СПОСОБ ВАКУУМНОЙ ОБРАБОТКИ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ Российский патент 2009 года по МПК C22B21/06 C22B9/04 

Изобретение относится к металлургии цветных металлов и может быть использовано для рафинирования расплавов из алюминиевых сплавов, преимущественно высоколегированных.

Водород и твердые неметаллические включения в алюминиевых сплавах существенно снижают качество материала слитков и изготовленных из них деформированных полуфабрикатов. Поэтому в процессах плавления значительное внимание уделяется разработке методов дегазации расплава. Одним из методов дегазации является вакуумная обработка - вакуумирование алюминиевых расплавов в раздаточных печах - миксерах.

Известен способ рафинирования алюминиевых сплавов, включающий последовательное охлаждение при вакуумировании расплава в направлении снизу вверх до температуры ниже точки ликвидуса (Т_ликв) на 0,01-0,3 интервала кристаллизации, подачу инертного газа, последовательное расплавление в направлении сверху вниз до температуры литья (а.с. №532642, 1975).

Недостатками известного способа являются большая продолжительность вакуумирования из-за широкого диапазона температур охлаждения и нагрева расплава в миксере, что существенно снижает экономическую эффективность процесса, кроме того, длительное нахождение расплава в раздаточной печи снижает влияние модифицирующих добавок и способствует получению неоднородной макроструктуры отливаемых слитков.

Известен способ вакуумной обработки при температуре расплава 680÷720°С, равной температуре его литья (Непрерывное литье алюминиевых сплавов: справочник / В.И.Напалков, Г.В.Черепок, С.В.Махов, Ю.М.Черновол. - М.: Интермет Инжиниринг, 2005, с.306, с.390) - прототип.

Недостатками известного способа являются недостаточная степень дегазации расплава, низкая эффективность очистки расплава от неметаллических включений.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение эффективности процесса вакуумной обработки за счет увеличения производительности раздаточной печи и улучшения качества отливаемого металла.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении изобретения, является сокращение продолжительности нахождения расплавленного металла в раздаточной печи, сохранение эффекта модифицирующих добавок, получение однородной мелкозернистой структуры и снижение содержания водорода в отливаемых слитках, а также уменьшение количества дефектов в изготовленных деформированных полуфабрикатах.

Указанный технический результат достигается тем, в способе вакуумной обработки алюминиевых сплавов, включающем заливку нагретого расплава в печь, создание в печи вакуума, выдержку расплава в вакууме, вакуумную обработку расплава проводят в течение 45÷90 минут в интервале температур выше точки ликвидуса на 15÷30°С. Вакуумную обработку расплава проводят при остаточном давлении 1,33×10²÷18,62×10² Па.

Предлагаемый способ отличается от известного тем, что после заливки расплавленного металла и создания вакуума в миксере расплав охлаждают до температуры выше точки ликвидуса сплава на 15÷30°С, проводят вакуумную обработку в течение 45÷90 минут при остаточном давлении 1,33×10²÷18,62×10² Па, затем в среде инертного газа расплав нагревают до заданной температуры литья.

При проведении вакуумной обработки при температуре, превышающей точку ликвидуса менее чем на 15°С, в расплаве образуются крупные частицы интерметаллидных фаз, не растворяющиеся при последующем нагреве расплава до температуры литья и впоследствии присутствующие в материале отливаемого слитка. Наличие крупных интерметаллидов способствует образованию внутренних дефектов, существенно снижает технологичность металла при деформации и уровень механических свойств изготовленных полуфабрикатов. При превышении температуры вакуумирования точки ликвидуса более чем на 30°С эффективность вакуумирования снижается в связи с резким увеличением растворимости водорода при повышении температуры расплава.

В процессе обработки остаточное давление в миксере необходимо поддерживать в диапазоне значений 1,33×10²÷18,62×10² Па, исходя из следующих условий: при остаточном давлении менее 1,33×10² Па возможны потери наиболее летучих компонентов сплавов, при величине остаточного давления более 18,62×10² Па степень дегазации расплава резко уменьшается, что приводит к получению повышенного газосодержания в сплаве.

Выдержка расплава под вакуумом менее 45 минут не обеспечивает достаточной степени очистки расплава от газовых примесей и неметаллических включений. Выдержка расплава под вакуумом свыше 90 минут не повышает степень дегазации расплава. Кроме того, передержка расплава свыше указанной величины значительно увеличивает длительность процесса вакуумирования, при этом возможно охлаждение расплава до температуры ниже необходимого диапазона вакуумирования, что требует дополнительных затрат на разогрев и поддержание температуры расплава в заданных пределах.

