способ получения слитков из алюминиевых сплавов с недендритной структурой

Формула изобретения

Способ получения слитков из алюминиевых сплавов с недендритной структурой, включающий введение в расплав алюминиевого сплава модифицирующей добавки и кристаллизацию расплава, отличающийся тем, что в качестве модифицирующей добавки используют лигатуру Al-Sc-Zr, содержащую 0,002-0,02% Sc и 0,002-0,02% Zr, которую вводят в расплав в виде прутка перед кристаллизацией.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к области металлургии цветных металлов, и в частности, к способам получения слитков из алюминиевых сплавов с недендриной структурой.

В принципе измельчение зеренной структуры возможно лишь до некоторой критической величины, при достижении которой зерно становится равным дендритному параметру, и дальнейшее измельчение невозможно при данной скорости охлаждения при кристаллизации. Такое измельчение зеренной структуры называется предельным, а формирующаяся при этом предельно измельченная зеренная структура - недендритной.

Измельчение зеренной структуры слитков из алюминиевых сплавов вплоть до недендритной структуры уменьшает их склонность к горячим трещинам, возникающим в процессе литья, повышает сопротивление холодным трещинам, образующимся после литья, повышает технологическую пластичность слитков при обработке давлением (прессовании, ковке, прокатке) и улучшает служебные свойства готовых полуфабрикатов, полученных из этих слитков.

Пока известны лишь три способа предельного измельчения зеренной структуры слитков из алюминиевых сплавов, т.е. получения слитков с недендритной структурой.

Слитки с недендритной структурой могут быть получены путем введения в кристаллизующийся расплав мощного ультразвука, создающего в расплаве перед кристаллизацией явление кавитации. (Добаткин В.И., Эскин Г.И., Боровикова С.И. К вопросу о формировании субдендритной структуры слитка при ультразвуковой обработке расплава в процессе кристаллизации // Технология легких сплавов. - 1971. - № 6. - С.9-17) Аналог.

Недостатком упомянутого способа является то, что при его использовании обрабатываемый ультразвуком сплав должен содержать в своем составе достаточное количество элементов-модификаторов, таких как Zr, Ti, Ti+B, что выводит химический состав марочных сплавов за пределы требований технический условий или стандартов.

Известен способ получения слитков из алюминиевых сплавов с недендритной структурой, который заключается в легировании их добавкой скандия в количестве более 0,3% или совместной добавкой скандия и циркония в количестве более ~ 0,2% Sc и более ~ 0,1% Zr. (Давыдов В.Г., Захаров В.В., Ростова Т.Д. Модифицирование зеренной структуры слитков алюминиевых сплавов // Цветные металлы. - 2001. - № 9-10. - С.95-98) Аналог.

Недостатком этого способа является введение в состав сплава большого количества элементов-модификаторов (Sc и Zr), которые выводят химический состав отливаемых марочных сплавов за пределы требований технических условий или стандартов.

Известен способ получения слитков алюминиевых сплавов с недендритной структурой, заключающийся в одновременном введении в расплав перед кристаллизацией лигатурного прутка Al-Ti или Al-Zr и ультразвукового излучателя, создающего кавитационное поле в зоне растворения прутка (Бочвар С.Г. Новая концепция предельного измельчения структуры слитков алюминиевых сплавов вплоть до формирования недендритной структуры в процессе непрерывного литья за счет внепечного комплексного модифицирования расплава // Технология легких сплавов. - 2011. - № 1. - С.12-21) Прототип.

Способ обеспечивает получение слитков алюминиевых сплавов с недендритной или со смешанной зеренной структуры и при этом химический состав отливаемых марочных сплавов остается в пределах требований технических требований или стандартов. Содержание в сплаве Ti или Zr, вводимых вместе с лигатурным прутком, увеличивается только на 0,01-0,02% каждого, что допускается нормативной документацией.

Недостатком этого способа является его нестабильность: не всегда удается достичь предельного измельчения зеренной структуры слитков и получить слитки с недендритной структурой. Во многих случаях формируется смешанная структура (дендритная + недендритная).

