Модифікатор для алюмінієвих сплавів

Модифікатор для алюмінієвих сплавів, включаючий зміцнюючі тугоплавкі ультрадисперсні частинки та каталізатор, який відрізняється тим, що він додатково містить кріоліт, в якості зміцнюючих тугоплавких ультрадисперсних частинок - оксид скандію, а каталізатором служить гексафторцирконат калію, причому вищеперераховані компоненти знаходяться відповідно у співвідношенні 0,33:12 в кількості 0,2-0,3 % мас. від алюмінієвого сплаву. Винахід відноситься до області кольорової металургії, а зокрема, до модифікування алюмінієвих сплавів, переважно системи алюміній-кремніймідь. Відомий спосіб одержання композиційного спеченого матеріалу на основі алюмінієвого сплаву (А.С. СРСР № 1544831. кл. С22, С21/00, Р.Ж. "Винаходи країн світу", № 5, 1990 p.), котрий в якості зміцнюючих тугоплавких ультрадисперсних частинок містить нітрид бору Спосіб дозволяє підвищити модуль пружності і відносне подовження спечених виробів, однак він може бути використаний тільки в порошковій металургії. Відомий модифікатор для алюмінієвих сплавів, описаний в роботі Д.Ф.Чернега. К.В.Михаленков, Е.М.Кузимович // Процессы литья, 1998, № 2, с. 58-60, в котрому в якості частинок зміцнюючої фази виступав диборид титану (ТіВ2) Модифікатор має недоліки, зв'язані з існуючими затруднениями при вводі його у розплав алюмінію і дороговизною нітрида. титану внаслідок одержання останнього плазмохімічним синтезом. Найбільш близьким до запропонованого винаходу є "Модифікатор для алюмінієвих сплавів", описаний в авторському свідоцтві СРСР № 1561533 кл. С22С 1/06/С22В 9/10 від 3.01.90 p., включаючий в якості зміцнюючих тугоппавких ультрадисперсних частинок нітрид титану в кількості 8,0-10.0 % мас, і як каталізатор - фтортитанат калію. Модифікатор має істотні недоліки -трудомісткий в виготовленні і низькі механічні властивості при модифікуванні алюміній-кремній-мідних сплавів Крім того, модифікатор малоекономічний, оскільки нітрид титану дефіцитний і дорогий (вартість 1 кг нітрида титану в 1991 році складала близько 600 крб.). В основу винаходу поставлено задачу вдосконалити модифікатор для алюмінієвих сплавів шляхом додаткового введення кріоліту, використання в якості зміцнюючих тугоплавких ультрадисперсних частинок оксиду скандію, та в якості каталізатору - гексафторцирконат калію, що дозволило б одержати модифікатор, який при взаємодії з розплавом забезпечив більш здрібнену структуру алюмінієвих сплавів, і за рахунок цього підвищити їх механічні впастивості Поставлена задача досягається тим, що в модифікаторі для алюмінієвих сплавів, що включає зміцнюючі тугоплавкі ультрадисперсні частинки та каталізатор, новим є те, що він додатково містить кріоліт, в якості зміцнюючих тугоплавких ультрадисперсних частинок використовують оксид скандію, а каталізатором служить гексафторцирконат калію, причому вищеперераховані компоненти знаходяться відповідно у співвідношенні 0,33:1:2 в кількості 0,2-0,3 % від алюмінієвого сплаву. Технічний результат досягається за рахунок введення у розплав алюмінію зміцнюючих тугоплавких ультрадисперсних частинок (УДЧ) оксида скандію, котрі утворюють додаткові центри кристалізації, параметри кристалічних ґраток яких відповідають параметрам кристалічних ґраток основних зміцнюючих фаз алюміній-кремній-мідних сплавів. Це спричиняє істотний вппив на формування кристалічної структури зливка і, отже, підвищення механічних характеристик сплавів. У запропонованому винаході частинки оксида скандію, рівномірно розміщуючись в алюмінієвій матриці, перешкоджають укрупненню фаз ZrAI3, C11AI2, що приводить до перерозподілення елементів між структурними