Способ модифицирования заэвтектических силуминов

 

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к способу модифицирования заэвтектических силуминов. Сущность: обработку расплава силуминов ведут фосфористой медью совместно с борной кислотой и оксидами 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 соответственно в течение 20-30 минут. 1 табл.

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано для получения изделий литьем и обработкой давлением.

Известно использование фосфора и его соединений для модифицирования структуры заэвтектических силуминов [1] Однако применение элементарного 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. Применение же феррофосфора ведет к загрязнению сплавов железом.

Наиболее близким по сущности к заявляемому является способ обработки расплава заэвтектических силуминов фосфористой медью в количестве 0,1% от массы обрабатываемого расплава [1] который позволяет измельчать кристаллы первичного кремния. Однако уровень измельчения недостаточен и, кроме того, при этом происходит огрубление эвтектики, что отрицательно сказывается на механических и технологических свойствах сплавов.

Задачей предлагаемого способа модифицирования является повышение прочностных и пластических характеристик заэвтектических силуминов. Таким образом достигается поставленная задача улучшения механических свойств алюминиевых сплавов, что, в конечном итоге, приведет к снижению металлоемкости узлов и деталей при тех же значениях конструкционной прочности или ее повышению при тех же размерах деталей.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что обработку расплава проводят смесью фосфористой меди, борной кислоты и оксидов железа и никеля в течение 20-30 минут. При этом реагенты вводят в расплав в смеси в количестве 0,4-2,0% 0,1-0,15% 0,2-2,0% и 0,2-2,0% от массы расплава соответственно.

Использование смеси фосфористой меди, борной кислоты и оксидов железа и никеля позволяет получить в структуре отливок значительно более мелкие кристаллы первичного кремния, равномерно распределенные по сечению слитка и дисперсную эвтектику Al-Si. Это связано с тем, что оксиды железа и никеля образуют дополнительные многочисленные центры кристаллизации, а присутствие фосфора их стабилизирует, в результате чего первичный кремний кристаллизуется в виде небольших компактных многогранников, равномерно расположенных по матрице сплава. Наличии в смеси борной кислоты способствует получению более высокой степени модифицированности эвтектической составляющей. Такое изменение структуры заэвтектических cилуминов проводит к повышению не только прочностных, но и пластических характеристик.

Оптимальное время обработки предлагаемых составом составляет 20-30 минут. Продолжительность обработки расплава менее 20 минут и использование смеси, содержащей фосфористую медь, борную кислоту и оксиды железа и никеля в количестве менее 0,4% 0.1% 0,2% и 0,2% от массы расплава соответственно действует неэффективно, так как недостаточна степень измельчения первичных кристаллов кремния.

Увеличение продолжительности обработки более 30 минут с использованием смеси, содержащей фосфористую медь, борную кислому и оксиды железа и никеля более 2,0% 0,15% 2,0% и 2,0% от кассы расплава соответственно, не приводит к дальнейшему улучшению механических свойств сплавов. Кроме того, при указанных условиях обработки значительно увеличивается количество шлака, угар металла и возможно появление пористости в отливках.

Пример. В качестве примера использовали сплавы на основе алюминия с 20, 30 и 40% кремния. Выплавку сплавов проходили в электрической печи сопротивления в алундовом тигле. Для приготовления силуминов использовали алюминий А7, кремний KpO. После расплавления алюминия в растворения кремния расплав обрабатывали смесью фосфористой меди, борной кислоты, 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 соответственно в течение 20-30 минут. Температура обработки сплавов с содержанием кремния 20% составляла 900^oC, 30% 950-10ОО^oC, 40% 1100^oC. После обработки расплава с поверхности удаляли шлак в проводили заливку в алюминиевый кокиль.

Параллельно для сравнения были приготовлены те же сплавы с обработкой известным способом фосфористой медью в количестве 0,1% от массы расплава. Время обработки составляло 10 минут.

Эффективность обработки оценивали по результатам металлографического анализа и данным механических испытаний, которые проводили в соответствии с ГОСТ 1497-84. Полученные результаты для сравнения с прототипом приведены в таблице.

Как видно из приведенных в таблице данных, эффективность данного способа обработки расплава для заэвтектических силуминов выше по сравнению с известным способам. Так, для сплава Al 20% Si предел прочности увеличился с 160 МПа до 169 МПа с одновременным повышением относительного удлинения более чем в 2 раза. Для сплавов с содержанием кремния 30 и 40% (маc.) σ_в возрастает почти в 2 и 5 раз соответственно. Причем относительное удлинение также повышается и достигает 1,0 и 0,3% соответственно.

Предлагаемый способ может быть использован при изготовлении сплавов для узлов двигателей внутреннего сгорания, в частности поршней и деталей приборной техники.

Формула изобретения

Способ модифицирования заэвтектических силуминов, включающий обработку расплава фосфористой медью, отличающийся тем, что обработку проводят фосфористой медью совместно с борной кислотой в количестве 0,4 2,0% 0,1 - 0,15% и оксидами железа и никеля 0,2 2,0% каждого от массы расплава соответственно в течение 20 30 мин.

РИСУНКИ

Рисунок 1