Способ получения заэвтектических алюминиево-кремниевых сплавов с дисперсными частицами карбида кремния

 

Использование: получение заэвтектических алюминиево-кремниевых сплавов с дисперсными частицами карбида кремния, может найти применение в производстве алюминиево-кремниевых сплавов с повышенными эксплуатационными характеристиками. Цель изобретения: повышение предела прочности и относительного удлинения сплавов. Сущность заключается в том, что в способе получения сплавов с дисперсными частицами карбида кремния, включающем загрузку шихтовых материалов в печь, плавку сплава в вакууме или неокислительной атмосфере и разливку, в шихту дополнительно вводят металлизированный порошок графита, а плавку проводят при температуре 940-1150°С. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области металлургии металлов и может найти применение в производстве высококачественных отливок из алюминиевых сплавов с повышенными эксплуатационными характеристиками.

Известен способ получения алюминиевых сплавов с карбидами некоторых металлов, в частности карбидом кальция. Порошок карбида кальция дисперсностью 3-10 мм вводят в расплав в алюминиевой фольге в количестве 0,6-0,8% от массы шихты.

Известен также способ, заключающийся в инжекции металлизированных дисперсных частиц в расплав инертным газом.

Применяется также способ, при котором перед заливкой сплава в литейную форму снизу вводят волновод ультразвукового генератора, размещают на поверхности волновода дисперсные порошки химических соединений и в процессе заливки и кристаллизации возбуждают в сплаве колебания ультразвуковой частоты.

Недостатки: низкие служебные свойства получаемых сплавов из-за плохой смачиваемости частиц расплавом и наличие неметаллических включений.

Наиболее близким по технической сущности к достигаемому эффекту является способ получения сплавов с дисперсными частицами, при котором порошок твердой фазы SiC, Al₂O₃ и др. замешивают в алюминиевый расплав трехлопастной крыльчаткой при температуре 750-850^оС.

Недостатки: низкие физико-механические свойства сплава из-за плохой смачиваемости дисперсных частиц карбида кремния расплавом. Кроме того, указанным способом можно получать сплав с частицами SiС дирсперсностью более 10 мкм, а известно, что для того, чтобы введенные частицы не только не понижали исходные свойства сплава, а и выступали в качестве упрочняющей фазы, их размеры должны быть не менее 10 мкм.

Цель изобретения: повышение физико-механических свойств сплава.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения заэвтектических алюминиево-кремниевых сплавов с дисперсными частицами карбида кремния, включающем загрузку шихтовых материалов в печь, плавку сплава в вакууме или неокислительной атмосфере и разливку в шихту, дополнительно вводят металлизированный порошок графита, а плавку проводят при температуре 940-1150^оС.

Предлагаемый способ позволяет по- лучать алюминиево-кремниевые сплавы с частицами карбида кремния дисперсностью ≈1 мкм путем образования карбида кремния в процессе плавки за счет наличия в расплаве графита и заэвтектического кремния. Для этого в состав шихты вводят порошок графита, а для улучшения смачивания его расплавом графит предварительно покрывают металлическим покрытием (Mo, Cu, Ni и др.).

При нагреве расплава до температуры от 780 до 820^оС идет смачивание металлизированного порошка графита расплавом и равномерное его распределение по всему объему расплава. После смачивания металлизированное покрытие растворяется расплавом, графит "оголяется" и при температуре выше 940^оС вступает в реакцию с заэвтектическим кремнием с образованием дисперсных частичек карбида кремния.

На чертеже показана зависимость образования карбида кремния в алюминиево-кремниевом расплаве от количества кремния и температуры расплава. Пик на кривой при температуре 940^оС показывает начало образования карбида кремния и, как видно из рисунка, только наличие заэвтектического кремния приводит к образованию карбида кремния.

Дальнейшее увеличение температуры расплава свыше 1150^оС не целесообразно, т.к. приводит к преждевременному износу оборудования, увеличению потребления электроэнергии и усложнению технологического процесса.

Как показали металлографические исследования, при температуре ниже 940^оС не происходит образования карбида кремния при наличии заэвтектического кремния, а при его отсутствии происходит реакция с образованием карбида кремния. Карбид алюминия не только снижает свойства сплава, но и резко снижает его коррозионную стойкость.

Таким образом, при соблюдении режимов плавки получается высококачественный алюминиево-кремниевый сплав с частицами SiС дисперсностью ≈ 1 мкм с повышенными физико-механическими свойствами.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается тем, что в шихту дополнительно вводят металлизированный порошок графита, а плавку проводят при температуре 940-1150^оС.

Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими решениями в данной области техники, не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".

Пример конкретного выполнения.

Проверку заявляемого решения осуществляли в лабораториях ИПЛ.

Металлизированный порошок графита использовали дисперсностью 40-63 мкм, покрытого молибденовым покрытием, а в качестве заэвтектического алюминиево-кремниевого сплава использовали сплав типа АК 30. Плавки осуществляли на вакуумной печи СШВЛ при давлении 10^-2-10^-3 мм рт.ст. Образцы для испытаний на свойства и исследования заливки в графитовые кокиля.

Плавки проводили по прототипу и заявляемому способу при различных температурах. Полученные образцы подвергали испытаниям на физико-механические свойства по стандартным методикам. Результаты испытаний приведены в таблице. Сравнивая результаты испытаний, установлено, что предлагаемый способ позволяет повысить предел прочности в 1,4 раза и в 2 раза - относительное удлинение сплава.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАЭВТЕКТИЧЕСКИХ АЛЮМИНИЕВО-КРЕМНИЕВЫХ СПЛАВОВ С ДИСПЕРСНЫМИ ЧАСТИЦАМИ КАРБИДА КРЕМНИЯ, включающий загрузку шихтовых материалов, плавку в вакууме или неокислительной атмосфере и разливку, отличающийся тем, что, с целью повышения физико-механических свойств сплава, в шихту дополнительно вводят металлизированный порошок графита, а плавку проводят при 940 - 1150^oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1