способ модифицирования жидких металлов и сплавов

Формула изобретения

Способ модифицирования жидких металлов и сплавов, включающий приготовление расплава и ввод в него дисперсного порошка оксида алюминия Al₂O₃ отличающийся тем, что в расплав подают порошок оксида алюминия с размером частиц 100 - 200 мкм в количестве 0,005 - 0,01% от массы расплава, плакированный смесью твердых углеводородов метанового ряда, преимущественно парафином, при этом порошок оксида алюминия после измельчения перед плакированием предварительно обрабатывают в плазмотроне при 1300 - 1400^oC.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано при производстве отливок с высокими механическими свойствами из различных металлов и сплавов.

Предложенный способ всесторонне проверен и подтвердил свою высокую эффективность при получении износостойких отливок из чугуна. Получены также предварительные положительные результаты его использования при получении отливок и из других железосодержащих сплавов, а также сплавов на основе легких и цветных металлов, что дает основание заявителям использовать в названии обобщенный признак "жидкий металл".

Известен принятый в качестве ближайшего аналога способ получения и износостойкого чугуна, включающий в себя модифицирование расплава ультрадисперсным порошком оксида алюминия Al₂O₃ в количестве (0,01-0,1)% от массы расплава. После извлечения отливок из литейных форм их подвергают термообработке в виде закалки или отжига с последующей закалкой. Модификатор имеет дисперсность не более 0,1 мкм (RU, 2080961, 10.06.97, B 22 D 27/20).

Модифицирование чугуна по этому способу сопряжено с повышенной трудоемкостью получения отливок, которые после модифицирования подвергаются дополнительной термообработке. Применение порошков модифицирующих добавок в ультрадисперсном состоянии также связано с повышенной трудоемкостью их получения.

Кроме того, требуется относительно большое количество модификатора - (0,01-0,1)% от массы расплава.

Предложенный способ предназначен для повышения износостойкости, ударостойкости, твердости и прочности отливок из различных металлов и сплавов при одновременном снижении трудоемкости их получения.

Технический результат достигается за счет того, что в способе модифицирования, включающем в себя приготовление расплава и ввод в него дисперсного порошка оксида алюминия Al₂O₃, этот порошок подают с размером частиц 100-200 мкм в количестве 0,0005-0,01% от массы расплава, плакированный смесью твердых углеводородов метанового ряда, преимущественно парафином, при этом порошок оксида алюминия после измельчения перед плакированием предварительно обрабатывают в плазмотроне при 1300-1400^oC.

Модифицирование жидкого металла (сплава) по данному способу производится следующим образом.

Первоначально готовится расплав требуемого состава. После готовности его заливают в ковш, в который добавляют модификатор. Согласно проведенным опытным плавкам наиболее эффективна подача модификатора после заполнения ковша на 15-20%. Используемый модификатор имеет вид дозированных таблеток из крупнодисперсного порошка оксида алюминия (размер частиц 100-200 мкм), плакированного, например, парафином. Порошок подают в количестве (0,0005-0,01)% от массы расплава. После измельчения (любым известным способом) его предварительно путем выдержки в туннельной печи при 1300-1400^oC переводят из -фазы в -фазу, характеризующуюся кристаллической решеткой вещества, после чего обрабатывают в плазмотроне плазменной струей с температурой 1300-1400^oC с последующим охлаждением до температуры наружного воздуха. При этом в образовавшихся агломератах и отдельных частицах оксида алюминия возникает множество трещин, дефектов и других источников концентрации напряжений. Обработанный в плазмотроне порошок смешивают с сухим пластификатором, нагревают смесь до 80^oC, а после ее расплавления и перемешивания заливают в литьевые формы для получения твердой массы в виде дозированных таблеток.

Наличие множества концентраторов напряжений в частицах и агломератах оксида алюминия приводит к тому, что при очередном теплошоке при взаимодействии с расплавленным металлом эти агломераты и частицы разрываются с образованием в расплаве множества микродисперсных частиц, которые при воздействии газовых выделений с барботажем от термического разложения пластификатора равномерно распределяются по всему объему металла. Это приводит к мелкокристаллической структуре металла отливок за счет образования большого числа центров кристаллизации.

Данный способ модифицирования не требует перегрева расплава и не накладывает каких-либо специфических требований на процесс разливки и остывания расплава в литьевых формах. Не требуются также и устройства для модифицирования, поскольку модификатор в виде таблеток вбрасывают непосредственно в ковш при заполнении его металлом.

Предложенное модифицирование жидких металлов (сплавов) приводит к резкому повышению износостойкости. Например, у помольных шаров из чугуна, модифицированного по данному способу, подтверждено снижение уноса массы шаров при их эксплуатации в 2-3 раза. Одновременно повышена ударостойкость, твердость чугуна (на 10-15%) и его прочность. Наряду с этим, по оценке заявителей, стоимость модифицирования по данному способу меньше, чем по другим известным способам, примерно в 2 раза.