Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЛИТКОВ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ С НЕДЕНДРИТНОЙ СТРУКТУРОЙ

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.

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.

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