Спосіб модифікування алюмінієвих сплавів

Спосіб модифікування алюмінієвих сплавів, що включає використання комплексної обробки розплаву алюмінію, який відрізняється тим, що комплексна обробка розплаву алюмінію включає введення в розплав водню у вигляді водневмісних речовин та позапічну обробку розплаву флюсовою композицією, до складу якої входить 14-16 % фторцирконату калію, 2,0-2,2 % бору та 82-84 % здрібненої алюмінієво-берилієвої лігатури, що вводять у розплав алюмінію в кількості 2,4 % від маси металу. (19) (21) u200810074 (22) 04.08.2008 (24) 25.12.2008 (46) 25.12.2008, Бюл.№ 24, 2008 р. (72) ЧЕРНЕГА ДМИТРО ФЕДОРОВИЧ, U A, СОРОЧЕНКО ВІТАЛІЙ ФЕДОРОВИЧ, U A, КУДЬ ПЕТРО ДЕНИСОВИЧ, UA (73) НАЦІОН АЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ "КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ", U A 3 38219 4 чень сприяє зниженню гідрощільності і корозійної Оскільки водень, який весь час прямує до рівновастійкості литих заготовок, а тому даний спосіб неги, виділяючись із розплаву, розблоковує частки раціонально використовува ти при обробці Al-Si-Mg кремнію і інтерметалідних сполук від адсорбованосплавів з метою підвищення їх міцності і, особлиго на них кисню, то вони в процесі коагуляції мово, корозійної стійкості. жуть утворювати центри кристалізації, що і приВ основу корисної моделі поставлено задачу зводить до суттєвого диспергування структурних розробити спосіб модифікування ливарних алюміскладових і підвищення механічних і експлуатаційнієвих сплавів, переважно алюмінієво-кремнієвоних характеристик сплаву. магнієвих, для здрібнення їх структури і суттєвого У корисній моделі, що заявляється, модифікузниження окислення наночасток кремнію від адсовання алюмінієвого сплаву проводили слідуючим рбованого в розплаві кисню, підвищення їх міцносчином. В електричній печі опору СШОЛ 11,6/12-М3 ті та корозійної стійкості, за рахунок додаткового у чавуннім тиглі готовили 2,5кг сплаву типу АК9, введення у рідкий метал водню у вигляді водневсистеми Al-Si-Mg, з підвищеним вмістом магнію (до місних речовин та позапічної обробки флюсовою 1,4%) і додатковим введенням у розплав 0,15% композицією, до складу якої входить 14-16% фтотитану в якості легуючої добавки. При температурі рцирконату калію, 2,0-2,2% бору та 82-84% здріб740±10°С розплав піддавали трьоххвилинній обненої алюмінієво-берилієвої лігатури, що вводитьробці водяним паром, перемішували і зливали у ся у розплав алюмінію в кількості 2,4% від маси підігрітий до температури 600-650°С керамічний металу. тигель, установлений в термостаті. Потім провоВикористання запропонованого способу модили позапічну обробку рідкого металу флюсовою дифікування дозволить не тільки покращити струккомпозицією, до складу якої входить 14-16% фтотуру сплаву за рахунок здрібнення дендритів сірцирконату калію, 2,0-2,2% бору та 82-84% здрібтвердого розчину, евтектики та інтерметалідних неної алюмінієво-берилієвої лігатури, в кількості 2,4% від маси розплаву і в результаті одержували фаз, зокрема часток метастабільної зміцнюючої b модифікований сплав, температура якого колива(Mg2Sі)-фази, а також підвищити механічні хараклась в межах 710-720°С, і розливали в кокілі для теристики відливок (тимчасовий опір розриву і отримання дослідних зразків по визначенню мехавідносне подовження), покращити їх гідрощільність і, особливо, корозійну стійкість литих заготовок в нічних і експлуатаційних характеристик сплаву типу АК9. слабокислому і водневому середовищах. Міцність і пластичність визначали відповідно Поставлена задача вирішується тим, що в ГОСТ 1497-93 на розривній машині FP 100/1 після способі модифікування алюмінієвих сплавів, коттермічної обробки по режиму Т5, гідрощільність рий базується на використанні комплексної обробки розплаву алюмінію, згідно корисної моделі, сплаву на експериментальному стенді на базі приладу МП-2500 з застосуванням дослідних зразкомплексна обробка розплаву алюмінію включає ків у вигляді шайби товщиною 2мм, а випробуванвведення в розплав водню у вигляді водневмісних ня на корозійну стійкість дослідних зразків проворечовин та позапічну обробку розплаву флюсовою дили відповідно ГОСТ 9.021-74 у слабокислому композицією, до складу якої входить 14-16% фторцирконату калію, 2,0-2,2% бору та 82-84% здріброзчині 3% NaCl+1% НСl протягом 24 годин при температурі 25°С. Дослідження мікроструктури неної алюмінієво-берилієвої лігатури, що вводитьсплаву проводили на оптичному мікроскопі "Неося у розплав алюмінію в кількості 2,4% від маси фот-21". металу. В таблиці наведені результати дослідження Технічний результат досягається за рахунок здрібнення структурних складових матриці алюмімікроструктури (дисперсність зерна та середня величина інтерметалідних включень), механічних нієвого сплаву - дендритів a-твердого розчину, характеристик (тимчасовий опір розриву та відноевтектики та первинних інтерметалідних фаз (Тісне подовження), гідрощільність та корозійна стійАІ 3, Mg2Si, AlBeFe, AlFeSi Mn), а також зміцнення aкість дослідних зразків сплаву типу АК9 як після твердого розчину алюмінію в