способ изготовления борсодержащей лигатуры

Формула изобретения

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БОРСОДЕРЖАЩЕЙ ЛИГАТУРЫ, включающий введение бора в основной металл, отличающийся тем, что введение бора в основной металл осуществляют прокаткой, перед которой проводят сборку пакета из полос основного металла и порошка бора между ними толщиной 0,05-0,2 толщины полосы, при этом прокатку осуществляют в несколько проходов с суммарной степенью деформации 80-90% причем перед каждым проходом, кроме первого, пакет сгибают пополам.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве основного металла используют свинец и сплавы на основе свинца.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии, в частности к изготовлению борсодержащих лигатур для легирования (модифицирования) при получении сплавов.

Наиболее распространенным способом получения лигатур является сплавление входящих в ее состав компонентов.

Например, известен способ получения лигатуры алюминий-титан-бор введением титана и бора в расплав алюминия до соотношения титана и бора от 2:1 до 3:1 [1]

Известен способ изготовления борсодержащего металлического материала, в котором бор вводят в расплав в виде добавки B₄C [2]

Известен способ получения сплава, содержащего бор, включающий введение соединения бора в расплав основного металла, перемешивание до восстановления бора [3]

Способ применяют для получения сплавов из черных и цветных металлов (никель) с высокой температурой плавления.

Указанные известные способы введения компонентов в расплав не обеспечивают высокую степень равномерности распределения компонент в основном металле из-за ликвации, ограниченной растворимости компонента, что при последующем использовании полученного сплава (лигатуры) для легирования или модифицирования снижает эффект модифицирования и увеличивает расход лигатуры.

Способ из источника [3] является наиболее близким по назначению и принят в качестве прототипа.

Изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в повышении модифицирующего эффекта лигатуры и снижения ее расхода путем обеспечения равномерного распределения бора в основном металле.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления борсодержащей лигатуры, включающем введение бора в основной металл, введение бора в основной металл осуществляют прокаткой, перед которой проводят сборку пакета из полос основного металла и порошка бора между ними толщиной (0,05-0,2) толщины полосы, при этом прокатку осуществляют в несколько проходов с суммарной степенью деформации 80-90% причем перед каждым проходом, кроме первого, пакет сгибают пополам.

В качестве основного металла используют свинец и сплавы на основе свинца.

Заявленное техническое решение является новым, так как в источниках научно-технической и патентной информации не обнаружено технических решений, содержащих совокупность признаков, аналогичных совокупности существенных признаков заявленного технического решения.

Известны различные способы получения полосового материала пакетной прокаткой. Например, известен способ получения тонких листов пакетной прокаткой, включающий сборку пакета, нанесение разделительного слоя под давлением между слоями заготовок, обвертку пакета и последующую прокатку с обрезкой кромок [4]

Однако, использование известного способа пакетной прокатки для получения борсодержащей лигатуры без разработки необходимых режимов деформации и условий ее проведения не позволяет получить лигатуру с равномерным распределением бора в основном металле.

Следовательно, заявленное техническое решение имеет изобретательский уровень.

Введение бора в основной металл прокаткой по разработанному режиму обеспечивается за счет равномерной проработки материала, получение лигатуры в виде механической смеси с равномерным распределением бора весом твердой лигатуры равным или большим удельного веса расплава основного металла.

Такая лигатура при введении в расплав для легирования или модифицирования исключает ликвацию (всплывание) бора, создает множество равномерного распределенных по объему центров кристаллизации, обладает высоким модифицирующим эффектом.

Кроме того, при введении полученной лигатуре в расплав основного металла, например, свинца и его сплавов, бор образует с медью, содержащейся в свинце, химические соединения типа Cu₃B₂, которые действуют как дополнительный модификатор, одновременно снижая склонность сплавов к растрескиванию по кромкам при прокатке.

Заданный режим прокатки, требуемая толщина слоя порошка бора и сгиб пакета перед прокаткой, начиная со второго прохода, усиливают всестороннюю проработку материала и увеличивают равномерность распределения бора.

Параметры разработанного способа определяются следующим.

Прокатка пакета из полос основного металла и порошка бора между ними толщиной менее 0,05 толщины полосы может привести к концентрации частиц бора в поверхностных слоях полос, в более удаленных от порошка участках полос будут находиться только отдельные неравномерно распределенные частицы бора, что снижает модифицирующий эффект лигатуры, а при толщине слоя порошка бора большей 0,2 толщины полосы, частицы бора будут произвольно переходить в соседние слои, возможно наличие конгломератов частиц бора, неравномерно распределенных в основной матрице, при этом снижается плотность лигатуры и возможно ее всплывание при последующем введении в расплавы, все это также снижает модифицирующий эффект лигатуры.

Прокатка в несколько проходов с суммарной степенью деформации меньшей 80% не обеспечивает достаточную равномерность проработки пакета и распределения бора в основном металле, а увеличение суммарной степени деформации свыше 90% практически не повышает равномерность распределения бора, но повышает экономические затраты, что нецелесообразно.

Результаты испытаний по разработанному и известному способам представлены в таблице.

П р и м е р 1. Для получения лигатуры вводили бор в основной металл прокаткой: собрали пакет из полос свинца марки С₁, С₂ сечением 4х500 (мм) и слоя порошка бора толщиной 0,4 мм (0,1 толщины полосы), прокатали пакет на 2-х валковом стане с обжатием 50% пакет согнули пополам и снова прокатали с обжатием 50% снова согнули и прокатали до суммарной степени деформации 85%

Плотность полученной лигатуры составила 11,17 г/см³, объемная доля частиц бора в лигатуре 10¹⁵. Металлографические исследования показали, что бор равномерно распределен по всему объему.

П р и м е р 2. Аналогично примеру 1 собрали пакет из указанных полос свинца и слоя порошка бора толщиной 0,2 мм (0,05 толщины полосы) прокатали пакет с обжатием по проходам 37-46(%) и сгибом пакета пополам перед вторым и третьим проходами. Суммарная степень деформации составила 80% Плотность полученной лигатуры 11,29 г/см³, объемная доля частиц бора в лигатуре 10¹¹.

П р и м е р 3. Аналогично примеру 1 собрали пакет из указанных полос свинца и слоя порошка бора толщиной 0,8 мм (0,2 толщины полосы), прокатали пакет по вышеприведенной схеме с обжатиями по проходам 50-50-60 (%) до суммарной степени деформации 90% Плотность полученной лигатуры 11,1 г/см², объемная доля частиц бора в лигатуре 10¹³.

Разработанные способ может быть использован для изготовления лигатуры алюминий-бор (путем ввода прокатной фторбората натрия в алюминий) и других лигатур, что определяется экономической целесообразность и технической оснащенностью.

Технология использования лигатуры при литье полос на установках бесслитковой прокатки следующая.

Лигатура, изготовленная в виде полосы, рубится на куски, расчетное количество ее укладывается на дно тигля, загружается основная часть шихты, после расплавления металл доводится до температуры литья.

По мере расхода расплава проводится дошихтовка расплава и введение расчетного количества лигатуры.

При промышленном опробовании лигатуры, изготовленной по разработанному способу, для модифицирования свинцового сплава размер зерна полученной полосовой заготовки составил 15-25 мкм (по известному способу 35-50 мкм), при этом расход лигатуры примерно в 15 раз ниже, чем по известному способу.