RU2808313C1

RU2808313C1 - Флюс для модифицирования алюминиевых сплавов

Info

Publication number: RU2808313C1
Application number: RU2023117687A
Authority: RU
Inventors: Виктор Христьянович Манн; Роман Олегович Вахромов; Дмитрий Константинович Рябов; Дмитрий Олегович Моисеев; Сергей Владимирович Матвеев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Институт легких материалов и технологий"
Filing date: 2023-07-05
Publication date: 2023-11-28

Abstract

Изобретение относится к металлургии, а именно к флюсам для плавки литейных сплавов на основе алюминия, и может быть использовано для модифицирования зерна алюминиевых сплавов при получении фасонных отливок различными способами литья, в том числе для способа литья под низким давлением. Флюс содержит, мас.%: калий гексафтортитанат 15-25, калий тетрафторборат 7-15, калий хлорид и неизбежные примеси - остальное. Обеспечивается измельчение зерна до размера не более 500 мкм при расходе флюса не более 1 кг на тонну расплава. 1 ил., 4 табл., 2 пр.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области металлургии, а именно к флюсам для плавки литейных сплавов на основе алюминия, и может быть использовано для модифицирования зерна алюминиевых сплавов при получении фасонных отливок различными способами литья, в том числе для способа литья под низким давлением.

Уровень техники

При изготовлении алюминиевых отливок для измельчения зерна широко применяются различные модификаторы. Наиболее широкое применение нашла лигатура Al-5%Ti-1%B, которая по своей структуре представляет алюминиевую матрицу с распределенными в ней включениями боридов титана. При вводе данной лигатуры в алюминиевый расплав она растворяется и высвобождает бориды, которые служат зародышами для формирования зерен при кристаллизации алюминиевых сплавов в литейной форме. При этом чем дисперснее бориды в лигатуре, тем больше их количество и сильнее модифицирующий эффект. В связи с этим оптимальным вариантом считается применение лигатуры Al-5%Ti-1%B в виде катанки. Так при данном способе производства за счет высокой скорости кристаллизации при литье катанки и последующего ее обжатия формируются дисперсные бориды. Тем не менее имеется проблема, связанная с наличием сегрегаций боридов в подобной лигатуре, что ухудшает модифицирующий эффект, и в ряде случаев способно ухудшить пластичность алюминиевых сплавов в отливках. Применение модифицирующих флюсов позволяет обеспечить формирование зародышей непосредственно в самом обрабатываемом расплаве, что особенно эффективно для условий внепечной обработки расплава в ковшах на роторных дегазирующих установках.

Известен материал, отраженный в изобретении «Флюс для рафинирования и модифицирования алюминиевых сплавов» (авторское свидетельство SU № 569633, С22С1/06, опубл. 25.08.1977 г.). Предложенный состав содержит, мас. %: хлористый калий 15-42, хлористый кальций 10-30, фторцирконат калия 5-15, кальций 0,5-2, гексахлорэтан – остальное. Материал может использоваться при получении алюминиевых сплавов.

Среди недостатков предложенного материала следует отметить присутствие в составе флюса токсичного гексахлорэтана. Кроме того, необходимо отметить, присутствие в составе кальция, примесь которого ограничивается в литейных сплавах системы Al-Si, так как его наличие в сплаве ухудшает адгезию лакокрасочных покрытий.

Известен другой материал, отраженный в изобретении «Флюс для обработки литейных алюминиевых сплавов» (авторское свидетельство SU № 311975, С22С21/04, 19.08.1971 г.). Предложенный состав содержит, мас. %: хлористый кадмий 45-50, фторцирконат калия 40-45, борная кислота 5-10.

Основными недостаткам данного состава является присутствие в составе флюса высокотоксичного хлористого кадмия. Так же борная кислота, входящая в состав флюса, при его взаимодействии с алюминиевым расплавом будет насыщать сплав водородом, что создает опасность формирования водородной пористости.

Наиболее близким к предложенному изобретению является материал, раскрытый в изобретении «Способ модифицирования алюминиево-кремниевых сплавов» (патент RU № 2623966, С22С1/06, С22С21/02, 29.06.2017 г.). Суть изобретения заключается во введении в расплав флюса, содержащего углеродсодержащий материал, титансодержащий материал и карбонат бария, отличающийся тем, что используют титансодержащий материал в виде соли фтортитаната калия, при этом на поверхность алюминиево-кремниевого расплава при температуре 760-770°С в количестве 2-3% от веса плавки равномерным слоем насыпают флюс, выдерживают 2-3 минуты, а затем замешивают в расплав на глубину 10-20 см. Предложенный состав содержит, мас. %: карбонат бария 27-35, фтортитанат калия 50-57, углеродсодержащий материал – остальное.

Среди недостатков предложенного материала следует отметить повышенную температуру обработки расплава, которая составляет 760-770 ℃, и крайне высокий его расход, на уровне 2-3% от массы обрабатываемого расплава.

Раскрытие сущности изобретения

Задачей изобретения является создание нового модифицирующего флюса, предназначенного для модифицирования зерна алюминиевых литейных сплавов. Основное применение – модифицирование алюминиевых сплавов для фасонного литья.

