Прекурсор лигатуры Al-Ti-B Российский патент 2023 года по МПК C22C35/00 C22C21/00 

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано для получения модифицирующих лигатур при приготовлении алюминиевых сплавов методом введения в расплав алюминия бор- и титансодержащих составов.

Получение качественных отливок во многом зависит от качества исходных шихтовых материалов и особенно лигатур. Значительное улучшение качества структуры сплавов достигается за счет использования модифицирующих лигатур. Модифицирующие лигатуры способствуют кристаллизации структурных составляющих в округлой форме, их измельчению и получению однородного зерна по всему объему слитка. Лигатура алюминий-титан-бор, традиционно применяемая для модифицирования деформируемых и литейных алюминиевых сплавов, а также литейных силуминов, обеспечивает эффективное измельчение зерна алюминиевых сплавов за счет введения в расплав мелкодисперсных фаз, служащих центрами кристаллизации, что, соответственно, приводит к улучшению механических свойств и уменьшению газовой пористости отливок.

В настоящее время при производстве полуфабрикатов из титановых сплавов образуется большое количество титаносодержащих техногенных отходов, содержащих высокую концентрацию дорогостоящего титана. Извлечение химических соединений из отходов титана позволяет с высокой эффективностью получить товарный продукт в виде соли гексафтортитаната щелочного металла, в частности гексафтортитаната калия (K2TiF6), являющегося широкодоступным и низкозатратным сырьем для получения лигатуры алюминий-титан-бор [1]. Недостатком данной технологии является токсичность исходных веществ.

С помощью вовлечения в шихту стружки титановых сплавов появляется возможность освободить территорию, занимаемую отвалами, и значительно снизить воздействие вредных техногенных отходов на окружающую среду.

Наиболее близким аналогом является способ приготовления тройной лигатуры Al-Ti-B, включающем смешивание предварительно высушенных и просеянных порошков, последовательное, введение их в расплав алюминия, воспламенение, горение смеси и образование целевых дисперсных фаз внутри расплава алюминия, механическое перемешивание расплава и его кристаллизацию в литейной форме, в качестве порошковой композиции используются смеси порошков для самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) -алюминия, титана и бора при соотношении мольных частей СВС смесей в соответствии со стехиометрическим составом синтезируемых в расплаве целевых дисперсных фаз [2]. Недостатком данной технологии является сложная и дорогая технология приготовления исходных порошкообразных компонентов.

С целью вовлечения отходов производства предлагается прекурсор лигатуры Al-Ti-B на основе стружечных отходов алюминиевого сплава аналогичной марки, подвергаемой модифицированию указанной лигатурой, а именно: АК7, технического титана марки ВТ 1-00 и аморфного бора марки А, из которых синтезируется лигатура в процессе электрошлакового литья с получением компактных слитков.

Технологическое преимущество электрошлакового процесса в приложении формирования литой заготовки заключается в том, что синтез материала заготовки, доведение его до жидкого агрегатного состояния, заполнение им литейной формы и затвердевание синтезированного материала происходит непрерывно и одновременно, что исключает большое количество технологических переделов, присущих традиционным способам получения литой заготовки, в силу того, что в обычной плавильно-литейной технологии указанные операции разобщены. Кроме того, электрошлаковый металл отличается высоким качеством, обусловленным изоляцией металлического расплава слоем жидкого шлака и его рафинирующим воздействием на формирующийся металл в виде капель с высокоразвитой поверхностью. Это обстоятельство гарантирует отсутствие таких негативные явлений, ухудшающие качество металла отливки, как загрязнение его газами, огнеупорами ковша и формовочной смесью, а при кристаллизации больших масс металла развитие ликвации, образование усадочных и газовых раковин.

