Способ получения заготовок из алюминиево-кремниевых сплавов

Способ получения заготовок из алюминиево-кремниевых сплавов

Реферат

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано при производстве холоднодеформированных полуфабрикатов из эвтектических алюминиево-кремниевых сплавов.

Известен способ получения заготовок из алюминиево-кремниевых сплавов, включающий приготовление расплава, полунепрерывное литье слитков, их механическую обработку и горячую деформацию (Андрианов А.В., Щеняев В.А. Производство листов и лент из сплавов 3xxx с плакировкой из сплава 4ххх для теплообменников. Технология легких сплавов, 2001, №1, с.29-32). Недостатком известного способа является низкая пластичность горячедеформированных заготовок, приводящая к снижению выхода годного полуфабрикатов при холодной деформации.

Наиболее близким техническим решением является способ получения заготовок из алюминиевых сплавов, включающий приготовление расплава, его модифицирование титаном в количестве 0,02%, стронцием в количестве 0,01%, бериллием в количестве 0,01%, полунепрерывное литье слитков и горячую деформацию (Исаев Н.Д., Волков Ю.Ф., Молодчинина С.П., Локтева И.А. Влияние технологических факторов на качество слитков и полуфабрикатов из высококремнистых алюминиевых сплавов. Технология легких сплавов, 1997, №3, с.23-28). Недостатком этого способа также является недостаточная пластичность горячедеформированных заготовок, что делает затруднительной их холодную деформацию.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение пластичности горячедеформированных заготовок и выхода годного при получении из них холоднодеформированных полуфабрикатов тонких сечений.

Поставленная задача достигается тем, что в способе получения заготовок из алюминиево-кремниевых сплавов, включающем приготовление расплава, его модифицирование, полунепрерывное литье слитков и их горячую деформацию, согласно изобретению модифицирование расплава проводят путем введения стронция в количестве 0,03-0,5% от массы расплава, последующего введения бериллия в количестве 0,05-0,3% от массы расплава, и титана, который вводят непосредственно в литейный желоб в виде лигатурного прутка со скоростью

V_вл=K(F_сл*f_сл*V_лит)/S*F_л*f_л,

где V_вл - скорость ввода лигатурного прутка,

V_лит - скорость движения поддона литейной машины,

F_сл - площадь сечения кристаллизатора,

F_л - площадь сечения вводимого лигатурного прутка,

f_сл - плотность отливаемого сплава,

f_л - плотность лигатуры,

K=(0,00023-0,00091) - коэффициент, равный заданной относительной массовой доле титана в расплаве,

S - относительная массовая доля титана в лигатуре,

при этом кристаллизацию расплава проводят при скорости охлаждения металла 170-190°С/мин.

Введение стронция в количестве 0,03-0,5% от массы расплава обеспечивает измельчение грубой кремнистой эвтектики и, как следствие, повышение пластичности заготовок при проведении холодной деформации.

Введение стронция в количестве менее 0,03% от массы расплава не обеспечивает полного модифицирования эвтектики сплавов и достижения уровня пластичности заготовок, гарантирующего эффективную холодную деформацию при изготовлении полуфабрикатов тонких сечений. При введении стронция в количестве более 0,5% от массы расплава не наблюдается увеличения модифицирующего эффекта и принципиального повышения пластических характеристик металла, а также возможно образование междендритной пористости в структуре литых заготовок, что приводит к снижению их пластических характеристик.

Введение бериллия в количестве 0,05-0,3% от массы расплава обеспечивает изменение морфологии фаз, содержащих железо, создает защитную пленку на поверхности расплава, предотвращающую его окисление. Совокупное действие этих двух эффектов обеспечивает повышение пластичности сплава. При концентрации бериллия менее 0,05% от массы расплава в сплавах с содержанием 0,3-1,0% железа не достигается достаточно полного изменения морфологии железосодержащих фаз. При концентрации бериллия более 0,3% от массы расплава не наблюдается увеличения пластических характеристик заготовок, а неэффективный расход дорогостоящего модификатора нецелесообразен.

Введение титана в литейный желоб в виде лигатурного прутка в процессе полунепрерывного литья из расчета содержания его в сплаве 0,023-0,091% решает задачу получения однородной мелкозернистой структуры по всей длине отливаемых слитков, что вносит свой вклад в повышение их пластичности при деформации. Однако содержание титана из этого диапазона приведет к существенному повышению пластических свойств только при концентрации стронция в количестве 0,03-0,5% и бериллия в количестве 0,05-0,3%. Содержание титана в сплаве менее 0,023% не дает необходимого модифицирующего эффекта, структура слитков остается крупнозернистая, что зачастую приводит к образованию микротрещин при горячей деформации. При концентрации титана в сплаве свыше 0,091% пластичность сплава остается практически неизменной, поэтому в дополнительном расходе дорогостоящего лигатурного прутка нет необходимости.

