Модификация на силумини. Легиране и модифициране на алуминий и магнезий Модифициране на алуминиеви сплави

Изобретението се отнася до металургията, по-специално до леярството, и може да се използва за производство на отливки от алуминиеви сплави за общо машиностроене. Цел: чрез въвеждане на нови компоненти и промяна на съотношението на компонентите на модифициращата смес за обработка на стопилката, получаване на отливки с повишена плътност с висока якост и пластичност. Същността на изобретението: след разтопяване на шихтата в стопилката се въвежда модифицираща смес, съдържаща карбидо- и нитридообразуващи елементи и сумата от алуминиеви и медни оксиди в съотношение 30 - 70: 0,1 - 0,5 и алкални и/ или алкалоземни метали и техните съединения. Модифициращата смес се въвежда в количество от 0,02 - 0,20 тегл.% от шихтата. Съотношението на алуминиеви и медни оксиди е 100: 0,01 - 0,98. 2 заплати, 2 маси.

Изобретението се отнася до металургията, по-специално до леярството, и може да се използва за производство на отливки от сплави на алуминиева основа с високо качество, особено с висока плътност. За получаване на отливки от сплави на базата на алуминий с високо качество се използват рафиниране и модифициране с помощта на различни газове и модификатори със сложен състав. Това усложнява и оскъпява технологията, не позволява оптимизиране на целия комплекс от физико-механични характеристики и влошава технологичността. Известни са следните методи за модифициране на алуминиеви сплави. Методът за производство на сплави от системата алуминий-титан-бор включва модификация с флуориди на алкалните метали титан и бор, към които се добавят 2-10% тегловни флуориди от прахообразен алуминиев оксид (японска заявка № 55-51499, клас C 22C 1/02). Това изобретение подобрява якостните характеристики на отливките, но плътността на отливките е недостатъчна и методът не е икономичен. Известен е метод за модифициране на алуминиево-титанова сплав, който включва въвеждане на бор в стопилката под формата на ултрафин прах от лантанов хексаборид (изд. St. N 1168622, клас C 22 C 1/06, 1983). Методът осигурява подобрен модифициращ ефект при намаляване на разходите, но стегнатостта на отливките е незадоволителна. Известен е метод за обработка на хиперевтектични силумини, който се състои в модификация със смес, която включва, тегл.%: фосфор 7-13, мед 45-70, сумата от желязо и хлор 2,5-8, останалото е отпадък от производство на фосфор съдържащи натрий, калий, калций, силиций, кислород (автор St. N 687853, клас C 22 C 1/06, 1977 г.). Недостатъкът на този метод е ниската пластичност и плътност на отливките поради повишеното съдържание на мед и фосфор. Известен е метод за производство на отливки от алуминиеви сплави, включително използването на ултрафини прахове от сфен-циркон (смес от циркониеви, ниобиеви и титанови оксиди) за модифициране на стопилката (виж списание "Леярна", № 4, 1991 г., стр. 17). Този метод повишава якостта и пластичността на отливките, но тяхната плътност остава на незадоволително ниво, тъй като оксидите и продуктите на тяхното взаимодействие, използвани в това техническо решение, са почти напълно локализирани вътре в зърната (подзърната) и нямат благоприятен ефект върху състоянието на границите на зърната. Най-близък по техническа същност и проблем за решаване е метод за рафиниране и модифициране на алуминиеви сплави, включващ обработка на стопилката със смес от соли на калиев флуорид и калиев хлорид заедно с натриев флуорид и/или натриев криолит в количество 2-3 % от теглото на стопилката (ред. Св. N 899698, кл. C 22 C 1/06, 1982. Този метод опростява технологията и намалява разходите за рафиниране и модификация, но херметичността на отливките остава ниска, тъй като не настъпва интензивно рафиниране на зърното, тъй като се прилага механизмът за модификация тип II, т.е. поради инхибиране на растежа на зърната, а не поради увеличаване на броя на центровете за кристализация. Основата на изобретението е задачата: чрез използване на нов набор от компоненти в състав и концентрация за модифициране на сплави на базата на алуминий, за получаване на отливки с висока плътност при запазване на повишена якост и пластичност. Проблемът е решен по такъв начин, че в предложения метод за модифициране на алуминиеви сплави, включващ разтопяване на шихтата и въвеждане на модифицираща смес, смес от карбидо- и нитридообразуващи елементи, сумата от алуминиеви и медни оксиди в съотношение елементи и оксиди от 30-70:0,1- се използва като модифициращ агент 0,5 и алкални и/или алкалоземни метали и техните съединения в количество 0,02-0,20% от теглото на шихтата. Като карбидо- и нитридообразуващи елементи се използват оксиди на цирконий, титан, ниобий, хафний и тантал. Криолитът се използва като алкални и/или алкалоземни метали и техните съединения. Съотношението на алуминиеви и медни оксиди е 100:0,01-0,98. Сравнителен анализ с известни технически решения (аналози и прототип) ни позволява да заключим, че претендираният метод за модифициране на алуминиеви сплави се различава по това, че: карбидо- и нитридообразуващи елементи, алуминиеви и медни оксиди, алкални и/или алкалообразуващи елементи се използват като модифицираща смес земни метали и техните съединения; компоненти: карбидо- и нитридообразуващите елементи и сумата от алуминиеви и медни оксиди се вземат в съотношение 30-70: 0,1-0,5, алкални и/или алкалоземни метали и техните съединения - останалото; модифициращата смес се въвежда в количество от 0,02-0,20% от теглото на заряда; алуминиевите оксиди и медните оксиди се вземат в съотношение 100:0,01-0,98. Някои компоненти - карбидо- и нитридообразуващи елементи, алуминиеви оксиди, алкални и алкалоземни метали и техните съединения - са известни от съществуващото ниво на технологията (аналози и прототип), но в предложеното техническо решение те са въведени като част от други компоненти (нов качествен състав) и в други съотношения (ново количествено съотношение). Високият ефект на модификация със смес от карбидо- и нитридообразуващи елементи, сумата от алуминиеви и медни оксиди, алкални и/или алкалоземни метали и техните съединения се обяснява с факта, че в стопилката на базата на карбид- и нитрид -образуващи елементи, след дисоциация на оксидите се образуват интерметални съединения на колоидна дисперсия като Al x Me y, които по време на процеса на кристализация осигуряват усъвършенстване на металната структура, някои алуминиеви оксиди, близки по състав до стехиометричните, действат по подобен начин. Медните съединения играят основна роля във формирането на структурата, субмикроструктурата и, като следствие, комплекса от физико-механични, технологични и експлоатационни свойства на алуминиеви отливки и сплави: първо, силицидни оксиди и частично медни сулфиди, които се образуват в стопилката, са отговорни за значително усъвършенстване на структурата, докато ликвидусът се измества към по-високи температури, динамиката на кристализация се увеличава - много нежелани включвания в много диспергирана форма се локализират вътре в натрошените зърна Второ, медните съединения като CuAl 2 и по-сложни по състав се отделят от твърдия разтвор по границите на зърната. Благодарение на значително увеличаване на междузърнената повърхност поради усъвършенстване на зърното и равномерното локализиране на тези диспергирани утайки, се осигурява намаляване на концентрацията на напрежение с едновременно увеличаване на плътността и плътността на отливката като цяло. Въвеждането на модифициращата смес е по-малко от 0,02 тегл.%. сместа не дава желания ефект по отношение на нивото на плътност и други характеристики, а надхвърлянето на горната граница от 0,20 тегл.% от сместа води до намаляване на пластичността на отливките. Границите на съотношението на компонентите на модифициращата смес се определят от следните съображения: когато съотношението на карбидо- и нитридообразуващите елементи и сумата на алуминиеви и медни оксиди е по-малко от 30:0,5, броят на кристализационните центрове е недостатъчен за осигуряване на правилното ниво на леярски свойства; ако съотношението надвишава повече от 70:0,1, сплавта става крехка поради прекомерен брой междукристални включвания. Заедно със загубата на пластичност, плътността също намалява, тъй като прекъсването в близките гранични зони се увеличава. Когато съотношението на алуминиеви оксиди и медни оксиди е по-голямо от 100:0,01, влиянието на вторичните фази рязко намалява, тъй като оксидите и другите медни съединения се реализират изцяло под формата на включвания, образувани в стопилката над ликвидуса и нямат положителен ефект върху структурата и свойствата на отливките и ако това съотношение е по-малко от 100:0,98, броят на вторичните фази, локализирани по границите на зърната, се увеличава толкова много, че се появяват прекъсвания в местата на утаяване и плътността на такива отливки намалява. ПРИМЕР В съответствие с изчислението на заряда, компонентите бяха заредени във вигела на 250-килограмова съпротивителна пещ EST-250, за да се получи алуминиевата сплав AK7ch (AL9). След разтопяване на заряда и фина настройка на стопилката според нейния химичен състав, стопилката при температура 650-780 o C се обработва с модифицираща смес, като се въвежда под „камбаната“ възможно най-близо до дъното на тигел. Обработката се извършва до края на барботирането, след което камбаната се отстранява и шлаката се отстранява от повърхността на стопилката.По този начин се извършва серия от топене, при които количеството на въведената модифицираща смес и съставът му варира.За сравнение, една от топлините беше модифицирана с поток в количество от 2,5 тегл.% заряд, приготвен от натрошена дехидратирана смес от калиев флуорид с калиев хлорид в съотношение 2:3 тегловни, както и натриев флуорид и натриев криолит в равни части Флюсът се нанася върху повърхността на стопилката при крайна температура 720-740 o C и се смесва с метала След задържане за 10-15 минути шлаката се отстранява Получената сплав има химичен състав, тегл.%: манган 0,46-0,52; мед 0,18-0,21; цинк 0,28-0,32; магнезий 0,2 -0,4; желязо 1,2-1,8, олово 0,03-0,05; калай 0,008-0,012; силиций 6,2-7,6; алуминий Изпитванията на механичните свойства са извършени върху проби, изработени от слитъци, получени в метална форма, съгласно стандартните методи. леене под налягане. Резултатите от изпитванията на образци и отливки от сплав AK7ch (AL9) след различни варианти на модификация са дадени в табл. 1 и 2. Анализът на получените резултати показва, че образци и отливки на детайли, модифицирани по заявения метод, с висока якост и пластичност, имат значително по-висока плътност, а в детайлите - плътност. Ако в сравнение с прототипния метод, претендираният метод увеличава плътността на отливката повече от два пъти; в сравнение със серийната технология - четири до шест пъти. Предложеният метод може да се използва в леярни на машиностроителни заводи и специализирано производство на отливки от алуминиеви сплави с повишени изисквания за плътност.

