СПОСОБ МОДИФИЦИРОВАНИЯ МЕДНЫХ СПЛАВОВ
METHOD OF COPPER ALLOYS MODIFICATION

Изобретение относится к области литейного производства и, в частности, к способам получения сплавов для фасонных отливок.
Известен сплав на основе меди, содержащий, вес.%: кадмий - 30-40, графит - 10-15, медь - остальное [Авторское свидетельство №864819, кл. С22С 9/00. Сплав на основе меди]. Этот способ трудоемок и не дает высокого качества сплава в отношении структуры и механических свойств.
Наиболее близким по сущности является сплав на основе меди при содержании графита 1-2% [а.с. №1786167, кл. С22С 9/06]. Недостатком этого сплава являются низкие механические свойства.
Задача изобретения - улучшение структуры и механических свойств медных сплавов.
Поставленная задача решается тем, что в способе модифицирования медных сплавов, включающем приготовление модификатора из медного порошка и графитсодержащего материала, модификатор активируют в мельницах-активаторах при соотношении медного порошка и графитсодержащего материала 1:(1-2) и вводят в конце плавки в количестве 1-5 мас.% от массы медного сплава.
Введение модификатора в количестве менее 1 мас.% от массы медного сплава не приводит к измельчению структуры сплава и не дает модифицирующего эффекта.
Введение модификатора в количестве более 5 мас.% от массы сплава нецелесообразно с экономической точки зрения, т.к. дальнейшее увеличение модификатора не способствует дальнейшему уменьшению размера зерна сплава.
В качестве графитсодержащего материала можно использовать искусственные или природные различного кристаллохимического строения графиты в виде порошка, крупки или гранул.
При совместной механоактивации медного порошка и графитсодержащего материала в мельницах-активаторах повышается реакционная способность компонентов модификатора, которая способствует более полному усвоению вводимых в сплав лигатур меди и повышению модифицирующего действия графитсодержащего материала.
При использовании в модификаторе соотношения медного порошка : графитсодержащего материала менее 1:1 не приводит к повышению химической активности модификатора, в результате чего не происходит значительного улучшения качества медного сплава в отношении структуры и механических свойств.
При использовании в модификаторе соотношения медного порошка : графитсодержащего материала более 1:2 вызывает уменьшение удельной поверхности и активности модификатора, что объясняется агрегатированием частиц графитсодержащего материала, в результате чего не происходит механохимической реакции между медным порошком и графитсодержащим материалом. Кроме того, использование соотношения в модификаторе медный порошок : графитсодержащий материал более 1:2 не является целесообразным с экономической точки зрения, так как не происходит дальнейшего существенного измельчения структуры и увеличения механических свойств медных сплавов.
Обработка медных сплавов модификатором в конце плавки обеспечивает равномерное распределение графитсодержащего модификатора по всему объему металла, с одной стороны, с другой, затрудняет рост кристаллов вследствие возникновения глубокого переохлаждения (образуются новые центры кристаллизации).
Изобретение иллюстрируется следующим примером.
2
3
2
Пример 1. Медный порошок и порошок скрытокристаллического графита марки ГЛС-2 Курейского месторождения (ГОСТ 17022-81) активировали в планетарно-центробежной мельнице-активаторе до достижения общей поверхности 40500 см/см, при соотношении медь : графит = 1:0,5. Из полученного материала прессовали таблетки диаметром 15-20 мм и высотой 5-7 мм при удельном давлении 2600-3000 кгс/см, при температуре нагрева порошков 115°С.
Для модифицирования использовали сплав, содержащий, %: Sn 4,0-6,0; Zn 4,0-6,0; Pb 4,0-6,0; Sb 0,45-0,5; Fe 0,4. Для раскисления в сплав вводили фосфористую медь. Медный сплав выплавляли в высокочастотной плавильной установке и перегревали в печи до 1100-1200°С.
В конце плавки под зеркало расплава вводили модификатор в виде таблетки. После модифицирования сплав выдерживали в течение 0,5-1,5 мин, очищали от шлака и разливали при температуре 1200-1300°С в жидкостекольные формы.
После охлаждения и затвердевания расплава готовили образцы и изучали их макро- и микроструктуры, а также механические свойства.
Исследования показали, что размер зерна сплава составлял 4,00 мм, размер дендритной ячейки равен 190 мкм, твердость по НВ - 586, прочность - 155 МПа.
Данные других примеров приведены в табл.
Из представленных данных видно, что применение предложенного механоактивированного модификатора на основе медного порошка и графитсодержащего материала приводит к улучшению структуры медного сплава и его механических свойств.
Таблица
Пример
Модификатор
Характеристика сплава после модифицирования
средний размер частиц графита, мкм
удельная поверхность, см<sup>2</sup>/г
соотношение медь : графит в модификаторе, мас.%
размер зерна, мм
размер дендритной ячейки, мкм
тверд ость НВ, МПа
предел прочности σ<sub>В</sub>, МПа
0
-
-
-
4,28
190
580
150
1
18
0,2
1:0,5
4,00
190
586
155
2
18
0,2
1:2,0
1,28
85
738
216
3
18
0,2
1:2,5
1,27
85
740
217
4
18
0,2
0,8:2,0
4,01
195
583
147
5
18
0,2
1,5:2,0
3,98
183
578
161
6
(крупка)
1:2,0
3,00
170
654
168
7
(гранулы)
1:2,0
2,90
160
657
173
8
100 (ГЛ-1)
0,01
1:2,0
3,00
170
655
167
9
133 (ГЛ-1О)
0,02
1:2,0
2,93
160
660
169
10
183 (ГЛ-1Р)
0,18
1:2,0
2,50
150
659
183
11
2,2 (ГЛС-2А)
1,50
1:2,0
0,58
120
879
238
12
14 (ГЛ-1А)
0,20
1:2,0
0,65
70
880
240
прототип
-
-
-
3,5
185
585
155
Примечание. ГЛ-1О - графит литейный кристаллический марки ГЛ-1, окисленный по персульфатной технологии; ГЛ-1Р - графит литейный кристаллический марки ГЛ-1, окисленный по персульфатной технологии и расширенный в режиме термоудара, ГЛС-20 - графит литейный скрытокристаллический марки ГЛС-2, окисленный по персульфатной технологии; ГЛС-2Р - графит литейный скрытокристаллический марки ГЛС-2, окисленный по персульфатной технологии и расширенный в режиме термоудара