Способ получения автоматного алюминиевого сплава, содержащего магний и свинец

Способ получения автоматного алюминиевого сплава, содержащего магний и свинец

Реферат

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к производству деформируемых автоматных сплавов на основе алюминия.

Автоматные алюминиевые сплавы - это традиционные сплавы систем Al-Cu-Mg и Al-Mg-Si, дополнительно легированные легкоплавкими элементами - свинцом или свинцом с висмутом до 1,5% (масс.). Свое наименование сплавы получили в связи с их обработкой на станках-автоматах с повышенной скоростью резания.

В последние годы европейские заказчики выдвинули повышенные по сравнению со стандартами требования по содержанию свинца в автоматных сплавах системы Al-Cu-Mg, сузив его пределы более чем в 3 раза. Учитывая особенности усвоения свинца при приготовлении этих сплавов, необходимо было найти решения, которые позволили бы исключить брак по химическому составу, вместе с тем снизить затраты на изготовление сплавов.

Известно, что для получения, например, антифрикционных сплавов на основе алюминия, содержащих легкоплавкие компоненты, последние вводят в расплав в виде лигатуры олово-свинец, либо контактным сплавлением алюминиевой заготовки со сплавом свинец-олово эвтектического состава. (РФ 2329321 C1, C22C 21/04, РФ 2452783, C22C 1/02).

Однако лигатуры свинца с оловом не применимы при получении деформируемых автоматных сплавов с ограниченным содержанием магния, свинца, олова.

Известен способ получения сплава системы Al-Mg-Pb, при котором в расплавленный алюминий с добавлением бериллиевой лигатуры вводят магний, одновременно готовят расплав алюминия со свинцом, который затем переливают в расплав алюминия с магнием, перемешивают, разливают на гранулы. (РФ 2454472 C1, C22C 1/03, опубл. 26.07.2012 г.).

Недостатком известного способа является:

- сложность реализации данного метода из-за необходимости иметь две печи и гранулятор;

- максимально возможная концентрация свинца в данном способе - 12%, что приводит к большому расходу лигатуры на плавку (5-10% от загрузки) и значительному повышению себестоимости сплава;

- низкое усвоение свинца в сплаве;

- выгорание магния и необходимость повышенной защиты расплава от окисления.

- способ не применим для получения деформируемых автоматных алюминиевых сплавов с содержанием свинца до 1,5%.

Известен способ приготовления автоматных сплавов, когда присадку свинца осуществляют в чистом виде в виде чушек или лома с последующим перемешиванием (Варга И.И. // Литейное производство. 1997, №8-9. С.53-54).

Недостатком данного распространенного способа является низкое усвоение свинца в сплаве вследствие его потерь - при взаимодействии с кислородом атмосферы и образовании PbO, а также при накапливании свинца в огнеупорной кладке подины печи, что, в свою очередь, приводит к ухудшению экологии и ускоренному выходу из строя печного оборудования.

Наиболее близким является способ получения автоматных сплавов систем Al-Cu-Mg-Mn или Al-Mg-Si посредством присадки лигатуры Al-Pb перед кристаллизатором при непрерывном литье (Бабкин В.Г. // Технология легких сплавов. 2009, №2, с.62-69)

Недостатком указанного в качестве прототипа способа является:

- сложность получения гранулированных лигатур в необходимом количестве для промышленных объемов производства автоматного сплава;

- сложность получения содержания свинца в сплаве в пределах, требуемых стандартом;

- низкое усвоение свинца в сплав;

- выгорание магния и необходимость повышенной защиты расплава от окисления.

В задачу предлагаемого решения входило снижение брака по химическому составу, тем самым наиболее точно выполняя требования международных стандартов по содержанию магния и свинца в автоматных сплавах.

Техническим результатом изобретения является повышение усвоения свинца как при приготовлении сплавов, так и при литье слитков.

Технический результат, на достижение которого направлен заявляемый способ, обеспечивается тем, что получение автоматного алюминиевого сплава, содержащего магний и свинец, осуществляется посредством загрузки в печь и расплавления всех предусмотренных компонентов шихты, кроме магния и свинца, которые вводят в расплав в виде лигатуры, содержащей 70-40% магния и 30-60% свинца, перемешивания, рафинирования, отстаивания и кристаллизации приготовленного расплава.

В связи с плохим усвоением свинца в расплаве алюминия и его высоким удельным весом при присадке свинца в печь происходит его оседание на подину печи и ее металлизация. В последующем это ведет к неравномерности содержания свинца в сплаве по заливам и образованию брака по химическому составу как при литье слитков, так и при приготовлении сплавов. Вместе с тем, так как магний намного легче расплавленного алюминия, то присаженный в расплав чистый магний поднимается к поверхности, вызывая его повышенное выгорание и окисление расплава.

При составе лигатуры 70% Mg и 30% Pb удельный вес позволяет ей находится во взвешенном состоянии, т.е. не тонуть и не сплывать, а находится в расплаве под слоем металла и равномерно распределяться по объему металлической ванны, тем самым исключая выгорание магния и повышая усвоение свинца в расплаве.

