коля / 24

УДК 669.714:669.716

КОМПЛЕКСНАЯ РАФИНИРУЮЩЕ-МОДИФИЦИРУЮЩАЯ ОБРАБОТКА АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ А.А.Митяев, к.т.н., доц.

Запорожский национальный технический университет

Введение. Известно, что модифицированием называется процесс воздействия на кристаллизацию и структуру сплава путем введения специальных добавок – модификаторов. П.А. Ребиндер все модифицирующие добавки по физико-химической природе их воздействия на процесс образования кристаллических зародышей разделил на модификаторы І и ІІ рода. Модификаторы І рода образуют в расплаве высокодисперсные твердые частички, которые формируют центры кристаллизации. Модификаторы ІІ рода – растворимые вещества, избирательно адсорбирующиеся на гранях кристаллического зародыша, изменяющие межфазное поверхностное натяжение и характер роста кристаллов

[1].

При производстве и литье алюминиевых сплавов широко применяется модифицирование. Модифицирующие добавки вводят в виде лигатуры в шихту или непосредственно в расплав. К числу модификаторов І рода алюминиевых сплавов следует отнести титан и ванадий, образующие тугоплавкие интерметаллиды TiAl3 и VAl6, а также ультрадисперсные частицы оксидов, карбидов, боридов и других неметаллических включений. Модификаторами ІІ рода являются поверхностно-активные вещества, положительно влияющие на структуру алюминиевых сплавов, большинство из которых являются элементами І группы (Li, Na, K, Rb, Cs), а также сера и фосфор. В тоже время, многочисленными проведенными исследованиями, показана высокая эффективность комплексных модификаторов. В связи с этим настоящая работа посвящена изучению комплексного модифицирования вторичных силуминов.

Результаты исследований и их обсуждение. Основным ограничительным фактором широкого использования вторичных сплавов является их более низкое качество в сравнении с первичными. С целью улучшения структуры, повышения механических и служебных свойств, снижения пористости, на основании лабораторных и опытнопромышленных исследований был предложен модификатор [2], содержащий элементы, выполняющие роль модификаторов І и ІІ рода. В состав модификатора вошли сера, карбонат натрия, ультрадисперсный карбид кремния и электролитический титан. Соотношение компонентов и описание влияния каждого их них на расплав подробно изложены в работах [2, 3, 4]. Эксперимент проводился на промышленных плавках вторичного сплава АК8М3. Суть эксперимента заключалась в следующем. Вторичный сплав, полученный в пламенной отражательной печи и обработанный универсальным рафинирующе-модифицирующим флюсом (45% NaCl, 15% KCl, 40% AlF3), дополнительно подвергался обработке возрастающими присадками таблетированного модификатора [2], ввод которого в расплав осуществлялся посредством колокольчика. Шаг варьирования количества модификатора составлял 0,025% от массы расплава. Химический состав сплава при этом оставался постоянным, а структура и свойства существенно изменялись (рис. 1 и рис. 2).

0,1

Рис. 1. Структура вторичного сплава АК8М3 (х200)

а

б

Рис. 2. Влияние модификатора на механические свойства (а) и параметр формы включений (б) вторичного сплава АК8М3: 1 – литое состояние, 2 – после термообработки Т5

Обработка расплава модификатором [2] сопровождалась активным барботажем жидкого металла, образованием на поверхности сухого легко удаляемого шлака. Длительность процесса обработки зависела от объемов жидкого металла и составляла 7-12 минут. В ходе обработки отмечено активное изменение структуры, которое сопровождалось уменьшением размера зерен α-твердого раствора кремния в алюминии и дроблением комплексных интерметаллидных фаз, снижением их среднего параметра формы, при одновременном повышении равномерности распределения (см. рис. 1). Установлены зависимости влияния на уровень механических свойств количества модификатора (см. рис. 2) и параметра формы интерметаллидных включений (отношение максимальной длины включений к ширине) (рис. 3).

а б Рис. 3. Влияние параметра формы включений на механические свойства вторичного сплава АК8М3: а – литое

состояние, б – после термообработки Т5.

Экспериментом установлено, что величина оптимальной присадки модификатора [2] для обработки вторичного силумина АК8М3, полученного по традиционной технологии, составляла 0,05...0,075% от массы жидкого металла.

Данная присадка обеспечила в литом и термообработанном по режиму Т5 (закалка+искусственное старение) металле повышение предела прочности на 17...38%, относительного удлинения на 57...80%, ударной вязкости на 20...51%, а твердости на 23...41%, за счет изменения формы и дисперсности интерметаллидных фаз, повышения плотности и снижения пористости с 3...2 до 1 балла по ГОСТ 1583-93. Повышение уровня механических свойств обеспечивало рафинирующе-модифицирующее действие компонентов, входящих в состав модификатора [2]. Измельчение зерна α-твердого раствора кремния в алюминии было достигнуто не только за счет наличия в модификаторе тугоплавких частиц ультрадисперсного карбида кремния, но и присутствия титана, который в расплаве образовывал тугоплавкие дисперсные частицы интерметаллида TiAl3, обеспечивая тем самым достаточно большое количество дополнительных центров кристаллизации.

Выводы

Обработка вторичных силуминов разработанным модификатором [2], позволила получать, из шихты состоящей на 100% из лома и отходов производства, сплавы с уровнем механических свойств, соответствующих первичным по ГОСТ 1583-93 (для АК8М3 в литом состоянии - В=150 МПа, =1,0%). Оптимальной присадкой модификатора [2] для сплава АК8М3, полученного с использованием данной технологии и шихты, следует считать 0,05% от массы жидкого расплава. Использование большего количества модификатора [2] не рационально с позиций материаловедения, экономики, а также экологии.

Использованные источники

1.Воздвиженский В.М., Грачев В.А., Спасский В.В. Литейные сплавы и технология их плавки в машиностроении – М.: Машиностроение, 1984. -432 с.

2.Патент 57584А Украина, МКИ С22С1/06. Модификатор для алюминиевых сплавов /И.П. Волчок, А.А. Митяев (Украина). – №2002108343; Заявл. 22.10.2002; Опубл. 16.06.2003. Бюл. № 6.

3.Волчок И.П., Митяев А.А. Повышение качества рециркулируемых алюминиевых сплавов // Вісник двигунобудування. – 2004. - №3. – С.103-107.

4.Belikov S., Volchok I., Mityayev O. The nanomodifier of aluminium alloys //Aims for future of engineering science. AFES 2006. – Davos Congress Centre, Switzerland, 2006. – P.191-193.