Шунгит как модификатор для алюминиево-кремниевых сплавов

Шунгит как модификатор для алюминиево-кремниевых сплавов

Реферат

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при приготовлении литых доэвтектических, эвтектических и заэвтектических алюминиево-кремниевых сплавов (силуминов), применяемых для получения отливок с целью повышения их качества.

Известен способ модифицирования (патент RU №2439166, МПК C21C 1/00, C21C 21/02 д.п. 10.01.2012), модифицирование металлов выполняют ультрадисперсным порошком (УДП) в виде смеси, содержащей карбидоподобную фазу FeAlCn, оксид алюминия Al₂O₃ и гидрооксид алюминия Al(OH)₃ с размером частиц 10²-10³ нм, измельчают смесь в постоянном магнитном поле напряженностью 0,1-0,5Тс, преимущественно 0,2-0,3 Тс и вводят полученный порошок в расплав. Ультрадисперсный порошок, полученный из сплава в виде фаз Al₂O₃, Al₂C₄ и FeAlC_n, перед введением в расплав подвергают механическому воздействию и пропусканию через вальцы грохота с регулируемой щелью и индуктивную катушку, которая позволяла достичь напряженности магнитного поля ≈ 0,3 Тс, а затем смешивают со струей жидкого металла при заливке в форму.

Недостатками метода являются технологическая сложность получения модификатора, требующего наложения магнитного поля; возможность загрязнения сплава оксидными включениями. Модифицирующий эффект действует только на α-твердый раствор, не оказывая значительного воздействия на первичные кристаллы Si; область применения ограничена только доэвтектическими силуминами.

Известен модификатор для алюминиевых сплавов (патент UA 57584, МПК C22C 1/06, 2013), включающий, смесью порошком: при соотношении компонентов, мас. %: обеспечивается присутствием в модификаторе серы, карбоната натрия 20-40%, ультрадисперсного карбида кремния 12-20% и электролитического титана 3-8%, сера – остаток.

Недостатками метода является трудоемкость получения порошка, область применения ограничена только доэвтектическими силуминами.

Известен модификатор для алюминиевых сплавов (патент BY 18103, МПК C22C 1/05 д.п. 30.04.2014), включающий, смесью порошком: при соотношении компонентов, мас. %: карбид кремния 3-8%; фосфористая медь 3-6%; карбонат бария 3-5%; алюминий - остальное.

При этом размер частиц карбида кремния составляет 10-100 мкм, фосфористой меди - 0,1-1,0 мм, карбоната бария - 20-50 мкм, алюминия -0,2-1,0 мм.

Недостатками метода является трудоемкость получения порошка, область применения ограничена только заэвтектическими силуминами.

Технический результат выражается в повышении механических и эксплуатационных характеристик отливок, изготавливаемых из этих сплавов, за счет уменьшения размеров дендритов алюминия, α-твердого раствора, эвтектики и первичных кристаллов кремния.

Технический результат достигается тем, что природный минерал шунгит применяется в качестве модификатора при получении отливок из алюминиево-кремниевых сплавов.

Изобретение поясняется рисунками, где:

Фиг. 1 - Расплав необработанный - эталонный образец;

Фиг. 2 - расплав модифицированный шунгитом.

Отличительной особенностью применение шунгита в качестве модификатора является то, что шунгит вводится в расплав в свободном виде и служит комплексным модификатором, который модифицирует как α-твердого раствора, эвтектики и первичных кристаллов кремния.

Экспериментальные работы получения алюминиево-кремниевых сплавов показали, что при вводе шунгита в расплав наблюдается измельчение первичных кристаллов кремния, α-твердого раствора, эвтектики.

В качестве примера можно привести структуру заэвтектического алюминиево-кремниевого сплава АК18, при вводе шунгита в сплав наблюдается (фиг. 2) измельчение структурных составляющих (первичных кристаллов кремния, эвтектики и а-твердого раствора). Измельчение составило более чем в 2,5-3 раза, по сравнению с эталонным образцом (фиг. 1).

Применение шунгита в качестве модификатора при получении отливок из алюминиево-кремниевых сплавов приводит к изменению механизмов кристаллизации расплава, сопровождающиеся изменением поверхностного натяжения на поверхности границ зерен и химическими реакциями (образования химических связей с химическими элементами шунгита) сопровождается образованием новых центров кристаллизации. В результате наблюдается модифицирующий эффект как на чистом алюминии, так и на всех группах алюминиево-кремниевых сплавах (силуминах).

Применение природного минерала шунгит в качестве модификатора при получении отливок из алюминиево-кремниевых сплавов.