Способ модифицирования медных сплавов
Владельцы патента RU 2371493:
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский федеральный университет" (RU)
Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам получения медных сплавов для фасонных отливок. Предложен способ модифицирования медных сплавов. Способ включает приготовление модификатора из медного порошка и графитсодержащего материала. Модификатор активируют в мельницах-активаторах при соотношении медного порошка и графитсодержащего материала 1:(1-2) и вводят в конце плавки в количестве 1-5 мас.% от массы медного сплава. Улучшается структура и механические свойства получаемых медных сплавов. 1 табл.
Изобретение относится к области литейного производства и, в частности, к способам получения сплавов для фасонных отливок.
Известен сплав на основе меди, содержащий, вес.%: кадмий - 30-40, графит - 10-15, медь - остальное [Авторское свидетельство №864819, кл. С22С 9/00. Сплав на основе меди]. Этот способ трудоемок и не дает высокого качества сплава в отношении структуры и механических свойств.
Наиболее близким по сущности является сплав на основе меди при содержании графита 1-2% [а.с. №1786167, кл. С22С 9/06]. Недостатком этого сплава являются низкие механические свойства.
Задача изобретения - улучшение структуры и механических свойств медных сплавов.
Поставленная задача решается тем, что в способе модифицирования медных сплавов, включающем приготовление модификатора из медного порошка и графитсодержащего материала, модификатор активируют в мельницах-активаторах при соотношении медного порошка и графитсодержащего материала 1:(1-2) и вводят в конце плавки в количестве 1-5 мас.% от массы медного сплава.
Введение модификатора в количестве менее 1 мас.% от массы медного сплава не приводит к измельчению структуры сплава и не дает модифицирующего эффекта.
Введение модификатора в количестве более 5 мас.% от массы сплава нецелесообразно с экономической точки зрения, т.к. дальнейшее увеличение модификатора не способствует дальнейшему уменьшению размера зерна сплава.
В качестве графитсодержащего материала можно использовать искусственные или природные различного кристаллохимического строения графиты в виде порошка, крупки или гранул.
При совместной механоактивации медного порошка и графитсодержащего материала в мельницах-активаторах повышается реакционная способность компонентов модификатора, которая способствует более полному усвоению вводимых в сплав лигатур меди и повышению модифицирующего действия графитсодержащего материала.
При использовании в модификаторе соотношения медного порошка : графитсодержащего материала менее 1:1 не приводит к повышению химической активности модификатора, в результате чего не происходит значительного улучшения качества медного сплава в отношении структуры и механических свойств.
При использовании в модификаторе соотношения медного порошка : графитсодержащего материала более 1:2 вызывает уменьшение удельной поверхности и активности модификатора, что объясняется агрегатированием частиц графитсодержащего материала, в результате чего не происходит механохимической реакции между медным порошком и графитсодержащим материалом. Кроме того, использование соотношения в модификаторе медный порошок : графитсодержащий материал более 1:2 не является целесообразным с экономической точки зрения, так как не происходит дальнейшего существенного измельчения структуры и увеличения механических свойств медных сплавов.
Обработка медных сплавов модификатором в конце плавки обеспечивает равномерное распределение графитсодержащего модификатора по всему объему металла, с одной стороны, с другой, затрудняет рост кристаллов вследствие возникновения глубокого переохлаждения (образуются новые центры кристаллизации).
Изобретение иллюстрируется следующим примером.
Пример 1. Медный порошок и порошок скрытокристаллического графита марки ГЛС-2 Курейского месторождения (ГОСТ 17022-81) активировали в планетарно-центробежной мельнице-активаторе до достижения общей поверхности 40500 см2/см3, при соотношении медь : графит = 1:0,5. Из полученного материала прессовали таблетки диаметром 15-20 мм и высотой 5-7 мм при удельном давлении 2600-3000 кгс/см2, при температуре нагрева порошков 115°С.