Иск

1. МЕТОД ЗА МОДИФИЦИРАНЕ НА АЛУМИНИЕВИ СПЛАВИ, включващ топене на шихтата и въвеждане на модификатор в стопилката в присъствието на криолит, характеризиращ се с това, че смес от карбидо- и нитридообразуващи елементи и алуминиеви и медни оксиди се използват като модификатор с съотношение на елементи и оксиди от 30 - 70: 0,1 - 0,5 и алкални и/или алкалоземни метали и техните съединения в количество от 0,02 - 0,20% от теглото на сплавта, а съотношението на алуминиеви и медни оксиди е 100: 0,01 - 0,98. 2. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че като карбидо- и нитридообразуващи елементи се използват оксиди на цирконий, титан, ниобий, хафний, тантал, поотделно или във всякаква комбинация. 3. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че като алкални и/или алкалоземни метали и техните съединения се използва криолит.

Някои сплави при нормална кристализация имат намалени механични свойства в отливките в резултат на образуването на груба, едрозърнеста макро- или микроструктура. Този недостатък се елиминира чрез въвеждане на малки добавки от специално подбрани елементи, наречени модификатори, в стопилката преди изливането.

Модификация (модификация) е операцията по въвеждане на добавки в течен метал, които, без да променят значително химичния състав на сплавта, влияят върху процесите на кристализация, усъвършенстват структурата и значително повишават свойствата на отлетия материал. Модифициращите добавки могат или да подобрят макрозърната или микроструктурата, или да повлияят и на двете характеристики едновременно. Модификаторите също включват специални добавки, добавени към металите, за да превърнат нежеланите топими компоненти в огнеупорни и по-малко вредни съединения. Класически пример за модификация е модификацията на хипоевтектични (до 9% Si) и евтектични (10-14% Si) силумини с натриеви добавки в количество от 0,001-0,1%.

Отлятата структура на немодифицираните силумини се състои от дендрити на α-твърд разтвор и евтектика (α + Si), в която силицийът има груба, иглена структура. Следователно тези сплави имат ниски свойства, особено пластичност.

Въвеждането на малки добавки на натрий в силумините рязко пречиства освобождаването на силиций в евтектиката и прави разклоненията на дендритите на α-разтвора по-тънки.

В този случай механичните свойства се увеличават значително, обработваемостта и чувствителността към топлинна обработка се подобряват. Натрият се вкарва в стопилката преди изливането под формата на метални парчета или с помощта на специални натриеви соли, от които натрият се превръща в метал в резултат на обменни реакции на солите с алуминия от стопилката.

Понастоящем за тези цели се използват така наречените универсални потоци, които едновременно извършват рафиниращ, дегазиращ и модифициращ ефект върху метала. Съставите на флюсовете и основните параметри на обработка ще бъдат дадени подробно при описание на технологията за топене на алуминиеви сплави.

Количеството натрий, необходимо за модификация, зависи от съдържанието на силиций в силумин: при 8-10% Si се изисква 0,01% Na, при 11-13% Si - 0,017-0,025% Na. Прекомерните количества Na (0,1-0,2%) са противопоказани, тъй като това не води до смилане, а напротив, загрубяване на структурата (свръхмодифициране) и свойствата рязко се влошават.

Модифициращият ефект се запазва при задържане преди изливане в пясъчни форми до 15-20 минути, а при отливане в метални форми - до 40-60 минути, тъй като натрият се изпарява по време на продължително задържане. Практическият контрол на модификацията обикновено се извършва чрез появата на счупване на отлята цилиндрична проба по напречно сечение, еквивалентно на дебелината на отливката. Равномерна, финозърнеста, сивкава копринена фрактура показва добра модификация, докато грапава (с видими блестящи силициеви кристали) фрактура показва недостатъчна модификация. При леене на силумини, съдържащи до 8% Si в метални форми, които насърчават бързата кристализация на метала, въвеждането на натрий не е необходимо (или се въвежда в по-малки количества), тъй като при такива условия структурата е финозърнеста и без модификатор.

Хиперевтектичните силумини (14-25% Si) се модифицират с фосфорни добавки (0,001-0,003%), които едновременно пречистват първичното утаяване на свободен силиций и силиций в евтектиката (α + Si). Но при леене трябва да се има предвид, че натрият също придава някои отрицателни свойства на стопилката. Модификацията води до намаляване на течливостта на сплавите (с 5-30%). Натрият увеличава склонността на силумините към насищане с газ, което води до взаимодействие на стопилката с влагата на матрицата, което затруднява получаването на плътни отливки. Поради промяна в естеството на кристализация на евтектиката настъпва модификация на свиването. В немодифицирания евтектичен силумин обемното свиване се проявява под формата на концентрирани черупки, а в присъствието на натрий - под формата на фина разпръсната порьозност, което затруднява получаването на плътни отливки. Следователно на практика е необходимо да се въведе минималното необходимо количество модификатор в силумин.

