Модификатор для алюминиевых сплавов

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МОДИФИКАТОР ДЛЯ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(72) Авторы Ильющенко Александр Федорович Чурик Михаил Николаевич Казаневская Ирина Николаевна Кусин Руслан Анатольевич Черняк Ирина Николаевна Лецко Андрей Иванович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(57) Модификатор для алюминиевых сплавов, содержащий порошки карбида кремния,фосфористой меди и лигатуры, отличающийся тем, что порошок лигатуры включает алюминий и 5 магния при следующем соотношении компонентов модификатора, мас.карбид кремния 3-10 фосфористая медь 3-7 лигатура остальное,при этом размер частиц карбида кремния составляет 0,1-1,0 мкм, фосфористой меди 0,1-1,0 мм, лигатуры - 0,2-1,0 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 элементов невысокой дисперсности,снижающих их модифицирующую способность, а также ухудшает экологическую обстановку. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является модификатор для алюминиевых сплавов 2, содержащий (мас. ) карбид кремния - 1-5 фосфористую медь - 3-7 лигатуру, включающую алюминий и 10 стронция, - 7-10, алюминий - остальное. Размер частиц карбида кремния составляет 0,1-1,0 мкм,фосфористой меди - 0,1-5,0 мкм, лигатуры и алюминия - 0,2-1, мм. Однако известный состав включает в большом количестве алюминий, имеющий малую смачиваемость карбид кремния, что затрудняет процесс растворения модификатора в расплаве и требует дополнительной выдержки при обработке. Алюминиево-стронциевая лигатура также требует длительного времени усвоения. В связи с этим не обеспечивается 16519 1 2012.10.30 стабильное повышение механических свойств литых изделий из промышленных алюминиевых сплавов. Задачей данного изобретения является улучшение смачиваемости карбида кремния и повышение значений механических свойств литых заготовок из заэвтектических силуминов. Указанный технический результат достигается тем, что в модификаторе для алюминиевых сплавов, содержащем порошки карбида кремния, фосфористой меди и лигатуры, порошок лигатуры включает алюминий и 5 магния при следующем соотношении компонентов модификатора, мас.карбид кремния 3-10 фосфористая медь 3-7 лигатура остальное,при этом размер частиц карбида кремния составляет 0,1-1,0 мкм, фосфористой меди 0,1-1,0 мм, лигатуры - 0,2-1,0 мм. Карбид кремния измельчает зерно в алюминиевых сплавах и используется для повышения твердости и прочности. Фосфор, вводимый в составе фосфористой меди, активно модифицирует кремнистую составляющую эвтектики силуминов и является основным модификатором первичного кремния. Алюминиево-магниевая лигатура в данной композиции, вводимой в расплав алюминиево-кремниевого сплава в виде брикета, служит протектором и улучшает усвоение приведенных компонентов жидким металлом за счет улучшения смачиваемости карбидов. Дисперсные (0,1-1,0 мкм) частицы карбида кремния и фосфористой меди (0,1-1,0 мм) вызывают сильный модифицирующий эффект при введении в расплав в небольших количествах и дисперсионно упрочняют обрабатываемый материал. Обработку предложенным модификатором в виде прессованных брикетов осуществляют вводом в расплав колокольчиком после обработки рафинирующе-дегазирующими флюсами в виде порошков или спрессованных таблеток с последующим механическим перемешиванием. Изменение массовой доли карбида кремния позволяет регулировать удельный вес порошкового состава для упрочнения и тем самым уровень свойств обрабатываемого сплава. Частицы фосфора после растворения фосфористой меди эффективно измельчают первичные включения кремния, а магний из лигатуры дополнительно повышает смачиваемость карбида кремния расплавом. Из указанных компонентов приготавливают порошковую смесь следующим образом. Порошки карбида кремния, фосфористой меди, алюминиево-магниевой лигатуры берутся в заданной пропорции и смешиваются в механическом смесителе в течение 10-15 мин. После этого из них приготавливают прессованием брикеты диаметром 15-25 мм при удельном давлении прессования 15-20 кг/мм 2. Карбид кремния вследствие малых размеров частиц