Модифицирующий сплав на основе алюминия

19) ИЮ (11) (51) 5 С 22 С 21 0 ОП ИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ЕНТУ омитет Российской Федерации о патентам и товарным знакам(71) Всероссийоэй институт легких сплавов(73) Всероссийский институт легких сплавов(64) МОДИФИЦИРУЮЩИЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ АПНЭМИНИЯ.сплавам, предназначенным для применения при производстве. слитков из алюминиевых сплавов. Сплав содержит, мас%: титан 1,5 - 4,0; цирконий 0,5 - 2,0; железо ОЯ - 0,7; магний 0,3 - 1,4; алюминий - остальное. Свойства товарного сплава: относительное удлинение 7,4 - 11,7%, средний размер частиц 94 - 154 мкм, средняя величина зерна 0.008-0.082 мм . 1 зп ф-лы, 1 табл.25 10 15 20 25 30 40 50 Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве слитков из алюминиевых сплавов.При отливке слитков для улучшения их качества за счет измельчения кристаллической структуры обычно в расплав дозированно вводят модифицирующие алюминиевые сплавы в виде чушек или специальнь 1 х прутков.В металлургии известны сплавы на основе алюминия с добавками модифицирующих элементос.Известен алюминиевый сплав по авт. св, СССР М. 583711, кл. С 22 С, 1980, содеркащий 1,5 - 7,0 % титана и циркония и 6-8 мас. % кремния. Такой сплав в принципе можно применить для модифицирования структуры товарных слитков. Однако высокое (до 7 мас. %) содержание титана и циркония затрудняет его выплавку из-за резкого повышения температуру ликвидуса сплава, Вынужденное повышение температуры в печи ускоряет износ электронагревателей и огнеупорных элементов или требует установки более дорогостоящих. печей иного типа, Кроме того, присутствие 6-8 % кремния часто не позволяет использовать сплав как модифицирующий, кремний обычно является нежелательной добавкой,Известен модифицирующий алюминиевый сплав, (патент Японии Мт 39-22476, кл. С 22 10 Д 61), 1964) содержит 6 мас, % титана и 1 мас. % циркония, алюминий - остальное, часть из которых образует карбидные фазы в результате взаимодействия с графитовым тиглем.Такой сплав можно применять с целью модифицирования кристаллической структуры слитков из алюминиевых сплавов. Однако частицы карбидов титана и циркония как нерастворимые фазовые составляющие нередко могут играть нежелательную роль точечных дефектов и инициировать расслоения в изделиях.Кроме того, повышенное содержание титана обычно приводит к образованию в структуре такого модифицирующегосплава довольно крупных кристаллов алюминида титана с соответствующим снижением модифицирующей способности,Целью изобретения является повышение пластичности товарных алюминиевых сплавов за счет увеличения в структуре сплава количества металлидных частиц, служащих потенциальными зародышами кристаллизации,Предложен модифицирующий сплав на основе алюминия, включающий титан и цирконий, который дополнительно содержит железо и магний при следующем соотношении компонентов, мас. %:Титан 1,5-4,0 Цирконий 0,5-2,0 Железо 0,2-0,7 Магний 0,3 - 1,4 Алюминий Остальное При этом соотношение Т 1; Ег: Ге взята равным 1: 0,5: 0,2,Правильный выбор комбинации компонентов в модифицирующем сплаве и пределов их концентраций имеет важное значение, определяющее модифицирующую способность сплава, связанную с количеством металлических частиц, служащих потенциальными зародышами кристаллизации.Железо, хотя и более слабый модификатор, чем титан, взаимодействует с последним и входит в состав тройного интерметаллида,В результате увеличивается количество модифицирующих частиц, содержащих титан и цирконий, соответственно повышается модифицирующая способность сплава. Исследования показали, что такое благотворное влияние железа уже заметно, начиная с его содержания 0,2 мас. %. С ростом содержания железа эффект его влияния возрастает; Верхний предел содержания железа установлен на уровне 0,7 мас, %, так как более высокое его содержание приводит к возникновению грубых эвтектических железистых фаз, которые сами по себе уже не являются модификаторами,В результате предлагаемого введения магния полезные кристаллы-модификаторы - становятся мельче, количество их становится больше, что повышает модифицирующую способность сплава. Заметная модифицирующая роль магния наблюдается уже при его содержании 0,3 мас. , Верхний предел содержания магния 1,4 мас. % выбран, исходя иэ термодинамической активности магния в окислительных процессах. Чистый магний; как известно; активно окисляется при нагреве. При небольшой концентрации в алюминиевых сплавах активность магния снижается и при концентрации 1,4 мас. % окисляемость магния практически не отличается от окисляемости алюминия, Т. е. при содержании магния до 1,4 мас. % его преимущественного окисления(и угара) в модифицирующем сплаве не наблюдается.Совместное присутствие в сплаве титана и циркония позволяет увеличить количество модификатора без резкого роста температуры ликвидуса, Так, например, при постоянной сумме тугоплавкйх металлов ти 200284510 20 25 30 35 40 45 50 тана и циркония, равной 3 мас. ,ь, наличие одного титана дает температуру ликвидуса сплава 1045 С, в то время как 2 мас.титана совместно с мас,циркония снижают эту температуру до 1015 С.