Техническим результатом является обеспечение эффективного измельчения зерна в отливках из алюминиевых литейных сплавов, не более 500 мкм при расходе флюса не более 1 кг на тонну расплава.

Технический результат достигается за счет того, что применяется флюс, содержащий калий гексафтортитанат, калий тетрафторборат и калия хлорид, при следующем соотношении компонентов, масс. %:

калий гексафтортитанат	15 – 25
калий тетрафторборат	7 – 15
калий хлорид и неизбежные примеси	остальное.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 представлена типичная структура модифицированного колеса.

Осуществление изобретения

При взаимодействии калий гексафтортитаната с расплавом алюминия происходит восстановление из него титана на поверхности раздела флюс-расплав, который реагирует с бором, в свою очередь образующимся при взаимодействии калия тетрафторбората с алюминиевым расплавом. При взаимодействии титана с бором на поверхности раздела флюс-расплав формируются дисперсные частицы диборида титана, служащие центрами кристаллизации для зерна твердого раствора алюминия. Калия хлорид снижает температуру плавления флюса, что повышает реакционную способность предложенного состава флюса.

Содержания (масс. %) калий гексафтортитаната (15-25), калий тетрафторбората (7-15), калия хлорид (остальное) ограничены в заявленном пределе, который обеспечивает плавление флюса при температуре, не превышающей 670 ℃ и обеспечивает измельчение зерна до размера не более 500 мкм при расходе 1 кг флюса на тонну сплава. При прочих концентрациях температура плавления флюса увеличивается, а его реакционная способность резко ухудшается, что приводит к укрупнению зерна.

Флюс выполнен в виде механической смеси компонентов.

Допускаются различные модификации и улучшения, не выходящие за пределы области действия изобретения, определенной формулой.

Пример конкретного исполнения

ПРИМЕР 1

Для определения модифицирующей способности флюса в индукционной печи выплавляли сплав АК12пч и обрабатывали его путем нанесения флюса на поверхность и замешивания его графитовой мешалкой, расход флюса 0,1% от массы плавки, температура расплава при обработке составляла 690-700 ℃, время обработки 10-15 минут. Кристаллизацию сплава осуществляли в металлическом кокиле для изготовления заготовки для вырезки образцов в соответствии с ГОСТ 1583 с температурой кокиля 400-450 °С. Размер зерна оценивался после травления с помощью оптического микроскопа на поперечном макрошлифе.

Для подтверждения заявленного состава в лабораторных условиях были приготовлены составы флюсов, приведённые в таблице 1. Температуры плавления флюсов приведены в таблице 2, размеры зерна приведены в таблице 3.

Таблица 1 – Состав флюсов, %масс.

№	Калий гексафтортитанат	Калий тетрафторборат	Калий хлорид
Прототип	50-57	27-35 BaCO₃	Углерод-остальное
	10,0	5,0	Остальное
	15,0	7,0	Остальное
	20,0	10,0	Остальное
	25,0	15,0	Остальное
	30,0	18,0	Остальное

Таблица 2 – Температура плавления флюса

№	T_пл, ℃
Прототип	750-770
	718
	670
	660
	657
	711

Таблица 3 – Размер зерна

№	Размер зерна, мкм
Прототип	1761
Без обработки	3751
	930
	500
	452
	391
	1142

Из анализа результатов, представленных в таблицах 2 и 3 видно, что составы 2-4 согласно заявленного диапазона обеспечивают требуемую эффективность модифицирования с измельчением зерна до размера не более 500 мкм, благодаря присутствия титансодержащей добавки в виде калий гексафтортитаната, борсодержащей добавки в виде калий тетрафторбората и калия хлорида в необходимом количестве со снижением температуры плавления флюса, что обеспечивает его высокую реакционную способность.

ПРИМЕР 2

Для подтверждения пригодности флюса для сплавов, используемых при литье под низким давлением, были отлиты автомобильные колеса из сплава AlSi11 с обработкой прутковой лигатурой Al-5%Ti-1%B с расходом 1,7 кг на тонну расплава и с обработкой предлагаемым флюсом (состав 3) с расходом 0,8 кг на тонну. Полученные размеры зерна приведены в таблице 4.

Таблица 4 – Размер зерна

Способ модифицирования	Размер зерна в различных зонах колеса, мкм
Способ модифицирования	Переход спица-обод	Спица	Переход спица-ступица
Al-5%Ti-1%B	891	1350	1408
Состав 3	443	412	451

Из анализа результатов, представленных в таблице 4 видно, что флюс имеет высокую модифицирующую способность в сравнении с прутковой лигатурой Al-5%Ti-1%B при получении отливок методом литья под низким давлением. Типичная структура модифицированного колеса приведена на фиг. 1.

Claims

Флюс для модифицирования алюминиевых сплавов, отличающийся тем, что он содержит калий гексафтортитанат, калий тетрафторборат, калий хлорид и неизбежные примеси при следующем соотношении компонентов, мас.%:
калий гексафтортитанат 15-25 калий тетрафторборат 7-15 калий хлорид и неизбежные примеси остальное