способ модифицирования медных сплавов

Формула изобретения

Способ модифицирования медных сплавов, включающий приготовление модификатора из медного порошка и графитсодержащего материала, отличающийся тем, что модификатор активируют в мельницах-активаторах при соотношении медного порошка и графитсодержащего материала 1:(1-2) и вводят в конце плавки в количестве 1-5 мас.% от массы медного сплава.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области литейного производства и, в частности, к способам получения сплавов для фасонных отливок.

Известен сплав на основе меди, содержащий, вес.%: кадмий - 30-40, графит - 10-15, медь - остальное [Авторское свидетельство № 864819, кл. С22С 9/00. Сплав на основе меди]. Этот способ трудоемок и не дает высокого качества сплава в отношении структуры и механических свойств.

Наиболее близким по сущности является сплав на основе меди при содержании графита 1-2% [а.с. № 1786167, кл. С22С 9/06]. Недостатком этого сплава являются низкие механические свойства.

Задача изобретения - улучшение структуры и механических свойств медных сплавов.

Поставленная задача решается тем, что в способе модифицирования медных сплавов, включающем приготовление модификатора из медного порошка и графитсодержащего материала, модификатор активируют в мельницах-активаторах при соотношении медного порошка и графитсодержащего материала 1:(1-2) и вводят в конце плавки в количестве 1-5 мас.% от массы медного сплава.

Введение модификатора в количестве менее 1 мас.% от массы медного сплава не приводит к измельчению структуры сплава и не дает модифицирующего эффекта.

Введение модификатора в количестве более 5 мас.% от массы сплава нецелесообразно с экономической точки зрения, т.к. дальнейшее увеличение модификатора не способствует дальнейшему уменьшению размера зерна сплава.

В качестве графитсодержащего материала можно использовать искусственные или природные различного кристаллохимического строения графиты в виде порошка, крупки или гранул.

При совместной механоактивации медного порошка и графитсодержащего материала в мельницах-активаторах повышается реакционная способность компонентов модификатора, которая способствует более полному усвоению вводимых в сплав лигатур меди и повышению модифицирующего действия графитсодержащего материала.

При использовании в модификаторе соотношения медного порошка : графитсодержащего материала менее 1:1 не приводит к повышению химической активности модификатора, в результате чего не происходит значительного улучшения качества медного сплава в отношении структуры и механических свойств.

При использовании в модификаторе соотношения медного порошка : графитсодержащего материала более 1:2 вызывает уменьшение удельной поверхности и активности модификатора, что объясняется агрегатированием частиц графитсодержащего материала, в результате чего не происходит механохимической реакции между медным порошком и графитсодержащим материалом. Кроме того, использование соотношения в модификаторе медный порошок : графитсодержащий материал более 1:2 не является целесообразным с экономической точки зрения, так как не происходит дальнейшего существенного измельчения структуры и увеличения механических свойств медных сплавов.

Обработка медных сплавов модификатором в конце плавки обеспечивает равномерное распределение графитсодержащего модификатора по всему объему металла, с одной стороны, с другой, затрудняет рост кристаллов вследствие возникновения глубокого переохлаждения (образуются новые центры кристаллизации).

Изобретение иллюстрируется следующим примером.

Пример 1. Медный порошок и порошок скрытокристаллического графита марки ГЛС-2 Курейского месторождения (ГОСТ 17022-81) активировали в планетарно-центробежной мельнице-активаторе до достижения общей поверхности 40500 см ²/см³, при соотношении медь : графит = 1:0,5. Из полученного материала прессовали таблетки диаметром 15-20 мм и высотой 5-7 мм при удельном давлении 2600-3000 кгс/см ², при температуре нагрева порошков 115°С.

Для модифицирования использовали сплав, содержащий, %: Sn 4,0-6,0; Zn 4,0-6,0; Pb 4,0-6,0; Sb 0,45-0,5; Fe 0,4. Для раскисления в сплав вводили фосфористую медь. Медный сплав выплавляли в высокочастотной плавильной установке и перегревали в печи до 1100-1200°С.

В конце плавки под зеркало расплава вводили модификатор в виде таблетки. После модифицирования сплав выдерживали в течение 0,5-1,5 мин, очищали от шлака и разливали при температуре 1200-1300°С в жидкостекольные формы.

После охлаждения и затвердевания расплава готовили образцы и изучали их макро- и микроструктуры, а также механические свойства.

Исследования показали, что размер зерна сплава составлял 4,00 мм, размер дендритной ячейки равен 190 мкм, твердость по НВ - 586, прочность - 155 МПа.

Данные других примеров приведены в табл.

Из представленных данных видно, что применение предложенного механоактивированного модификатора на основе медного порошка и графитсодержащего материала приводит к улучшению структуры медного сплава и его механических свойств.

Таблица
Пример	Модификатор	Характеристика сплава после модифицирования
средний размер частиц графита, мкм	удельная поверхность, см2/г	соотношение медь : графит в модификаторе, мас.%	размер зерна, мм	размер дендритной ячейки, мкм	тверд ость НВ, МПа	предел прочности В, МПа
0	-	-	-	4,28	190	580	150
1	18	0,2	1:0,5	4,00	190	586	155
2	18	0,2	1:2,0	1,28	85	738	216
3	18	0,2	1:2,5	1,27	85	740	217
4	18	0,2	0,8:2,0	4,01	195	583	147
5	18	0,2	1,5:2,0	3,98	183	578	161
6	(крупка)		1:2,0	3,00	170	654	168
7	(гранулы)		1:2,0	2,90	160	657	173
8	100 (ГЛ-1)	0,01	1:2,0	3,00	170	655	167
9	133 (ГЛ-1О)	0,02	1:2,0	2,93	160	660	169
10	183 (ГЛ-1Р)	0,18	1:2,0	2,50	150	659	183
11	2,2 (ГЛС-2А)	1,50	1:2,0	0,58	120	879	238
12	14 (ГЛ-1А)	0,20	1:2,0	0,65	70	880	240
прототип	-	-	-	3,5	185	585	155
Примечание. ГЛ-1О - графит литейный кристаллический марки ГЛ-1, окисленный по персульфатной технологии; ГЛ-1Р - графит литейный кристаллический марки ГЛ-1, окисленный по персульфатной технологии и расширенный в режиме термоудара, ГЛС-20 - графит литейный скрытокристаллический марки ГЛС-2, окисленный по персульфатной технологии; ГЛС-2Р - графит литейный скрытокристаллический марки ГЛС-2, окисленный по персульфатной технологии и расширенный в режиме термоудара