Способ модифицирования алюминиево-кремниевых сплавов

Изобретение относится к литейному производству, а именно к модифицированию алюминиево-кремниевых сплавов доэвтектического и эвтектического составов и может быть использовано в технологии приготовления алюминиево-кремниевых сплавов для получения фасонных отливок.

Наиболее близким по химическому составу (технической сущности) является состав для модифицирования и рафинирования железоуглеродистых и цветных сплавов, который включает материал, содержащий карбонаты кальция, бария и стронция, при этом он содержит компоненты в следующем соотношении, масс. %: СаО - 16,0-40,0, ВаО - 10,0-24,0, SrO - 2,5-11,5, CO₂ - 18,0-30,0, SiO₂-2,0-15,0. Дополнительно в состав можно вводить углеродсодержащий материал или металлический алюминий в количестве 2-35 мас. %, или титансодержащий материал в количестве 0,01-35 мас. %, или редкоземельные металлы в количестве 2-49,5 мас. % (см. напр. Патент РФ №2502808, МПК С22С 1/06, С21С 7/00, С21С 1/00, опубл. 27.12.2013 г.).

Так как данный состав разработан для обработки железоуглеродистых сплавов, то его основным недостатком при обработке алюминиево-кремниевых сплавов является низкая модифицирующая и рафинирующая способность. Он обладает низким модифицирующим воздействием на зерна α-твердого раствора. Поэтому алюминиево-кремниевые сплавы, обработанные данным составом, обладают низкими механическими свойствами, особенно пластичностью.

В основу изобретения поставлена задача разработки флюса для модифицирования алюминиево-кремниевых сплавов, чтобы обеспечить повышение механических свойств алюминиево-кремниевых сплавов путем одновременного измельчения зерен α-твердого раствора и эвтектики в процессе кристаллизации сплава и сохранения длительности модифицирующего эффекта.

Поставленная задача решается тем, что в флюсе для модифицирования алюминиево-кремниевых сплавов, содержащем углеродсодержащий материал, титансодержащий материал и карбонат бария, флюс содержит титансодержащий материал в виде соли фтортитаната калия и карбонат бария в следующих масс. % соотношениях компонентов:

50-57% K₂TiF₆;

27-35% BaCO₃.

Поскольку флюс содержит титансодержащий материал в виде соли фтортитаната калия и карбонат бария в следующих масс. % соотношениях компонентов:

50-57% K₂TiF₆;

27-35% BaCO₃,

обеспечивается повышение механических свойств алюминиево-кремниевых сплавов путем одновременного измельчения зерен α-твердого раствора и эвтектики в процессе кристаллизации сплава и сохранения длительности модифицирующего эффекта.

Флюс для модифицирования алюминиево-кремниевых сплавов получают следующим образом.

В муфельной печи марки СНОЛ в шамотно-графитовом тигле по стандартной технологии готовили алюминиево-кремниевый сплав АК12 (в соответствии с ГОСТ 1583-93 сплав содержит 11,3% Si; 0,3% Fe; Al - остальное; механические свойства сплава АК12 должны быть равны, не менее: временное сопротивление разрыву, σв - 147 МПа, относительное удлинение, δ - 4%). При температуре 760-770°C в расплав вводится флюс в количестве 2-3% от веса плавки. Флюс насыпается равномерным слоем на поверхность расплава. Он выдерживается в течение 2-3 минут и затем замешивается в расплав на глубину 10-20 см в течение 4-5 минут до образования на поверхности расплава рассыпчатого шлака. После этого образовавшийся шлак удаляется с поверхности расплава. Сплав выдерживается еще в течение 8-10 минут, его температура при этом доводится до температуры заливки, равной 710-730°C. С поверхности расплава снимается образовавшийся шлак и производится заливка стандартных образцов для механических испытаний литьем в землю.

В таблицах 1 и 2 приведены сравнительные характеристики флюса известного из прототипа и предложенного флюса.

Разработан универсальный, экологичный комплексный флюс, позволяющий длительное время сохранять модифицирующую активность в жидких алюминиевых сплавах. В результате комплексной обработки расплава повышаются механические свойства алюминиевых сплавов и качество отливок.

Применение комплексного флюса при обработке силуминов в процессе плавки по сравнению со стандартным флюсом для силуминов позволяет:

1) повысить механические свойства силуминов (пластичность - на 90-100%, прочность - на 10-15%);

2) увеличить длительность эффекта модифицирования сплавов в процессе литья без дополнительной обработки расплава с 30-40 минут до 5 часов;

3) снизить количество вредных выбросов в атмосферу.

При применении стандартного флюса, содержащего в своем составе хлористые соли щелочных металлов, происходит их активное испарение в атмосферу при температурах плавки. Предлагаемый флюс не содержит в своем составе хлористые соли, что резко уменьшает количество вредных выбросов в атмосферу и повышает экологичность технологического процесса модифицирования силуминов.

Механизм комплексного воздействия на структуру сплава основан на одновременно протекающих реакциях разложения солей, входящих в состав флюса и взаимодействия продуктов распада с карбидообразующими веществами.

Отличительной особенностью создаваемого продукта является его универсальность, экологичность, повышенный уровень свойств алюминиево-кремниевых сплавов, повышенная длительность действия эффекта модифицирования по сравнению с существующими стандартными, применяемыми в настоящее время в литейном производстве флюсами.