Пример за усъвършенстване на първичното макрозърно (макроструктура) на сплави чрез добавки е модифицирането на магнезиеви сплави. Обичайната немодифицирана лята структура на тези сплави е едрозърнеста с намалени (10-15%) механични свойства. Модифицирането на сплави ML3, ML4, ML5 и ML6 се извършва чрез прегряване на сплавта, третиране с железен хлорид или материали, съдържащи въглерод. Най-често срещаната е модификацията с въглеродсъдържащи добавки - магнезит или калциев карбонат (креда). При модифициране на сплав креда или мрамор (креда под формата на сух прах и мрамор под формата на малки трохи в количество от 0,5-0,6% от масата на заряда) се въвежда в стопилката, загрята до 750- 760 с помощта на камбана в две или три стъпки °.

Под въздействието на температурата тебеширът или мраморът се разлагат според реакцията

CaCO 3 → CaO + CO 2

Освободеният CO2 реагира с магнезий според реакцията

3Mg + CO 2 → MgO + Mg(C) .

Освободеният въглерод или магнезиевите карбиди се смята, че улесняват кристализацията от много центрове, което води до рафиниране на зърната.

Практиката за използване на модификатори върху други сплави показва, че повишаване на свойствата поради смилане на отлятото първично зърно се наблюдава само ако микроструктурата на сплавта е едновременно рафинирана, тъй като формата и броят на компонентите на микроструктурата до голяма степен определят якостта свойства на материала. Влиянието на модификаторите зависи от техните свойства и количество, вида на модифицираните сплави и скоростите на кристализация на отливката. Например, въвеждането на цирконий в количество от 0,01-0,1% в калаен бронз значително усъвършенства първичното зърно на сплавта. При 0,01-0,02% Zr механичните свойства на калаените бронзи значително се повишават (за BrOC10-2 θ b и δ се увеличават с 10-15%). При увеличаване на количеството на модификатора над 0,05% се запазва силно изчистване на макрозърната, но свойствата рязко спадат в резултат на загрубяването на микроструктурата. Този пример показва, че всяка сплав има свои собствени оптимални количества модификатори, които могат да имат благоприятен ефект върху свойствата и всяко отклонение от тях не дава желания положителен ефект.

Модифициращият ефект на титановите добавки върху обработени алуминиеви сплави като дуралуминий (D16) и други се проявява само при значителни скорости на втвърдяване. Например, при нормални скорости на втвърдяване за полунепрекъснато леене на блокове, модифициращите титан добавки пречистват отлятото зърно, но не променят вътрешната му структура (дебелината на дендритните оси) и в крайна сметка не влияят на механичните свойства. Но въпреки това се използва титанова добавка, тъй като финозърнестата отлята структура намалява склонността на сплавта да образува пукнатини по време на леене. Тези примери показват, че наименованието „модификация” не може да се разбира като общо повишаване на свойствата на материала. Модифицирането е специфична мярка за отстраняване на един или друг неблагоприятен фактор в зависимост от естеството на сплавта и условията на леене.

Нееднаквият характер на ефекта на малките добавки на модификатори върху структурата и свойствата на различни сплави и влиянието на много външни фактори върху процеса на модифициране до известна степен обясняват липсата на общоприето единно обяснение за действието на модификаторите в момента . Например съществуващите теории за модификация на силумините могат да бъдат разделени на две основни групи - модификаторът променя или нуклеацията, или развитието на силициевите кристали в евтектиката.

В теориите на първата група се приема, че силициевите ядра, освободени от стопилката по време на кристализацията, се деактивират поради адсорбцията на натрий върху тяхната повърхност или върху повърхността на първичните алуминиеви кристали. Теориите от втората група отчитат много ниската разтворимост на натрия в алуминий и силиций. Предполага се, че поради това натрият се натрупва в слоя течност, заобикалящ силициевите кристали, когато евтектиката се втвърдява, и по този начин възпрепятства растежа им поради преохлаждане. Установено е, че в модифицираната сплав евтектиката е преохладена с 14-33°. В този случай евтектичната точка се измества от 11,7% на 13-15% Si. Въпреки това, точката на топене на евтектиката при нагряване след кристализация в модифицираната и немодифицираната сплав е една и съща. Това предполага, че има истинско преохлаждане, а не просто понижаване на точката на топене от добавянето на модификатор. Всъщност фактите за смилането на евтектиката на силумина по време на студено леене и бързо охлаждане показват, че това може да бъде само следствие от нарастващо преохлаждане и повишена скорост на втвърдяване, при която дифузията на силиций на дълги разстояния е невъзможна. Благодарение на преохлаждането, кристализацията протича много бързо, от много центрове, поради което се образува дисперсна структура.

В някои случаи се смята, че натрият намалява повърхностната енергия и междинното напрежение на интерфейса алуминий-силиций.

Модификацията на лятите зърна (макро) е свързана с образуването в стопилката преди кристализация или в момента на кристализация на множество кристализационни центрове под формата на огнеупорни ядра, състоящи се от химични съединения на модификатора с компоненти на сплавта и имащи структурни параметри на решетката, подобни към структурата на модифицираната сплав.

Н. Е. Калинина, В. П. Белоярцева, О. А. Кавач

МОДИФИКАЦИЯ НА ЛЕЯНЕ НА АЛУМИНИЕВИ СПЛАВИ С ПРАХОВИ СЪСТАВИ

Представено е влиянието на дисперсните огнеупорни модификатори върху структурата и свойствата на лети алуминиеви сплави. Разработена е технология за модифициране на алуминиеви сплави от системата L!-81-Md с прахов модификатор от силициев карбид.

Въведение

Разработването на нови компоненти на ракетната и космическата технология поставя задачата за повишаване на структурната якост и устойчивост на корозия на лети алуминиеви сплави. Украинските ракети-носители използват силумини от системата алуминий-силиций, по-специално сплави AL2, AL4 и AL4S, чийто химичен състав е даден в таблица 1. Сплавите AL2 и AL4S се използват за отливане на критични части, които изграждат турбопомпения агрегат на ракетен двигател. Чуждестранните аналози на местните силумини са сплави 354, C355 от системата A!-B1-Si-Md, сплави 359 от системата A!-B1-Md и A357 от системата A!-B1-Md-Be, които се използват за отливане на корпуси за електронни блокове и системи за насочване на ракети.

Резултати от изследванията

Подобряването на механичните и леярските характеристики на алуминиевите сплави може да се постигне чрез въвеждане на модифициращи елементи. Модификаторите за лети алуминиеви сплави се разделят на две фундаментално различни групи. Първата група включва вещества, които създават високо дисперсна суспензия в стопилката под формата на интерметални съединения, които служат като субстрат за получените кристали. Втората група модификатори включва повърхностноактивни вещества, чийто ефект се свежда до адсорбция върху повърхностите на нарастващите кристали и по този начин инхибира растежа им.

Модификаторите от първи вид за алуминиеви сплави включват елементи I, 2g, B, Bb, които влизат в състава на изследваните сплави в количества до 1% от теглото. Провеждат се изследвания за използването на такива огнеупорни метали като BS, H11, Ta, V като модификатори от първия тип.Модификаторите от втория тип са натрий,

калий и техните соли, които се използват широко в промишлеността. Обещаващите направления включват използването на елементи като Kb, Bg, Te, Fe като модификатори от втори вид.

Нови насоки в модифицирането на лети алуминиеви сплави се преследват в областта на използването на прахови модификатори. Използването на такива модификатори улеснява технологичния процес, щади околната среда и води до по-равномерно разпределение на въведените частици по напречното сечение на отливката, което повишава якостните свойства и характеристиките на пластичност на сплавите.

Трябва да се отбележат резултатите от изследванията на G.G. Крушенко. Праховият модификатор борен карбид B4C е въведен в състава на сплавта AL2. В резултат на това е постигнато увеличение на пластичността от 2,9 до 10,5% с увеличаване на якостта от 220,7 до 225,6 MPa. В същото време средният размер на макрозърната намалява от 4,4 на 0,65 mm2.