является основным упрочняющим компонентом обрабатываемого силумина. Уменьшение его содержания менее 3 снижает прочность и твердость сплава из-за незначительного изменения структуры, а увеличение содержания в модификаторе более 10 приводит к повышению хрупкости и разрушению модифицирующих таблеток. При содержании фосфористой меди менее 3 не обеспечивается полный модифицирующий эффект, приводящий к существенному измельчению первичного кремния и некоторому модифицированию эвтектической составляющей, а превышение 7 снижает твердость и, следовательно, прочность образцов из обработанного силумина вследствие перемодифицирования. Порошок лигатуры, включающий алюминий и 5 магния, отличается хорошей усваиваемостью и обеспечивает длительный модифицирующий эффект эвтектики. При содержании лигатуры в модификаторе менее 83 эффект не проявляется, содержание лигатуры более 94 не приводит к существенному измельчению эвтектики. 2 16519 1 2012.10.30 Частицы карбида кремния размерами 0,1-1,0 мкм наряду с модифицированием структуры сплава упрочняют его. При больших размерах частиц появляются трудности с механической обработкой литых заготовок. Частицы фосфористой меди с размерами 0,1-1,0 мм оптимальны по своему модифицирующему эффекту. При меньших размерах частиц длительность эффекта незначительна, а размеры больше верхнего значения ухудшают модифицирующую способность фосфора. Размеры частиц 0,2-1,0 мм обеспечивают наилучшее усвоение лигатуры. Получение частиц лигатуры, включающей алюминий и 5 магния менее 0,2 мм трудоемко и связано с повышенными затратами на их дробление. При частицах размером более 1,0 мм прессование брикетов требует больших усилий и не достигается равномерное распределение в композиции частиц мелких фракций карбида кремния и фосфористой меди. Пример. Из дисперсных порошков карбида кремния (0,1-1,0 мкм) и фосфористой меди (0,11,0 мм), частиц лигатуры, включающей алюминий и 5 магния, взятых в заданных соотношениях, были приготовлены порошковые составы (таблица) путем перемешивания компонентов в механическом смесителе, а затем и спрессованы брикеты диаметром 17 мм. Модифицирующей обработке подвергали заэвтектический силумин АК 21 М 2,5 Н 2,5(ГОСТ 11583-93) массой 2 кг с температурой расплава 800-820 С. В расплав после стандартной рафинирующей обработки солевыми флюсами вводили колокольчиком подогретые до 350-400 С брикеты, выдерживали 4-5 мин и подвергали механическому перемешиванию в течение 5-7 мин. Масса брикетов составляла 0,1 кг. После чего из модифицированного сплава заливали в стальной окрашенный кокиль с температурой 200-220 С цилиндрические заготовки диаметром 32 мм и высотой 100 мм. Полученные заготовки обтачивали, приготавливали микрошлифы, а затем проводили механические испытания и исследование микроструктуры. Одновременно испытывали 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.Свойства Средняя мкм 2 Известный состав 1 1 7 85 7 22,2 116 920 2 3 5 83 9 23,4 122 1060 3 5 3 82 10 24,4 130 1200 Предлагаемый состав 4 3 90 25,6 126 860 1 5 7 5 88 27,2 132 980 6 10 3 87 28,1 136 1100 Как следует из приведенных в таблице данных, предложенный модификатор для алюминиевых сплавов (составы 4 - 6) обеспечивает по сравнению с известными составами (1-3) повышение твердости и прочности заэвтектических силуминов при сохранении модифицирующего эффекта. Из приведенных данных видно, что использование предложенного порошкового модификатора по сравнению с известным при модифицирующей обработке заэвтектических силуминов повышает их твердость и прочность на 15-20 . При содержании компонентов за границей заявленных пределов прочность снижается за счет укрупнения кристаллов первичного кремния. 3 16519 1 2012.10.30 Из-за малого количества дисперсных частиц карбида кремния и фосфористой меди, и относительной дешевизны лигатуры, включающей алюминий и 5 магния, стоимость предложенного порошкового модификатора для алюминиевых сплавов сравнительно невысока. Источники информации 1. Патент Украины 57584, МПК 22 1/06, 2003. 2. Патент РБ 12335, МПК 22 1/05, 2009. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4