Спосіб приготування високоміцних алюмінієвих деформівних сплавів з вмістом цинку

Реферат: Винахід належить до металургії і стосується приготування високоміцних алюмінієвих деформівних сплавів з вмістом цинку. Спосіб включає розплавлення алюмінію, розчинення у рідкому алюмінії легуючих елементів та вакуумну обробку сплаву під залишковим тиском 1 мм рт. ст. Легуючий елемент цинк вводять у сплав після вакуумної обробки. Спосіб дає змогу знизити рівень концентрації водню у сплаві і, як наслідок, підвищити механічні властивості виливків. UA 101343 C2 (12) UA 101343 C2 UA 101343 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до ливарного виробництва та металургії легких сплавів і може бути використаний для приготування високоміцних алюмінієвих деформівних сплавів з вмістом цинку. Відомий спосіб приготування високоміцних алюмінієвих деформівних сплавів [1, ст. 171], згідно з яким у розплавлений алюміній завантажують всі легуючі елементи та розчиняють їх. Потім розплав піддається вакуумній обробці при залишковому тиску у вакуумній камері 10 мм рт. ст. протягом визначеного часу для зниження вмісту водню в сплаві, який при кристалізації виливків утворює газову пористість. Газова пористість значно знижує механічні властивості виливків [2, ст. 109]. Недоліком цього способу є висока концентрація водню в сплаві після вакуумної обробки 3 (0,27-0,29 см /100 г) [1, ст. 188], який обумовлений неможливістю зменшення залишкового тиску у вакуумній камері менше ніж 10 мм рт. ст. для більш глибокого рафінування у зв'язку з наявністю у сплаві летючого компонента - цинку [3, ст. 104], тому, що величина залишкового тиску повинна перевищувати рівноважну пружність пару найбільш летючого компоненту сплаву для запобігання значної зміни хімічного складу сплаву під час вакуумної обробки. Задача винаходу - зменшення концентрації водню у сплаві після вакуумної обробки. Поставлена задача досягається тим, що в запропонованому способі приготування високоміцних алюмінієвих деформівних сплавів з вмістом цинку, який включає розплавлення алюмінію, розчинення у рідкому алюмінії легуючих елементів та вакуумної обробки сплаву, згідно з винаходом, легуючий елемент цинк вводять у сплав після вакуумної обробки сплаву, а вакуумну обробку сплаву проводять під залишковим тиском у вакуумній камері 1 мм рт. ст., так як відомо, що такий залишковий тиск у вакуумній камері є найбільш ефективним для рафінування алюмінієвих сплавів [1, ст. 81]. 3 Запропонований спосіб дозволяє знизити вміст водню у сплаві до 0,04-0,05 см /100 г. Уведення в розплав та розчинення цинку після вакуумної обробки не впливає на вміст водню у сплаві, тому що розчинність водню у цинку при переході з твердого стану у рідкий практично не змінюється [4, ст. 51] і складає 0,0018 см /100 г [4, ст. 65] та забезпечує необхідний хімічний склад сплаву. Реалізація запропонованого способу здійснюється у вакуумній магнітодинамічній установці (креслення) з корисною ємністю тигля по рідкому алюмінію 300 кг. Установка складається з тигля 1, з'єднаного з П-подібним каналом 2. Канал охоплює індуктор 3 з котушкою 4 та електромагніт 5 з котушками 6. Тигель, канал, індуктор та електромагніт розташовані у вакуумній камері 7. Система створення вакууму умовно не показана. Приготування сплаву здійснюють наступним чином: у тигель заливають розплавлений алюміній. На котушки індуктора та електромагніта подається регульована напруга змінного струму, внаслідок чого у магнітопроводі індуктора утворюється змінний магнітний потік, який індукує у рідкому металі кільцевого П-подібного горизонтального каналу електричний струм. При цьому відбувається нагрівання металу до заданої температури та електромагнітне