способ коррекции микроструктуры металлических литейных сплавов

Формула изобретения

Способ коррекции микроструктуры металлических литейных сплавов на основе алюминия путем воздействия на сплав торсионным полем, отличающийся тем, что воздействие торсионным полем осуществляют в процессе плавки и/или кристаллизации сплава с частотой излучения в диапазонах от средних до крайне высоких частот.

Описание изобретения к патенту

Изобретение касается создания сплавов с повышенными физико-механическими свойствами за счет коррекции микроструктуры металла в процессе плавки и кристаллизации.

Известны способы изменения микроструктуры сплавов, влияющие на повышение их физико-механических свойств, путем модифицирования в процессе плавки различными компонентами. В частности, известен способ модифицирования натрием и стронцием эвтектического алюминиевого сплава системы алюминий-кремний [1].

Однако применение в металлургическом производстве способов модифицирования сплавов другими элементами создает технологические, экономические и экологические проблемы.

Известен способ коррекции структуры характеристик материалов [2], заключающийся в воздействии на материал торсионным полем. На примерах воздействия указанным полем с частотой излучения 6 и 1000 Гц на расплавы меди и олова в процессе их кристаллизации показана возможность изменения микроструктуры металла и повышения его механических свойств. Так, микроструктура меди получена ультрадисперсной, аморфной, а твердость олова увеличена в 1,5 раза.

Недостатком известного способа коррекции является то обстоятельство, что при воздействии торсионным излучением в указанном выше диапазоне частот на жидкий металл происходит незначительная упорядоченность ядерных спинов атомов отдельных компонентов сплава, что слабо влияет на изменение микроструктуры сплава и повышение его физико-механических свойств.

Задача изобретения заключается в повышении физико-механических свойств металлических литейных сплавов, преимущественно сплавов на основе алюминия.

Поставленная задача решается за счет того, что на сплав в процессе его плавки и/или/ кристаллизации воздействуют торсионным полем с частотой излучения в диапазонах от средних до крайне высоких частот. Указанные диапазоны частот определены из теоретических предпосылок наибольшего влияния торсионного излучения на упорядоченность атомов компонентов сплава за счет воздействия собственных спиновых моментов ядер атомов с внешним торсионным полем и подтверждены экспериментально. Положительный результат воздействия на сплав торсионным полем как в процессе плавки и кристаллизации, так и только во время плавки или кристаллизации определен экспериментальным путем.

Проведенные исследования сплава на основе алюминия дополнительно показали, что после обработки сплава торсионным полем имеет место уменьшение электрического сопротивления металла.

Пример. Эвтектический сплав на основе алюминия с расчетным содержанием кремния в количестве 12 мас.% плавили в индукционной печи 800^oC с последующей разливкой металла в разогретую до 300^oC емкость /кокиль/. Масса плавки 2 кг. Из каждой плавки отливали два слитка диаметром 50 мм и высотой 115 мм. Всего отлили десять слитков, из которых один являлся контрольным и облучался торсионным полем с частотой 100 Гц, остальные слитки подвергались воздействию торсионным полем с частотами в заявляемых диапазонах. Воздействие торсионным полем производили с помощью широкополосных генераторов, аналогичных по конструктивному исполнению генератору, приведенному в источнике информации [2] . Время воздействия торсионным полем на сплав в процессе его плавки и/или/ кристаллизации зависит от химического состава сплава, массы жидкого металла или слитка, продолжительности кристаллизации и т.п. В данном конкретном примере время воздействия на сплав, находящийся в плавильном агрегате, составило 15 мин и в процессе кристаллизации - 10 мин.

Для определения физико-механических свойств сплава из каждого слитка вырезали стандартные образцы, которые испытывали на прочность, пластичность, ударную вязкость, электропроводимость и проводили исследования микроструктуры сплава. Параметры воздействия на сплав торсионным полем и результат испытаний приведены в таблице.

Анализ результатов проведенных испытаний показывает, что воздействие на сплав торсионным полем в заявляемых частотных диапазонах позволяет существенно повысить его физико-механические характеристики по сравнению с аналогичным воздействием на 20%, пластичность увеличена почти в 2 раза, сопротивление удару- в 1,3 раза, удельное электросопротивление уменьшилось на 11%. Достигнутое улучшение физико-механических свойств обусловлено за счет уменьшения кристаллов кремния в микроструктуре алюминиевого сплава почти в 10 раз.

Реализация изобретения открывает широкие возможности для получения литейных сплавов с повышенными физико-механическими свойствами без использования традиционных методов улучшения свойств сплавов путем металлургического модифицирования.