КОМПЛЕКСНЫЙ МОДИФИКАТОР ДЛЯ ЗАЭВТЕКТИЧЕСКИХ СИЛУМИНОВ Российский патент 2013 года по МПК C22C21/04 C22C32/00 

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано для получения изделий литьем, в частности к модифицированию заэвтектических силуминов.

Известно использование фосфора и его соединений для модифицирования структуры заэвтектических силуминов. Однако применение фосфора связано с опасностью выброса жидкого металла и возможностью получения перемодифицированной структуры. Кроме того, для получения эффекта модифицирования необходимы большой перегрев и длительная выдержка после введения фосфора. В последнее время для модифицирования применяют фосфористую медь (8-10% фосфора). Фосфор образует с алюминием фосфид, частицы которого являются центрами кристаллизации первичного кремния и измельчают его выделения. Количество модификатора устанавливается исходя из того, что в сплаве содержание фосфора должно составлять 0,05-0,1%, так как при таком количестве фосфора создается наибольший эффект модифицирования.

/Современные способы модифицирования заэвтектических силуминов. Иванов Д.П. Сборник трудов молодых ученых Рыбинской государственной авиационной технологической академии. Рыбинск: Изд-во РГА-ТА. 2001, с.24-26. Рус./

Наиболее близким по сущности к заявленному является модификатор, используемый при способе обработки расплава заэвтектических силуминов смесью фосфористой меди, борной кислоты и оксидов железа и никеля в количестве 0,4-2,0%, 0,1-0,15%, 0,2-2,0% и 0,2-2,0% от массы расплава, который позволяет измельчать кристаллы первичного кремния (патент РФ №2102514, МПК С22С 32/00, опубликованный 20.01.1998). Однако уровень измельчения первичного кремния недостаточен, что ведет к незначительному изменению такого свойства, как линейное расширение при термических нагрузках

Задачей предлагаемого изобретения является создание комплексного модификатора для заэвтектических силуминов с целью измельчения структуры первичного кремния, для того чтобы уменьшить коэффициент линейного расширения деталей, работающих при термических нагрузках.

Поставленная задача достигается тем, что модификатор для обработки расплава заэвтектических силуминов, включающий в свой состав фосфористую медь, дополнительно содержит интерметаллид титана Al₃Ti при следующем соотношении компонентов: фосфористая медь - 0,5-2,0%; интерметаллид титана Al₃Ti - 0,5-2,0%; алюминий - остальное.

Использование фосфористой меди и интерметаллида Al₃Ti позволяет получить в структуре отливок значительно более мелкие кристаллы первичного кремния, равномерно распределенные по сечению слитка. Это связано с тем, что интерметаллиды Al₃Ti образуют дополнительные многочисленные центры кристаллизации, а присутствие фосфора их стабилизирует, в результате чего первичный кремний кристаллизуется в виде небольших компактных многогранников, равномерно распределенных по матрице сплава. Такое измельчение структуры заэвтектических силуминов приводит к снижению коэффициента линейного расширения деталей, работающих при высоких термических нагрузках, и повышению их прочностных характеристик.

С целью выбора оптимального состава модификатора был проведен ряд сравнительных испытаний, в которых были взяты различные составы модификаторов таблице.

Во время первого испытания определили влияние времени выдержки расплава на размер первичного кремния в заэвтектическом силумине марки АК18, обработав его модификатором, содержащим 0,5%CuP+0,5%Al₃Ti. Средний размер первичного кремния в контрольном образце составлял 69 микрон. Через 5 минут после модифицирования снизился рост кристаллов кремния, средний размер зерна составил 41 микрон. Через 15 минут средний размер зерен снизился до 21 микрон. Впоследствии он достиг 16 мкм. Через 105 минут после модифицирования средний размер зерен увеличился до 20 микрон, и через 135 мин средний размер зерна достиг 36 мкм.

Аналогичные испытания были проведены с другими составами модификатора, представленными в таблице, и была выявлена зависимость, что с увеличением концентрации модификатора уменьшается коэффициент линейного расширения, особенно при высоких температурах. Эффект наступает сразу после модифицирования и длится продолжительное количество времени. Даже через 1,0-1,5 часа сохраняется пик модифицирования. Средний размер зерна достигает 11 микрон.

Таким образом, введение в расплав заэвтектического силумина модификатора, содержащего фосфористую медь и интерметаллид титана Al₃Ti значительно уменьшает размер первичного кремния и уменьшают коэффициент линейного расширения, что особенно важно для деталей, работающих под высокими нагрузками при повышенных температурах.

Испытания комплексного модификатора показали, что при концентрации менее 0,5%CuP+0,5%Al₃Ti эффект модифицирования кратковременный и малоэффективный. При введении комплексного модификатора более 2%CuP+2%Al₃Ti не дает заметного измельчения включений первичного кремния в заэвтектическом силумине.

Состав модификатора, %мас. Время выдержки, мин Размер зерна первичного кремния, мкм Коэффициент линейного расширения       Температура испытания, °C α×10^-6, 1/К Контрольный образец АК18 69 20-200 18,0-18,5 0,5%CuP+0,5%Al₃Ti 5 41 20-200 16,5-16,8   30 21 20-200 16,1-16,5   75 16 20-200 16,1-16,5   105 20 20-200 16,1-16,5   135 36 20-200 16,5-16,8 Контрольный образец АК18 64 20-200 18,0-18,5 l%CuP+l%Al₃Ti 5 37 20-200 16,5-16,8   30 11 20-200 15,7-16,1   75 11 20-200 15,7-16,1   105 13 20-200 15,7-16,1   135 19 20-200 16,1-16,5 Контрольный образец АК18 70 20-200 18,0-18,5 l,5%CuP+l,5%Al₃Ti 5 27 20-200 16,5-16,8   45 13 20-200 15,7-16,1   75 11 20-200 15,7-16,1   135 14 20-200 15,7-16,1   165 18 20-200 16,1-16,5 Контрольный образец АК18 65 20-200 18,0-18,5 2%CuP+2%Al₃Ti 5 21 20-200 16,5-16,8   45 12 20-200 15,7-16,1   75 11 20-200 15,7-16,1   135 12 20-200 15,7-16,1   165 16 20-200 16,1-16,5

Изобретение относится области цветной металлургии, в частности к модифицированию заэвтектических силуминов. Модификатор для обработки расплава заэвтектических силуминов содержит, мас.%: фосфористая медь - 0,5-2,0, интерметаллид титана Аl₃Тi - 0,5-2,0, алюминий - остальное. Применение данного состава модификатора позволяет снизить коэффициент линейного расширения деталей из алюминиевых заэвтектических сплавов, работающих при высоких термических нагрузках, за счет измельчения кристаллов первичного кремния и таким образом обеспечить получение отливок высокого качества. 1 табл.

Комплексный модификатор для заэвтектических силуминов, содержащий фосфористую медь, отличающийся тем, что он дополнительно содержит интерметаллид титана Аl₃Тi при следующем содержании ингредиентов, мас.%:
фосфористая медь 0,5-2,0 интерметаллид титана Al₃Ti 0,5-2,0 алюминий остальное