Состав для мофицирования алюминиевых сплавов Советский патент 1979 года по МПК C22C1/06 

1

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано при модифицировании алюминиевых сплавов.

Для модифицирования алюминиевых сплавов практическое применение получили солевые модификаторы, например, следующего состава, вес.%: фторид натри 25; хлорид натрия 62,5, хлорид калия 12,5 ClJ.

Неаостатки указанного модификатора состоят в ограниченном времени действи необходимости удаления модификатора с поверхности расплава, неудобстве в обращении.

Известен также состав для модифицирования алюминиевых сплавов, включающий алюминий, переходной металл IV -VI групп и элемент из. группы, содержащей бор, углерод, кремний. Состав содержит 100 вес.ч. алюминия, 6-74 вес.ч переходного металла IV -V. групп и О,127 вес.ч. элемента из группы: бор, углерод или кремний 2.

Однако модифицирующее действие известного состава на алюминиевые сплавы недостаточное, что приводит к несущественному (около 2%) увеличению пределов текучести и прочности сплавов.

Цель изобретения состоит в повыщении модифицирующих свойств состава и алюминидов.

Цель достигается тем, что состав содержит бор, углерод и кремний совместно при следующем соотношении компонентов, вес.%:

Переходый

5,46-31,18 металл У -V/групп

1,18-15,66

Бор

1,18-15,66

Углерод

Кремний

1,18-9,84

Остальное

Алюминий

Пределы содержания бора, углерода и кремния в составе обусловлены кристаллической структурой и«электронной концентрацией узлов решетки алюм1шидсж переходных металлов (V - VI групп, которые образуют два типа кристаллических (ZfAEj ) IWAe. Эти структур: структуры содержат определенное количество пустот двух типов - октаэдрических и тетраэ;фичсских. Размеры атомов бора и углерода позволяют им внедряться только в октаэдрическйе пустоты, число которых в рассматриваемых структурах соответствует числу атомов в элементарной ячейке. Таким образом, предельное содержание бора, углерода в алюминиде вычисляется по весу атомсда бора или углерода, заполнивших все октаэд- рические пустоты, отаесенному к весу алюминида (см. табл. 1). Кремний сравнительно большого размера своих атомов образует в алюминидах твердые растворы замещения атомов алюминия. Верхний предел его содержания в алю миниде обусловлен пределом максимальной электронной кониентрашаи на один уз в элементарной ячейке идеальной структу ры алюминида, т.е. кремний замещает атомы алюминия до тех пор, пока кониентрация электронов на один узел ячейки не превысит максимального уровня, соответствующего идеальной структуре данного адюминида. Предельная электронная концентрация характери ет идеальную структуру алюминида и обусловливает его устойчивость и существование. Замещение алюминия на кремний возможно лишь при сохранении такой или очень близкой к ней концентрации. Расчет показьтает, что в структурах алюминидов типа В АС2-. электронная концентрация остается близкой к предельной (3,25 е и 3;6 е на 1 узел ячейки лиш при неэквивалентной замене атомов алюминия на кремний, т.е. замене большего количества атомов алюминия меньшим количеством атомов кремния : TiAt Si (3,12 е/узел) KWM.,s(3,6 е/уавп), Отсюда вычисляется верхнее предельное количество кремния, замещающее алюминий в структурах алюмииидов и равное 9,84 вес.% от веса состава (или 21,8 вес.% от веса алюминида) (см. табл.1). Нижний предел содержания Si 1,18 вес от веса состава (или 0,1 вес.