Механичните свойства на хипоевтектичните силумини зависят главно от формата на евтектичния силиций и многокомпонентните евтектики, които имат формата на „китайски йероглифи“. Работата представя резултатите от модифицирането на сплави от системата A!-B1-Cu-Md-2n с частици от TiN титанови нитриди с размер под 0,5 микрона. Проучване на микроструктурата показа, че титановият нитрид се намира в алуминиевата матрица, по протежение на границите на зърната, близо до силициеви пластини и във фази, съдържащи желязо. Механизмът на влияние на диспергираните TiN частици върху образуването на структурата на хипоевтектични силумини по време на кристализация е, че по-голямата част от тях се изтласква от кристализационния фронт в течната фаза и участва в смилането на евтектични компоненти на сплавта. Изчисленията показаха, че при използване

Таблица 1 - Химичен състав

Клас на сплавта Масова част на елементите, %

A1 Si Mg Mn Cu Zn Sb Fe

AL2 Основа 10-13 0,1 0,5 0,6 0,3 - 1,0

AL4 8,0-10,5 0,17-0,35 0,2-0,5 0,3 0,3 - 1,0

AL4S 8.0-10.5 0.17-0.35 0.2-0.5 0.3 0.3 0.10-0.25 0.9

образуване на частици от титанов нитрид с размер 0,1-0,3 микрона и когато съдържанието им в метала е около 0,015 тегл.%. разпределението на частиците е 0.1 µm-3.

В публикацията се разглежда модифицирането на сплав АК7 с диспергирани огнеупорни частици от силициеви нитриди 813^, в резултат на което се постигат следните механични свойства: stB = 350-370 MPa; 8 = 3,2-3,4%; HB = 1180-1190 MPa. Когато частиците от титанов нитрид се въвеждат в сплавта AK7 в количество от 0,01-0,02% тегл. временната якост на опън се увеличава с 12,5-28%, относителното удължение се увеличава с 1,3-2,4 пъти в сравнение с немодифицираното състояние. След модифициране на сплавта AL4 с диспергирани частици от титанов нитрид, якостта на сплавта се увеличи от 171 на 213 MPa, а относителното удължение се увеличи от 3 на 6,1%.

Качеството на леярските състави и възможността за тяхното производство зависи от редица параметри, а именно: омокряемостта на дисперсната фаза от стопилката, естеството на диспергираните частици, температурата на дисперсната среда и режимите на смесване на метала. стопяват се при въвеждане на частици. Добрата омокряемост на дисперсната фаза се постига по-специално чрез въвеждане на повърхностноактивни метални добавки. В тази работа изследвахме ефекта на добавките от силиций, магнезий, антимон, цинк и мед върху асимилацията на частици от силициев карбид с фракция до 1 микрон от течен алуминий клас А7. Прахът BYU се въвежда в стопилката чрез механично смесване при температура на стопилка 760 ± 10 ° C. Количеството въведен алуминий е 0,5% от теглото на течния алуминий.

Антимонът донякъде влошава абсорбцията на приложените BYU частици. Елементите, които произвеждат сплави с евтектичен състав (B1, 2p, Cu) с алуминий, подобряват абсорбцията. Този ефект очевидно е свързан не толкова с повърхностното напрежение на стопилката, а с омокряемостта на SC частиците от стопилката.

Серия от експериментални стопилки на алуминиеви сплави AL2, AL4 и AL4S, в които са въведени прахови модификатори, е извършена в Държавно предприятие PA "Южен машиностроителен завод". Топенето се извършва в индукционна пещ SAN-0.5 с отливане в форми от неръждаема стомана. Микроструктурата на сплавта AL4S преди модификацията се състои от груби дендрити на α-твърдия разтвор на алуминий и евтектиката α(D!)+B1. Модификация със силициев карбид BS

направи възможно значително пречистване на дендритите на a-твърдия разтвор и увеличаване на дисперсията на евтектиката (фиг. 1 и фиг. 2).

Механичните свойства на сплавите AL2 и AL4S преди и след модификация са представени в табл. 2.

Ориз. 1. Микроструктура на сплав AL4S преди модификация, x150

Ориз. 2. Микроструктура на сплав AL4S след модификация B1S, x150

Таблица 2 - Механични свойства

Степен на сплав Метод на леене Вид термична обработка<зВ, МПа аТ, МПа 8 , % НВ

AL2 Chill T2 147 117 3.0 500

AL2, модифициран 8Yu Chill 157 123 3.5 520

AL4S Chill T6 235 180 3.0 700

AL4S, модифициран 8Yu Chill 247 194 3.4 720

В тази работа е изследван ефектът на температурата върху степента на асимилация на огнеупорни частици T1C и B1C. Установено е, че степента на усвояване на прахови частици от стопилката AL4S се променя рязко с температурата. Във всички случаи се наблюдава максимална абсорбция при температура, специфична за дадена сплав. По този начин максималната асимилация на Tiu частиците се постига при температурата на топене

700......720 °C, при 680 °C абсорбцията намалява. При

Когато температурата се повиши до 780......790 °C, абсорбцията на TI спада 3......5 пъти и продължава да намалява с по-нататъшно повишаване на температурата. Подобна зависимост на асимилацията от температурата на стопилката е получена за BU, който има максимум при 770 °C. Характерна особеност на всички зависимости е рязкото намаляване на абсорбцията при навлизане в двуфазната област на интервала на кристализация.

Чрез разбъркване се осигурява равномерно разпределение на диспергираните частици от силициев карбид в стопилката. С увеличаване на времето за смесване степента на абсорбция на диспергираните частици се влошава. Това показва, че частиците, първоначално асимилирани от стопилката, впоследствие са частично отстранени от стопилката. Предполага се, че това явление може да се обясни с действието на центробежни сили, които изтласкват чужди диспергирани частици, в този случай BS, към стените на тигела и след това ги извеждат на повърхността на стопилката. Следователно, по време на топенето, разбъркването не се извършва непрекъснато, а периодично се възобновява, преди да се изберат порции метал от пещта.

Механичните свойства на силумините се влияят значително от размера на частиците на въведения модификатор. Механичната якост на леярските сплави AL2, AL4 и AL4S нараства линейно с намаляването на размера на частиците на прахообразните модификатори.

В резултат на теоретичните и експерименталните

Експерименталните изследвания са разработили технологични режими за производство на висококачествени алуминиеви сплави, модифицирани с огнеупорни прахови частици.

Проучванията показват, че когато диспергирани частици от силициев карбид се въвеждат в алуминиеви сплави AL2, AL4, AL4S, структурата на силумините се модифицира, първичният и евтектичният силиций се раздробяват и приемат по-компактна форма, размерът на зърната на a-твърдия разтвор алуминий намалява, което води до увеличаване на якостните характеристики на модифицираните сплави с 5-7%.

Библиография

1. Fridlyander I.N. Металургия на алуминия и неговите сплави. - М.: Металургия, 1983. -522 с.

2. Крушенко Г.Г. Модифициране на алуминиево-силициеви сплави с прахообразни добавки // Материали на II Всесъюзна научна конференция "Модели на формиране на структурата на сплави от евтектичен тип." - Днепропетровск, 1982. - С. 137-138.

3. Михаленков К.В. Образуване на структурата на алуминий, съдържащ диспергирани частици от титанов нитрид // Процеси на леене. - 2001. -№1.- С. 40-47.

4. Чернега Д.Ф. Влиянието на диспергирани огнеупорни частици в стопилката върху кристализацията на алуминий и силумин // Леярно производство, 2002. - № 12. - С. 6-8.

Получено в редакцията на 06.05.2006 г.

Вливането на диспергиран огнеупорен модификатор1v в структурата на този power-east е дадено! Livarnyh aluminium1n1evih alloy1v. Технологичната модификация на алуминиевата сплав в системата Al-Si-Mg беше завършена с прахов модификатор от силициев карб1d.

Дадено е влиянието на фините огнеупорни модификатори върху структурата и свойствата на леярски алуминиеви сплави. Разработена е технологията за модифициране на алуминиеви сплави от системата Al-Si-Mg чрез прахов модификатор карбид на силиций.

