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%.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии материалов на основе алюминия и может быть использовано при получении разнообразных изделий методами фасонного литья, в частности литья под поршневым давлением для производства отливок различного назначения, разнообразной фурнитуры, товаров народного потребления, средненагруженных узлов и агрегатов машин.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к сплавам на основе алюминия, и может быть использовано при получении деталей автомобильных двигателей, работающих под действием высоких нагрузок при температурах до 150-200°С.
Изобретение относится к литейному производству, в частности к модифицированию алюминиево-кремниевых сплавов. .

Изобретение относится к области металлургии, в частности к составам литейных сплавов на основе алюминия, и может быть использовано в производстве поршней двигателей внутреннего сгорания.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к составам силуминов, которые могут быть использованы в авиационной, автомобильной, приборостроительной, судостроительной и электротехнической промышленности.

Изобретение относится к сплаву системы Al-Mg-Si, способу его изготовления, а также к изготовленному из него конструктивному элементу. .
Изобретение относится к области металлургии, в частности к составам сплавов на основе алюминия, которые могут быть использованы в автомобилестроении. .
Изобретение относится к области металлургии, в частности к составам сплавов на основе алюминия, которые могут быть использованы для изготовления поршней, головок цилиндров и других деталей, работающих при температурах до +275°С.
Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в авиационном и энергетическом турбиностроении для защиты лопаток турбин от высокотемпературного окисления и сульфидной коррозии.
Изобретение относится к металлургии алюминиевых сплавов и может найти применение для модифицирования силуминов. .
Изобретение относится к технологии получения сплавов с использованием кристаллического кремния, например алюминиево-кремниевых сплавов. .
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности касается изготовления электродов для сварки и электроискрового легирования поверхностей деталей, работающих в тяжелых эксплуатационных условиях.
Изобретение относится к композиционным углеродсодержащим наноматериалам - материалам для изготовления изделий монетных дворов, таких как монеты, жетоны, медали из металлических порошков.
Изобретение относится к способу производства безуглеродистых литейных жаропрочных сплавов на никелевой основе. .
Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к технологии производства алюминиевых сплавов и лигатур со скандием или другими легирующими металлами марганцем, цирконием, титаном, бором, ниобием.
Изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно к производству легированных сталей. .

Изобретение относится к области получения -, псевдо -, + -титановых сплавов из вторичного сырья с регламентированными прочностными свойствами преимущественно для изготовления листовых полуфабрикатов, изделий конструкционного назначения и конструкционной брони и может быть использовано в оборонных и гражданских отраслях промышленности.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к литым композиционным материалам на основе алюминиевых сплавов. .
Изобретение относится к изготовлениию режущих элементов, включающих связку и порошки сверхтвердых материалов. .
Изобретение относится к металлургической промышленности, в частности к получению ультрадисперсных порошков. .
Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению литейных алюминиево-магниевых сплавов, которые могут быть использованы в авиационной и космической технике и в других областях машиностроения для литья деталей, работающих в изделиях, подвергающихся высоким нагрузкам, таких, например, как двигатели летательных аппаратов
Наверх