способ получения прутковой лигатуры алюминий-титан-бор

Формула изобретения

Способ получения прутковой лигатуры алюминий-титан-бор, включающий нагрев расплава алюминия, введение легирующих компонентов до состояния насыщения и разливку, отличающийся тем, что расплав алюминия нагревают до температуры, не превышающей температуру равновесной перитектической реакции образования диборида алюминия в двойном сплаве алюминия с бором, а легирующие элементы вводят в последовательности бор, титан.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии цветных металлов, а именно к получению лигатуры на основе алюминия с титаном и бором, применяемой для измельчения структуры слитков из алюминиевых сплавов.

Известен способ получения лигатуры алюминий-титан-бор, включающий нагрев расплава алюминия, введение легирующих компонентов до состояния насыщения при 1000-1100^oC и разливку (патент ПНР N 136357, кл. C 22 C 1/03, 1986).

Известный способ не обеспечивает высокую модифицирующую способность лигатуры.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения прутковой лигатуры алюминий-титан-бор, включающий введение в расплав алюминия титана и бора 1000-1200^oC при их соотношении (2,0 - 2,4) : 1, охлаждение до 750 - 810^oC со скоростью 7 - 14^o/мин при перемешивании и введение перед кристаллизацией в расплав дополнительного количества титана до его соотношения с бором в лигатуре (3 - 5) : 1 [2].

Этот способ обеспечивает повышение способности лигатуры к измельчению зерна по сравнению с другими способами, но недостаточно. Объясняется это тем, что механизм формирования зародышеобразующих частиц TiB₂ и TiAl₃ в этом случае остается прежним. Кроме того, известный способ сложен в применении в связи с регламентацией процесса плавки.

При излучении процесса формирования зародышеобразующих частиц в лигатуре алюминий-титан-бор была установлена закономерность, использование которой обеспечивает резкое повышение модифицирующей способности лигатуры к измельчению зерна. Разрабатывая способ, очень близко подошли к этой закономерности, не обеспечив, однако, в своем способе полноту ее реализации.

Задача изобретения - повышение способности лигатуры к измельчению зерна и упрощение технологического процесса.

Поставленная задача достигается тем, что в способе получения прутковой лигатуры алюминий-титан-бор, включающем нагрев расплава алюминия, введение легирующих компонентов до состояния насыщения и разливку, при этом расплава алюминия нагревают до температуры, не превышающей температуру равновесной перитектической реакции образования диборида алюминия в двойном сплаве алюминия с бором, а легирующие элементы вводят в последовательности бор, титан. Для обеспечения высокой способности лигатуры к измельчению зерна и упрощения технологического процесса наиболее целесообразно расплав нагревать, вводить легирующие компоненты и разливать при температуре не выше температуры равновесной перитектической реакции, равной 927^oC, при которой в двойном сплаве Al-B образуется борид алюминия (AlB₂), при обязательном условии введения вначале заданных количеств бор, а затем титана. Соблюдение этих условий вполне достаточно для реализации упомянутой выше закономерности. Причина низкой способности лигатуры Al - Ti - B, полученной известными способами к измельчению зерна заключается в том, что в структуре лигатуры присутствуют наряду с частицами борида титана TiB₂ либо только частицы двойного алюминида титана Al₃Ti, либо совокупность частиц двойного алюминида и частиц сложной алюминидно боридной фазы (AlTi)B₂. По нашему мнению наибольшей способностью к измельчению обладают лигатуры, содержащие, наряду с частицами борида титана TiB₂ только частицы сложного интерметаллида (AlTi)B₂. Этот сложный интерметаллид характеризуется самым высоким сходством кристаллографических плоскостей с алюминием вследствие чего способен более эффективно инициировать зарождение зерна. В основе установленной нами закономерности лежит то, что для образования эффективно зарождающегося интерметаллида (AlTi)B₂ необходимо создать условия для предварительного возникновения в алюминии двойного борида (AlB₂), что возможно в том случае, если расплав не нагрет выше температуры перитектической реакции образования борида алюминия в двойном сплаве Al - B в период введения бора и для чего является лишь последующее за бором введение титана и разливка при тех же температурах.

Изменение порядка ввода легирующих компонентов равно как и нарушение температурного порога нагрева расплава как это происходит в известном способе, либо не позволяет получить требуемую для обеспечения наиболее высокой способности лигатуры к измельчению зерна фазу (AlTi)B₂ либо дают возможность получить ее не в полном объеме.

Осуществление процесса получения лигатурного прутка предлагаемым способом существенно упрощает его поскольку при этом не требуется разбивать вводимый в алюминий титан на несколько навесок, отсутствует какая-либо регламентация в охлаждении расплава, нет необходимости назначать как низкие так и слишком высокие температурные режимы. Процесс приготовления протекает с технологической точки зрения при одной и той же выбранной в соответствии с предлагаемым ограничением верхнего предела температуре устройство, с получением заданного соотношения в расплаве Ti и B, заданной морфологии частиц (AlTi)B₂ в виде глобулей с максимальным их количеством. При этом обеспечивается оптимальная дисперсность этого интерметаллида в силу затрудненности его роста в результате взаимной растворимости титана в алюминиде AlB₂, что позволяет вести разливку лигатуры без учета скорости затвердевания.

Предлагаемый способ получения прутковой лигатуры алюминий-титан-бор осуществляют следующим образом.

В пламенную печь емкостью 1 т загружают чушковый алюминий, его расплавляют и нагревают до температуры 770^oC, не превышающей температуру начала перитектической реакции, равную 972^oC, затем вводят бор из расчета получения в лигатуре содержания бора 1%. После введения фторбората калия и окончания реакции восстановления бора вводят губчатый титан из расчета получения в лигатуре 5%, затем расплав перемешивают для усреднения химсостава, снимают шлак и производят разливку. Из лигатурных слитков прессованием получают пруток диаметром 9-10 мм, который используют для проверки модифицирующей способности и оценки объемной доли интерметаллида (AlTi)B₂. Модифицирующую способность проводят при литье круглых слитков диаметром из 145 мм из сплава 6063, отливаемых при 710^oC со скоростью 120 мм/мин с подачей прутка в литейный желоб перед кристаллизатором со скоростью 0,7 м/мин. Полученные слитки охлаждают до комнатной температуры и разрезают на темплеты, на которых после травления методом секущих определяют количество образовавшихся зерен в 1 см² площади темплета. Химическим методом определяют содержание в лигатуре титана.

Для сравнения получают лигатуру алюминий-титан-бор известным способом.

Сравнительные данные получения лигатуры алюминий-титан-бор представлены в таблице.

Сопоставление структуры лигатурных слитков (см. таблицу) подтверждает наличие в литературе, полученной предлагаемым способом, кристаллов (AITi)B₂ в форме глобулей, а в литературе, полученной известным способом как палочек-игл, так и глобулей. Указанная особенность в морфологии интерметаллидных частиц, т.е. TiAl и (AlTi)B₂, содержащих титан, играет главную роль в способности лигатуры к измельчению зерна, на что указывают данные, представленные в таблице.

Применение предлагаемого способа позволяет существенно упростить технологию приготовления лигатуры, уменьшить расход дорогостоящей лигатуры на модифицирование, снизить загрязненность литой продукции из коммерческих сплавов по окисным включениям и повысить качество литых полуфабрикатов до высокого уровня.