В началния етап на развитие на алуминиевите сплави беше отбелязано, че малки примеси или специални титанови добавки (стотни или десети от процента) рязко усъвършенстват зърното на лятия алуминий. През 1914 г. K. Schirmeister публикува статия, в която показва благоприятния ефект на малки добавки от титан върху структурата на счупване на малки алуминиеви слитъци. Ефектът от рафинирането на зърното на лят алуминий чрез въвеждане на специални добавки се нарича модификация.

В по-нататъшна широко разпространена работа по модифициране на алуминиеви сплави беше установено, че в допълнение към титан, алуминиевото зърно се раздробява по време на кристализация чрез малки добавки на цинк, волфрам, молибден, бор, рений, тантал, хафний, ванадий, скандий, стронций и в много по-малка степен желязо, никел, хром, манган.

Поради голямото значение на повърхностните явления в процесите на модификация, изследователите са се опитали да определят критерии за повърхностна активност, които биха позволили избора на модификатори, необходими за дадена промяна в структурата.

Въз основа на експерименти на A.M. Королков изложи като критерий съотношението на атомните обеми на добавката U dи разтворител V стр. Ако U d > U r,тогава добавката е повърхностно активна. Въз основа на този критерий той получи данни за оценка на активността на определени добавки към алуминий в концентрации, вариращи от хилядни и стотни от процента до 10-20%. Доказано е, че литият, калцият, магнезият, калайът, оловото, антимонът и бисмутът са повърхностно активни спрямо алуминия. Легирането на алуминий с мед, хром, германий и сребро не доведе до забележима промяна в повърхностното напрежение.

В.Н. Елагин доказа, че усъвършенстването на алуминиевите зърна по време на кристализация е резултат от специално взаимодействие на преходните метали с алуминия.

В табл Таблица 1.3 показва резултатите, илюстриращи влиянието на най-мощните модификатори (титан, тантал, бор, цинк) при отливане на алуминий А99 в студена форма.

Таблица 1.3

Резултати от въздействието на най-мощните модификатори

Според V.I. Напалкова и С.В. Махов, структурата на чистия алуминий и неговите сплави зависи от много параметри, които могат да бъдат разделени на две групи. Първата група параметри се определя от физикохимичните свойства на огнеупорните модификаторни частици. Взети заедно, тези свойства се изразяват чрез химическа природа, структурни, размерни и адсорбционни фактори. Втората група трябва да включва температурно-времевия режим на топене и леене на сплави, концентрацията на модификатора, скоростта на охлаждане на слитъка и размера на частиците на интерметала и дов.

Според механизма на влияние върху кристализацията на стопилката всички модификатори се разделят на два класа: нуклеация и повърхностноактивно действие, като модификаторите от първи клас са най-важни за усъвършенстване на зърното.

Идеалният модификатор е частица, която отговаря на следните изисквания: трябва ефективно да смила зърното при минимална концентрация; в стопилката да е в термично стабилно и диспергирано състояние; имат минимална структурна разлика с решетката на модифициращата сплав; не губи своите модифициращи свойства по време на претопяване. Нито един от модификаторите, известни в момента, няма пълния набор от тези свойства.

Работата представя следния механизъм за модифициране на алуминий и неговите сплави. Когато в алуминиевата стопилка се въведе модифициращ елемент, възникват флуктуационни явления, водещи до образуването на предядро, образуването на което се дължи на наличието на суспендирани частици като алуминиев оксид, титанов карбид и други с размер на по-малко от 1-2 микрона. Флуктуационните явления възникват в резултат на термично преохлаждане на стопилката, чиято величина се определя от вида на модифициращия елемент. Колкото по-голяма е стойността на термично преохлаждане, толкова по-голям е броят на колебанията и толкова по-голям брой примеси, присъстващи в стопилката, се активират. Модифициращата способност на елементите се определя от взаимодействието на техните валентни електрони с валентните електрони на алуминия. Това взаимодействие се дължи на способността на валентните електрони на два атома да се колективизират, за да образуват електронен газ, определен от йонизационния потенциал.

Повечето автори отбелязват, че с добавянето на 0,10-0,15% Ti към алуминий с висока чистота и 0,07% Ti към алуминий с техническа чистота, отлят при температури от 690-710 ° C, се постига забележима модификация. Особено силно рафиниране на зърното се наблюдава при въвеждането на 0,20% Ti или повече.

Работата изследва ефекта на бора върху рафинирането на зърното, но главно добавянето на бор се използва за алуминий, използван в електрическата индустрия. R. Kissling и J. Wallas отбелязват, че при температура на стопилка 690-710 ° C най-ефективното добавяне е 0,04% B непосредствено преди леене.

В кованите сплави на системите Al-Mg и Al-Mn добавянето на 0,07% Ti осигурява получаването на финозърнеста структура в блокове, отлети по непрекъснат метод, и финозърнеста рекристализирана структура в листове.

М.В. Малцев и колегите му откриха най-голямото рафиниране на зърното в блокове от ковани алуминиеви сплави при концентрация на титан от 0,05-0,10%. Получената зависимост на изтъняването на алуминиевото зърно от концентрацията на титан се обяснява от тях с естеството на фазовата диаграма алуминий-титан. Анализът на тази зависимост показа, че на кривата "брой зърна - добавка" се появява характерна инфлексия, чиято позиция е свързана с образуването на кристали TiAl 3 при концентрация на титан над 0,15%. Най-силен ефект върху структурата на алуминия се наблюдава при концентрации на титан от 0,15-0,30%. Когато съдържанието на титан е по-малко от 0,15%, усъвършенстването на алуминиевото зърно е практически много малко. Това се дължи на неравномерното разпределение на добавките в макрообемите на течната сплав. При концентрация на титан над 0,30% се получава леко смилане, а при концентрация от 0,70% и повече алуминиевите зърна стават по-големи. В полуфабрикатите от модифицирани алуминиеви сплави, поради елиминирането на зонирането в структурата, механичните свойства се изглаждат и техните стойности се увеличават с 10-20% в сравнение с полуфабрикатите от модифицирани сплави. Както установи М.В. Малцев и неговите сътрудници, финозърнеста структура на алуминиева отливка се получава с въвеждането на 0,05-0,10% B. Най-силното усъвършенстване на алуминиевото зърно се наблюдава при добавяне на 0,20% B и с по-нататъшно увеличаване на концентрацията на бор, зърното отново загрубява.

Добавете бор в количество 0,05-0,10 % в сплав B95 значително намалява размера на зърното в блокове, докато якостта на опън на полуготовите продукти с добавяне на бор е с 15-20 MPa по-висока в сравнение с полуготовите продукти от модифицирани блокове. Въвеждането на бор в по-големи количества от посочените води до рязко намаляване на пластичността на полуфабрикатите от сплав B95.

Първите експерименти за рафиниране на зърното на алуминиеви сплави с комбинирани добавки на титан и бор са извършени от А. Кибула и неговите колеги от Британската асоциация за изследване на цветни метали. В тази работа, за да се постигне оптимален ефект на модификация, се препоръчват следните концентрации: 0,01-0,03% Ti и 0,003-0,010% B. Тъй като чистият алуминий не съдържа примеси, той е най-труден за модифициране. Компанията Cavecchi препоръчва добавяне на 0,0025-0,0075% Ti и 0,0005-0,0015% B към чист алуминий и 0,003-0,015% Ti и 0,0006-0,0003% B към ковани алуминиеви сплави.С увеличаването на размера на слитъка добавянето на сплав трябва да се увеличи. Сплавта трябва да се въвежда само в първичен алуминий и да се добавя към стопилката 15-20 минути преди началото на леенето.

Процесът на модификация се основава на A. Kibula и по-късно M.V. Малцев, когато изучава усъвършенстването на зърното в слитъци от алуминиева сплав с добавяне на титан и съвместно титан и бор, изложи теорията на нуклеацията. Както е установено, при кристализацията на сплави без титанови добавки се получава преохлаждане, чиято стойност достига 1-2 °C, докато при въвеждане на 0,002-0,100% Ti преохлаждане не се наблюдава. В този случай се получава финозърнеста структура върху напречното сечение на блока. Всичко това даде основание да се смята, че зърното е смачкано поради наличието на ядра, върху които започва кристализацията на стопилката. Такива частици могат да бъдат карбиди, бориди и алуминиди на преходни метали, имащи параметри на решетката, съответстващи на параметъра на решетката на твърдия разтвор на алуминий (4,04 A).