Для модифицирования использовали сплав, содержащий, %: Sn 4,0-6,0; Zn 4,0-6,0; Pb 4,0-6,0; Sb 0,45-0,5; Fe 0,4. Для раскисления в сплав вводили фосфористую медь. Медный сплав выплавляли в высокочастотной плавильной установке и перегревали в печи до 1100-1200°С.
В конце плавки под зеркало расплава вводили модификатор в виде таблетки. После модифицирования сплав выдерживали в течение 0,5-1,5 мин, очищали от шлака и разливали при температуре 1200-1300°С в жидкостекольные формы.
После охлаждения и затвердевания расплава готовили образцы и изучали их макро- и микроструктуры, а также механические свойства.
Исследования показали, что размер зерна сплава составлял 4,00 мм, размер дендритной ячейки равен 190 мкм, твердость по НВ - 586, прочность - 155 МПа.
Данные других примеров приведены в табл.
Из представленных данных видно, что применение предложенного механоактивированного модификатора на основе медного порошка и графитсодержащего материала приводит к улучшению структуры медного сплава и его механических свойств.
| Таблица | |||||||
| Пример | Модификатор | Характеристика сплава после модифицирования | |||||
| средний размер частиц графита, мкм | удельная поверхность, см2/г | соотношение медь : графит в модификаторе, мас.% | размер зерна, мм | размер дендритной ячейки, мкм | тверд ость НВ, МПа | предел прочности σВ, МПа | |
| 0 | - | - | - | 4,28 | 190 | 580 | 150 |
| 1 | 18 | 0,2 | 1:0,5 | 4,00 | 190 | 586 | 155 |
| 2 | 18 | 0,2 | 1:2,0 | 1,28 | 85 | 738 | 216 |
| 3 | 18 | 0,2 | 1:2,5 | 1,27 | 85 | 740 | 217 |
| 4 | 18 | 0,2 | 0,8:2,0 | 4,01 | 195 | 583 | 147 |
| 5 | 18 | 0,2 | 1,5:2,0 | 3,98 | 183 | 578 | 161 |
| 6 | (крупка) | 1:2,0 | 3,00 | 170 | 654 | 168 | |
| 7 | (гранулы) | 1:2,0 | 2,90 | 160 | 657 | 173 | |
| 8 | 100 (ГЛ-1) | 0,01 | 1:2,0 | 3,00 | 170 | 655 | 167 |
| 9 | 133 (ГЛ-1О) | 0,02 | 1:2,0 | 2,93 | 160 | 660 | 169 |
| 10 | 183 (ГЛ-1Р) | 0,18 | 1:2,0 | 2,50 | 150 | 659 | 183 |
| 11 | 2,2 (ГЛС-2А) | 1,50 | 1:2,0 | 0,58 | 120 | 879 | 238 |
| 12 | 14 (ГЛ-1А) | 0,20 | 1:2,0 | 0,65 | 70 | 880 | 240 |
| прототип | - | - | - | 3,5 | 185 | 585 | 155 |
| Примечание. ГЛ-1О - графит литейный кристаллический марки ГЛ-1, окисленный по персульфатной технологии; ГЛ-1Р - графит литейный кристаллический марки ГЛ-1, окисленный по персульфатной технологии и расширенный в режиме термоудара, ГЛС-20 - графит литейный скрытокристаллический марки ГЛС-2, окисленный по персульфатной технологии; ГЛС-2Р - графит литейный скрытокристаллический марки ГЛС-2, окисленный по персульфатной технологии и расширенный в режиме термоудара |
Способ модифицирования медных сплавов, включающий приготовление модификатора из медного порошка и графитсодержащего материала, отличающийся тем, что модификатор активируют в мельницах-активаторах при соотношении медного порошка и графитсодержащего материала 1:(1-2) и вводят в конце плавки в количестве 1-5 мас.% от массы медного сплава.
