Спосіб модифікування алюмінієвих сплавів

Спосіб модифікування алюмінієвих сплавів, що базується на швидкому охолодженні розплаву алюмінію, який відрізняється тим, що охолодження перегрітої до температури 900-950°С лігатури здійснюють шляхом змішування її з базовим сплавом при температурі 650-680°С при співвідношенні лігатури до базового сплаву як 1:4. (19) (21) u200607783 (22) 11.07.2006 (24) 15.12.2006 (46) 15.12.2006, Бюл. № 12, 2006 р. (72) Чернега Дмитро Федорович, Сороченко Віталій Федорович, Кудь Петро Денисович (73) НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ "КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ" 3 19599 терметалідних фаз та первинного кремнія, а також підвищити механічні характеристики відливок (тимчасовий опір розриву і відносне подовження), покращити засвоєння подрібненої титанової стружки та крупки хрому розплавом алюмінію і значно підвищити твердість матриці алюмінію та зносостійкість ливарних алюмінієво-кремнієвих сплавів. Поставлена задача вирішується тим, що в способі модифікування алюмінієвих сплавів, котрий базується на швидкому охолодженні розплаву алюмінію, новим є те, що охолодження перегрітої до температури 900-950°С лігатури здійснюють шляхом змішування її з базовим сплавом з температурою 650-680°С при співвідношенні лігатури до базового сплаву як 1:4. Технічний результат досягається за рахунок здрібнення первинних інтерметалідних фаз (ZrAl3, ТіАl3, СrАl7) та зміцнення а-твердого розчину алюмінію в результаті розчинення в ньому хрому і титану, а в подальшому при дисперсному твердінні утворення в матриці алюмінію компактних дисперсних вторинних інтерметалідних фаз, які характеризуються досить високою твердістю, що призводить до підвищення зносостійкості готових відливок. Крім того, за рахунок введення у складі лігатури у розплав алюмінію тугоплавких ультрадисперсних частинок (УДЧ) оксиду скандію, як додаткових центрів кристалізації, які при швидкому охолодженні рідкою металу сприятимуть більш істотному здрібненню первинних інтерметалідних фаз, що виділяються переважно в помежованій зоні зерен, блокуючи ріст дендритів α-твердого розчину, і відбувається підвищення як зносостійкості, так і механічних характеристик алюмінієвих сплавів. Модифікування алюмінієвих сплавів проводили наступним чином. В індукційній печі ВЧГ4-10/0,4 на базі сплаву АК12М2 (1 частина) готовили у 4 графітовім тиглі „псевдолігатуру” шляхом механічного замішування у розплав алюмінію при температурі 900-950°С флюсової композиції, до складу якої входили оксид скандію, гексафторцирконат калію, криоліт, подрібнена стружка титану та крупка хрому [відповідно патенту №6441 на корисну модель „Модифікатор для алюмінієвих сплавів”], і витримували протягом 20-30 хвилин. Кількість введеної у розплав флюсової композиції визначалась таким чином, щоб після змішування лігатури і базового сплаву кількість її у модифікованому сплаві не перевищувала 0,7%. Потім перегріту лігатуру масою 1кг змішували з холодним базовим сплавом АК12М2, з температурою 650-680°С і масою 4кг, і в результаті одержували модифікований сплав, температура якого коливалась в межах 710-730°С, і розливали в кокілі для одержання дослідних зразків по визначенню механічних і експлуатаційних характеристик сплаву АК12М2. Міцність і пластичність визначали відповідно ГОСТ 1497-93 на розривній машині FP 100/1 після термічної обробки по режиму Т1, твердість відповідно ГОСТ 9012-59, а зносостійкість сплаву на експериментальному стенді з застосуванням в якості контртіла шайби з високоміцного чавуну ВЧ60-2. Дослідження мікроструктури дослідних зразків сплаву АК12М2 проводили на оптичному мікроскопі „Неофот-21”. В таблиці наведені результати дослідження мікроструктури (дисперсність зерна та середня величина інтерметалідних включень), механічних характеристик (тимчасовий опір, подовження та зносостійкість) до і після модифікування розплаву АК12М2 запропонованим способом. Кількість введеного у розплав модифікатора після змішування лігатури та базового сплаву АК12М2 не перевищувала 0,7%, що відповідає оптимальній кількості для даного модифікатора. Таблиця № п/п 1 2 Середня Кількість Кількість величина і введеного у Спосіб модизерен на нтерметарозплав мофікування 1см2 лідних дифікатора, шліфа включень, % мкм. Традиційний спосіб модифікування (Спосіб-прототип) Пропонуємий спосіб модифікування Механічні характеристики сплаву АК12М2. в, МПа ,% Зносостійкість сплаву АК12М2. І3 10-6кг на Втрата маси НВ, од. 1000м ( m), кг 10-6 шляху тертя 0,7 10 90 260 1,0 115 180 120 0,7 100 25 275 1,0 130 160 100 Аналізуючи дані таблиці можна констатувати наступне: а) При застосуванні запропонованого способу модифікування структура сплаву АК12М2 значно змінюється, насамперед, за рахунок здрібнення первинних інтерметалідних фаз та α-твердого розчину. Так кількість зерен на 1см2 площі шліфа збільшується майже в 10 разів, а середня величина інтерметалідних включень зменшується з 90 до 25мкм. б) Здрібнення структури модифікованого сплаву призводить до підвищення як механічних, так і експлуатаційних характеристик сплаву, а саме: тимчасовий опір розриву підвищується з 260 до 275МПа, втрата маси дослідних зразків зменшується з 120-10-6 до 100-10-6кг, а інтенсивність 5 19599 зношування зменшується з 180-10-6 до 160-10-6кг/см2 на 1000м шляху тертя. Таку зміну механічних і експлуатаційних характеристик сплаву АК12М2 після модифікування розплаву запропонованим способом можна пояснити наступним чином. При підвищенні температури розплаву алюмінію до 900-950°С, в даному випадку лігатури, до складу якої входять тугоплавкі компоненти як хром, титан та цирконій, тепловий рух атомів ближнього порядку тугоплавких угрупувань значно збільшується і впорядкована область ближньої сольватації різко зменшується. Внаслідок інтенсивного теплового руху атомів ближній порядок становиться нестійким. Мікрооб’єми з правильним розміщенням атомів, що на мить утворилися, можуть існувати деякий час, потім розсіюються, потім виникають знову в другому елементарному об’ємі рідини і т.д. Все це призводить до підвищення "однорідності" рідини, до здрібнення тугоплавких мікроугрупувань і рівномірного їх розташування в об’ємі розплаву. Дисперсні тугоплавкі мікроугрупування, а саме первинні інтерметалідні сполуки, що знаходяться у розплаві у Комп’ютерна верстка А. Рябко 6 вигляді дисперсних часток, які можуть бути навіть зародками кристалів, сприятимуть масовому утворенню в закристалізованому сплаві більш дисперсних первинних інтерметалідних фаз. Здрібненні первинні інтерметалідні фази і первинний кремній уже не будуть служити концентраторами напруги у матриці алюмінію, що і призведе до підвищення як механічних характеристик, так і зносостійкості алюмінієво-кремнієвих сплавів. Таким чином, запропонований спосіб модифікування дозволить істотно здрібнити структуру закристалізованих відливок і за рахунок цього підвищити як механічні, так і експлуатаційні характеристики, зокрема зносостійкість, ливарних алюмінієво-кремнієвих сплавів. Крім того, застосування запропонованого способу модифікування дозволить значно скоротити тривалість процесу модифікування і раціонально використати вторинні матеріальні ресурси, зокрема стружку титанових сплавів та крупку хрому, і завдяки цьому в деякій мірі знизити затрати, пов’язані з впровадженням у виробництво розробленої технології модифікування ливарних алюмінієво-кремнієвих сплавів. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601