Според А. Кибула добавката, въведена като модификатор, трябва да отговаря на следните изисквания:

достатъчна стабилност в разтопен алуминий при високи температури без промяна на химическия състав;
точката на топене на добавката е по-висока от точката на топене на алуминия;
структурно и размерно съответствие между добавката и алуминиевите решетки;
образуване на достатъчно силни адсорбционни връзки с атоми на модифициращата стопилка.

Критерият за силата на тези връзки, очевидно, може да бъде повърхностното напрежение на границата стопилка-твърда частица. Колкото по-голямо е повърхностното напрежение, толкова по-зле частицата се намокря от течната фаза и толкова по-малко вероятно е да се използва частицата като кристализационен център. Работата върху голям брой системи показа, че каталитичната активност на субстрата по отношение на нуклеацията се определя не от стойността на съвпадението на решетката, а от химическата природа на субстрата.

Изследвайки промишлената сплав A1-5TMV, произведена от компанията "Kavekki", авторите на работата стигнаха до извода, че усъвършенстването на зърното на алуминиевите сплави е свързано с образуването на частици TiAl 3 поради структурното и размерно съответствие на тяхната решетка към решетката на алуминиевия твърд разтвор. Кристалите от титанов диборид и борен алуминид не участват в процеса на модификация, както показват резултатите от електронномикроскопския анализ. Добавянето на бор към алуминиево-титановата сплав насърчава образуването на алуминид при концентрации

Експериментите показват, че максималната степен на модификация се наблюдава при съотношение на концентрацията на титан към бор 5:1; с по-големи или по-малки съотношения ефектът на модификация намалява. Очевидно се получава модификация, когато преобладава титановият алуминид, въпреки че боридите също могат да бъдат ядра по време на втвърдяването на алуминия. Основната разлика между тези два типа ядра е, че втвърдяването на алуминий върху титанов алуминид става без преохлаждане, докато за боридите е необходимо известно преохлаждане.

Повечето изследователи твърдят, че ефектът на модификация се определя от съотношението на титан и бор. Така че в работата това се обяснява с факта, че въвеждането на основна сплав, съдържаща 2,2% Ti и 1% B в алуминиевата стопилка, осигурява същия ефект на модификация като добавянето на основна сплав, съдържаща 5% Ti и 1% B. Но в сплавта Al-2,2Ti-1B титановият алуминид присъства в малки количества или липсва и основната съставка е титанов диборид, който служи като ядро за втвърдяването на алуминия. В сплавта A1-5Ti-lB основният модификатор е титанов алуминид, чието ядро е титанов диборид. Той може да се натрупа по фронта на кристализация и да разтвори ограничено количество алуминий. Според D. Collins титановият алуминид и други интерметалиди, образувани в резултат на перитектичната реакция, са много ефективни модификатори и рафинират зърното дори при ниски скорости на охлаждане.

Както посочва J. Morisot, процесът на модификация е силно повлиян от скоростта на кристализация, наличието на легиращи компоненти, които разширяват диапазона на кристализация на сплавта и създават концентрационно преохлаждане, както и термично преохлаждане в стопилката в близост до границата.

Работата очертава следния механизъм за смилане на зърно. Преди фронта на кристализацията стопилката съдържа достатъчно количество първични частици от TiB 2, ZrB 2 и др. В сплавта Al-Ti-B основният модификатор е частицата TiB 2, чиято решетка е подобна по структура и размер спрямо алуминиевата решетка. Втвърдяването на алуминий върху частици от титанов диборид е възможно само при преохлаждане, равно на 4,8 °C. В близост до титановия борид се образува слой с повишена концентрация на титан поради дифузията му от борида. Образуването на слой с повишена концентрация на титан дава възможност да се обясни защо съотношението на титан към бор в основната сплав надвишава съответното стехиометрично съотношение в TiB 2 съединението. Размерният фактор между ядрото и основата на сплавта не е решаващ, поне за боридите.

Трябва да се отбележи, че експерименталните данни за преохлаждане на стопилката в присъствието на модифициращи добавки са противоречиви. Работата показва, че преохлаждането в алуминиеви сплави с 0,3-0,8% Ti е част от градуса. В този случай сплавите с титан, пресичащи перитектичната хоризонтала, се характеризират с по-голямо преохлаждане от екстраперитектичните.

Работата проведе изследване на ефекта на титанови добавки върху преохлаждането на алуминий в обем от 10 μm 3 при скорост на отделяне на топлина от 5-10 ° C / min. Добавянето на 0,025% Ti намалява преохлаждането на алуминия от 47 на 16 °C. Степента на преохлаждане също се влияе значително от обема на стопилката. Измерете директно температурата на преохладената стопилка и регулирайте скоростта на отделяне на топлина, за да получите възпроизводими резултати V.I. Данилов препоръчва в обеми от 0,25-0,50 cm 3.

Според японския изследовател А. Оно причината за смилането на първичните зърна е факторът, който определя появата на равноосни кристали. Използвайки примера на сплавта Al-Ti, е показано, че самото бързо охлаждане не води до образуване на равноосни кристали в зоната на бързо охлаждане. За да ги оформите, е необходимо да разбъркате стопилката. В този случай растежът на кристалите, отложени по стените на кристализатора по време на процеса на втвърдяване, се спира. Поради преохлаждането и промените в концентрацията на разтвора, растежът на кристалите върху стената на кристализатора е ограничен и в основата им действат напрежения на опън. В резултат на това кристалите се отделят от стените на кристализатора и се образува равноосна структура. А. Смята се, че при смилането на зърната основната роля се играе от ефекта на обгръщане на основите на кристалите, израснали по стените на кристализатора с модифициращи елементи; това се наблюдава и при въвеждане на модификатори. Титанът обгръща основите на кристалите, което ускорява отделянето им от стените на кристализатора и е примес за алуминия, който се улавя селективно от нарастващите кристали. В резултат на това се наблюдава сегрегация на титан в основите на кристалите, което кара кристалите да се обгръщат и да инхибират растежа си. Така, в изследванията, забавянето на растежа на кристалите се обяснява с отделянето на разтворените елементи по време на процеса на втвърдяване и смесването на стопилката по време на втвърдяването.

Има още един оригинален начин за контролиране на процеса на кристализация, особено на дебелостенни отливки, разработен подробно във връзка със стоманените отливки. В този случай рязкото охлаждане на стопилката в целия й обем се постига чрез въвеждане на метални прахове в металния поток по време на леене в матрица или друга форма. По време на втвърдяването на суспензията, поради рязкото охлаждане на стопилката в целия обем, се развиват високи скорости на растеж на кристали от много едновременно образувани центрове на кристализация. В този случай се наблюдава обемна кристализация на слитъка.

Напоследък суспензионното леене се използва за премахване на колонна структура, аксиална порьозност, сегрегация и горещи пукнатини в стоманени отливки. Той също така ще бъде тестван като средство за подобряване на структурата на отливки от алуминиева сплав. При избора на микрохладилници се препоръчва да се спазва принципът на кристалографско съответствие, т.е. материалът на микрохладилниците трябва да бъде идентичен или близък по своите кристалографски характеристики до обработваната сплав. За най-голям ефект е необходимо температурата на топене на микрохладилниците да е близка до температурата на топене на обработваната сплав.

Възможно е също така да се въведат в главата на слитъка твърди тела със същия състав като изливаната сплав, които, когато се стопят, отнемат част от топлината от течния кладенец на слитъка. E. Sheil постигна ефективно усъвършенстване на зърното на алуминиеви сплави чрез добавяне на тел или лента с определена дебелина към потока от излятата сплав. По това време в нашата страна V.I. Данилов подробно изучава механизма на рафиниране на зърното в слитъци от различни сплави чрез въвеждане на зародишен материал.

