Модификатор для алюминиевых сплавов

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МОДИФИКАТОР ДЛЯ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(72) Авторы Андрушевич Андрей Александрович Чурик Михаил Николаевич Казаневская Ирина Николаевна(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(57) Модификатор для алюминиевого сплава, содержащий порошки карбида кремния,фосфористой меди и алюминия, отличающийся тем, что дополнительно содержит порошок оксида алюминия при следующем соотношении компонентов, мас.карбид кремния 2-4 фосфористая медь 3-6 оксид алюминия 1-3 алюминий остальное,при этом размер частиц карбида кремния составляет 10-100 мкм, размер частиц фосфористой меди - 0,1-0,5 мм, размер частиц оксида алюминия - 10-60 мкм, размер частиц алюминия - 0,2-0,3 мм. Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к материалам для модифицирования алюминиевых сплавов, и может быть использовано для модифицирующей обработки заэвтектических силуминов. Известен модификатор для алюминиевых сплавов, включающий (мас. ) карбонат натрия - 25-40 карбид кремния - 12-20 титан - 3-8 сера - остальное 1. Однако данный модификатор включает значительное количество дефицитных и дорогостоящих элементов невысокой дисперсности, ограничивающих их модифицирующую способность, а также не обеспечивает требуемых экологических норм. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является инокулирующий модификатор для алюминиевых сплавов, содержащий (мас. ) медь - 60 карбид кремния - 15 фосфористую медь - 10 алюминиево-титановую лигатуру - 15 2. 13735 1 2010.10.30 Однако известный состав включает в большом количестве дорогостоящие добавки и не обеспечивает стабильного повышения механических свойств литых изделий из промышленных алюминиевых сплавов. Задачей данного изобретения является достижение стабильности и повышение значений механических свойств литых заготовок из заэвтектических силуминов. Указанный технический результат достигается тем, что модификатор для алюминиевого сплава, содержащий порошки карбида кремния, фосфористой меди и алюминия, дополнительно содержит порошок оксида алюминия при следующем соотношении компонентов, мас.карбид кремния 2-4 фосфористая медь 3-6 оксид алюминия 1-3 алюминий остальное. Модификатор представляет собой порошковую композицию с размерами частиц карбида кремния 10-100 мкм, фосфористой меди 0,1-0,5 мм, оксида алюминия 10-60 мкм,алюминия 0,2-0,3 мм. Карбид кремния в основном способствует измельчению как эвтектического, так и первичного кремния, а оксид алюминия влияет на измельчение зерна твердого раствора кремния в алюминиевых сплавах. Их введение способствует повышению твердости и прочности, одновременно увеличивает пластичность сплавов. Фосфор, вводимый в составе фосфористой меди, является основным модификатором первичного кремния. Порошок алюминия в данной композиции, вводимой в расплав алюминиево-кремниевого сплава в виде брикета, служит протектором и улучшает усвоение приведенных компонентов жидким металлом. Одновременное введение дисперсных (менее 100 мкм) частиц карбида кремния и оксида алюминия усиливает модифицирующий эффект при введении в расплав в небольших количествах и дисперсионно упрочняет обрабатываемый материал. Обработку предложенным модификатором в виде прессованных брикетов осуществляют вводом в расплав колокольчиком после дегазирующей обработки рафинирующе-дегазирующими флюсами с последующим механическим перемешиванием. Изменение массовой доли карбида кремния и оксида алюминия позволяет регулировать удельный вес порошкового состава для упрочнения и тем самым уровень свойств обрабатываемого сплава. Частицы фосфористой меди эффективно измельчают первичные включения кремния и дополнительно модифицируют эвтектику. Из указанных компонентов приготавливают порошковую смесь следующим образом. Порошки карбида кремния, оксида алюминия, фосфористой меди и алюминия берутся в заданной пропорции и смешиваются в механическом смесителе в течение 20-30 минут. После этого из них приготавливают прессованием брикеты диаметром 17 мм при удельном давлении прессования 15 кг/мм 2. Карбид кремния