% ov веса алюминида). Пересчет содержания бора, углерода и кремни-я от веса ашоминида на весовой процент состава веоуг на основе содержания в нем переходного металла W VJ групп. Данные о теоретических пре- делах возможного содержания бора, угл рода и кремния в алюминидах переходных металлов IV групп представлены в табл.1. Аналогичный расчет пределов содержания бора, углерода и кремния может быть проведен для других подобных структур алюминидов. Процесс получения криеталлов твердых растворов ведут в инертной атмосфере, например в аргоне, с выдержкой при 9ОО14ОО С (в зависимости от конкретной системы) и последующим охлаждением до комнатной температурь. В результате использования состава получают кристаллы алюминидов, содержащие сочетание бора, углерода и кремния (см. табл.2) и имеющиз тип кристаллической структуры (согласно данным фазового рентгеновского анализа), полностью соответствующий чистым алюминидам. Из-за сложности процессов образования кристаллов твердых растворов сочетания бора, углерода и кремния з алюминидах переходных металлов, а также из-за неравновескости (в большинстве случаев) процессов их получения количественное совпадение состава исходного состава и получаемых из него кристаллов маловероятно и наблюдается лишь совпадение соотношений компонентов в шихте и кристаллах (см. табл.2). Предлагаемый состав бьт опробован в соответствии с указанной технологией в лабораторных условиях. Исходные составы и содержание основных компонентов в полученных кристаллах алюминидов представлены и табл.2. Полученные кристаллы алюминидов переходных металлов И -VJ групп, в част кости кристаллы TiAEj , содержащие сочетание бора, углерода и кремния, обладают более высоким модифицирующим действием (измельчение струкоурь повышается в 2 раза) на алюминиевые сплавы, в частности, на сплав АЛ2, чем кристаллы TiAtj , содержащие только В (или С, или SJ ) (см. чертеж). Кристаллы или исходный состав вводят в расплав алюминия в количестве 0,01-1 вес.%, завернутые в алюминиевую фольгу. При этом использование исходного состава значительно упрощает процесс модифицирования, так как исключаются стадии получения, выделения и отбора монокристаллов твердых растворов. Модифицируемые сплавы выливают в кокиль, после чего из отливок изготавливают образцы дпя механических испытаний. Из графика видно, что модифицирующее действие (измельчение зерен кремния) является наивысшим у . кристаллов Ti ЛС , содержащих сочетание бора, углерода и кремния. Оно увеличивается в 2 раза по сравнению с действие кристаллов ТйЛЕ, , содержащих только бор. Кроме TOI о, оно выше, чем у солевого модификатора MaF + КГаСС+ КСб , используемого в промышленности. Модифицирующее действие повышается также с увеличением количества модификатора до 1 вес.% от веса сплава. Модифицирующее действие кристаллов TlAEx содержащих сочетание бора, углерода и кремния, а также исходного состава для их получения приводит к большему упрочнению и улучшению других ме хшшческих свойств алюминия и его сплавов - А99 и АЛ2, чем модифивд1рующее действие кристаллов , содержащих только бор (или углерод.или кремний) . Это показано в табл.3 на результатах механических испытаний образцов алюминиевых сплавов АЛ2 и А99, мц шфицированных кристаллами TjAEj, содержащими бор и сочетание бора, углерода и кремни а также соответствующим исходнык составом. Из табл.3 следует, что у сплава АЛ2 при модифицировании его кристаллами Т1А,, содержащими сочетание бора углерода и кргемния (и исходным составом для их получения) предел прочности, предел текучести и относительное удлинение соответственно увеличиваются на 5-7; 1О-ЗО и 1-20%). При модифицировании же кристаллами Ti Л J с бором предел прочности в предел текучести увеличиваются лишь на 2%, а относительное удлинение уменьшается на 20%. У сплава А99 наблюдается следующее: при модифицировании его кристаллами TtAE, {В + C+Si) (и исходным составом) предел прочности и предел текучести увеличиваются на 2 и 22% (для шихты .соответственно на 2-74 и 3-519 при модифицировании кристаллами TiAE с В (и исходным составом) предел прочности и предел текучести уменьшаются на 16 и 6% (для состава они увеличиваются на 2 и 19%). Относительное удлинение для сплава А99 здесь во всех случаях уменьшается. Предел прочности и относительное удлинение сплава АЛ2, модифицированного шихтойNaF+ МскСб + КСЕ .используемой в промышленности, fte превьпиают значений, полученных на этом сплаве при модифицировании его предлагаемым составом и полученными кристаллами.

о « Н

9

10

G57075

Таблица 2

Т a б л и ц a 3

Продолжение табп. 3