В.Е. През 1940 г. Ноймарк предлага да се използва семе, направено от същия метал като стопилката, за да се усъвършенства структурата на блока. Семената се въвеждат под формата на парчета или чипове в количество от 1-2% в леко прегрята стопилка, преди да се излеят във формата. Влиянието на зародиша върху структурата на слитъка зависи от температурата на прегряване на стопилката, от степента на смесване на зародиша в стопилката и от метода на леене. Чистите метали са по-трудни за рафиниране на зърна с помощта на семена, отколкото сплави. Важно обстоятелство е стойността на повърхностното напрежение на интерфейса кристал-топилка, следователно, колкото по-ниско е повърхностното напрежение, толкова по-ниска е работата по образуване на кристално ядро и толкова по-голяма е вероятността за получаване на финокристален слитък. Възможността за използване на зародиш за определени метали и сплави се определя от степента на дезактивиране на примесите при прегряване на стопилката. Колкото по-висока е температурата на деактивиране, толкова по-ефективен е ефектът на зародиша върху структурата на блока. За да се повиши температурата, се използва семе, съдържащо малко количество от елемент, който модифицира структурата на слитъка: семето е направено от алуминий с 0, 5% Ti. Използването на такова семе доведе до по-значително усъвършенстване на алуминиевата структура, отколкото при използване на титаниево семе.

Проучванията за усъвършенстване на структурата на сплав D16 с прът от същия състав показват, че с въвеждането на постоянно количество пълнежен материал ефектът от усъвършенстването на зърното намалява с повишаване на температурата в диапазона 670-720 ° C. При по-високи температури на леене има много слабо смилане. Увеличаването на количеството на добавения материал подобрява изтъняването на зърното до степен, в която температурата на леене намалява. Тези резултати са в пълно съответствие с тези, разработени от G.F. Идеите на Баландин за модифициращия и зародишния ефект на фрагменти от твърдата фаза в кристализираща сплав.

Изследванията, представени в трудовете, убедително показват наследственото влияние на структурата на зърната на слитъци от алуминиеви сплави върху структурата и свойствата на полуфабрикатите, произведени от тях. Тъй като изискванията за качество на продуктите, изработени от ковани алуминиеви сплави, са строги, е много важно правилно да се оцени осъществимостта на използването на определен метод на модификация и да се намерят начини за преодоляване на неговите отрицателни аспекти. Голямото разнообразие от ковани алуминиеви сплави и характеристиките на технологичния процес за производство на слитъци, както и широка гама от полуготови продукти от тези сплави изискват диференциран подход при избора на метод на модификация, като се вземат предвид ограниченията върху съдържанието на примеси, различната чувствителност на сплавите към образуването на колонна структура и утаяването на първично кристализиращи интерметални съединения. Често във фабричната практика е необходимо да се намерят начини за премахване на нехомогенната или груба равноосна структура на блоковете. Въпросът за оптималната концентрация и възможността за използване на един или друг модификатор при леене на блокове с различни размери не може да се счита за решен. Освен това учените търсят нови материали, които имат висока модифицираща способност и химичен състав, близък до модифицираната сплав. Такива материали могат да бъдат получени чрез комбинирани методи на леене и формоване на метал. По-специално, предложена е технология за производство на лигатурна лента, използвана при модифициране на алуминиеви блокове, за да се образува фино-зърнеста структура в тях. Тази технология се състои от използване на комбиниран процес на високоскоростна кристализация и гореща пластична деформация на получения детайл, което води до допълнително раздробяване на интерметалните частици, образувани по време на кристализацията. Освен това се създават условия за формиране на фино диференцирани подзърнести структури на основата на лигатурната лента (пръчка, лента), което представлява допълнителен модифициращ ефект.

Според известни данни, най-финото алуминиево зърно е 0,13-0,20 mm (съответно броят на зърната в площ от 1 cm 2 на сечение е 6000 и 2300) се постига при използване на най-добрия Al-Ti-B прът лигатура от компанията " Cavecchi." Значително предимство на микроструктурата на експерименталната основна сплав, направена от сплави от системата Al-Ti-B, в сравнение с основната сплав от Cavecchi, беше преобладаването на глобуларната морфология на TiAl 3 частици с по-малки размери и много повече равномерно разпределение на тези частици в целия обем на алуминиевата матрица. Отделните частици във формата на пластини, присъстващи в структурата, са фрагментирани на блокове, чийто размер не надвишава 10 микрона. Това предимство се потвърждава от анализа на фината структура на експерименталната лента от сплав (размерът на субзърната в напречното сечение варира от 0,17 до 0,33 μm, а размерът на частиците на титановите дибориди е 0,036-0,100 μm). Изследванията на фината структура на лентата от сплав показват, че комбинацията от високоскоростна кристализация на стопилката и непрекъсната деформация на втвърдената част на метала образува фина суб-зърнеста структура. Средният размер на напречното сечение на субзърната е ~0,25 µm.

По този начин алуминиевите блокове, модифицирани с основна сплав, получена по предложения метод, се характеризират с рязко усъвършенстване на структурата на зърното. Като материал за легираната лента могат да се използват сплави от системата Al-Ti-B или технически или високочист алуминий. В последните случаи, при модифициране на алуминиев блок, се осигурява усъвършенстване на зърното, като се елиминира замърсяването с примеси, включително интерметални съединения, които причиняват разкъсвания на тънка лента (фолио) по време на валцуване.

Използването на разработената технология, включително топене на основната сплав, прегряване, задържане при температура на прегряване и ускорена кристализация на повърхността на водно охлаждани кристализаторни ролки, които се използват като ролки за валцоване, направи възможно комбинирането на непрекъснато високо скоростна кристализация на лентата с нейната гореща пластична деформация в един процес. Резултатите от изследванията върху модифицирането на алуминий със сплавни материали, получени по предложената технология, са дадени в таблица. 1.4. Анализирайки ги, може да се отбележи, че използването на сплавни материали, получени чрез технологията на комбинирано леене и обработка под налягане, дава не по-малко модифициращ ефект от използването на добре познати сплави, например пръти от компанията Cavecchi. Въпреки това, използването на основна сплав Al-Ti-B не винаги води до решаване на производствените проблеми, тъй като наличието на интерметални включвания в модификатора често е придружено от тяхното задържане в готовия полуфабрикат, което намалява неговото качество .

Използването на дребнозърнести блокове ще намали количеството на загубите от дефекти (счупвания, пукнатини, нехомогенности по повърхността на фолиото) и ще подобри качеството на продукта. В тази връзка бяха направени и опити за получаване на лигатурна лента от технически чист алуминий от класове A5 и AVCh (Таблица 1.5).

Таблица 1.4

Промяна в размера на зърната и броя на зърната на 1 cm 2 в пробите за изпитване на Alkane след модификация с алуминий, в зависимост от количеството въведена лигатура от сплав Al-Ti-B

лигатура лигатура	Оригинален алуминий,	Количество титан, % тегл.	Среден размер на зърната в Alkan-тест проба, µm	Брой зърна на 1 cm 2, бр.	Степента на рафиниране на зърното след задържане на стопилката в продължение на 5 минути, пъти
			след задържане на стопилката за

Известен метод
Пръчка с диаметър 8 mm от Cavecchi (Al-3Ti-0.2B)
Предложен метод
Лигатура

Таблица 1.5

Влиянието на лентата от алуминиева сплав върху размера на зърното в алуминиев блок след модификация

Количество алуминиева лента, % тегл. (клас алуминий)	Оригинален слитък алуминий клас А7, микрона		Среден размер на зърната на модифициран алуминий, микрони	Брой зърна на 1 cm 2 в модифициран алуминий, бр.
Количество алуминиева лента, % тегл. (клас алуминий)	Оригинален слитък алуминий клас А7, микрона	1 минута след поставяне на лентата	7,5 минути след поставяне на лентата

Резултатите от изследването показват, че броят на зърната в модифицирания алуминий е сравним със същите показатели на основната сплав, направена от сплав Al-Ti-B. Това дава основание да се твърди, че с помощта на високоскоростни методи на кристализация и деформация е възможно да се получат нови модифициращи материали, включително от алуминий.

