модификатор для обработки жидких металлов и сплавов

Формула изобретения

Модификатор для обработки жидких металлов и сплавов, содержащий дисперсный порошок активного вещества, плакированный смесью твердых углеводородов метанового ряда, преимущественно парафином, отличающийся тем, что в качестве активного вещества используют оксид алюминия, причем порошок оксида алюминия имеет размер частиц (100 - 200) мкм и предварительно до плакирования он переведен в -фазу и обработан в плазматроне плазменной струей при 1300 - 1400^oС.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии, в частности к ковшевому или внутриформенному модифицированию, и может быть использовано в литейном производстве при получении металлов и сплавов с высокими механическими свойствами.

Предложенный модификатор всесторонне проверен при получении чугуна с высоким сопротивлением истиранию. Проведены также исследования, подтверждающие возможность использования данного модификатора при обработке других сплавов на основе железа и легких и цветных металлов.

Известен модификатор, используемый в способе получения износостойких отливок из чугуна (RU, 2080961 A, 10.06.97, B 22 D 27/20). Этот модификатор представляет собой ультрадисперсный порошок оксида алюминия Al₂O₃ со средним размером частиц не более 0,1 мкм. Применение оксида алюминия существенно увеличивает твердость чугуна и его стойкость к истиранию, однако сопряжено с необходимостью доведения порошка до ультрадисперсного состояния. Кроме того, требуется дополнительное проведение последующей термообработки в виде закалки или отжига с последующей закалкой.

Известен также принятый в качестве ближайшего аналога модификатор для обработки чугуна, представляющий собой дисперсный порошок карбида алюминия, полученного плазмохимическим синтезом, плакированный твердыми углеводородами метанового ряда, преимущественно парафином (RU, 2069702 A, 27.11.96, C 21 C 1/00). Применение данного модификатора также сопряжено с необходимостью получения карбида кремния с размером частиц (0,1 - 1,0) мкм и подачи его в расплав в довольно значительных объемах - (0,01 - 0,1)% от массы обрабатываемого металла.

Для дальнейшего повышения механических свойств металла необходимо резко увеличить в расплаве число центров кристаллизации. Однако добиться этого за счет дальнейшего измельчения порошков-модификаторов практически невозможно из-за большой трудоемкости получения таких порошков и агломерирования ультрадисперсных фракций при вводе их в расплав даже в плакированном виде.

Предложенное изобретение предназначено для резкого повышения механических свойств отливок из различных металлов и сплавов, в том числе стойкости к истиранию, твердости и прочности, а также для снижения трудоемкости и стоимости модифицирования.

Технический результат достигается за счет того, что в модификаторе в виде дисперсного порошка активного вещества, плакированного смесью твердых углеводородов метанового ряда, преимущественно парафином, в качестве активного вещества используют оксид алюминия, причем порошок оксида алюминия имеет размер частиц (100 - 200) мкм и предварительно до плакирования переведен в -фазу и обработан в плазмотроне плазменной струей при температуре 1300 - 1400^oC.

Получают предложенный модификатор следующим образом. Оксид алюминия Al₂O₃ измельчают до состояния порошка с относительно крупным размером частиц: 100 - 200 микрон. Измельчение производят любым известным способом. После этого оксид алюминия переводят в -фазу, характеризующуюся кристаллической решеткой вещества. Это достигается, например, выдержкой порошка в тиглях в туннельной печи при температуре около 1450^oC (1400 - 1500^oC) в течение 6 часов. Порошок охлаждают и затем обрабатывают в плазмотроне плазменной струей с температурой (1300 - 1400)^oC, не допуская дальнейшего значительного измельчения частиц. После обработки порошок охлаждают до температуры наружного воздуха, загружают в литьевые машины, добавляют к нему сухой пластификатор (преимущественно парафин), нагревают смесь до температуры около 80^oC, расплавляют, перемешивают и разливают в литьевые формы, в результате чего готовый модификатор имеет вид дозированных таблеток, которые в таком виде вводят в расплав.

При обработке порошка оксида алюминия в плазмотроне его кристаллическая решетка приобретает множество трещин, дефектов и источников концентрации напряжений при сохранении в основном исходных размеров частиц (100 - 200) микрон. При последующем тепловом ударе при вводе модификатора в расплав частицы оксида алюминия или агломераты из таких частиц разрываются на множество ультрадисперсных микрочастиц, которые за счет воздействия газовых выделений при термическом разложении пластификатора и сопутствующего этому процессу барботажа равномерно распределяются по всему объему расплава, создавая в нем число центров кристаллизации, не достижимое при использовании других модификаторов. Это в свою очередь приводит к резкому улучшению качества отливок и повышению их механических свойств.

В результате опытных плавок чугуна, обработанного данным модификатором, заявителями на примере помольных шаров подтверждено повышение их стойкости к истиранию в 2-3 раза. Повышается также ударостойкость и прочность шаров.

Высокая эффективность модифицирования обеспечивается при малых расходах модификатора (0,005 - 0,01)% от массы расплава и простоте его ввода в расплав, не требующей специальных режимов, например перегрева металла, и каких-либо специальных устройств для модифицирования.