складовими і обме о 00 со О) 34810 женню росту кремнієвої фази і, як наслідок, здрібненню зерна зливка. Гексафторцирконат калію як каталізатор забезпечує введення у розплав оксида скандію, збуджуючи його частинки, а ультрадисперсні частинки оксида скандію, введеного у розплав, забезпечують одержання високих механічних характеристик алюмінієвих сплавів і збереження ефекту модифікування під час витримки розплаву в печі. Кріоліт забезпечує рівномірне розподілення ультрадисперсних тугоплавких частинок оксида скандію в об'ємі розплаву за рахунок підвищення їх змочування рідким алюмінієм і завдяки цьому покращує засвоєння модифікатора. В табл. 1-3 наведені відповідно склади модифікуючих сумішей; їх вплив на засвоєння модифікатора і механічні характеристики сплаву АК5М2, вплив витримки розплаву на ефект модифікування сплаву АК5М2. Модифікатор для алюмінієвих сплавів одержуюють наступним чином, просушують складові модифікатору при температурі 200-250вС на протязі не менше 5 годин, із просушених кріоліту, оксида скандію і гексафторцирконата калію готують механічну суміш в заданних співвідношеннях, яку потім в кількості 0,2-0,3 % мас. від алюмінієвого сплаву вводять у розплав. Приклад 1 (прототип). 2,5 г нітрида титану старанно змішують з 22,5 г гексафторцирконата калію в співвідношенні 1.9 і одержують 25 г модифікатора. Приклад 2. 2,5 г кріоліту і 2,5 г оксида скандію старанно змішують з 20 г гексафторцирконата калію і одержують при співвідношенні компонентів 1:1 8 25 г модифікатора. Приклад 3. 2,5 г кріоліту і 5,0 г оксида скандію старанно змішують з 17,5 г гексафторцирконата калію і одержують при співвідношенні компонентів 0,5:1:3,5 25 г модифікатора. Приклад 4. 3,78 г кріоліту і 7,58 г оксида скандію старанно змішують з 13,64 г гексафторцирконата калію при співвідношенні компонентів 0,5:1:1,8 і одержують 25 г модифікатора. Приклад 5. 2,478 г кріоліту і 7,508 г оксида скандію старанно змішують з 15,02 г гексафторцирконата калію при співвідношенні компонентів 0,33:1.2 і одержують 25 г модифікатора. Приклад 6. 1,262 г кріоліту і 7,42 г оксида скандію старанно змішують з 16,32 г гексафтор цирконата калію при співвідношенні компонентів 0,17:1:2,2 і одержують 25 г модифікатора. Приклад 7. 1,32 г кріоліту і 10,08 г оксида скандію старанно змішують з 13,6 г гексафторцирконата калію і одержують при співвідношенні компонентів 0,13:1 1,35 25 г модифікатора. Приклад 8. 2,5 г криоліту і 12,5 г оксида скандію старанно змішують з 10 г гексафторцирконата калію і одержують при співвідношенні компонентів 0,2:1:0,8 25 г модифікатора. В електричній печі опору місткістю 5 кг розплавляли алюмінієвий" сплав АК5М2 (ГОСТ 268593). При температурі розплаву 720-740"С на дзеркало металу рівномірним шаром наносили модифікуючу суміш складів, наведених у табл.1, в кількості 0 2-0,3 % від маси алюмінієвого сплаву. Після її розпилення частинки оксиду скандію, рівномірно розміщуючись у розплаві гексафторцирконату і кріоліту (знижує температуру плавлення суміші і підвищує змочування розплавом частинок оксида скандію), утворюють флюс, котрий замішувався в рідкий метал. Зразки для визначення механічних характеристик сплаву відливали в підігрітий до 150°С металевий кокіль. Міцність і пластичність визначали відповідно ГОСТ 1497-93 на розривній машині FP100/1 в литому вигляді і після термічної обробки по режиму Т5. В табл. 2 наведені результати засвоєння модифікатора, тимчасовий опір розриву і відносне подовження сплава АК5М2 після обробки його зазначеними складами в кількості 0,25 % від маси металозавантаження. Введення у розплав модифікатора в кількості більше 0,3 % приводить