Използването на лента като модифициращ материал е технологично неизгодно, тъй като почти всички леярски инсталации са оборудвани с устройства за подаване на основна сплав под формата на прът, така че е спешно да се разработят методи за производство на модификатори, които биха имали технологично изгодна форма и размер, а също така няма да направи промени в химичния състав на блоковете сплав, подложени на модификация.

По този начин, за да се въведат в производствените технологии за производство на деформирани полуготови продукти с високо ниво на механични свойства, е необходимо да се произвеждат нови модифициращи материали, използвайки високоскоростна кристализация на алуминиева сплав във водно охлаждани ролки, комбинирана с гореща деформация на метал.

Категорията на евтектични и хипоевтектични алуминиево-силициеви сплави включва сплави със съдържание на силиций от 6% до 13%. Сред тези сплави най-често срещаните сплави са AK7, AK9ch, AK9M2, AK12M2 и др. Всички тези сплави се изливат в калъпи, пясъчни форми, под ниско и високо налягане. Параметрите, които определят метода и степента на модификация, се определят основно от следните фактори:

съдържание на силиций в сплавта;
форма и дебелина на стените на отливката;
тип отливка (и т.н.)
време на кристализация.

Може да се твърди, че за сплави, съдържащи нисък процент силиций, изискващи ниска температура на изливане и висока скорост на кристализация, е необходимо намаляване на количеството на модификатора. Обратно, при високо съдържание на силиций, високи температури на изливане с бавна кристализация, количеството на модификатора трябва да се увеличи. Има стотици модификатори (потоци) за това. За да намерим правилния и подходящ модификатор за определен тип отливка и отливка, трябва да изградим класификационна система, която отчита горните параметри.

Модифицирането, произведено от прахови флюси, съдържащи NaF в променливо количество от 20% до 70%, може да даде задоволителни резултати само ако потокът е интензивно смесен и сплавта има достатъчно висока температура (730-750ºС) за абсорбиране на Na от алуминиевата сплав . Поради тези причини, използването на флюсове на модификатори на прах напоследък е намаляло в полза на модификатори на таблетки. Модифициращите таблетки съдържат по-малко количество токсични вредни съединения, лесни са за употреба и имат висока степен на усвояване на модифициращите компоненти.

Не трябва да се пренебрегва фактът, че за постигане на добри резултати от модификацията е необходимо да се контролира съдържанието на елементи в сплавта, които противодействат на действието на натрия. Такива елементи са например антимон, бисмут, фосфор, калций.

Нека разгледаме влиянието на фосфора и калция. При нула или по-малко от 0,0005% фосфор, сплавта няма да бъде модифицирана с поток, освен ако металният натрий не се използва много внимателно. Ако съдържанието на фосфор в сплавта е да речем 0,003%, е необходимо да се увеличи значително дозата на модификатора, т.к. 0,003% фосфор неутрализира 69 ppm натрий.

Наличието на калций в обем от 0,001-0,002% е приемливо, ако не и идеално. Увеличаването на съдържанието на калций над 0,005% води до риск от отслабване на действието на натрия по време на модификацията, освен това сплавта се насища с газ и върху повърхността на отливките се появява жълто-сив филм. Нека припомним, че калцият, подобно на натрия, е модификатор, но неговото присъствие отслабва ефекта на натрия.

Следните важни фактори също трябва да се имат предвид:

при ниски температури абсорбцията на модифициращите елементи намалява (отрицателен параметър)
при ниски температури времето за кристализация на отливката се ускорява (положителен параметър)

И обратно. Влиянието на тези параметри налага намаляване или увеличаване на дозировката на флюса от препоръчителната. Поради тази причина е необходимо да се използват средства за наблюдение на степента на модификация, особено в началото на изливането, за да се оцени структурата на метала:

фрактура на пробата;
микрография;
спектрален анализ

Всяка леярна самостоятелно взема решения за материалите и технологиите, с които ще обработва сплавите. Технологията за използване на различни модификатори и флюси може да бъде получена от специализирани доставчици, но това не е целият проблем. Днес всички говорят за „качество“ и „контрол на качеството“, така че всичко изложено по-горе доказва, че процесът на модификация с неговите различни параметри и условия изисква „контрол на качеството от най-високо ниво“. Контролът на резултатите от модификацията беше предвидим за опитни леярски работници. Те знаят, а някои практикуват, да излеят проба и след това да изследват нейната структура при счупването. В много случаи този тип контрол може да се счита за достатъчен или поне за по-добър от никакъв контрол. С по-голяма точност степента на модификация може да се провери чрез изследване на гравиран участък, анализиран под микроскоп.

Единственият недостатък е дългото време за подготовка на пробите, което често надвишава времето на производствения цикъл в металургията. В продължение на много години спектралният анализ изглеждаше единственият надежден метод за наблюдение не само на основните компоненти и примеси на сплавта, но и на резултата от модификацията, осигурявайки пълен анализ на химическия състав, включително количеството модифициращи добавки, в рамките на няколко минути след вземане на пробата. Особено когато сплавта тип AK9ch, предназначена за производство на леене под налягане на средни и големи отливки, е добре модифицирана, ако натрият присъства в количество от 0,01%. Съжалявам, че го казвам, но това е само полуистина и нека видим защо. При топене на първична алуминиева сплав с ниско съдържание на калций и фосфор е достатъчно да добавите 0,033% натрий, за да постигнете добра модификация. Поради факта, че абсорбцията на натрий е около 30%, ще бъдем сигурни, че в сплавта има 0,01% натрий. Съвсем различни са нещата при използването на рециклиран алуминий. Неизбежно е този метал да съдържа нежелани примеси, нежелани, защото те ще реагират с натрий. Съединение, получено в резултат на реакция в стопилка, например между натрий и фосфор, се анализира от спектрометър не като съединение, а като отделни елементи. С други думи, спектрометърът не показва степента на модификация, а само броя на модифициращите елементи в сплавта. Следователно, когато се изчислява необходимия брой модифициращи елементи, е необходимо да се вземе предвид броят на отрицателните елементи, които предотвратяват модификацията. Например:

фосфорът реагира с натрий, за да образува Na3P, с 0,0031% свързване на фосфор 0,0069% натрий;
антимонът реагира с натрий, за да образува Na3Sb, докато 0,0122% антимон свързва 0,0069% натрий;
бисмутът реагира с натрий, за да образува Na3Bi, а 0,0209% бисмут ще свърже 0,0069% натрий.

Не забравяйте за хлора. 0,0035% хлор превръща 0,0023% натрий в NaCl, който се освобождава като шлака. Поради тази причина сплавта след модифициране с натрий не трябва да се дегазира с хлор или да се използват дегазиращи агенти, освобождаващи хлор.

Връщайки се към спектралния анализ като средство за наблюдение на модификацията на алуминиево-силициеви сплави, можем да кажем, че ако устройството е оборудвано с всички канали за четене на необходимите елементи, то може да направи възможно изчисляването на доста „точна“ дозировка на модификаторът. Под „точна“ имаме предвид доза, която отчита, че част от модифициращия елемент ще бъде неутрализиран от нежелани елементи.

Също така си струва да споменем още един метод за наблюдение на резултатите от модификацията. Говорим за "термичен анализ" - метод, който се основава на метод на физически контрол. Той не е предназначен да определя химичните елементи, а да идентифицира кривата на охлаждане и следователно да определи степента на извършената модификация. Такива устройства се инсталират директно в пещта за задържане и анализът може да се извърши по всяко време, като по този начин се гарантира динамиката на характеристиките на всяка отливка, особено на големите отливки.

В производствените практики АвтоЛитМаш разчита, заедно с,. За всички ваши въпроси, както и с цел обмяна на практически опит, моля свържете се с нас!