Содержание магния выше 70% приводит к соответственному уменьшению доли свинца в лигатуре, что значительно снизит ее удельный вес - лигатура будет распределена у поверхности расплава, что приведет к выгоранию магния, образованию окиси синца PbO. Снижение концентрации магния в лигатуре ниже 40% соответственно повышает процент содержания свинца более 60% - лигатура начнет быстрее опускаться к донной части металлической ванны, где перемешивание при больших объемах металла затруднено, что приведет к неравномерному распределению свинца.

В то же время процентное соотношение компонентов в лигатуре 40% Mg и 60% Pb оптимально позволяет получить сплав системы Al-Cu-Mg-Mn с содержанием свинца 0,8-1,0% и магния 0,5-0,8%.

Расплавление лигатуры Mg-Pb и усвоение ее компонентов происходит при непрерывном размешивании расплава в течение нескольких минут, практически не снижая температуры расплава, что позволяет вводить ее после расплавления всех предусмотренных компонентов шихты в конце приготовления сплава.

Способ осуществляют следующим образом. В печь загружают все предусмотренные компоненты шихты, кроме магния и свинца. После расплавления снимают шлак, расплав тщательно промешивают. Затем добавляют лигатуру Mg-Pb и снова перемешивают. Далее расплав рафинируют, отстаивают и отливают в кристаллизатор полунепрерывного литья.

Пример 1

Приготавливали и отливали слиток ⌀ 377×1900 мм из опытного алюминиевого сплава с расчетным содержанием магния 1,8% и свинца 0,8% на плавильно-литейном агрегате в составе газовая печь-миксер емкостью 1 т. После расплавления шихты, рассчитанной на плавку, при температуре 740°C отобрали пробы на 1-й экспресс-анализ. Затем произвели присадку лигатуры 70% Mg - 30% Pb и тщательно промешали расплав в течение нескольких минут. При температуре 730°C отобрали пробы на 2-й экспресс-анализ. Расплав рафинировали карналлитовым флюсом с одновременной продувкой инертным газом. После рафинирования произвели отстой металла. Данные по содержанию магния и свинца в сплаве приведены в таблице 1.

Пример 2

Для изготовления слитка ⌀ 520×5000 мм из автоматного алюминиевого сплава 2007 с расчетным содержанием магния 0,65% и свинца 0,8% применяли лигатуру 40% Mg - 60% Pb на плавильно-литейном агрегате в составе газовая печь-миксер емкостью 30 т. Приготовление проводили так же, как и в примере 1. Испытания проводили на партии из двух плавок. Данные испытаний приведены в таблице 1.

Для сравнения в таблице 1 приведены три плавки, приготовленные по серийной технологии, когда присадку свинца и магния в расплав осуществляли в чистом виде.

Таблица 1
Состав лигатуры	№ плавки	Компоненты	Расчетный хим. состав, %	1 экспресс анализ, % (до присадки лигатуры Mg-Pb)	2 экспресс анализ, % (после присадки лигатуры Mg-Pb)	Разливочный химический состав, %	Усвоение, %
Опытная технология
70% Mg-30% Pb	0-103	Mg	1,8	0,006	1,763	1,75-1,85	98
Pb	0,8	0,028	0,803	0,8-0,9	100
40% Mg-60% Pb	1	Mg	0,65	0,45	0,67	0,6-0,7	100
Pb	0,8	0,54	0,82	0,8-0,9	100
2	Mg	0,65	0,42	0,62	0,6-0,7	95
Pb	0,8	0,45	0,75	0,8-0,9	94
Серийная технология
Магний Свинец	1	Mg	0,65	0,39	0,49	0,6-0,7	75
Pb	0,8	0,46	0,64	0,8-0,9	80
Магний Свинец	2	Mg	0,65	0,46	0,53	0,6-0,7	81
Pb	0,8	0,55	0,66	0,8-0,9	82
Магний Свинец	3	Mg	0,65	0,62	0,59	0,6-0,7	90
Pb	0,8	0,27	0,60	0,8-0,9	75

Таким образом, лигатура, содержащая 70-40% Mg и 30-60% Pb, удобна для присадки в расплав при получении автоматных алюминиевых сплавов с содержанием свинца до 1,5%, так как ее удельный вес близок к удельному весу расплавленного алюминия. Усвоение свинца из лигатуры составило ~98%, что по сравнению с серийной технологией выше более чем в 1,5 раза. Усвоение магния составило ~97%.

Благодаря высокому усвоению свинца при использовании двойной лигатуры Mg-Pb удалось значительно снизить брак по химическому составу, что позволило наиболее точно выполнить требования международных стандартов по содержанию свинца и магния в автоматных сплавах. Кроме того, за счет существенного сокращения количества промежуточных плавок, необходимых для "отмывания" футеровки печи от избыточного свинца, перешедшего в подину, повысился коэффициент использования оборудования для получения автоматных сплавов, снизились затраты на легирующие компоненты.

Способ получения автоматного алюминиевого сплава,содержащего магний и свинец, включающий загрузку в печь и расплавление всех предусмотренных компонентов шихты, кроме магния и свинца, которые вводят в расплав в виде лигатуры, содержащей 70-40% магния и 30-60% свинца, после чего расплав перемешивают, рафинируют, отстаивают и кристаллизуют.