КОМПЛЕКСНЫЙ МОДИФИКАТОР ДЛЯ ЗАЭВТЕКТИЧЕСКИХ СИЛУМИНОВ
COMPLEX MODIFIER FOR HYPEREUTECTIC SILUMINS

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано для получения изделий литьем, в частности к модифицированию заэвтектических силуминов.
Известно использование фосфора и его соединений для модифицирования структуры заэвтектических силуминов. Однако применение фосфора связано с опасностью выброса жидкого металла и возможностью получения перемодифицированной структуры. Кроме того, для получения эффекта модифицирования необходимы большой перегрев и длительная выдержка после введения фосфора. В последнее время для модифицирования применяют фосфористую медь (8-10% фосфора). Фосфор образует с алюминием фосфид, частицы которого являются центрами кристаллизации первичного кремния и измельчают его выделения. Количество модификатора устанавливается исходя из того, что в сплаве содержание фосфора должно составлять 0,05-0,1%, так как при таком количестве фосфора создается наибольший эффект модифицирования.
/Современные способы модифицирования заэвтектических силуминов. Иванов Д.П. Сборник трудов молодых ученых Рыбинской государственной авиационной технологической академии. Рыбинск: Изд-во РГА-ТА. 2001, с.24-26. Рус./
Наиболее близким по сущности к заявленному является модификатор, используемый при способе обработки расплава заэвтектических силуминов смесью фосфористой меди, борной кислоты и оксидов железа и никеля в количестве 0,4-2,0%, 0,1-0,15%, 0,2-2,0% и 0,2-2,0% от массы расплава, который позволяет измельчать кристаллы первичного кремния (патент РФ №2102514, МПК С22С 32/00, опубликованный 20.01.1998). Однако уровень измельчения первичного кремния недостаточен, что ведет к незначительному изменению такого свойства, как линейное расширение при термических нагрузках
Задачей предлагаемого изобретения является создание комплексного модификатора для заэвтектических силуминов с целью измельчения структуры первичного кремния, для того чтобы уменьшить коэффициент линейного расширения деталей, работающих при термических нагрузках.
3
3
Поставленная задача достигается тем, что модификатор для обработки расплава заэвтектических силуминов, включающий в свой состав фосфористую медь, дополнительно содержит интерметаллид титана AlTi при следующем соотношении компонентов: фосфористая медь - 0,5-2,0%; интерметаллид титана AlTi - 0,5-2,0%; алюминий - остальное.
3
3
Использование фосфористой меди и интерметаллида AlTi позволяет получить в структуре отливок значительно более мелкие кристаллы первичного кремния, равномерно распределенные по сечению слитка. Это связано с тем, что интерметаллиды AlTi образуют дополнительные многочисленные центры кристаллизации, а присутствие фосфора их стабилизирует, в результате чего первичный кремний кристаллизуется в виде небольших компактных многогранников, равномерно распределенных по матрице сплава. Такое измельчение структуры заэвтектических силуминов приводит к снижению коэффициента линейного расширения деталей, работающих при высоких термических нагрузках, и повышению их прочностных характеристик.
С целью выбора оптимального состава модификатора был проведен ряд сравнительных испытаний, в которых были взяты различные составы модификаторов таблице.
3
Во время первого испытания определили влияние времени выдержки расплава на размер первичного кремния в заэвтектическом силумине марки АК18, обработав его модификатором, содержащим 0,5%CuP+0,5%AlTi. Средний размер первичного кремния в контрольном образце составлял 69 микрон. Через 5 минут после модифицирования снизился рост кристаллов кремния, средний размер зерна составил 41 микрон. Через 15 минут средний размер зерен снизился до 21 микрон. Впоследствии он достиг 16 мкм. Через 105 минут после модифицирования средний размер зерен увеличился до 20 микрон, и через 135 мин средний размер зерна достиг 36 мкм.
Аналогичные испытания были проведены с другими составами модификатора, представленными в таблице, и была выявлена зависимость, что с увеличением концентрации модификатора уменьшается коэффициент линейного расширения, особенно при высоких температурах. Эффект наступает сразу после модифицирования и длится продолжительное количество времени. Даже через 1,0-1,5 часа сохраняется пик модифицирования. Средний размер зерна достигает 11 микрон.
3
Таким образом, введение в расплав заэвтектического силумина модификатора, содержащего фосфористую медь и интерметаллид титана AlTi значительно уменьшает размер первичного кремния и уменьшают коэффициент линейного расширения, что особенно важно для деталей, работающих под высокими нагрузками при повышенных температурах.
3
3
Испытания комплексного модификатора показали, что при концентрации менее 0,5%CuP+0,5%AlTi эффект модифицирования кратковременный и малоэффективный. При введении комплексного модификатора более 2%CuP+2%AlTi не дает заметного измельчения включений первичного кремния в заэвтектическом силумине.
Состав модификатора, %мас.
Время выдержки, мин
Размер зерна первичного кремния, мкм
Коэффициент линейного расширения
Температура испытания, °C
α×10<sup>-6</sup>, 1/К
Контрольный образец АК18
69
20-200
18,0-18,5
0,5%CuP+0,5%Al<sub>3</sub>Ti
5
41
20-200
16,5-16,8
30
21
20-200
16,1-16,5
75
16
20-200
16,1-16,5
105
20
20-200
16,1-16,5
135
36
20-200
16,5-16,8
Контрольный образец АК18
64
20-200
18,0-18,5
l%CuP+l%Al<sub>3</sub>Ti
5
37
20-200
16,5-16,8
30
11
20-200
15,7-16,1
75
11
20-200
15,7-16,1
105
13
20-200
15,7-16,1
135
19
20-200
16,1-16,5
Контрольный образец АК18
70
20-200
18,0-18,5
l,5%CuP+l,5%Al<sub>3</sub>Ti
5
27
20-200
16,5-16,8
45
13
20-200
15,7-16,1
75
11
20-200
15,7-16,1
135
14
20-200
15,7-16,1
165
18
20-200
16,1-16,5
Контрольный образец АК18
65
20-200
18,0-18,5
2%CuP+2%Al<sub>3</sub>Ti
5
21
20-200
16,5-16,8
45
12
20-200
15,7-16,1
75
11
20-200
15,7-16,1
135
12
20-200
15,7-16,1
165
16
20-200
16,1-16,5