до виникнення у розплаві сегрегацій з підвищеною концетрацією скандіймістких сполук, тобто спостерігається леремодифікування і, отже, зниження механічних характеристик сплавів, а в кількості менше, чим 0,2 %, ефект модифікування проявляється слабо із-за недостатньої' кількості введених у розплав зміцнюючих тугоплавких ультрадисперсних частинок оксида скандію і ZrAI 3 . Зниження в складі модифікатора кількості кріоліта до 5 % мас. приводить до пониження засвоєння модифікатора внаслідок недостатнього змочування зміцнюючих частинок оксида скандію рідким металом, а підвищення до 15 % мас. не виявляє істотного впливу на засвоєння модифікатора. Таблиця 1 Співвідношення компонентів у суміші УДЧ удч фторти гексафтор (Na3AIF(:Sc2O3: оксида танат цирконат K,ZrFe) скандію нітрида титана калію калію 2 3 4 5 6 7 (прототип) 1:9 т 10 90 . . 2 1:1:8 10 80 10 0,5:1:3,5 20 70 10 № складу 1 Склади модифікуючих сумішей, % мас. кріоліт 1 • з 34810 Продовження табл. 1 1 2 3 4 5 6 7 4 0,5:1:1,8 ЗО 55 15 5 0,33:1:2 зо 60 10 6 0,17:1:2,2 зо 65 5 7 0,13:1:1,35 40 55 5 8 0,2:1:0,8 50 40 * 10 Таблиця 2 № складу Режим ТО Механічні характеристики сплава АК5М2 а., МПа 328 1,7 Литий 312 1,7 360 2,0 Литий 325 1,8 375 2.2 Литий 315 1.6 348 1.8 Литий 300 1.5 329 1,6 Литий 271 1,4 312 1.5 Литий 240 1,4 Т5 8 1.5 Т5 7 292 Т5 6 Литий Т5 5 1.4 Т5 4 1,4 290 Т5 3 250 Т5 2 Литий Т5 1 5,% 308 1.5 Аналіз даних, наведених у табл. 2, показує, що максимальними механічними властивостями володіє сплав, який оброблений запропонованим модифікатором, котрий до того ще характеризується і кращим засвоєнням зміцнюючих ультрадисперсних частинок оксида скандію Міцність сплаву після термічної обробки по режиму Т5 в порівнянні з вихідним і обробленим по прототипу Засвоєння модифікатора, % мас. 82 85 90 88 75 70 78 78 збільшилась відповідно на 42 % і ЗО %, відносне подовження зросло в 1,8 і 1,6 рази, а засвоєння модифікатора підвищилось до 88-90 %. В табл. З наведеtіі механічні характеристики сплава АК5М2, обробленого запропонованим модифікатором ( склад 5 ) і модифікатором-прототипом (склад 1), після трьохгодинної витримки розплаву в печі. 34810 Таблиця З Тривалість витримки розплаву в печі, год. Механічні характеристики сплаву, обробленого запропонованим модифікатором Механічні характеристики сплаву, обробленого модифікагоромпрототипом о., МПа 6,% С, МПа 5,% без витримки 375 2,2 308 1,5 1 372 2,2 299 1,4 2 370 2,0 289 1.3 3 368 1,98 279 1,2 Аналіз даних, наведених у табл. З, показує, що у сплава, обробленого запропонованим модифікатором, після трьохгодинної витримки .тенденція до зниження мехаиічних характеристик значно нижче, чим у сплава, обробленого модифікатором-прототипом. Міцність і відносне подовження сплава, обробленого запропонованим модифікатором, зменшилась тільки на 1,9 % і 10,5 % відповідно. Таким чином, запропонований модифікатор має добре засвоєння і дозволяє істотно підвищити механічні характеристики ливарних алюмінієвих сплавів Крім того, застосування запропонованого модифікатора дозволить виключити дорогоцінне легування алюмінієвих сплавів алюміній-скандієвою лігатурою, що сприятиме раціональному використанню матеріальних ресурсів за рахунок залучення в технологічний цикл скандіймістких сполук як проміжних продуктів переробки поліметалевих руд. Стабільність механічних характеристик при витримці розплаву в печі відкриває можливість застосування запропонованого модифікатора для обробки алюмінієвих сплавів в великих плавильних ємкостях. Тираж 50 екз. Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м. Ужгород, вул. Гагаріна, 101 (03122)3-72-89 ( 0 3 1 2 2 ) 2 - 5 7 - 0 3