Модифицирование металлических расплавов

Модифицированием принято называть достаточно сильное изменение структуры твердого металла, достигаемое путем введения специальных добавок или в результате специальных условий плавки и обработки расплава. Изменяя структуру сплава модифицированием, улучшают его технологическую пластичность и повышают механические свойства.

Модифицирование, как правило, означает измельчение структуры. При этом под словом структура понимаются самые разнообразные черты макро- и микростроения литого металла: размер макрокристаллов (зерен), размер дендритной ячейки, форма и размеры первичных кристаллов в до- и заэвтекгических сплавах, форма и размеры кристаллов фаз в эвтекгиках.

Специальные условия плавки, вызывающие модифицирование структуры твердого металла, сводятся к перегреву расплава до определенной температуры, выдержке в течение некоторого времени и ускоренному охлаждению до температуры разливки. На этом основана температурная обработка расплавов, предложенная А.Г. Спасским и Б.А. Фоминым в 1959 г. Они показали положительное воздействие подобной обработки на свойства ряда алюминиевых и медных сплавов. Пока не развиты общие теоретические представления о модифицировании путем перегрева расплава и быстрого охлаждения, хотя ясно, что здесь велика роль изменений структуры металлической жидкости, обусловленных температурой и временем. В последние десятилетия указанные способы обработки расплавов подвергаются широким исследованиям с попытками теоретических обоснований (Б.А. Баум и др.). Ранее в этом направлении выдвигались теория «обобщенного момента» (В.К. Семенченко), теория взаимодействия s-p-d-электронов (Г.В. Самсонов).

Движение расплава во время кристаллизации со скоростью более 2...3 м/с вызывает заметное измельчение макроструктуры. Наложение на кристаллизующийся расплав механических или ультразвуковых колебаний также приводит к измельчению макрозерна. Известны способы измельчения макрозерна литого металла в результате растворения в струе расплава твердого сплава того же состава. На этом явлении основана так называемая суспензионная заливка, предложенная А.А. Рыжиковым применительно к сталям.

Наряду с добавками-модификаторами, вызывающими измельчение структуры литого металла, обнаружены и используются добавки- демодификаторы, которые приводят к укрупнению структуры. Подобными демодификаторами являются, например, сера и углерод, вызывающие увеличение размеров столбчатых кристаллов в отливках из магнитных сплавов системы Fe-Ni-Co-Al-Cu-Ti, что положительно отражается на свойствах литых постоянных магнитов.

По М.В. Мальцеву случаи модифицирования с помощью добавок можно разделить на два типа. К первому типу относятся случаи, когда вводимый модификатор образует в расплаве тонкодисперсную и равномерно распределенную взвесь твердых частиц, способных играть роль центров кристаллизации. Считается, что частица, вещество которой обладает кристаллической структурой, близкой к структуре твердого металла, способна играть роль центра кристаллизации в жидком металле, если периоды кристаллической решетки этого вещества и металла различаются не более чем на 10...15 % (принцип П.Д. Данкова). К модификаторам этого типа относятся: фосфид алюминия AlP, частицы которого служат центрами кристаллизации для первичного кремния в заэвтекгических силуминах, частицы соединений А1зИ, AbSc, ТШг для кристаллов любого твердого раствора на основе алюминия.

Второй тип явлений модифицирования может быть объяснен затруднениями роста кристаллов, вызываемыми добавками. Эти добавки, будучи нерастворимыми в твердом металле, скапливаются в слое расплава, окружающем растущий кристалл, и гем самым мешают его росту. В результате возникает более глубокое переохлаждение с соответственно большим числом новых зародышей. Общим итогом является уменьшение среднего размера кристаллов (зерен). По- видимому, таков механизм действия натрия и стронция на эвтектику в системе Al-Si.

Следует отметить, что имеется значительное число случаев измельчения структуры сплавов, которые невозможно отнести ни к первому, ни ко второму типу по классификации М.В. Мальцева.

Модифицирование с помощью добавок, вводимых в расплав, выполняют обычными приемами. Необходимо знать температуры плавления и кипения добавки, ее плотность, возможное взаимодействие с газами, шлаками, флюсами и футеровкой. Особенно важно обеспечить равномерное распределение добавки во всем объеме расплава, что связано с определенными трудностями, так как количество модифицирующих добавок обычно не превышает ОД % от массы расплава. Поэтому, как правило, модифицирующие добавки вводят с помощью лигатур. Общей чертой всех способов модифицирования является их ограниченность действия во времени. При любом способе модифицирования эффект через некоторое время пропадает. Поэтому модифицирование проводят непосредственно перед разливкой, а иногда прямо в литейной форме, для чего в литниковой системе устраивается специальная камера, куда закладывается модификатор.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >