Способ модифицирования сплава алюминий-титан и состав для модифицирования сплава алюминий-титан Советский патент 1985 года по МПК C22C1/06 

Изобретение относится к литенному производству, в частности к производству сплавов на основе алюминия . Значительное улучшение качества структуры сплавов достигается в ре зультате модифицирования. Модификаторы способствуют кристаллизации структурных составляющих в округлой форме, их измельчению и получению однородного зерна по всему объему. Модификаторами алюминия и его сплавов являются карбиды, нитриды и бор ды переходных и редкоземельных мета лов. Известен способ модифицирования первичных интерметаллических соединений в алюминиевых лигатурных спла вах путем ввода в лигатурньш сплав поверхностно-активных веществ натри или магния ij , Недостатками этого способа являю ся, во-первых, дополнительное насыщ ние лигатурного расплава натрием или магнием, что отрицательно сказы вается на свойствах конечного сплава, сплавляющегося из различных лиг тур, во-вторых, загрязнение расплав продуктами реакции алюминия с натрием 1ШИ магнием.. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эф4}екту к предлагаемому является способ модифицирования первичных интерметаллнческих соединений в алюминиевых спл вах путем ввода в лигатурный алюминиево-титановый сплав диборита тита на (TiBj) в виде бортитановой лигатуры 2j. Недостатком известного способа является- неравномерное распределение диборида титана в объеме бортитанового лигатурного слитка, что влияет.при добавлении этой лигатуры в алюминиево-титановый расплав на стабильность эффекта модифицировани первичных интерметаллидов . Известен состав для измельчения первичных интерметаллидов, при кото ром в лигатурный алюминиев-титановы расплав вводят дисперсные частицы (1 мкм) карбида титана в смеси с криолитом и фтортитанатом калия в с отношении по массе 1:2 Sj . Недостатками..этого состава являю ся, во-первых, неравномерное распределение дисперсного порошка карбида титана в объеме модифицирующей добав ки, что приводит к неравномерному распределению его в объеме модифицирующего сплава и отрицательно сказывается на эффекте модифицирования сплава этим порошком, во-вторых, при нахождении этого дисперсного порошка в объеме модифицирующего флюса, находящегося на поверхности перегретого до температур порядка 3501000 С расплава, происходит частичное его окисление вследствие повышения активности этого порошка при нагревании к кислороду воздуха, а также при таких перегревах происходит сильное газонасыщение и окисление расплава. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является состав модифицирующего прутка, который содержит ультрадисперсный порошок нитрида тантала Д . Недостатком известного модифицирующего состава является низкая термодинамическая устойчивость ультрадисперсного порошка нитрида тантала в алюминиево-титановом расплаве. Вследствие взаимодействия жидкого алюминия с ультрадисперсными частицами нитрида тантала образуется интерметаллическое соединение TaAfg которое загрязняет расплав и при кристаллизации, выделяясь в грубокрис- таллической форме, уменьшает эффект измельчения интерметаллического соединения TiA, в алюминиево-титановом сплаве. Цель изобретения - повышение эффекта модифицирования и снижение затрат. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу модифицирования сплава алюминий-титан, включающему введение в расплав соединения бора, в качестве последнего используют ультрадисперсный порошок гексаборида лантана. Состав для модифицирования сплава алюминий-титан, содержащий ультрадисперсный порошок нитрида, в качестве нитрида содержит смесь нитрида титана при следующем соотношении компонентов, мас,%: Нитрид алюминия 72-74 Нитрид титанаОстальное Ультрадисперсный порошок (УДП) гексаборида лантана (LaB) и смесь льтрадисперсных порошков нитрида

алюминия с нитридом титана (АIN + + TiN) получены методом плазмохимического синтеза, размер части этих УДП 0,03-0,4 мкм).УДП или смесь УДП вводят в расплав в объеме модифицирующего прутка в -количестве 0,05% от массы плавки. Состав модифицирующего прутка: алюминиевьй наполнитель 98% и УДП 2%. .

При содержании УДП нитрида алюминия в смеси менее 72% эффект измельчения интерметаллического соединения снижается. При содержании УДП нитрида алюминия в смеси более 74% расплав обогащается ультрадисперсными частицами нитрида титана, которые, соединяясь в крупные конгламераты, дополнительно загрязняют сплав неметаллическими включениями, тем самым, уменьшается эффект модифицирования сплава.