Промышленная применимость заявленного способа подтверждается следующими примерами конкретного выполнения.

Пример 1. Предлагаемый способ вакуумирования опробован при отливке крупногабаритных слитков ⌀845 мм из сплава В95оч. Температура точки ликвидуса сплава В95оч - 640°С. Вакуумирование сплава проводили в вакуумном миксере емкостью 12 тонн при температурах 655°С-(Т_ликв+15°С); 663°С-(Т_ликв+23°С);

670°С-(Т_ликв+30°С); выдержке 90; 60; 45 минут и остаточном давлении 13,33×10²; 17,69×10²; 18,62×10² Па. Отлитые слитки были гомогенизированы и механически обработаны. Из обточенных слитков изготовлены крупногабаритные профили авиационного назначения. Технологические режимы осуществления способа и полученные результаты исследования слитков и профилей приведены в таблице. Предлагаемый способ - №1-3, известный №4 (см. табл.).

Пример 2. Предлагаемый способ вакуумирования опробован при отливке плоских слитков сечением 245×940 мм из сплава 1163. Температура точки ликвидуса сплава - 640°С. Вакуумирование сплава проводили в вакуумном миксере емкостью 12 тонн при температурах 655°С-(Т_ликв+15);

665°С-(Т_ликв+25); 670°С-(Т_ликв+30); выдержке 90; 60; 45 минут и остаточном давлении 1,33×10²; 1,99×10²; 2,66×10² Па. Отлитые слитки были отгомогенизированы и механически обработаны. Из слитков были изготовлены панели. Технологические режимы осуществления способа и полученные результаты исследования слитков и панелей приведены в таблице. Предлагаемый способ - №5-7, известный №8 (см. табл.).

Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволяет ускорить процесс вакуумной обработки, улучшить качество металла за счет сокращения времени нахождения расплава в раздаточной печи, уменьшения газосодержания и количества неметаллических включений.

Способ рекомендуется применять для производства слитков деформируемых сплавов ответственного назначения, к которым предъявляются повышенные требования по чистоте.

Таблица № п/п Сплав Температура
вакуумиро-
вания, °С Остаточное давление в миксере, Па Время
выдерж-
ки, мин Содержание водорода,
см³/100 г Загрязнен-
ность,
мм²/см² Коэффиц. затухания, дБ/см Размер зерна слитка, мкм Количество дефектов УЗК в профилях (панелях), шт./погон.м 1 В95оч 655 (Т_ликв+15) 13,33×10² 90 0,10 0,07 1,23 381 0 2 В95оч 663 (Т_ликв+23) 17,69×10² 60 0,10 0,08 1,25 372 0 3 В95оч 670 (Т_ликв+30) 18,62×10² 45 0,12 0,09 1,24 360 0,16 4 В95оч известный способ 0,14 0,12 1,33 417 1,3 5 1163 655 (Т_ликв+15) 1,33×10² 90 0,08 0,008 1,30 378 0 6 1163 665 (Т_ликв+25) 1,99×10² 60 0,09 0,012 1,38 376 0 7 1163 670 (Т_ликв+30) 2,66×10² 45 0,11 0,025 1,35 365 0,11 8 1163 известный способ 0,14 0,10 1,50 405 1,1

Изобретение относится к металлургии цветных металлов и может быть использовано для рафинирования расплавов из алюминиевых сплавов, преимущественно высоколегированных. Способ вакуумной обработки алюминиевых сплавов включает заливку нагретого расплава в печь, создание в печи вакуума, выдержку расплава в вакууме в течение 45÷90 минут в интервале температур выше точки ликвидуса на 15÷30°С при остаточном давлении 1,33×10²÷18,62×10² Па. Техническим результатом является сокращение продолжительности нахождения расплавленного металла в раздаточной печи, сохранение эффекта модифицирующих добавок, получение однородной мелкозернистой структуры и снижение содержания водорода в отливаемых слитках, а также уменьшение количества дефектов в изготовленных деформированных полуфабрикатах. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ вакуумной обработки алюминиевых сплавов, включающий заливку нагретого расплава в печь, создание в печи вакуума, выдержку расплава в вакууме, отличающийся тем, что выдержку нагретого расплава в вакууме проводят в течение 45÷90 мин в интервале температур выше точки ликвидуса на 15÷30°С.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что выдержку нагретого расплава в вакууме проводят при остаточном давлении 1,33×10²÷18,62×10² Па.