Модификатор для алюминиевого сплава

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МОДИФИКАТОР ДЛЯ АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(72) Авторы Чурик Михаил Николаевич Казаневская Ирина Николаевна Копытко Андрей Валерьевич(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 карбоната бария при следующем соотношении компонентов, мас.карбид кремния 3-8 фосфористая медь 3-6 карбонат бария 3-5 алюминий остальное,при этом размер частиц карбида кремния составляет 10-100 мкм, фосфористой меди 0,1-1,0 мм, карбоната бария - 20-50 мкм, алюминия - 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 натрий, дезактивирующий модифицирующее действие серы. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является модификатор для алюминиевых сплавов, содержащий (мас. ) карбид кремния - 1-5 фосфористую медь - 3-7 алюминиево-(10 ) стронциевую лигатуру - 7-10,алюминий - остальное 2. Однако известный состав включает 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 стабильное повышение механических 18103 1 2014.04.30 свойств литых изделий из промышленных алюминиевых сплавов - заэвтектических силуминов. Задачей данного изобретения является улучшение смачиваемости карбида кремния 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, отличающийся тем, что дополнительно содержит порошок карбоната бария при следующем соотношении компонентов, мас.карбид кремния 3-8 фосфористая медь 3-6 карбонат бария 3-5 алюминий остальное,при этом размер частиц карбида кремния составляет 10-100 мкм, фосфористой меди 0,1-1,0 мм, карбоната бария - 20-50 мкм, алюминия - 0,2-1,0 мм. Карбид кремния измельчает зерно в алюминиевых сплавах и используется для повышения их твердости и прочности. Фосфор, вводимый в составе фосфористой меди, активно модифицирует кремнистую составляющую эвтектики силуминов и является основным модификатором первичного кремния. Смачиваемость карбида кремния, вводимого в расплав силумина в виде брикета, улучшается добавлением карбоната бария, алюминий служит протектором и улучшает усвоение приведенных компонентов жидким расплавом. Кроме того, барий одновременно является модификатором алюминия и кремния. Дисперсные частицы карбида кремния (10-100 мкм), фосфористой меди (0,1-1,0 мм) и карбоната бария (20-50 мкм) 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 барий при разложении карбоната дополнительно повышает смачиваемость карбида кремния расплавом, обеспечивая стабильность механических свойств. Из указанных компонентов приготавливают порошковую смесь следующим образом. Порошки карбида кремния, карбоната бария, фосфористой меди, алюминия 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 10-15 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 8 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 6 снижает твердость и, следовательно, прочность образцов из обработанного силумина вследствие перемодифицирования. Карбонат бария при содержании менее 3 не проявляет необходимых смачивающих свойств и эффекта модифицирования бария в отношении зерен твердого раствора алюми 2 18103 1 2014.04.30 ния. Содержание его более 5 не приводит к существенному улучшению механических свойств и увеличению длительности модифицирующего эффекта. Алюминий отличается хорошей усваиваемостью и приводит к полному растворению модификатора. При содержании алюминия в модификаторе менее 81 эффект не проявляется, содержание более 91 не обеспечивает существенного измельчения эвтектики и стабильность механических свойств силумина. 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 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. Предложенные размеры частиц карбоната бария (2050 мкм) обеспечивают его равномерное распределение при перемешивании с частицами карбида кремния, улучшая прессуемость брикета и смачивающее действие. Получение частиц алюминия 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, карбоната бария и фосфористой меди. Размеры частиц 0,2-1,0 мм обеспечивают наилучшее усвоение модификатора. Пример. Из дисперсных порошков карбида кремния (10-100 мкм), карбоната бария (20-50 мкм) и частиц фосфористой меди (0,1-1,0 мм), алюминия (0,2-1,0 мм), 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 200220 С цилиндрические заготовки диаметром 32 мм и высотой 100 мм. Полученные заготовки обтачивали, приготавливали микрошлифы, а затем проводили механические испытания на твердость и прочность, 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 2,5-10 бария кг/мм 2 медь Известный состав 1 7 85 7 21,2 3 5 83 9 23,4 5 3 82 10 24,4 Предлагаемый состав 3 6 86 5 26,6 7 5 84 4 27,2 8 3 86 3 28,1 3 18103 1 2014.04.30 Как следует из приведенных в таблице данных, предложенный модификатор для алюминиевых сплавов (составы 46) обеспечивает по сравнению с известными составами (13) 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 прочность и твердость на 15-25 . При содержании компонентов за границами заявленных пределов прочность снижается за счет укрупнения кристаллов первичного кремния (-.). Из-за малого количества дисперсных частиц карбида кремния и карбоната бария,фосфористой меди и относительной дешевизны алюминиевого порошка стоимость предложенного порошкового модификатора для алюминиевых сплавов сравнительно небольшая. 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