Инж. Чечушкин О.П., к.т.н. Луц А.Р.

ООО «Котроко», г. Самара, Россия

Самарский государственный технический университет, Россия

ПОЛУЧЕНИЕ МОДИФИЦИРУЮЩЕЙ ЛИГАТУРЫ AlTi3 МЕЛКОИГОЛЬЧАТОЙ МОРФОЛОГИИ МЕТОДОМ СОВМЕЩЕННОГО САМОРАСПРОСТРАНЯЮЩЕГОСЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО И ПЕЧНОГО СИНТЕЗА

Для повышения основных механических свойств большинства алюминиевых литейных сплавов, и в том числе наиболее востребованных – силуминов системы Al-Si - используется процесс их модифицирования в расплавленном состоянии, для осуществления которого предпочтительно использование мелкокристаллических лигатур (МКЛ).

В рамках представленного исследования разработан способ получения МКЛ AlTi3 посредством совмещения методов самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) и печного синтеза [1]. Для осуществления процесса применялось следующее оборудование: вакуумный сушильный шкаф (СВШ); индукционная тигельная печь (ИАТ-6); водоохлаждаемый кристаллизатор с чугунными изложницами вафельного типа.

Используемые материалы: алюминий чушковый А5 (ГОСТ 11069-74) для создания расплава; порошок титана мелкий марки ПТМ (ТУ 14-1-958-74) с размером частиц 80 мкм; порошок алюминия марки ПА-4 (ГОСТ 6058-73) с размером частиц 140 мкм; формируемая навеска из пластин (кусков) титана сплава ВТ5 (ГОСТ 19807-91) размером 80х80х0,5 мм; флюс - криолит технический искусственный Na₃AlF₆ (ГОСТ 10561-80).

Предлагаемый комбинированный способ осуществляется следующим образом. Предварительно осуществляют сушку металлических порошков титана и алюминия в течение 12 часов. Затем экзотермическую смесь металлических порошков титана и алюминия, взятую в стехиометрическом соотношении (3Al+Ti), подвергают механоактивации в течение 2 часов в шаровой мельнице, где происходит смешивание соприкасающихся частиц и их равномерное распределение в объёме смеси [2]. Одновременно готовят навески из титановых пластин сплава ВТ5. Упакованную в алюминиевую фольгу смесь порошков помещают между двумя навесками из титановых пластин и всю композицию одновременно вводят в расплав алюминия, находящегося в графитовом тигле. Соотношение количества стехиометрической смеси завёрнутых в фольгу металлических порошков и навески из титановых пластин комплектуют в пропорции 1/2 порошковой смеси : 1/2 титановой навески. Предварительно на поверхность алюминиевого расплава, разогретого до 900°С, наносится флюс - криолит технический искусственный, применение которого повышает активность СВС - реакции за счёт удаления оксидов Al₂O₃ и TiO₂ из зоны синтеза мелкоигольчатых частиц интерметаллидной фазы Al₃Ti [2,3]. Внутри расплава происходит самовоспламенение, послойное горение экзотермической смеси и синтез интерметаллидной фазы Al₃Ti [4]. Тепловой энергии смешанных в стехиометрическом соотношении металлических порошков, при прохождении реакции СВС, вполне достаточно для полного расплавления навески из титанового сплава ВТ5. Окончание прохождения процесса СВС определяется по постепенному затуханию искро- и газовыделения над поверхностью расплава. Далее синтезированные частицы интерметаллидной фазы Al₃Ti, при периодическом перемешивании расплава в течении 30 мин., диффундируют и равномерно распределяются по всему объёму матричного сплава [4]. Розлив расплава лигатуры осуществляется при температуре мерной ложкой в один приём, в водоохлаждаемый кристаллизатор. Масса пластин готового изделия 2,5 - 3,0 кг.

Принципиальная схема осуществления предлагаемого способа получения МКЛ AlTi3 представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Схема совмещенного метода СВ- и печного синтеза:

1- смешанные в весовом соотношении (3Al + Ti) металлические порошки;

2 - зона инициации реакции СВС; 3 - брикеты прессованной титановой стружки;

4 - фронтальное направление волны горения;

5 - флюс на зеркале расплава алюминия; 6 - тигель графитовый;

7 – направление диффузии усваиваемых алюминиевым расплавом частиц интерметаллидной фазы Al₃Ti;

8 - зона химического превращения - синтез интерметаллидной фазы Al₃Ti

В результате применения совмещённого СВ - и печного синтеза было получено готовое изделие - пластины модифицирующей мелкокристалической лигатуры AlTi3 с размером частиц интерметаллидной фазы Al₃Ti 6-8 мкм мелкоигольчатой морфологии, равномерно распределённых в объёме пластин лигатуры. В изломе лигатуры, выплавленной заявленным способом, получен структурно-однородный мелкозернистый излом серебристого цвета, практически полностью отсутствуют шлаковые и неметаллические включения, газовая пористость, ликвационные зоны.

Применение комбинированного метода позволяет исключить угар титана в процессе плавки. Эффект достигается исключением окисления титана при его погружении и одновременным смачиванием его жидким расплавленным алюминием [2]. Совмещённый способ СВ - и печного синтеза также позволяет управлять технологическими параметрами процесса синтеза - снижать температуру горения и исключать активное тепловыделение в зоне протекания СВС, что существенно смягчает условия протекания синтеза зародышеобразующих нуклеантов - интерметаллидов Al₃Ti в зоне реакции, не позволяя температуре взаимодействия подняться выше 1473 К, при превышении которой образуется нежелательная фаза AlTi [2]. Основным достоинством совмещённого СВ и печного способа получения лигатуры является простота технического оборудования, экономичность процесса с получением высококачественного изделия в промышленных масштабах. Методом совмещённого СВ и печного синтеза удалось повысить рентабельность производства с одновременным улучшением уровня безопасности литейщика.

Библиографический список

1.Никитин, В. И. Наследственность в литых сплавах /В.И. Никитин, К.В. Никитин/ М: Машиностроение – 1.- 2005.- 476 с.

2.Луц, А.Р. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез алюминиевых сплавов/ А.Р. Луц, А.Г. Макаренко / М: Машиностроение – 1.- 2008.- с. 175.

3. Амосов, А.П. Порошковая технология самораспрастраняющегося высокотемпературного синтеза материалов/ А.П. Амосов, И.П. Боровинская, А.Г. Межанов / М: Машиностроение – 1.- 2007. - 567 с.

4. Способ получения лигатур для производства алюминиевых сплавов: па. 2542191 Рос. Федерация: МПК С22С 35/00, С22С 1/03 / О.П. Чечушкин, Е.Б. Лазутова; заявитель и патентообладатель Чечушкин Олег Павлович. – 2013150654/02; заявл. 13.11.2013; опубл. 20.02.2015, Бюл. № 5.- 3 с.: ил.