перемішування металу. Швидкість нагрівання залежить від величини індукованого струму у рідкому металі, а інтенсивність електромагнітного перемішування від величини напруги, поданої на котушки електромагніту. Потім у рідкий алюміній завантажують легуючі елементи, крім Zn, та розчиняють їх. Після розчинення легуючих елементів, вакуумну камеру герметизують та створюють у ній залишковий тиск 1 мм рт. ст. Процес вакуумної обробки сплаву триває 30 хвилин при температурі сплаву 730 °C. Зниження рівня концентрації водню у сплаві відбувається завдяки низькому залишковому тиску у вакуумній камері та електромагнітного перемішування сплаву. Після вакуумної обробки сплаву у вакуумній камері створюють атмосферний тиск і у рідкий метал завантажують легуючий елемент Zn. Введення цинку після вакуумної обробки запобігає зміні хімічного складу та не впливає на вміст водню у сплаві. Після його розчинення сплав розливають у ливарні форми. Реалізація запропонованого способу була здійснена на алюмінієвому сплаві В96Ц. Було проведено приготування сплаву за прототипом та згідно з винаходом. При цьому використовувались первинні матеріали високої та технічної чистоти: алюміній марки А85, мідь марки МІ, магній марки Мг96, цинк ЦІ, цирконій КТЦ100. Розрахунок вмісту легуючих елементів проводився по середньому значенню між верхньою та нижньою межами вмісту елементів у сплаві. Перед вакуумною обробкою сплаву за промисловою технологією вміст елементів складав Сu-2,3 %, Mg-2,6 %, Zn-8,5 %, Zr-0,15 %. Після вакуумної обробки сплаву вміст цинку знизився до 8,3 %. У результату приготування та рафінування сплаву за промисловою технологією концентрація водню у виливках становила 0,2 см /100 г. 1 UA 101343 C2 Підчас приготування сплаву згідно з винаходом після вакуумної обробки сплаву вміст цинку 3 у сплаві доводився до значення 8,3 %, при цьому вміст водню у виливках склав 0,05 см /100 г. Таблиця. Порівняння способів приготування сплаву В96Ц за промисловою технологією та технологією згідно з винаходом Час Спосіб Залишковий вакуумної Процентний вміст легуючого 3 приготування tмет, °C тиск, мм рт. Вміст Н2, см /100 г обробки, елемента, % сплаву ст. хв. До Після вакуумної вакуумної Zr Сu Mg Zn обробки обробки До Після вакуумної вакуумної обробки обробки Промислова 730 30 10 0,5 0,2 0,15 2,3 2,6 8,5 8,3 технологія Згідно з 730 30 1 0,5 0,05 0,15 2,3 2,6 8,3 винаходом 5 10 15 20 25 Характеристика промислової технології та технології згідно з винаходом приведена у таблиці. Таким чином, запропонований спосіб дає змогу отримати новий технічний ефект, виражений у зниженні рівня концентрації водню у сплаві і, як наслідок, підвищення механічних властивостей виливків. Джерела інформації: 1. Альтман М.Б., Глотов Е.Б., Засыпкин В.А., Макаров Г.С. Вакуумирование алюминиевых сплавов. - М.: Металлургия.-1977.-240 с. 2. Альтман М.Б. Неметаллические включения в алюминиевых сплавах. М.: Металлургия.1965.-127 с. 3. Альтман М.Б., Глотов Е.Б., Рябинина P.M., Смирнова Т.И. Рафинирование алюминиевых сплавов в вакууме. М.: Металлургия.-1970.-160 с. 4. Чернега Д.Ф., Бялик О.М., Иванчук Д.Ф., Ремизов Г.А. Газы в цветных металлах и сплавах. М.: Металлургия.-1982.-176 с. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Спосіб приготування високоміцних алюмінієвих деформівних сплавів з вмістом цинку, який включає розплавлення алюмінію, розчинення у рідкому алюмінії легуючих елементів та вакуумну обробку сплаву, який відрізняється тим, що легуючий елемент цинк вводять у сплав після вакуумної обробки сплаву, а вакуумну обробку сплаву проводять під залишковим тиском 1 мм рт. ст. 2 UA 101343 C2 Комп’ютерна верстка Л. Купенко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3