CC BY
10
УДК 669.714:669.782
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ МОДИФИЦИРУЮЩЕЙ ОБРАБОТКИ СИЛУМИНОВ
А.П. Ряховский, канд. техн. наук, И.А. Петров, В.С. Моисеев, докт. техн. наук (МАТИ-РГТУ им. К.Э. Циолковского,
e-mail:castingtlp@mati.ru)
Показано, что комплексная модифицирующая обработка эвтектических силуминов поверхностно-активными веществами и веществами, образующими дополнительные центры кристаллизации, позволяет эффективно воздействовать на улучшение структуры сплавов и повышение их механических свойств.
Ключевые слова: силумины, расплав, комплексная обработка, центры кристаллизации, структура, механические свойства.
An Improvement in Effectiveness of Modifying Treatment of Silumins. A.P. Ryakhovsky, I.A. Petrov, V.S. Moiseyev.
It is shown that complex modifying treatment of eutectic silumins via surface-active substances and substances, which forms extra crystallization centres, allows one to improve noticeably structure and mechanical properties of the alloys.
Key words: silumins, melt, complex treatment, crystallization centres, structure, mechanical properties.
Сплавы системы Al-Si широко применяют при производстве алюминиевого литья. Хорошие литейные свойства позволяют получать из них сложные тонкостенные отливки. Недостатком силуминов являются низкие механические свойства при литье в землю, что объясняется формированием грубых выделений фазы кремния в структуре сплава. Это характерно как для доэвтектических сплавов (АК7, АК9 и др.), в которых игольчатые выделения кремния формируются в эвтектике, так и для эвтектических силуминов (АК12, АК12М2), в структуре которых образуются грубые выделения эвтектического и первичного кремния.
Известно, что для измельчения и облагораживания кремниевой фазы применяют модифицирование силуминов поверхностно-активными добавками (натрием или стронцием), при введении которых в расплав происходит изменение формы и размеров кристаллизующейся кремниевой фазы [1]. Частицы кремния измельчаются и принимают округлую форму. В результате модифицирующей обработки повышаются механические свойства сплава, особенно его относительное удлинение.
В настоящей работе изучали возможность повышения эксплуатационных свойств силуминов за счет комплексной модифицирующей обработки расплава.
Сплав АК12 содержит 10-13 % Si. Его микроструктура состоит из эвтектики (a+Si) и, в зависимости от концентрации кремния, может содержать дендриты a-твердого раствора, а также кристаллы первичного кремния. Эвтектическая точка диаграммы состояния системы Al-Si по различным литературным источникам колеблется между 11,7 и 12,5 % Si. При модифицировании сплава АК12 натрием происходит не только изменение формы выделений частиц кремния, но и смещение эвтектической точки на диаграмме состояния Al-Si в сторону большей концентрации кремния [2]. Это связанно с увеличением степени переохлаждения при кристаллизации сплава (рис.1) и должно привести к увеличению количества дендритов a-твердого раствора в структуре сплава. Для модифицирования a-твердого раствора в алюминиевых сплавах широко применяют добавки титана, которые образуют с алюминием частицы TiAl3, являющиеся дополнительными центрами кристаллизации. Поэтому комплексная
700
о
га Q.
| 600
ф
с
Ф
500
г
10
Si, %
15
20
Рис. 1. Изменение положения пограничных линий на диаграмме состояния Al-Si при модифицировании
модифицирующая обработка, проводимая путем совместного введения поверхностно-активной добавки - натрия, и добавки, образующей дополнительные центры кристаллизации - титана, должна повысить эффективность модифицирования эвтектического сплава АК12.
В проведенных исследованиях изучали влияние добавок титана на механические свойства немодифици-рованного опытного сплава типа АК12 и сплава, модифицированного натрием. Расчетное содержание натрия в сплавах равнялось 0,05 и 0,1 %. Расчетное содержание титана в исследуемых сплавах было выбрано равным 0,1 и 0,2 %. Концентрация кремния в опытных сплавах составляла 14 %, что несколько превышает верхнюю границу содержания кремния в сплаве АК12 по ГОСТ 1583-93. Поэтому структура немодифицирован-ного сплава содержала эвтектику (a+Si) и небольшое количество кристаллов первичного кремния (рис. 2, а).