Пример 1. Алюминиево-титановый лигатурньш сплав (1% Ti) готовят в алюминиевом электролизере методом электролизного восстановления, затем из электролизера жидкий сплав в количестве одной тонны переливают в ковш. При 750с в расплав, находя.щийся в ковше, вводят под зеркало металла УДП гексаборида лантана в количестве 0,05% от массы плавки в объеме прутка, отпрессованного из обрезков алюминиевой проволоки (марка алюминия АДО) плакированных УДП. Состав модифицирующего прутка: 98% об . резков алюминиевой проволоки и 2% УДП гексаборида лантана. После 2-3минутного выстаивания расплав разливают в чушки. Из чушек вырезают образцы, приготавливают шлифы и на них определяют линейный размер первичных интерметаллидов TiA.

В табл.1 представлено влияние способа модифицирования алюминиевотитанового лигатурного сплава на размер интерметаллического соединения TiABj.

Пример 2. Алюминиево-титановый лигатурный сплав (1% Ti) готовят в алюминиевом электролизере методом электролизного восстановления, затем из электролизера жидкий сплав в количестве одной тонны переливают в ковш. При 750°С в расплав, находящийся в ковше, вводят под зеркало металла смесь УДП нитрида алюминия и нитрида титана в количестве 0,05% от массы плавки с различным соотношением компонентов: 71% AEN + 29% TiN; 72% АШ + 28% TIN; 73% + 27% TiN: 75% AlN + 25% TiN. Смесь УДП нитрида алюминия и нитрида титана вводят в объеме модифицирующего прутка, состоящего из 98% обрезков алюминиевой проволоки (марка алюминия АДО), плакированных смесью УДП (АШ + TiN) в количестве 2%. После 2-3 минутного

выстаивания расплав разливают в

чушки. Из чушек вырезают образцы, приготавливают шлифы и на них определяют линейный размер первичных иНтерметаплаидов табл. 2 представлено влияние модифицирующего состава на размер интерметаллического соединения TiAf в алюминиево-титановом лигатурном сплаве.

При содержании компонентов в смеси за пределами предлагаемого соотношения УДП нитрида алюминия 71 мае.% и УДП нитрида титана 29 мас.% снижается эс)фект измельчения интерметаллического соединения TiAPj из-за

повышенного содержания в расплаве ультрадисперсных частиц нитрида титана, которые, соединяясь в крупные конгламераты, уменьшают количество центров кристаллизации, необходимых

для зарождения интерметаллического соединения TiAF и дополнительно загрязняют расплав неметаллическими включениями.

При содержании компонентов состава в пределах предлагаемого соотношения эффект измельчения интерметаллического соединения TiAfj максимальный из-за наличия в модифицированном сплаве оптимально необходимого для зарождения и, как следствие, измельчения TiA количества ультрадисперсных частиц нитрида алюминия и нитрида титана.

При содержании компонентов за

пределами предлагаемого соотношения (УДП нитрида алюминия 75 мас.% и УДП нитрида титана 25 мас.%) снижается эффект Измельчения интерметаллического соединения TiAF вследствие

недостаточного содержания в сплаве ультрадисперсных частиц нитрида титана, служащих центрами кристаллизации для зарождения интерметаллического соединения TiAF.

По сравнению с известным предлагаемый способ позволяет уменьшить линейный размер первичных интерметалл1здов TiAPj в 3,7 раза и уменьшить количество вводимого модификатора в 2 раза. Предлагаемый состав позволяет уменьшить линейный размер первичных интерметаллидов TiAfj в 2,9 раза и уменьшить в 15,4 раза стоимость вводимого модификатора за счет исключения из состава модификатора дорогого УДП нитрида тантала и использование более дешевого

УДП нитрида алюминия и УДП нитрида титана (стоимость 1 кг УДП нитрида тантала 770 руб.; 1 кг УДП нитрида

5 алюминия - 8,9; 1 кг УДП нитрида титана - 41 руб.).

Ожидаемый экономический эффект от использования изобретения состаляет для способа 20 тыс.руб/г; для

О состава - 10 тыс.руб/г.

Т а б л и д а

1. Способ модифицирования сплава алюминий-титан, включающий введение в расплав соединения бора, отличающийся тем, что, с целью повышения эффекта модифицирования и снижения затрат, в качестве соединения бора используют ультрадисперсный порошок гексаборида лантана. 2. Состав для модифицирования сплава алюминий-титан, содержащий ультрадисперсный порошок нитрвда, отличающийся тем, что, с целью повьшения эффекта модифици(/) С рования и снижения затрат, в качестве нитрида состав содержит смесь нитрида алюминия и нитрида титана % при следующем соотношении компонентов, мас.%: Ш Нитрид алюминия 72-74 Нитрид титана - Остальное СП 00 Ф Nd N

Модифицирование диборидом титана TiBj,

вводимого с лигатурой

АБ-Ti-B (известный)

Модифицирование УДП .гексаборида лантана (LaBg), вводимого в объеме алюминиевого модифицирующего прутка (предлагаемый)

48

700

13

700

Таблица 2