Модифицирование силуминов
Что такое модифицирование силуминов?
Под модифицированием силуминов подразумевают специальную обработку расплава, чтобы получить мелкозернистый эвтектический кремний в литой структуре. Такая структура эвтектического кремния повышает механические свойства отливки, в том числе, относительное удлинение, а также во многих случаях — литейные свойства алюминиевого расплава. Как правило, модифицирование силумина производят путем добавления малых количеств натрия или стронция.
Сущность модифицирования
Сущность модифицирования силуминов — влияние содержания натрия на возможные формы эвтектического кремния в силумине Al Si11 — представлена на рисунках 1-4.
Рисунок 1 — Пластинчатая структура эвтектического кремния [1].
Условия для формирования пластинчатого кремния возникают в литейных сплавах при полном отсутствии фосфора или модифицирующих добавок, например, натрия или стронция.
Рисунок 2 — Гранулярная структура эвтектического кремния [1]
Условия для формирования гранулярной структуры эвтектического кремния возникают при наличии фосфора, но без натрия или стронция. Кристаллы кремния существуют в виде грубых зерен или пластин.
а)
б)
Рисунок 3 — а) «Недомодифицированная» структура эвтектического кремния;
б) Модифицированная структура эвтектического кремния [1]
В «недомодифицированном» и в большей степени в модифицированном микроструктурном состоянии, например, с добавками натрия или стронция, гранулы значительно снижаются в размерах, получают скругленную форму и равномерно распределяются. Все это благоприятно сказывается на пластических свойствах материала, в частности, на величине относительного удлинения.
Рисунок 4 – «Перемодифицированная» структура [1]
В случае «перемодифицирования», например, чрезмерного содержания натрия, в структуре появляются веноподобные ленты с грубыми кристаллами кремния. Это означает ухудшение механических свойств силумина.
Модифицирование силуминов натрием
В силуминах с содержанием кремния более 7 % эвтектический кремний занимает большую часть площади металлографического образца. При содержании кремния от 7 до 13 % тип эвтектической структуры, например, зернистый или модифицированный, значительно влияет на механические свойства материала, в частности, на пластичность или на относительное удлинение. Поэтому, когда при испытании образца необходимо получить более высокое относительное удлинение, алюминиевые сплавы с содержанием кремния от 7 до 13 % подвергают модифицированию путем добавления приблизительно 0,0040-0,0100 % натрия (40-100 ррм).
Модифицирование силуминов стронцием
В силуминах с содержанием кремния около 11 %, особенно для литья при низком давлении, в качестве долговременного модификатора применяют стронций. Отличие стронция от натрия как модификатора в том, что он значительно меньше выгорает из расплава, чем натрий. Стронция добавляют в количестве 0,014-0,040 % (140-400 ррм). Модифицирование стронцием обычно проводят на стадии производства чушек из соответствующих сплавов, поэтому на литейном предприятии модифицирование уже не производят. При низких скоростях охлаждения отливок модифицирование стронцием значительно менее эффективно и поэтому оно не рекомендуется к применению, например, при литье в песчаные формы.
Особенности обработки модифицированных расплавов
Чтобы избежать выгорания стронция все обработки расплава, в том числе дегазацию, ведут без применения хлорсодержащих материалов, а с использованием, например, аргона или азота. Модификация стронцием не пропадает даже при переплаве возвратного металла, например, прибыльных частей отливок. При необходимости потери стронция восполняют добавками лигатуры, содержащей стронций, согласно инструкции поставщика исходных чушек из модифицированного сплава.
Повторное модифицирование силуминов
Поскольку натрий выгорает из расплава относительно быстро, последующее модифицирование силуминов натрием должно производиться на литейном предприятии через определенные интервалы. В расплавах, модифицированных натрием, во всех операциях над расплавом не должны применяться материалы, содержащие хлор. Хлор реагирует со стронцием и натрием, выводит их из расплава и, тем самым, препятствует его модифицированию.
Источники:
- Материалы компании Aleris International, 2014
- ASM Handbook, Volume 15: Casting (2008)
