообразной серы. Газообразная сера, находясь в парообразном состоянии, выделяется на поверхность. При этом на пузырьках газообразной серы адсорбируется водород и твердые неметаллические включения. Доказано, что обработка 500 кг расплава добавкой серы в количестве 0,05% от его массы позволяет получить объем газообразной серы в 1,5 – 2,0 раза превышающий объем аргона, продуваемый через такое же количество металла в течение 7 – 10 мин. Так как эффективность рафинирования определяется длительностью существования газовых пузырьков и их суммарной поверхностью, то обработка расплава серой более эффективна.A complex modifier for aluminum-silicon hypereutectic alloys ( RU2287604C1, 20.11.2006) is known, containing, in mass%: aluminum phosphate 19-20, potassium chloride 65-68.5, hexachloroethane 11-13, sulfur 1-2. This modifier has a stable effect immediately after the reaction is complete and maintains long-term modifying capacity, grinding primary crystals. Aluminum phosphate and potassium chloride form a low-melting mixture, and phosphorus is released during the chemical reaction. Hexachloroethane is the main refining element, and sulfur dries the slag. When sulfur is used, degassing occurs due to the formation of a significant number of gaseous sulfur bubbles in the melt. Gaseous sulfur, in a vapor state, is released to the surface. In this process, hydrogen and solid non-metallic inclusions are adsorbed on the gaseous sulfur bubbles. It has been proven that treating 500 kg of melt with sulfur at a rate of 0.05% of its mass produces a volume of gaseous sulfur 1.5 to 2.0 times greater than the volume of argon blown through the same amount of metal for 7 to 10 minutes. Since refining efficiency is determined by the duration of gas bubble existence and their total surface area, treating the melt with sulfur is more effective.
Применение данного модификатора предусматривает его увеличенный расход – 1,5 % от массы плавки, что приводит к увеличению выбросов в атмосферу продуктов реакции.The use of this modifier requires its increased consumption – 1.5% of the melt mass, which leads to increased emissions of reaction products into the atmosphere.
Известен модифицирующий состав для алюминиевых сплавов (CN109439945A, 08.03.2019), включающий в себя перемешенные в шаровой мельнице порошки следующих солей (в масс. частях): 60-70 KF, 50-60 NaCl, 40-60 LiCl, 20-25 криолита, 10-25 AlF3, 10-15 CaF2, 5-10 легкого карбоната кальция, 15-20 графитовой пудры, 10-20 талька, 20-30 MgCl2 и 10-30 соли редкоземельной кислоты. Данный рафинирующий состав способствует эффективному удалению шлака, является хорошим дегазером. Соли, содержащие редкоземельные элементы (La, Er), виду своего состояния равномерно распределяются в алюминиевом расплаве и являются центрами образования зародышей кристаллов, что приводит к модифицирующему эффекту.A modifying composition for aluminum alloys is known (CN109439945A, 08.03.2019), including powders of the following salts (in parts by weight) mixed in a ball mill: 60-70 KF, 50-60 NaCl, 40-60 LiCl, 20-25 cryolite, 10-25 AlF 3 , 10-15 CaF 2 , 5-10 light calcium carbonate, 15-20 graphite powder, 10-20 talc, 20-30 MgCl 2 and 10-30 rare earth acid salts. This refining composition promotes effective slag removal and is a good degasser. Salts containing rare earth elements (La, Er), due to their state, are evenly distributed in the aluminum melt and act as centers for the formation of crystal nuclei, which leads to a modifying effect.
Операция дополнительного измельчения данного состава в шаровой мельнице приводит к его гигроскопичности и, соответственно, к уменьшению эффективности рафинирующего действия модификатора, что в конечном итоге приводит к снижению качества сплава. Также применение модификаторов в некомпактированном виде для больших объемов плавок является более трудозатратной операцией.Additional grinding of this composition in a ball mill leads to its hygroscopicity and, consequently, to a decrease in the refining efficiency of the modifier, which ultimately leads to a decrease in the alloy quality. Furthermore, the use of non-compacted modifiers for large-volume melts is a more labor-intensive operation.
Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является компаундированный рафинёр для доэвтектического алюмо-кремниевого сплава (CN100460535 C, 11.02.2009), содержащий, масс. %: 10-30 NaCl, 10-15 KCl, 10-20 NaF, 1-30 KBF4, 1-20 K2TiF6, 1-20 SrCO3, 1-15 CeF3, 5-20 гранулированной смеси редкоземельных металлов, обогащённой лантаном, и 1-5 C2Cl6. Компоненты высушиваются при температуре от 100 до 150 °С, смешиваются в определённой пропорции и компактируются в виде таблеток. В процессе использования модификатора осуществляется эффект рафинирования.The closest analogue of the proposed invention is a compounded refiner for hypoeutectic aluminum-silicon alloy (CN100460535 C, 11.02.2009), containing, by weight: 10-30 NaCl, 10-15 KCl, 10-20 NaF, 1-30 KBF 4 , 1-20 K 2 TiF 6 , 1-20 SrCO 3 , 1-15 CeF 3 , 5-20 granulated mixture of rare earth metals enriched with lanthanum, and 1-5 C 2 Cl 6 . The components are dried at a temperature of 100 to 150 °C, mixed in a certain proportion and compacted in the form of tablets. The refining effect is achieved during the use of the modifier.