результаті частковомодифікування запропонованим способом, так і го розчинення в ньому цирконію і берилію, а в попісля обробки згідно способу-прототипу, що базудальшому при дисперсійному твердінні - утворенється на швидкому охолодженні перегрітої лігатуня в матриці алюмінію компактних дисперсних ри шляхом змішування Її з базовим сплавом з тевторинних інтерметалідних фаз, які характеризумпературою 650-680°С при співвідношенні ються рівномірним розподіленням в площині шлілігатури до базового сплаву як 1:4. фа, що призводить до підвищення міцності і гідАналізуючи дані таблиці можна констатувати рощільності готових відливок. Наявність у складі слідуюче: флюсової композиції значної кількості здрібнених а) При застосуванні запропонованого способу часток алюмінієво-берилієвої лігатури призводить комплексної обробки розплаву типу АК9 структура до істотного підвищення корозійної стійкості сплаостаннього дещо змінюється, насамперед, за раву, оскільки берилій володіє унікальною здібністю хунок здрібнення дендритів a-твердого розчину, надійно захищати рідкий силумін від окислення, евтектики та первинних інтерметалідних фаз. Так зокрема наночастки кремнію від адсорбованого у кількість зерен на 1см 2 площі шліфа збільшується розплаві кисню. з 90 до 110, тобто в 1,2 рази, а середня величина Крім того, додаткове введення водню у рідкий інтерметалідних включень зменшується з 30 до метал в процесі водневої обробки розплаву алю20мкм. мінію, сприятиме сумісно з наночастками бору б) Здрібнення структури модифікованого збільшенню центрів кристалізації і, як наслідок, сплаву, зміцнення дендритів a-твердого розчину формуванню більш здрібненої структури відливок. 5 38219 6 та наявність захисної дії берилію від окислення вмісту магнію у сплаві і додаткового введення у наночасток кремнію і інтерметалідних сполук прирідкий метал титану з подальшим накладенням зводить до підвищення як механічних, так і ексводневої обробки сприяють сумісно з воднем фоплуатаційних характеристик сплаву, а саме: тимрмуванню пересиченого a-твердого розчину водчасовий опір розриву підвищується з 240 до ню і легуючи х елементів в алюмінії, тобто зміцню320МПа, гідрощільність зростає з 24,5 до 29,2МПа, ючи його, а також зміненню складу проміжних фаз а корозійна стійкість дослідних зразків підвищуєть(ТіАІ 3, Mg2Si, AlFeSi Mn і інш.). Водень, виконуючи ся майже в 7,5 рази (втрата маси останніх зменодночасно рафінуючу дію з видаленням неметашується з 3,5 до 0,45г/м 2.г). левих включень і кисню з наночасток кремнію, Таку зміну механічних і експлуатаційних харавзаємодіє з перехідними легуючими елементами і ктеристик сплаву типу АК9 після модифікування сприяє утворенню дисперсних включень проміжрозплаву запропонованим способом можна поясних фаз, рівномірно розподілених по тілу зерен. нити слідуючим чином. Наявність підвищеного Таблиця Результати досліджень і в ластивостей сплаву типу АК9 модифіков аного різними способами Механічні Корозійна стійКількість Середня в еличина характеристи№ Спосіб модифі- Характеристика спосо- зерен на Гідрощільність, кість (з урахуінтерметалідних ки сплаву типу в анням втрати п/п кув ання бу модифікув ання 1см2 шліМПа включень, мкм АК9 маси дослідними фа зразками), г/м 2.г sB , МПа d,% 1 СпосібЗмішув ання перегрітої 90 30 240 1,5 24,5 3,5 прототип лігатури з базов им сплав ом при співв ідношенні компонентів як 1:4 2 Пропонуємий Воднев а + позапічна 110 20 320 1,5 29,2 0,45 спосіб модифі- обробка розплаву алюкув ання мінію флюсов ою композиіцєю в кількості 2,4% в ід маси розплаву Берилій, який володіє унікальною здібністю захищати рідкий силумін від окислення, розблоковує наночастки евтектичного кремнію і інтерметалідних сполук від адсорбованого на них кисню, сприяючи їх коагуляції і утворенню центрів кристалізації; а наявність дисперсних часток бору і цирконію, як ефективного модифікатора, що присутній у складі флюсової композиції у вигляді фторцирконату калію, тільки підсилюватиме цей процес. Все це призводить до підвищення "однорідності" рідини і масового утворення центрів кристалізації, і, як наслідок, до здрібнення структурних складових матриці сплаву типу АК9. Відсутність у стр уктурі громіздких виділень евтектичного кремнію і інтерметалідних фаз, які уже не можуть служити концентраторами напруги у мат Комп’ютерна в ерстка В. Мацело риці алюмінію, призводить до підвищення як механічних характеристик, так гідрощільності і корозійної стійкості алюмінієвих сплавів. Таким чином, запропонований спосіб комплексної обробки розплаву алюмінію дозволить суттєво зменшити окислення евтектичного кремнію і інтерметалідних сполук і істотно здрібнити структуру закристалізованих відливок і за рахунок цього підвищити як механічні, так і експлуатаційні характеристики, зокрема гідрощільність і корозійну стійкість ливарних алюмінієвих сплавів. Сплав типу АК9 системи Al-Si-Mg може бути використаний в якості захисної оболонки (лейнера) при виготовленні комбінованих балонів для зберігання водню та інших газоподібних речовин. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601