CC BY
2
Улучшение механических свойств литейных сплавов
модифицированием
Якимов Никита Николаевич
Сибирский Федеральный Университет Институт цветных металлов и материаловедения Кафедра металлургии цветных металлов Россия, г. Красноярск 2021
При производстве сплавов на основе алюминия применяются лигатурные добавки заметно улучшающие механические свойства отливки. В литейном производстве лигатуры занимают значительную долю в объеме шихтовых материалов — в зависимости от химического состава до 50% сплавов. Состав лигатур подбирают таким образом, чтобы обеспечить получение необходимого химического состава сплава по легирующему компоненту.
Существует следующая классификация лигатуры по назначению:
— Лигатуры для операции легирования (шихтовые). Основное назначение — растворение в расплаве алюминия легирующих элементов (например, Si, Mg, Mn, Си и др.).
— Лигатуры, применяемые для модифицирования. Основное назначение — модифицирование структуры сплава (зерна, эвтектики).
Модифицированием называется введение в расплав металла модификаторов, небольшое количество которых резко влияют на кристаллизацию. Различают два рода модификаторов (по Мальцеву М.В.):
— 1 род — модифицирование более тугоплавкими частицами, за счет чего образуются новые центры кристаллизации. К модификаторам зародышевого действия относятся: Л, TiB2, ТЮ, Zr, V и др.;
— 2 род — модифицирование поверхностно-активными элементами. Как правило, эти вещества концентрируются на поверхности растущих кристаллов, препятствуя подводу «строительного материала» и тормозят их рост. К таким модификаторам относят №, Ка, Sr, B и др.
На основе вышеперечисленных данных было проанализировано качество литейных сплавов одного из алюминиевых заводов Сибирского Федерального Округа. В качестве объекта изучения был проанализирован литейный сплав с ЭХХ.Х серии с добавлением Mn.
Для производства сплава 3ХХ.Х серии с добавлением Мп была использована лигатура А1^г (таблица 1).
Таблица 1 — Химический состав лигатур Al-Sr.
Марка лигатуры Стронций Кремний Железо Кальций/ Барий Фосфор Наименование документа
AlSr3,5 3,2-3,8 0,3 0,3 0,03 0,01 ГОСТР 53777-2010
AlSr5 4,5-5=5 0,3 0,3 0,05 0,01
AlSrlQ 9,0-11,0 0,3 0,3 0,1 0,01
AlSr2Q 16,0-22,0 0,3 0,3 0,1 0,01
Лигатура Al-Sr используется для модифицирования микроструктуры литейных алюминиевых сплавов с содержанием кремния 6-12%. Лигатура эффективно измельчает эвтектику Al-Si что
приводит к улучшению механических свойств сплава: увеличение прочности и пластичности.
Микроанализ сплава с недостаточным модифицированием показал наличие кристаллов эвтектического происхождения в виде игольчатых включений фазы размерами
от 40 до 160 мкм., которые снижают механические свойства (рисунок 1).
Рисунок 1 — Микроанализ сплава
Микроанализ после увеличения подачи модификатора показал уменьшение размера игольчатых включений (до 20 мкм). Рисунок 2.
Рисунок 2 — Микроанализ модифицированного сплава.
В результате эксперимента значительно увеличилась прочность и пластичность отливок, благодаря чему удалось избавиться от дефекта продукции в виде разрывов. Для видимого эффекта модифицирования стронцием были определены границы в количестве 0,018-0,025% для данного сплава.