Для модифицирования сплава натрием использовали стандартный универсальный флюс состава: 62,5 % NaCl; 12,5 % KCl; 25 % NaF.
Для введения в сплав титана использовали
соль К2Т1Р6.
2 6
Плавку сплава проводили в муфельных электрических печах сопротивления. Масса одной плавки 1 кг. При температуре 740750 °С в расплав вводили модифицирующие добавки, и он выстаивался в течение 5 мин. Затем при температуре 720-730 °С проводили продувку аргоном. После продувки расплав выстаивался в течение 10 мин. Его температура доводилась до 700-710 °С и при этой температуре литьем в землю отливали гагаринские образцы.
После проведения механических испытаний были построены графики зависимости относительного удлинения и предела проч-
Рис. 2. Микроструктура опытного сплава типа АК12 (х100):
а - немодифицированный; б - 0,2 % Ti; в - 0,05 % Na+0,2 % Ti; г - 0,1 % Na; д - 0,1 % Na+0,2 % Ti
ности (рис. 3) опытного сплава типа АК12 от содержания № и Т.
Рис. 3. Зависимость относительного удлинения (а) и предела прочности (б) опытного сплава типа АК12 от содержания натрия и титана
Из рис. 3 видно, что введение добавок титана в немодифицированный сплав типа АК12 приводит к повышению его механических свойств. При этом предел прочности сплавов с добавками титана повысился незначительно - приблизительно на 40 МПа. Однако относительное удлинение выросло в 2,6 раза для сплава, содержащего 0,1 % И, и в 3,5 раза - для сплава с 0,2 % И. Сравнение микроструктуры этих сплавов показало, что длина частиц кремния в эвтектике (а+Б1) в опытном сплаве с добавками титана (рис. 2, б) значительно уменьшилась по сравнению с исходным опытным сплавом типа АК12. Следовательно, введение титана в сплав приводит к измельчению частиц эвтектического кремния. На частицы первичного кремния добавки титана практически не влияют.
Введение в сплав 0,05 % № приводит к резкому повышению относительного удлинения по сравнению с немодифицированным опытным сплавом. Совместное модифицирова-
ние опытного сплава 0,05 % № и добавками титана приводит к дополнительному повышению его механических свойств. Относительное удлинение повышается в среднем на 26 %. Однако в микроструктуре всех сплавов, модифицированных 0,05 % №, наблюдаются колонии эвтектики (а+Б1), содержащей как частицы модифицированного кремния, так и иглообразные частицы немодифицированного кремния (рис. 2, в). Структура опытного сплава содержит также дендриты а-твердого раствора.
Добавка в опытный сплав 0,1 % № приводит к образованию в структуре сплава эвтектики (а+Б1), содержащей частицы только модифицированного кремния. В этом случае при кристаллизации в структуре опытного сплава образуется также достаточное количество дендритов а-твердого раствора и остаются отдельные кристаллы первичного кремния (рис. 2, г). Механические свойства опытного сплава при увеличении содержания натрия до 0,1 % возрастают незначительно. Но совместное введение в сплав 0,1% № и добавок титана приводит к существенному повышению его механических свойств по сравнению со свойствами опытного сплава, модифицированного только 0,1 % №. Предел прочности сплава, модифицированного 0,1 % № и
0.2.% И, возрастает на 29 %, а относительное удлинение - на 60 %. Микроструктура опытного сплава типа АК12 характеризуется колониями модифицированной эвтектики (а+Б1), дендритами а-твердого раствора и мелкими единичными кристаллами первичного кремния компактной формы (рис. 2, д).
Заключение
На основе проведенных исследований можно сделать вывод, что комплексная модифицирующая обработка эвтектических силуминов поверхностно-активными веществами и веществами, образующими дополнительные центры кристаллизации, позволяет вместе с измельчением зеренной структуры значительно увеличить как пластичность, так и прочность сплавов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Белов Н.А., Савченко С.В., Хван А.В. Фазовый состав и структура силуминов. Справочн. изд. - М.: МИСиС, 2008. - 29 с.
2. Мальцев М.В. Металлография промышленных цветных металлов и сплавов. 2-е изд. - М.: Металлургия, 1970. С. 30.