Сущность изобретения заключается в следующем: шихтовые материалы подвергаются сушке при температуре 250°С, измельчению, смешиванию и компактированию. Для диспергирования стружечных отходов использовалась шаровая мельница, работающая в скоростном режиме вращения, соответствующем 0,75-0,8 от критической, когда шары внутри мельницы, совершая круговые движения, вращаются вместе с ее барабаном. Полученные порошки алюминиевого сплава АК7 и технического титана марки ВТ 1-00 просеивались на системе сит 0045-05 (ГОСТ 3584-73) с целью получения размера фракции <50 мкм.

Далее приготавливалась смесь порошкообразных компонентов в соотношении: сплав АК7: технический титана марки ВТ 1-00: аморфный бор марки А=97:2:1, которая обуславливает получение из нее опытной лигатуры А1-Ti-B, в которой титан преимущественно связан с бором, лишая себя и бора возможности связаться с алюминием (Фиг. 1). Такая приоритетная связь титана с бором объясняется не только составом шихтовой композиции, но и значительно отличающимся значением стандартной энтальпии образования интерметалл и да TiB₂ (ΔН⁰₂₉₈=-279,9 кДж/моль) относительно других зародышеобразующих частиц Al₃Ti (ΔН⁰298=-144 кДж/моль) и AlB₂ (ΔН⁰₂₉₈=-67 кДж/моль).

Образование эффективных зародышеобразующих частиц TiB₂ подтверждается спектром микрорентгеноспектрального анализа мелких зародышеобразующих частиц полученной лигатуры Al-Ti-B. Это соотношение в лигатуре является залогом наибольшего содержания в ней. Поскольку по завершению смешивания порошковых шихтовых компонентов предполагается компактирование смеси, то для облегчения процесса смешивания и последующего прессования смеси в отмеченную выше субстанцию вводится технологическая присадка-пластификатор на глицериновой основе в количестве 3,5 массовой % по отношению к порошковой субстанции. Полученная таким образом пластифицированная шихтовая смесь тщательно высушивается и направляется на мундштучное прессование, в результате которого получается равноплотное изделие в виде прутка диаметром 10 мм и длиной 500 мм. Процесс осуществляется при степени обжатия материала, равной 93%. Данное изделие является расходуемым электродом, который подается в шлаковую ванну печи электрошлакового переплава через мундштук. Шихтовая композиция расходуемого электрода посредством качественного и количественного соотношения компонентов обуславливает синтез лигатуры Al-Ti-B требуемого состава.

Таким образом, предлагается ресурсосберегающий способ получения лигатуры Al-Ti-B, т.к. в качестве исходных шихтовых компонентов используются отходы производства на основе стружечных отходов, обеспечивая при этом модифицирующую способность лигатуры.

Использованные источники

1. Патент РФ RU 2466202 С1

2. Патент РФ RU 2138572 С1.

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для получения модифицирующих лигатур для приготовления деформируемых и литейных алюминиевых сплавов, а также для литейных силуминов. В качестве порошковой композиции используются смеси порошков для самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) - стружечные отходы алюминиевого сплава АК7 и технического титана марки ВТ1-00, которые смешивают с аморфным бором марки А при соотношении мольных частей СВС смесей в соответствии со стехиометрическим составом синтезируемых в расплаве целевых дисперсных фаз. Полученную экзотермическую смесь компактируют в форме стержней и вводят в печь электрошлакового переплава. Изобретение позволяет использовать в качестве исходных шихтовых компонентов стружечные отходы производства, обеспечивая при этом модифицирующую способность лигатуры. 1 ил.

Способ приготовления лигатуры алюминий-титан-бор, включающий сушку шихтовых материалов, измельчение, просеивание, смешивание полученных порошков шихтовых компонентов и их переплав, отличающийся тем, что в качестве источника алюминия и титана используются стружечные отходы алюминиевого сплава АК7 и технического титана марки ВТ 1-00, которые смешиваются с аморфным бором марки А в стехиометрическом соотношении для получения экзотермической смеси, которую компактируют в форме стержней и вводят в печь электрошлакого переплава.