СПОСОБ МОДИФИЦИРОВАНИЯ МЕДНЫХ СПЛАВОВ Российский патент 2009 года по МПК C22C1/02 

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 σ_В, 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

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.

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.