При скорости охлаждения расплава при кристаллизации, равной 170-190°С/мин, достигаются формирование однородной структуры слитков и диспергирование структурных составляющих, что вносит дополнительный вклад в повышение пластичности заготовок. При скорости охлаждения ниже 170°С/мин невозможно добиться однородности структуры периферийных и центральных слоев в слитке. При скорости охлаждения выше 190°С/мин образуются трещины на поверхности слитков вследствие больших внутренних напряжений, возникающих при резком охлаждении.

Совокупное воздействие 0,03-0,5% стронция, 0,05-0,3% бериллия, скорости введения титана и скорости охлаждения расплава при кристаллизации, равной 170-190°С/мин, обеспечивает модифицирование кремниевой эвтектики, изменение морфологии железосодержащих фаз, однородную зеренную структуру заготовок и, как следствие, высокие пластические свойства, позволяющие получать из них холоднодеформированные полуфабрикаты тонких сечений с толщиной стенки до 0,89 мм и с высоким выходом годного.

Пример 1. При проведении экспериментов был использован эвтектический алюминиево-кремниевый сплав, содержащий 12,5% кремния, 0,8% меди, 0,6% магния, 0,5% никеля, 0,3% железа. В расплав вводили стронций в концентрациях от 0,015 до 0,065%, бериллий от 0,02 до 0,39%, титан вводили непосредственно в литейный желоб в виде прутковой лигатуры со скоростью, рассчитанной по формуле V_вл=K(F_сл*f_сл*V_лит)/S*F_л*f_л, и отливали слитки диаметром 178 мм со скоростью охлаждения 175°С/мин. В таблице 1 приведены данные по величине относительного удлинения δ_ср горячедеформированных заготовок и выходу их годного В_г при холодной деформации при различном химическом составе сплава.

Таблица 1
Номер сплава	Концентрация элементов-модификаторов, %	δср, %	Вг, %
Sr	Be	Ti
Опытные
1	0,015	0,020	0,023	14	69
2	0,023	0,031	0,031	15	69
3	0,030	0,050	0,043	20	85
4	0,043	0,140	0,059	25	86
5	0,050	0,300	0,078	26	87
6	0,059	0,330	0,084	18	78
7	0,065	0,390	0,091	17	77
8 Известный	0,010	0,010	0,020	13	-

Пример 2.

Приготовлен сплав, содержащий 12,5% кремния, 0,8% меди, 0,6% магния, 0,5% никеля, 0,3% железа. В расплав вводили 0,043% стронция, 0,14% бериллия, в литейный желоб вводили титан в виде лигатурного прутка из расчета содержания титана в сплаве 0,059% и отливали слитки при различных скоростях охлаждения. В таблице 2 приведены данные по величине относительного удлинения горячедеформированных заготовок и выходу их годного В_г при холодной деформации при различных скоростях охлаждения.

Таблица 2
Сплавы	Скорость охлаждения, °С/мин	δср, %	Вг, %
Опытные	160	8-16	69
170	18-21,5	85
175	20-26	86
190	24-27	88
200	Микротрещины	-
Известный	180	12-16	-

Из данных, приведенных в табл.1 и 2, видно, что опытные сплавы, состав которых соответствует №3 - 5 (см. табл.1), имеющие скорость охлаждения 170-190°С/мин (см. табл.2), обладают высокой пластичностью, что позволяет получать холоднодеформированные полуфабрикаты тонких сечений (с толщиной стенки до 0,89 мм) с высоким выходом годного.

Способ получения заготовок из алюминиево-кремниевых сплавов, включающий приготовление расплава, его модифицирование, полунепрерывное литье с кристаллизацией слитков и их горячую деформацию, отличающийся тем, что модифицирование расплава проводят путем введения стронция в количестве 0,03-0,5% от массы расплава, последующего введения бериллия в количестве 0,05-0,3% от массы расплава и титана, который в виде лигатурного прутка вводят непосредственно в литейный желоб со скоростью

V_вл=K(F_сл·f_сл·V_лит)/S·F_л·f_л,

где V_вл - скорость ввода лигатурного прутка,

V_лит - скорость движения поддона литейной машины,

F_сл - площадь сечения кристаллизатора,

F_л - площадь сечения вводимого лигатурного прутка,

f_сл - плотность отливаемого сплава,

f_л - плотность лигатуры,

K=(0,00023-0,00091) - коэффициент, равный заданной относительной массовой доле титана в расплаве,

S - относительная массовая доля титана в лигатуре, при этом кристаллизацию проводят при скорости охлаждения расплава 170-190°С/мин.