Способ модифицирования доэвтектических алюминиево-кремниевых сплавов
Владельцы патента RU 2430176:
Учреждение Российской академии наук Институт вычислительного моделирования Сибирского отделения Российской академии наук (ИВМ СО РАН) (RU)
Изобретение относится к литейному производству, а именно к модифицированию доэвтектических алюминиево-кремниевых сплавов. Способ включает введение в перегретый до 850-895°С расплав модифицирующей добавки, в качестве которой в расплав вводят кобальт в составе лигатуры Al-Co. После растворения лигатуры температуру расплава понижают до 750°С. В частных случаях осуществления изобретения содержание кобальта в лигатуре Al-Co составляет 3,0%. Получаются алюминиево-кремниевые сплавы, в которых достигнут высокий эффект измельчения выделений эвтектического кремния, повышается плотность сплавов и достигаются стабильные во времени механические свойства литых изделий. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.
Предлагаемое изобретение относится к литейному производству, а именно к модифицированию доэвтектических алюминиево-кремниевых сплавов.
Известен способ модифицирования силуминов [Патент RU №2094514. Способ модифицирования силуминов / С22С 1/06, С22В 9/10. Опубл. 27.10.1997] путем загрузки твердого сплава силумина в солевой расплав на основе эвтектической смеси KCl-NaCl, содержащей NaF в количестве 6-17 мас.% или BaCl2 в количестве 20-40 мас.%, плавку и выдержку под слоем солей при 787-1017°С в течение 1-2 ч, после удаления сплава в солевой расплав добавляют новую порцию твердого силумина, при этом высоту расплава над металлом поддерживают в пределах 2,2-30 см, а отношение металла к расплаву солей берут 1:(0,5-2,5).
Недостатками способа являются:
1) воздействие солей на стенки плавильной емкости (тигли или футеровка), что приводит к уменьшению срока их службы, а также к загрязнению сплава продуктами взаимодействия солей с материалом плавильной емкости;
2) допустимая высокая температура плавки и выдержки сплава в расплаве солей - 1017°С, что повышает отрицательный эффект взаимодействия солей с материалом плавильной емкости;
3) не встречающийся на практике и не требующийся большой температурный интервал плавки и выдержки готовящегося сплава:
1017-787=230°С;
4) излишний расход солей в связи с оговоренной его высотой над металлом в 30 см, достаточной была бы высота в 2,2 см;
5) в конечном счете эффект модифицирования силуминов, включая и сплава АЛ9 (сплав АК7ч по ГОСТ 1583-93), оценивается по показателям механических свойств литых деталей (временное сопротивление - σв МПа; относительное удлинение - δ, %; твердость - НВ, МПа), но в описании способа они отсутствуют. Микротвердость же не является интегральной характеристикой оценки качества сплавов, предусмотренной ГОСТ 1583-93, как и результаты металлографического исследования. Согласно [Золоторевский B.C. Механические свойства металлов: Учебник для вузов. 2-е изд. - М.: Металлургия, 1983.- 352 с., см. стр.2571 - «4. Микротвердость. Метод определения микротвердости предназначен для оценки твердости очень малых (микроскопических) объемов материалов... Главное назначение - оценка твердости отдельных фаз или структурных составляющих сплавов, а также разницы в твердости отдельных участков этих составляющих». В Патенте 2094514 измерялась микротвердость одной из фаз сплава, а именно α-фазы (α-твердый раствор кремния в алюминии).
Наиболее близким по технической сущности является способ модифицирования доэвтектических алюминиево-кремниевых сплавов, включающий перегрев расплава до 950-980°С, введение в расплав в качестве модифицирующей добавки никеля в составе лигатуры алюминий-никель и понижение температуры до 750°С с последующей заливкой [Патент RU №2337981, МПК С22С 1/03; С22С 21/04. Опубл. 10.11.2008].
Основным недостатком этого способа является высокая температура нагрева (до 950-980°С) жидкого сплава АК12 перед введением лигатуры алюминий-никель относительно температуры заливки (750°С), что приводит:
1) к повышенному угару сплава (окисление), что приводит как к потере металла, так и к попаданию частиц образующихся окислов в объем отливок, в результате чего уменьшаются их механические свойства;
2) к повышенному газонасыщению, что приводит к появлению газовой пористости в отливках, в результате чего снижается герметичность и уменьшаются механические свойства отливок;
3) к снижению срока службы плавильной емкости (тигель или футеровка плавильного агрегата);
4) к излишнему расходу электроэнергии;
5) к увеличению длительности процесса подготовки модифицированного сплава к заливке - вначале расплав перегревают, затем его охлаждают, что ускорить никаким способом не представляется возможным.
Задачей изобретения является получение в сплавах из алюминиево-кремниевых сплавов высокого эффекта измельчения выделений эвтектического кремния и повышение плотности сплавов и связанного с изменениями этих параметров высокого и стабильного во времени уровня механических свойств литых изделий.
Достигается это тем, что модифицирование производится путем введения в расплав кобальта в составе лигатуры алюминий-кобальт.
Пример. В индукционной печи типа МГП52А по стандартной технологии в графито-шамотовом тигле готовили алюминиево-кремниевый сплав АК12 (согласно ГОСТ 1583-93 сплав содержит 10,5% Si; 0,8% Fe; 0,3% Mn; Al - остальное; механические свойства без термической обработки составляют: временное сопротивление разрыву σв≥150 МПа; относительное удлинение δ≥4,0%; твердость по Бринеллю НВ≥500 МПа). После доведения температуры расплава до 750°С производили его переливание в равных частях в графито-шамотовые тигли, установленные в двух электрических печах сопротивления, в одном из которых температуру расплава доводили до 850-895°С, вводили в него лигатуру Аl-3,0% Со с тем расчетом, что содержание кобальта в нем составляет 0,05 мас.%. После растворения лигатуры расплав охлаждали до до 750°С и производили заливку. В другом тигле расплав перегревали до 950-980°С, вводили в него лигатуру Al-6,4% Ni с тем расчетом, что содержание никеля в нем составляет 0,05 мас.%. После растворения лигатуры расплав охлаждали до 750°С и производили заливку. Из модифицированных сплавов через равные промежутки времени заливали детали в металлические формы.
После затвердевания деталей из них вырезали образцы для испытания механических свойств. Результаты испытаний показали (Таблица 1), что механические свойства имеют высокие и стабильные значения во всем временном интервале разливки после введения модификатора как в случае модифицирования никелем, так и кобальтом, однако при модифицировании кобальтом их значения превосходят значения свойств при модифицировании никелем: временное сопротивление σв - в среднем на 2,26%; относительное удлинение δ - в среднем на 2,35%; твердость НВ - в среднем на 2,82%. Плотность ρ увеличивается в среднем на 0,21%.
Как при модифицировании сплава никелем, так и кобальтом механические свойства превышают требования ГОСТ 1583-93.
1. Способ модифицирования доэвтектических алюминиево-кремниевых сплавов, включающий введение в расплав модифицирующей добавки, отличающийся тем, что в качестве модифицирующей добавки в расплав вводят кобальт в составе лигатуры Al-Co, при этом модифицирующую добавку вводят в расплав, перегретый до 850-895°С, а после растворения лигатуры температуру расплава понижают до 750°С.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что содержание кобальта в лигатуре Al-Co составляет 3,0%.