Недостатком прототипа является наличие солей натрия и хлорных соединений. Натрий в расплаве способствует его наводораживанию, что приводит к увеличению пористости конечного изделия. Большое содержание соединений хлора при обработке расплава приводит к снижению коррозионной стойкости конечного сплава. Также наличие в составе редкоземельных элементов повышает стоимость модификатора.A disadvantage of the prototype is the presence of sodium salts and chlorine compounds. Sodium in the melt promotes hydrogenation, which leads to increased porosity in the final product. High levels of chlorine compounds during melt processing lead to reduced corrosion resistance of the final alloy. The presence of rare earth elements also increases the cost of the modifier.
Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка состава таблетированных модификаторов для литейных алюминиевых сплавов с целью улучшения их механических, технологических и коррозионных показателей.The technical objective of the proposed invention is to develop a composition of tableted modifiers for cast aluminum alloys in order to improve their mechanical, technological and corrosion properties.
Техническим результатом является обеспечение высоких и стабильных механических свойств (временное сопротивление, твёрдость по Бринеллю и относительное удлинение) литейных алюминиевых сплавах при сохранении времени действия модификатора на расплав от 5 до 180 минут, а также исключение образования в расплаве продуктов реакции.The technical result is to ensure high and stable mechanical properties (tensile strength, Brinell hardness and relative elongation) of cast aluminum alloys while maintaining the time of action of the modifier on the melt from 5 to 180 minutes, as well as eliminating the formation of reaction products in the melt.
Для достижения поставленного технического результата предложен состав таблетированного модификатора для алюминиевых сплавов, содержащий, мас.%:To achieve the desired technical result, a composition of a tableted modifier for aluminum alloys is proposed, containing, in wt.%:
K2TiF6 20-30;K 2 TiF 6 20-30;
H3BO3 20-30;H 3 BO 3 20-30;
Fe2O3 7-12;Fe 2 O 3 7-12;
AlF3 7-12;AlF 3 7-12;
алюминиевая пудра 10-20;aluminum powder 10-20;
сурик железный 5-10;iron red lead 5-10;
азотно-фосфорное соединение 5-12.nitrogen-phosphorus compound 5-12.
Компонент модификатора K2TiF6 распадается в расплаве и образует с алюминием соединение Al3Ti, являющееся центрами кристаллизации и эффективно измельчающие зёрна α-Al. Компоненты Fe2O3, сурик железный, азотно-фосфорное соединение и алюминиевая пудра действуют совместно, повышая температуру при распаде для повышения выхода годного при усвоении бора из H3BO3 и титана из K2TiF6. Более низкое содержание всех вышеперечисленных компонентов в составе модификатора снижают его эффективность. Превышение их содержания насыщают расплавы интерметаллидами и дисперсными частицами, ухудшающими механические характеристики сплавов. При распаде фторсодержащих компонентов, выделяющиеся фтор рафинирует расплав, очищая его от растворённого водорода. При этом следует отметить, что продукты реакции компонентов модификаторов отсутствуют в объёме расплава, что исключает загрязнение сплава, тем самым повышая механические свойства и их стабильность.The K2TiF6 modifier component decomposes in the melt and forms the Al3Ti compound with aluminum, which acts as crystallization centers and effectively refines α-Al grains. The Fe2O3 , red iron oxide , nitrogen-phosphorus compound, and aluminum powder components act synergistically, raising the decomposition temperature to improve the yield of boron from H3BO3 and titanium from K2TiF6 . Lower contents of all of the above components in the modifier reduce its effectiveness. Excessive contents saturate the melts with intermetallic compounds and dispersed particles, which impair the mechanical properties of the alloys. During the decomposition of fluorine-containing components, the released fluorine refines the melt, purifying it of dissolved hydrogen. It should be noted that the reaction products of the modifier components are absent in the melt volume, which eliminates alloy contamination, thereby improving the mechanical properties and their stability.
Таким образом, было установлено, что предлагаемый модификатор способствует достижению технического результата, а именно – за счёт измельчения структуры и рафинирования сплава обеспечивает высокие и стабильные механические свойства – временное сопротивление, твёрдость по Бринеллю и относительное удлинение.Thus, it was established that the proposed modifier contributes to the achievement of the technical result, namely, by grinding the structure and refining the alloy, it provides high and stable mechanical properties - tensile strength, Brinell hardness and relative elongation.
