ЛИГАТУРА ДЛЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ЗЕРНА АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ Российский патент 1995 года по МПК C22C21/00 C22C35/00 

Изобретение относится к металлургии цветных металлов и сплавов, в частности к составам алюминиевых лигатур, и может быть использовано в качестве модифицирующей присадки при литье слитков из алюминиевых деформируемых сплавов, улучшающей их структуру.

Известна лигатура для измельчения зерна алюминиевых сплавов, содержащая алюминий, титан и бор при следующем соотношении компонентов, мас.%: Титан 0,02-6,0 Бор 0,01-2,0 Алюминий Остальное [1]
Недостатком известной лигатуры является то, что она не обеспечивает модифицирующий эффект в области составов с малой концентрацией титана и бора.

Наиболее близкой по составу к заявляемой является лигатура, содержащая алюминий, титан и бор при следующем соотношении компонентов, мас.%: Титан 1,0-6,0 Бор 0,05-1,0 Алюминий Остальное [2]
Существенный недостаток известной лигатуры заключается в следующем. Степень измельчения зерна в алюминиевых сплавах и однородность его размеров по сечению слитков зависит не только от расхода лигатуры при литье, но и от соотношения титана и бора в лигатуре. Практикой доказано, что наиболее оптимальным соотношением для лигатуры является соотношение по массе титана и бора 5:1. Поскольку известная лигатура предусматривает и другие соотношения титана и бора, то модифицирующая способность не является стабильной.

Целью изобретения является стабилизация модифицирующей способности лигатуры.

Указанная цель достигается тем, что лигатура для измельчения зерна алюминиевых сплавов, содержащая алюминий, титан и бор, дополнительно содержит углерод при следующем соотношении компонентов, мас.%: Титан 1,0-6,0 Бор 0,05-1,0 Углерод 0,05-0,5 Алюминий Остальное
Введение в состав известной лигатуры углерода приводит к стабилизации модифицирующей способности лигатуры, в результате которой эффект измельчения зерна оказывается независимым от соотношения титана и бора. При этом зерна алюминия и его сплавов измельчаются при любом соотношении титана и бора в лигатуре. Такой эффект влияния углерода объясняется его способностью образовывать с титаном карбид титана (TiC), который наряду с диборидом титана (TiB₂) также является эффективным центром зарождения зерна при кристаллизации металла. Поскольку химическое сродство углерода и бора к титану приблизительно одинаково, то при некотором недостатке бора будут образовываться частицы карбида титана в большем количестве, чем при его избытке. Таким образом, независимо от соотношения титана и бора в лигатуре суммарное количество дисперсных тугоплавких частиц соединений (TiB₂ и TiC) в ней будут примерно одинаковым, что и обусловит стабилизацию модифицирующей способности лигатуры различного состава.

При содержании в лигатуре углерода менее 0,05 процента эффект стабилизации модифицирующей способности лигатуры значительно ослабляется, следовательно, поставленная цель не достигается, в особенности при содержании бора на нижнем пределе концентраций. Это объясняется резким уменьшением суммарного количества тугоплавких дисперсных частиц в лигатуре.

При содержании в лигатуре углерода более 0,5% эффективность такова состава лигатуры более не повышается, а трудности технического порядка резко возрастают. Таким образом, заявленные пределы признаков изобретения являются оптимальными.

П р и м е р. В индукционной печи расплавляют лигатуру с содержанием титана 1,0 - 6,0%, бора 0,05 - 1,0%. После расплавления лигатуры ее поверхность покрывают слоем плавленой смеси криолита и фтористого алюминия с содержанием 1,0-5,0% оксида бора и увеличивают температуру расплава до 1050 - 1100^оС. При этом температуре в расплав с помощью специального приспособления вдувают в потоке газа дисперсный углерод в виде графита. Продувку расплава ведут до момента насыщения слоя расплавленной соли частицами углерода, который контролируют по излому флюсовой пробы. В зависимости от расхода дисперсного углерода при его вдувании получают различное количество углерода в лигатуре. Варианты химического состава предлагаемой лигатуры представлены в табл. 1, а в табл. 2 результаты оценки модифицирующей способности лигатуры в сравнении с известной.

Для оценки модифицирующей способности лигатуры расплавляют алюминий марки А99 в количестве 10 кг, в который присаживают при температуре 700^оС лигатуру известного и предлагаемого составов из расчета получения в алюминии оптимального содержания титана и бора, необходимого для измельчения зерна (0,04% Ti - 0,002 - 0,003% В). Для известной лигатуры выбирают два состава: 1,0% Ti, 0,05% В, остальное Al и 5,0% Ti и 1,0% В остальное Al. Для предлагаемой лигатуры используют составы, приведенные в табл. 1.

После присадки лигатур в алюминий с целью измельчения зерна во всех случаях расплав перемешивают в течение 3 минут, выдерживают при температуре 700^оС и разливают в специальные кольцевые пробы. Эффект модифицирования оценивают после травления отливок для выявления макрозерна по его размеру в сравнении с исходным (без модифицирования). Как видно из приведенных данных в табл. 1, составы предлагаемой лигатуры отличаются от известных составов стабильностью размера модифицированного зерна алюминия для любых соотношений титана и бора в лигатуре. В то же время для известных составов стабилизации модифицирующего эффекта не происходит. Кроме того, данные табл. 2 указывают на то, что при содержании углерода в лигатуре менее 0,05% размер зерна алюминия уменьшается после модифицирования несущественно, что свидетельствует об оптимальности заявленного предела по углероду. Дестабилизации эффекта модифицирования при содержании в лигатуре углерода более 0,5% не происходит, однако, в силу того, что размер модифицированного зерна несколько увеличивается, то это является достаточным основанием для ограничения содержания углерода в лигатуре значением заявленного верхнего предела.

Таким образом, предлагаемая лигатура, отличающаяся стабильностью модифицирующей способности, может эффективно использоваться при любом соотношении титана и бора в заявленных пределах, что обеспечивает их экономию на стадии приготовления лигатуры.

Использование: в металлургии цветных металлов и сплавов, в частности для модифицирования алюминиевых деформируемых сплавов. Лигатура содержит следущие компоненты, мас.%: титан 1,0 - 6,0; бор 0,05 - 1,0; углерод 0,05 - 0,5; алюминий остальное. 2 табл.

ЛИГАТУРА ДЛЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ЗЕРНА АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ, содержащая алюминий, титан и бор, отличающаяся тем, что, с целью стабилизации модифицирующей способности, она дополнительно содержит углерод при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Титан - 1,0 - 6,0
Бор - 0,05 - 1,0
Углерод - 0,05 - 0,5
Алюминий - Остальное