Способ модифицирования доэвтектических алюминиево-кремниевых сплавов

Изобретение относится к металлургии, в частности, к способам модифицирования литейных алюминиево-кремниевых сплавов доэвтектического состава. Расплав алюминиево-кремниевого сплава доэвтектического состава перегревают до 950-980°С. Затем в него вводят никель в качестве модифицирующей добавки в составе лигатуры алюминий-никель и понижают температуру расплава до 750°С. Повышаются механические свойства алюминиево-кремниевых сплавов. 1 табл.

 

Изобретение относится к литейному производству, а именно к модифицированию доэвтектических алюминиево-кремниевых сплавов.

Известен способ модифицирования алюминиево-кремниевых сплавов путем заливки жидкого металла через фильтр, состоящий из слоя измельченного магнезита и из модифицирующего слоя, состоящего из кусочков сплава фтористых и хлористых солей натрия диаметром 7,5...10,0 мм в соотношении, мас. %: фторида натрия (NaF) - 30-40; криолита (Na₃AlF₆) - 15-20 и хлорида натрия (NaCl) - остальное [Мухин А.Г., Блинова О.С. Патент РФ №2187564], при котором обеспечивается получение мелкодисперсной структуры и увеличение физико-механических характеристик закристаллизованных сплавов.

Недостатком этого способа являются - 1) необходимость изготовления специальной емкости (типа воронки), устанавливаемой на заливочное отверстие в литейной форме, в которую послойно предварительно засыпают измельченный магнезит и куски сплава фтористых и хлористых солей; 2) необходимость предварительного нагрева этой емкости до температуры, превышающую температуру заливки, для обеспечения прохождения заливаемого металла через куски магнезита и сплавы солей, при этом наличие большого количества каналов малого сечения между частицами магнезита и сплавов солей приводит к раздроблению струи заливаемого металла на множество мелких струй небольших сечений, вследствие чего происходит их быстрое охлаждение, и металл застывает, не достигая полости формы; 3) известно, что для достижения оптимального эффекта модифицирования доэвтектических алюминиево-кремниевых сплавов обработку расплава производят путем насыпания на зеркало металла порошкообразного флюса, состоящего из смеси солей, приведенных в патенте РФ №2187564 с последующей выдержкой не менее 15 мин, затем флюс счищают.

Наиболее близким по технической сущности является способ модифицирования доэвтектических алюминиево-кремниевых сплавов путем обработки 1,5...2,0 мас.% от массы плавки флюсом, содержащим 25,0% NaF+12,5% KCl+62,5% NaCl [Алюминиевые сплавы. Плавка и литье алюминиевых сплавов. Справочное руководство. - М.: Металлургия, 1970. - 319 с.].

К недостаткам этого способа относятся: краткосрочная длительность сохранения эффекта измельчения структуры (обычно не более 30 мин) вследствие потерь натрия от окисления, и, как результат, снижение уровня механических свойств сплава в литых деталях; преждевременный выход из строя тиглей или футеровки печи в результате разъедания солями; появление в отливках газовых дефектов за счет внесения в расплав влаги высокогигроскопичными солями.

Задачей изобретения является получение эффекта измельчения выделений эвтектического кремния в доэвтектических алюминиево-кремниевых сплавах и связанного с этим высокого уровня механических свойств при одновременном предотвращении повреждений тиглей или футеровки и появления дефектов газового происхождения в отливках.

Достигается это тем, что модифицирование производится путем введения в расплав никеля в составе лигатуры алюминий-никель.

Пример. В индукционной печи типа МГП52А по стандартной технологии в графито-шамотовом тигле готовили алюминиево-кремниевый сплав АК12 (согласно ГОСТ 1583-93 сплав содержит 10,5% Si; 0,8% Fe; 0,3% Mn; Al - остальное; механические свойства без термической обработки составят: временное сопротивление разрыву σ_в≥150 МПа; относительное удлинение, δ≥4,0%; твердость по Бринеллю, НВ≥500 МПа). После доведения температуры расплава до 750°С производили его переливание в равных частях в графито-шамотовые тигли, установленные в двух электрических печах сопротивления, в одной из которых температуру расплава доводили до 950-980°С, вводили в него лигатуру Al - 6,4% Ni с тем расчетом, что содержание никеля в нем составляет 0,05 мас.%. После растворения лигатуры расплав охлаждали до 750°С и производили заливку. В другом тигле, в котором расплав не перегревался, производили его обработку при 750°С стандартным флюсом (25,0% NaF+12,5% KCl+62,5% NaCl). При модифицировании флюсом заливка производится только через 15 мин после его нанесения на зеркало металла, последующего замешивания и снятия с поверхности расплава продуктов взаимодействия расплава с солями, тогда как при модифицировании никелем заливка производилась сразу же после растворения вводимой в него лигатуры алюминий-никель и охлаждения до 750°С. Из модифицированных сплавов через равные промежутки времени заливали детали в металлические формы.

После затвердевания деталей из них вырезали образцы для испытания механических свойств. Результаты испытаний показали (Таблица 1), что по мере увеличения времени от обработки расплава натрийсодержащим флюсом до заливки механические свойства непрерывно уменьшаются: временное сопротивление разрыву σ_в - от 201 до 165 МПа (соответственно непосредственно после обработки и спустя 120 мин); относительное удлинение δ - от 6,80 до 2,60%, соответственно; твердость НВ - от 642 до 630 МПа, соответственно.

Механические свойства сплава, обработанного лигатурой Al - 6,4% Ni, по мере разливки практически не изменяются. Так, если σ_в сплава, залитого непосредственно после введения никеля, составляет 220 МПа, то при заливке через 120 мин его величина составляет 222 МПа, соответственно δ составляет 9,70 и 9,65% и НВ - 692 и 695 МПа.

Повышение и стабильность механических свойств во времени сплава, модифицированного лигатурой алюминий-никель, по сравнению со сплавом, модифицированным флюсом, связано с образованием в первом из них устойчивых тугоплавких зародышей на основе соединения AlNi.

Как при модифицировании сплава натрийсодержащим флюсом, так и никелем, механические свойства превышают требования ГОСТ 1583-93.

Таблица 1.
Влияние модифицирующего элемента на механические свойства сплава АК 12
Время заливки после введения модификатора, мин.	Временное сопротивление, σв МПа	Прирост, %	Относительное удлинение, δ, %	Прирост, %	Твердость, НВ, МПа	Прирост, %
	Вид модификатора		Вид модификатора		Вид модификатора
Na	Ni	Na	Ni	Na	Ni
0	201	220	9,40	6,80	9,70	1,42	642	692	7,79
30	198	223	12,60	4,92	9,60	1,95	636	695	9,28
60	173	220	27,16	3,65	9,76	2,67	639	688	7,69
120	165	222	34,54	2,60	9,65	3,71	630	695	10,30

Способ модифицирования доэвтектических алюминиево-кремниевых сплавов, включающий введение в расплав модифицирующей добавки, отличающийся тем, что расплав перегревают до 950-980°С, вводят в расплав никель в качестве модифицирующей добавки в составе лигатуры алюминий-никель и понижают температуру расплава до 750°С.