Способ получения литых композиционных материалов
Изобретение относится к литейному производству. Способ включает нагрев матричного сплава выше температуры ликвидуса, введение в него металла армирующих частиц в виде порошка, перемешивание расплава матричного сплава с выдержкой в течение 1-15 минут.Перед введением армирующих частиц на зеркало расплава их равномерно смешивают со стружкой или порошком одинакового или близкого по составу к составу матричного сплава в соотношении от 1:100 до 1:10. Достигается повышение однородности распределения вводимых в расплав армирующих частиц. 1 табл.
Изобретение относится к литейному производству, металлургии и к материаловедению, в частности к способам получения литых композиционных материалов с металлической матрицей, армированных дисперсными твердыми частицами со специальными свойствами.
Известно много способов получения композиционных материалов с металлической матрицей путем растворения, замешивания, пропитки, самодиспергирования армирующих частиц путем получения эндогенных частиц и т.д.
1. «Теория и технология литых композиционных материалов». Гаврилин И.В. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Санкт-Петербург: Санкт-Петербургский технический университет.1991. 340 с.
2. «Композиционные материалы, получаемые методом пропитки». Тучинский Л.И. М.: Металлургия, 1986, с.70-87.
3. «Литье частично твердеющих сплавов». Флемингз М.К., Мерабян Р.Э. Пер. с англ. Материалы 4-го международного конгресса литейщиков. М.: Машиностроение, 1974, с.78-87.
Общим недостатком всех указанных способов является недостаточная равномерность распределения армирующих частиц в матрице вплоть до присутствия скоплений - агломератов, включающих сотни и тысячи частиц, что делает свойства таких композитов нестабильными.
Техническим результатом, достигаемым при реализации изобретения, является повышение однородности распределения вводимых в расплав армирующих частиц и, как следствие, повышение качества сплава.
Этот технический результат достигается способом получения литых композиционных материалов, включающим нагрев матричного сплава выше температуры ликвидуса, введение в него металла армирующих частиц в виде порошка, перемешивание расплава матричного сплава с выдержкой в течение 1-15 минут, при этом перед введением армирующих частиц на зеркало расплава их равномерно смешивают со стружкой или порошком одинакового или близкого по составу к составу матричного сплава в соотношении от 1:100 до 1:10.
Армируемые частицы в виде порошка при смешивании со стружкой равномерно распределяются по шероховатой поверхности стружки в 1-2 слоя. Тем самым армирующие частицы еще до ввода в расплав распределяются тонким слоем равномерно по поверхности стружки. Частицы удерживаются на поверхности стружки силами трения, адгезии и когезии. При вводе в расплав стружка состава, одинакового или близкого к составу матричного сплава, легко смачивается, усваивается и растворяется в расплаве, увлекая за собой равномерно распределенные армирующие частицы, смачивая их и внося их в расплав. Стружка или порошок, покрытые армирующими частицами, выполняют при этом роль носителя армирующих частиц, облегчающего их ввод и равномерное распределение в расплав.
Способ имеет следующие отличия:
- дисперсные армирующие частицы предварительно равномерно смешивают со стружкой или порошком сплава того же или близкого состава, что и расплав, в который необходимо ввести армирующие частицы;
- дисперсные армирующие частицы смешивают со стружкой или порошком в соотношении от 1:100 до 1:10;
- смесь стружки или порошка с армирующими частицами вводят в расплав на зеркало.
Способ прост и эффективен, не требует особых температур и специального оборудования, легко применим в любых литейных и металлургических цехах.
Пример осуществления способа
Предложенный способ получения литых композиционных сплавов с носителем армирующих частиц в виде стружки или порошка того же состава, что и матричный сплав, был осуществлен следующим образом. Для получения композиционного материала в тигельной печи вначале расплавляли часть твердой шихты одного из литейных алюминиевых сплавов. Сплав перегревали на 50-150°С выше температуры ликвидуса (температура в данном способе особого значения не имеет).
Сухую стружку того же состава, что и матричный сплав, равномерно смешивали вручную с армирующими частицами карбида кремния в соотношении от 1:100 до 1:10.
Подачу смеси носителя (стружки или порошка) с армирующими частицами осуществляли порциями прямо на зеркало матричного расплава в печи слоем 5-10 см и слегка притапливали смесь в расплав ручным литейным инструментом. Затем стружка (или порошок) самопроизвольно растворялась (расплавлялась). При необходимости смесь частиц с носителем вводили несколько раз, добиваясь требуемой концентрации частиц в расплаве.
После ввода носителя с частицами сплав перегревали до температуры выпуска и выдерживали 1-15 мин в печи, применяя ручное или индукционное перемешивание. Затем готовый композит разливали в литейные формы.
Данные об однородности получаемого литого композиционного материала по сравнению с известным способом приведены в таблице 1. Критерием однородности является процентное содержание армирующих частиц, распределенных в матрице поодиночке (без скоплений), в сравнении с общим количеством частиц в матрице. Число одиночно расположенных частиц подсчитывали известным методом секущих на микрошлифах твердого готового композита с использованием микроскопа МИМ-8.
| Таблица 1 | ||||||||
| Способ получения композиционного материала | Критерии однородности композиционного материала при соотношении армирующих частиц и стружки (порошка), (%) | |||||||
| 1:100 | 1:70 | 1:50 | 1:30 | 1:20 | 1:10 | 1:5 | 100:1 | |
| 1. Способ получения с носителем | 78 | 89 | 70 | 61 | 44 | 18 | 10 | - |
| 2. Известный способ | - | - | - | - | - | - | - | 8 |
Из данных таблицы следует, что предложенный способ обеспечивает многократно более высокую однородность распределения армирующих частиц в матрице по сравнению с известным способом.
Использование соотношения армирующих частиц к стружке > 1:100 (например, 1:200) нецелесообразно по причине малых концентраций армирующих частиц в композите (менее 1%). При соотношении < 1:10 (например, 1:5) эффект повышения однородности не достигается.
Следовательно, технический результат изобретения - достижение высокой равномерности распределения армирующих частиц в матрице композиционного материала, достигнут.
Способ получения литых композиционных материалов, включающий нагрев матричного сплава выше температуры ликвидуса, введение в него армирующих частиц металла в виде порошка, перемешивание расплава матричного сплава с выдержкой в течение 1-15 мин, при этом перед введением армирующих частиц на зеркало расплава их равномерно смешивают со стружкой или порошком одинакового или близкого по составу к составу матричного сплава в соотношении от 1:100 до 1:10.