Предлагается способ получения слитков из алюминиевых сплавов с недендритной структурой, включающий введение в расплав алюминиевого сплава модифицирующей добавки и кристаллизацию расплава, отличающийся тем, что в качестве модифицирующей добавки используют лигатуру Al-Sc-Zr, содержащую 0,002-0,02% Sc и 0,002-0,02 Zr которую вводят в расплав в виде прутка перед кристаллизацией.

Предлагаемый способ получения слитков из алюминиевых сплавов с недендритной структурой отличается от известного тем, что в качестве модифицирующей добавки используют лигатуру Al-Sc-Zr, содержащую 0,002-0,02% Sc и 0,002-0,02 Zr которую вводят в расплав в виде прутка перед кристаллизацией.

Эффективность модифицирующего действия лигатурного прутка Al-Sc-Zr объясняется тем, что из лигатурного прутка в расплав перед его кристаллизацией вводятся мелкие частицы-зародыши Al₃ (Sc, Zr), которые благодаря практически полному размерно-структурному соответствию кристаллических решеток частиц Al₃ (Sc, Zr) хорошо смачиваются алюминиевым расплавом, что усиливает их затравочное действие. Поэтому частицы Al₃ (Sc, Zr) являются самыми эффективными, из всех известных, зародышами кристаллизации алюминиевых зерен и пока единственными, способными формировать в отливаемых слитках недендритную структуру. Поэтому введение в расплав с помощью лигатурного прутка Al-Sc-Zr всего лишь по 0,002-0,02% Sc и Zr достаточно, чтобы обеспечить формирование в слитках недендритной зеренной структуры.

Технический результат - это повышение сопротивляемости образованию горячих и холодных трещин в слитках алюминиевых сплавов, рост технологической пластичности слитков при обработке давлением и увеличение служебных характеристик получаемых из них полуфабрикатов.

Пример.

Методом непрерывного литья были отлиты слитки диаметром 126 мм из стандартных промышленных сплавов 1960 (Al-Zn-Mg-Cu), Д16 (Al-Cu-Mg) и АД31 (Al-Mg-Si). Масса каждой плавки составляла около 100 кг.

Половину плавки каждого сплава отливали с использованием известного способа и вторую половину плавки отливали с использованием предлагаемого способа.

После литья слитки были отожжены по режиму 350°C, 2 ч, затем порезаны на образцы для исследования структуры слитков. В таблице 1 представлены результаты изучения структуры слитков с помощью оптического микроскопа.

Таблица 1
Тип структуры слитков, отлитых с использованием известного и предлагаемого способов.
Марка сплава	1960	Д16	АД31
Известный способ	Предельно измельченная, недендритная	Смешанная (дендритная + недендритная)	Дендритная
Предлагаемый способ	Предельно измельченная, недендритная	Предельно измельченная, недендритная	Предельно измельченная, недендритная

Рассмотрение таблицы 1 показывает, что известный способ обеспечил получение слитков с недендритной структурой из сплава 1960, а при литье слитков сплава Д16 сформировалась смешанная структура - дендритная и недендритная. В случае сплава АД31 слитки имели обычную дендритную структуру. Использование предлагаемого способа обусловливает получение слитков с недендритной структурой из всех сплавов.

В таблице 2 представлены параметры зеренной структуры отлитых слитков с использованием известного и предлагаемого способов.

Таблица 2
Параметры зеренной структуры слитков сплавов 1960, Д16, АД31, отлитых с использованием известного и предлагаемого способов
Марка сплава	1960		Д16		АД31
Параметры	Размер зерна	Дендритный параметр	Размер зерна	Дендритный параметр	Размер зерна	Дендритный параметр
Известный способ	75	75	124	75	260	75
Предлагаемый способ	75	75	75	75	75	75

Анализ таблицы 2 показывает, что предлагаемый способ обеспечивает надежное стабильное получение слитков с недендритной структурой из всех сплавов.