вследствие малых размеров частиц является основным упрочняющим компонентом обрабатываемого силумина. Уменьшение его содержания менее 2 приводит к резкому падению прочности и твердости из-за незначительного изменения структуры, а увеличение содержания более 4 приводит к повышению хрупкости и выкрашиванию при механической обработке литых заготовок. Оксид алюминия, изменяя размер зерен твердого раствора алюминия, также упрочняет алюминиево-кремниевый сплав. Уменьшение его содержания менее 1 не оказывает влияния на размер зерна твердого раствора, а при увеличении содержания более 3 приводит к понижению вязкости и охрупчиванию сплавов. При содержании фосфористой меди менее 3 не обеспечивается полный модифицирующий эффект, приводящий к существенному измельчению первичного кремния и некоторому модифицированию эвтектической составляющей, а превышение 6 снижает 2 13735 1 2010.10.30 твердость и, следовательно, прочность образцов из обработанного силумина вследствие перемодифицирования и ухудшения растворимости. Частицы карбида кремния размерами 10-100 мкм наряду с модифицированием структуры сплава упрочняют его. При больших размерах частиц появляются трудности с механической обработкой литых заготовок. Частицы оксида алюминия размером 10-60 мкм также дисперсионно упрочняют сплав. Частицы фосфористой меди с размерами 0,1-0,5 мм оптимальны по своему модифицирующему эффекту. При меньших размерах частиц длительность эффекта незначительна, а размеры больше верхнего значения ухудшают модифицирующую способность фосфора. Модификатор приготавливают следующим образом. Дисперсные порошки карбида кремния (60 мкм), оксида алюминия (20 мкм), фосфористой меди (0,5 мм) и частиц алюминия (0,25 мм), взятые в заданных соотношениях, перемешивают в механическом смесителе, а затем и спрессовывают в брикеты диаметром 17 мм. Модифицирующей обработке подвергали заэвтектический силумин АК 21 М 2,5 Н 2,5(ГОСТ 11583-93) с температурой расплава 800-820 С. В расплав после стандартной рафинирующей обработки флюсами вводят колокольчиком подогретые до 350-400 С брикеты,выдерживают 1-2 мин и подвергают механическому перемешиванию в течение 5-7 мин. После чего из модифицированного сплава заливают в сухую песчаную форму и стальной кокиль цилиндрические заготовки диаметром 32 мм и высотой 100 мм. Полученные заготовки обтачивают, приготавливают микрошлифы, а затем проводят механические испытания и исследование микроструктуры. Одновременно испытывают образцы, обработанные известным составом модификатора. Данные, полученные при испытаниях, приведены в таблице. Состав модификаторов и свойства модифицированного силумина АК 21 М 2,5 Н 2,5 Компоненты, вес.СвойстваКарбид Оксид ФосфоЛигатуПлощадь Алюв, НВ,0,1 п/п крем- алю- ристая ра - Медь включений миний МПа МПа ния миния медь 5, мм 2 Известный состав 1 15 10 15 60 195 100 800 2 13 12 15 60 168 95 1000 Предлагаемый состав 3 2 1 3 94 225 110 750 4 3 2 4 91 250 135 720 5 4 3 6 87 240 120 730 Как следует из приведенных в таблице данных, предложенный модификатор для алюминиевых сплавов (составы 3-5) обеспечивает по сравнению с известными составами (1,2) повышение твердости и прочности заэвтектических силуминов. Из приведенных данных видно, что использование предложенного порошкового модификатора по сравнению с известным при модифицирующей обработке заэвтектических силуминов повышает твердость и прочность на 15-35 . При содержании компонентов за границей заявленных пределов прочность снижается за счет укрупнения кристаллов первичного и эвтектического кремния. Из-за малого количества частиц карбида кремния, оксида алюминия и фосфористой меди предложенный порошковый модификатор для алюминиевых сплавов отличается относительно невысокой стоимостью. 13735 1 2010.10.30 Источники информации 1. Патент Украины 57584,22 1/06, 2003. 2. Андрушевич А.А., Чурик М.Н., Казаневская И.Н. Влияние порошковых добавок на структуру и свойства вторичных заэвтектических силуминов Сборник материалов МНТК Металлургия и литейное производство 2007. Беларусь. - Жлобин ПО БМЗ, 06.09.2007. С. 268-269. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4