Кристаллы алюминида титана являются более активными модификаторами, чем алюминид циркония, При совместном присутствии цирконий растворяется в кристаллах алюминида титана, увеличивая их количество, Такое положительное влияние циркония ощутимо проявляется уже при его содержании 0,5 мас. (. Модифицирующая способность алюминида титана сохраняется в присутствии циркония, особенно пока его меньше, чем титана. Желаемая кристаллическая структура алюминида титана как модификатора сохраняется при введении циркония до содержания 0,5 от концентрации титана,Оценивая модифицирующую способность предлагаемого сплава, дополнительно предложено соотношение между титаном, цирконием и железом, равное 1: 0,5: 0,2,Введение модифицирующего сплава вносит в обрабатываемый расплав металлидные частицы как потенциальные зародыши кристаллизации, но кроме этого, и нежелательные окисные плены, имевшие местно на поверхности вводимых чушек или прутков. Проверка показала, что содержание титана 1,5 мас. Д и более обеспечивает существенный модифицирующий эффект, При более низком содержании титана для получения прежнего модифицирующего эффекта придется больше вводить модифицирующего сплава, соответственно и окисных загрязнений, что затруднит изготовление качественных полуфабрикатов,Повышение содержания титана в модифицирующем сплаве позволяет уменьшить его расход, соответственно уменьшить .окисные загрязнений в товарном сплаве.Но рост титана существенно повышает температуру ликвидуса сплава, которая, например, равна 960 С при 1.5 мас. ,4 и 10 О С при 4,0 мас. 00 титана. При большем содержании титана температура приготовления модифицирующего сплава превышает 1100 С, что значительно затрудняет процесс. в особенности отливку слитков из него в проходкой кристаллизатор.Кроме того, при высоком содержании титана в структуре слитков из модифицирующего сплава образуется. более крупные металлидные кристаллы соответственно в меньшем количестве, что нежелательно.Учитывая температуру ликеидуса сплава, его жидко-текучесть. возможность непрерывный отливки слитков для последующего изготовления прутков с мелкими металлидными частицами в структуре, т. е. весь комплекс технологических особенностей производства, ограничен верхний предел содержания титана уровнем 4,0 мас. ,4. Одновременное присутствие в модифицирующем сплаве титана, циркония и железа позволяет без излишнего повышения температуры ликвидуса иметь сумму полезныхтугоплавких компонентов до 6,7 мас. 0,Предполагаемый модифицирующий алюминиевый сплав целесообразно отливать по методу двухстадийной кристаллизации на машине непрерывного литья в слитки малого диаметра, около 100 мм, а затем изготавливать прутки.Применение прутков из предлагаемого сплава для модифицирования структурыслитков товарных алюминиевых сплавов позволяет эффективно измельчать их структуру, соответственно улучшает пластичность,При экспериментальной проверке была изучена структура прутков из модифицирующего сплава (крупность и количество металлидных частиц как потенциальных зародышей кристаллизации, что характери- . зует модифицирующую способность), зеренная структура и пластичность слитков из товарных алюминиевых сплавов типа Д 16 и В 95, отлитых с введением модифицирующих прутков,П р и м е р . Сравниваемые модифицирующие алюминиевые сплавы выплавляют в электрической печи при 1100 С. Магний присаживают в расплав непосредственно перед разливкой, которую проводят на машине непрерывного литья в круглые слиткидиаметром 100 мм, Полученные слитки подвергают деформационной обработке на прутки диаметром 9 - 10 мм. Кристаллическую структуру прутков изучают под микро- сколом. Модифицирующие прутки вводят с расходом 3 кг/т в протекающий расплав между леткой миксера и кристаллизатором при отливке слитков диаметром 300 мм изтоварных алюминиевых сплавов типа Д 16 и В 95.Результаты опробования предлагаемого модифицирующего алюминиевого сплава приведены в таблице, сплавы 1, 2, 3,Эти три опыта дают наибольшее количество металлидных частиц в структуре изготовленных прутков и соответственно обеспечивают меньшую величину зерна и повышенную пластичность у отлиеаемых слитков,Опробование показывают, что предлагаемый модифицирующий алюминиевьй сплав обладает повышенной модифицирую52,50,81,5Остальное 1,4 0,4 0,8 0,2 Остальное 2,4 1,2 0,5 0.9 Остальное 20,71,4Остальное 1,5 0,5 0,2 0,3 Остальное Остальное 7,4 10 9 107 1,3 10 6,1 10 2,9 10 37 85,1 15,4 17,1 9,4 1 1,2 Д 16 Д 16 В 95 В 95 В 95 В 95 0,4 0,011 0,19 0,17 0.008 0,082 6.1 11,7 3,8 6,9 7,4 10,3 щей способностью за счет увеличения в структуре количества металлидных частиц, служащих потенциальными зародышами кристаллизации. Использование модифицирующего сплава обеспечивает существенное измельчение структуры отливаемых слитков из товарных алюминиевых сплавов,В результате измельчения зерна в слитках товарных сплавов существенно улучшается их пластичность (в 1,5 раза и более) как важная характеристика качества. Состав,мас.%: титан цирконий железо магний алюминий Структура прутка: количество металлидных частиц,штсм средний размер частиц, мкм Структура слитка товарного сплава: сплав средняя величина зерна, мм Относительное удлинение, фформула изобретения1. МОДИФИЦИРУЮЩИЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ, содержащий титан и цирконий, отличающийся тем, что, с целью повышения пластичности товаРных алюминиевых сплавов за счет увеличения в структуре количества металлидных час- , тиц, служащих потенциальными зародыша ми кристаллизации, он дополнительно Измельчение зерна и улучшение пластичности слитков из товарных алюминиевых сплавов позволяет эффективно бороться с трещинами и веерными кристал лами, облегчает переработку слитков на изделия,(56) Патент Японии В 39-22476, кл. С 22 С 21/00, 1964,10 содержит железо и магний при следующем соотношении компонентов, мас.%: Титан 1,5- 4,0.Цирконий 0,5 - 2,0 Железо 0,2 - 0,7 Магний 0,3 - 1,4 Алюминий Остальное2, Сплав по п,1, отличающийся тем, что соотношение содержания титана, циркония и железа равно 1: 0.5: 0,2.