Жаропрочность высококремниевых легированных сплавов. Для исследования были изготовлены высококремнневые сплавы типа KS280 с кобальтом условная марка АК21 , типа KS280 с хромом условная марка АЛ26 и другие сплавы.
Испытания проводились на отдельно отлитых в песчаные формы образцах диам. 10 мм с литейной коркой. Сплавы АК21 и АЛ26 имеют практически одинаковые механические свойства при комнатной температуре и длительную прочность при 300о С. Исследования показали, что комплексное легирование медью, никелем и марганцем или кобальтом значительно повышает жаропрочность сплавов типа силумин АЛ25 и АЛ26 . По жаропрочности сплав АЛ25 превосходит сплав АЛ10В, жаропрочность сплава АЛ26 еще выше. Повышенная жаропрочность сплава АЛ26 обеспечивается увеличением степени легирования твердого раствора элементами с низким коэффициентом диффузии, а также упрочнением границ зерен твердого раствора частицами вторых фаз которые до 300о С мало взаимодействуют с а-твердым раствором.
Кроме того, мелких частиц кремния, склонных к коагуляции, в сплаве АЛ26 меньше.
Сплавы АЛ25 и АЛ26 отличаются меньшим в два раза содержанием меди по сравнению со сплавом АЛ10В, поэтому они имеют небольшие величины коэффициента термического расширения, объемного изменения во время работы поршней и более высокие жаропрочность и литейные свойства. Следовательно, можно давать меньший зазор между поршнем из новых сплавов и цилиндром. Этот фактор играет важную роль в снижении расхода масла и горючего.
Были установлены верхние пределы примесей олова и свинца, что позволяет приготовлять сплавы АЛ25 и АЛ26 с применением большего количества вторичных металлов. К недостаткам сплава АЛ26 следует отнести грубокристаллическую структуру содержание большого количества крупных первичных кристаллов кремния, что снижает относительное удлинение до 0,2 . Повысить эту величину можно модифицированием. Существующие в настоящее время способы модифицирования заэвтектических особенно, содержащих более 20 Si силуминов весьма разнообразны. Модифицирование осуществляют фосфористой медью, красным фосфором, различными неорганическими соединениями фосфора, термитными смесями и т. д. За рубежом для модифицирования заэвтектических силуминов применяют сложные препараты, содержащие фтортитанат и фторцирконат калия и другие вещества.
Однако имеющиеся в настоящее время модификаторы не позволяют получить нужные структуру и механические свойства заэвтектических силуминов.
Общий недостаток всех известных модификаторов - это то, что при измельчении кристаллов первичного кремния огрубляется структура эвтектики a - Al3Si, вследствие чего относительное удлинение даже хорошо модифицированных сплавов, содержащих более 22 кремния, очень низкое не превышает 0,5 . С целью устранения этого недостатка И. Ф. Колобневым и В. А. Ро-тенбергом для заэвтектических силуминов предложены комбинированные модификаторы, содержащие фосфор и углерод в виде фосфорорганнческих соединений. Эксперименты по модифицированию заэвтектических силуминов трифениловым эфиром ортофосфорной кислоты трифенилфосфатом С10Н3О3 РО, хлорофосом С4Н8О4РС19 и другими фосфорорганическими соединениями показали, что введение фосфора и углерода в виде фосфорорганического соединения в расплав позволяет резко измельчить кристаллы первичного кремния и одновременно модифицировать эвтектику, тогда как существующие в настоящее время модификаторы измельчают первичный кремний, но при этом способствуют огрублению эвтектики. Исследованный сплав имел следующий химический состав 21,75 Si 2,93 Си 2,04 Ni 0,52 Мп 0,38 Сг 0,24 Ti 0,68 Mg-0,1 Zr 0,56 Fe. Предел прочности при растяжении и относительное удлинение заэвтектических силуминов, модифицированных фосфорорганическими соединениями в частности, хлорофосом и трифинилфосфатом, выше этих же характеристик сплавов, модифицированных другими способами, в среднем соответственно на 10-15 и на 40-50 . Интересно отметить, что относительное удлинение модифицированных фосфорорганическими соединениями сплавов достигало на целом ряде образцов 2,0-2,5 . Механизм модифицирования заэвтектических силуминов фосфор-органическими соединениями можно представить следующим образом.
Как было показано прямыми экспериментами по фильтрации расплавов, при введении в заэвтектические силумины фосфора образуется фосфид алюминия, параметры кристаллической решетки которого структурный тип сфалерита ZnS очень близки к параметрам кристаллической решетки кремния тот же структурный тип. Вследствие этого, согласно принципу структурного и размерного соответствия, мельчайшие частицы фосфида алюминия служат зародышами для кристаллов кремния.
Вместе с тем при введении углерода в расплаве, по-видимому, образуются частицы карбида кремния и карбидов других металлов TiC, ZrC и др которые являются готовой кристаллической подкладкой для кристаллизующегося из расплава первичного кремния.
Таким образом, измельчение кристаллов первичного кремния связано с увеличением числа центров кристаллизации.
Проведенные эксперименты показали более высокую эффективность комбинированных фосфорорганических модификаторов по сравнению с другими известными в настоящее время модификаторами, в том числе зарубежными препаратами Alphosit , Phoral и др. Помимо наиболее важного достоинства фосфорорганических модификаторов - одновременное измельчение и кристаллов первичного кремния и эвтектики, эти модификаторы имеют еще следующие достоинства.
Операция модифицирования не связана с изменением состава сплава и не требует высокого перегрева расплава.
Введение в расплав правильно подобранных фосфорорганических соединений не сопровождается пироэффектами и выбросами металла, часто происходит при модифицировании заэвтектических силуминов термитными смесями. 2.4.