Предлагаемый модификатор содержит компоненты, в состав которых входят элементы одновременно двух родов. К первому роду относят элементы (K), являющиеся поверхностно активными веществами, адсорбирующимися на зародышах в центральной области кристаллизации и препятствующими их росту. В результате образуется множество новых зародышей, активно разрастающихся благодаря уменьшению общей концентрации модификатора по отношению к количеству зерен.The proposed modifier contains components that contain elements of two types simultaneously. The first type includes elements (K), which are surface-active substances that adsorb onto nuclei in the central crystallization region and inhibit their growth. This results in the formation of numerous new nuclei, which actively grow due to the decrease in the overall modifier concentration relative to the number of grains.
Ко второму роду причисляют так называемые инокуляторы (Ti, B). Частицы вещества-инокулятора при их вводе в расплав ускоряют процесс охлаждения и затвердевания, что способствует возникновению множества новых очагов кристаллизации с образованием большого количества мелких зерен основной фазы или мельчайших включений иных фаз. За счет этого происходит требуемое изменение общей структуры с добавлением новых структурных компонентов к уже существующим.The second type includes so-called inoculators (Ti, B). When introduced into the melt, inoculator particles accelerate the cooling and solidification process, which facilitates the emergence of numerous new crystallization sites, forming numerous small grains of the main phase or tiny inclusions of other phases. This results in the desired change in the overall structure, with the addition of new structural components to the existing ones.
Комплексное воздействие на расплав многокомпонентного состава предлагаемого модификатора с компонентами 1-го и 2-го рода одновременно обеспечивает сохранение времени действия модификатора от 5 до 180 минут.The complex effect on the melt of the multi-component composition of the proposed modifier with components of the 1st and 2nd types simultaneously ensures that the modifier's action time is maintained from 5 to 180 minutes.
За счет изготовления модификатора в виде таблеток упрощается способ его ввода в расплав и повышается эффективность обработки.By producing the modifier in the form of tablets, the method of introducing it into the melt is simplified and the processing efficiency is increased.
Примеры осуществления изобретенияExamples of the invention
Все исходные компоненты, кроме алюминиевой пудры, борной кислоты и азотно-фосфорного соединения, прогревали в сушильном шкафу при температуре от 150 до 180 °C. После перемешивания в лопастном смесителе навески массой от 40 до 250 г помещали в оснастку для запрессовки диаметром от 45 до 55 мм. Запрессовку проводили на гидравлическом прессе.All starting components, except aluminum powder, boric acid, and the nitrogen-phosphorus compound, were heated in a drying oven at a temperature of 150 to 180°C. After mixing in a paddle mixer, the samples, weighing 40 to 250 g, were placed in pressing fixtures with a diameter of 45 to 55 mm. Pressing was performed using a hydraulic press.
Составы предлагаемых вариантов модификатора приведены в таблице 1.The compositions of the proposed modifier options are given in Table 1.
Примеры 1-3Examples 1-3
Изготовленный модификатор составов а, б, в массой 40 г вводили под ложечкой в сплав АК7пч массой 30 кг при температуре не выше 800 °С. После прекращения реакции сплав выстаивали от 5 до 180 минут и разливали по формам из холоднотвердеющих смесей.The prepared modifier of compositions A, B, and C, weighing 40 g, was added subcutaneously to 30 kg of AK7pch alloy at a temperature no higher than 800°C. After the reaction ceased, the alloy was left to stand for 5 to 180 minutes and then poured into cold-hardening molds.
Составы предлагаемого модификатора приведены в таблице 1.The compositions of the proposed modifier are given in Table 1.
Результаты испытаний отдельно отлитых образцов представлены в таблице 2.The test results of separately cast samples are presented in Table 2.
Как показали результаты испытаний, предлагаемое изобретение обеспечивает высокие и стабильные механические свойства литейных алюминиевых сплавов: квоты превосходства по временному сопротивлению составляют от 4 до 25 %, по относительному удлинению – от 33 до 64 %, и твёрдости по Бринеллю – от 33 до 56 %, что позволит использовать их для изготовления ответственных деталей авиационной техники.As the test results have shown, the proposed invention ensures high and stable mechanical properties of cast aluminum alloys: superiority quotas for tensile strength range from 4 to 25%, relative elongation from 33 to 64%, and Brinell hardness from 33 to 56%, which will allow them to be used for the manufacture of critical parts of aircraft equipment.
Сохранение времени действия модификатора на расплав от 5 до 180 минут позволяет осуществлять длительную разливку расплавам по литейным формам, что исключает операцию повторного модифицирования.Maintaining the modifier's action time on the melt from 5 to 180 minutes allows for long-term pouring of melts into casting molds, which eliminates the need for repeated modification.
Таблица 1. Table 1.
Таблица 2.Table 2.
АК7пчComposition a,
AK7pch
АК7пчComposition b,
AK7pch
АК7пчComposition in,
AK7pch
ГОСТ 1583-93GOST 1583-93
Claims (8)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2849509C1 true RU2849509C1 (en) | 2025-10-27 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU781223A1 (en) * | 1979-01-12 | 1980-11-23 | Алма-Атинский Завод "Поршень" Им. Хх111 Съезда Кпсс Производственного Объединения "Казтрактородеталь" | Modifier for post-eutectic silumins |
| SU971904A1 (en) * | 1981-04-06 | 1982-11-07 | Предприятие П/Я А-7332 | Flux for refining and modifying aluminium alloys |
| RU2287604C1 (en) * | 2005-07-29 | 2006-11-20 | Ярославский государственный технический университет | Complex modifying agent for aluminum-silicon super eutectic alloys |
| CN100460535C (en) * | 2006-10-14 | 2009-02-11 | 重庆工学院 | A kind of composite modified refining agent and treatment process for hypoeutectic casting aluminum-silicon alloy |
| CN104046819A (en) * | 2014-07-02 | 2014-09-17 | 正邦(福建)冶金材料有限公司 | Manufacturing process of AlZr10 intermediate alloy |
| CN109439945A (en) * | 2018-12-11 | 2019-03-08 | 徐州宁铝业科技有限公司 | A kind of aluminum refining agent and preparation method thereof containing rare earth element |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU781223A1 (en) * | 1979-01-12 | 1980-11-23 | Алма-Атинский Завод "Поршень" Им. Хх111 Съезда Кпсс Производственного Объединения "Казтрактородеталь" | Modifier for post-eutectic silumins |
| SU971904A1 (en) * | 1981-04-06 | 1982-11-07 | Предприятие П/Я А-7332 | Flux for refining and modifying aluminium alloys |
| RU2287604C1 (en) * | 2005-07-29 | 2006-11-20 | Ярославский государственный технический университет | Complex modifying agent for aluminum-silicon super eutectic alloys |
| CN100460535C (en) * | 2006-10-14 | 2009-02-11 | 重庆工学院 | A kind of composite modified refining agent and treatment process for hypoeutectic casting aluminum-silicon alloy |
| CN104046819A (en) * | 2014-07-02 | 2014-09-17 | 正邦(福建)冶金材料有限公司 | Manufacturing process of AlZr10 intermediate alloy |
| CN109439945A (en) * | 2018-12-11 | 2019-03-08 | 徐州宁铝业科技有限公司 | A kind of aluminum refining agent and preparation method thereof containing rare earth element |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5484493A (en) | Aluminum base alloy | |
| CN103088232A (en) | Flux used in aluminum and alloy melt processing, and preparation method thereof | |
| CN104328299A (en) | Flux for aluminum and aluminum alloy melt refining and preparation method of flux | |
| EP1134299B1 (en) | Master alloy for modification and grain refining of hypoeutectic and eutectic Al-Si foundry alloys | |
| CS199282B2 (en) | Method for removal of alkaline metals and alkaline earth metals,especially sodium and calcium contained in light alloys based on aluminium | |
| RU2155819C2 (en) | Composition for modifying low-sulfur cast iron | |
| US2750284A (en) | Process for producing nodular graphite iron | |
| CN105316513B (en) | A kind of aluminium alloy sodium-free refining agent of the erbium of yttrium containing cerium | |
| JP2571561B2 (en) | Processing method for refining metals and alloys | |
| RU2849509C1 (en) | Composition of pelleted modifier for aluminium alloys | |
| US2013926A (en) | Modification of aluminum, aluminum alloys, and alloys containing aluminum | |
| RU2016112C1 (en) | Method for modification of aluminium alloys | |
| CN102168287B (en) | Sodium removing agent for aluminum alloy | |
| RU2283881C1 (en) | Flux for melting magnesium alloys | |
| RU2094515C1 (en) | Method for production of silumines | |
| RU2808313C1 (en) | Flux for modifying aluminum alloys | |
| US5066323A (en) | Compositions comprising hexafluorophosphates and metals as structure refiner for aluminium-silicon alloys | |
| US3151980A (en) | Process for improving aluminum silicon alloys | |
| DE2303668B2 (en) | Preparations for treating molten steel | |
| RU2195502C1 (en) | Mixture for production of high-strength cast-iron | |
| RU2743945C1 (en) | Method for modifying aluminum-silicon alloys | |
| US4861370A (en) | Process for treating molten aluminum alloy with powdered flux | |
| RU2772055C1 (en) | Method for refining hard zinc from aluminium impurities | |
| JPS6128005B2 (en) | ||
| RU2113527C1 (en) | Method of refining aluminium and alloys thereof |