Повышение свойств медных сплавов рафинирующе-модифицирующей обработкой расплава карбонатами щелочно-земельных металлов

Проанализированы основные задачи, связанные с обработкой расплава латуни. Приведено сравнение традиционных методов обработки с предложенным способом повышения качества сплава. Рассмотрены условия равновесия реакций разложения карбонатов при обработке расплава в открытом и закрытом ковшах. Сформулированы условия протекания реакции разложения карбонатов. Показана возможность одновременного флотационного воздействия образующегося газообразного продукта разложения карбонатов на процесс рафинирования расплава латуни от растворенных газов и неметаллических включений. Проведен анализ термодинамических условий ошлаковывания примесей путем введения карбонатов щелочных и щелочно-земельных металлов (ЩЗМ) посредством взаимодействия их оксидов с оксидами кремния и алюминия в расплаве. Исследована возможность повышения физико-механических свойств отливок из латуни за счет модифицирующего эффекта, обусловленного образованием оксидов кальция, стронция, бария и натрия в результате диссоциации их карбонатов. Описаны примененная технология обработки расплава латуни карбонатами ЩЗМ в разливочном ковше, а также методы исследования полученных результатов с точки зрения микроструктурного анализа и показателей механических испытаний. Установлено, что использование карбонатов при обработке расплава латуни способствует уменьшению среднего условного размера зерна, повышению его однородности и снижению вероятности формирования укрупненной α-фазы. Проведены исследования параметров структуры образцов при различных вариантах обработки расплавов карбонатами. Оценены механические свойства образцов латуни до и после обработки расплава различными комбинациями карбонатов ЩЗМ. Определены составы карбонатных смесей, оказывающих наиболее благоприятное комплексное воздействие на прочность латуни с одновременным увеличением показателей пластичности. Экспериментальным путем подобран оптимальный состав карбонатной смеси. Эффективность обработки подтверждена промышленными испытаниями. Отмечены простота и другие положительные особенности предложенной технологии рафинирующе-модифицирующей обработки расплава латуни смесями карбонатов щелочно-земельных металлов.

1. Harold K.T. Process for refining brass and aluminum scraps: Раt. 4612168 А (US). 1986.

2. Brady G.S., Clauser H.R., Vaccari J.A. Brass. In: Materials Handbook. 14-th ed. N.Y.: McGraw-Hill, 1997. Р. 179—187.

3. Hombostel Caleb. Brass. In: Construction Materials: Types, Uses, and Applications. N.Y.: John Wiley and Sons Inc., 1991. Р. 746—751.

4. Bydalek A.W. The Results of the brass refining process in the reducer conditions. Foundry Eng. A. 2014. Vol. 14. P. 21—24.

5. Задиранов А.Н., Ткалич А.М. Способ рафинирования меди и медных сплавов (варианты): Пат. 2307874 (РФ). 2007.

6. Шмаков Л.В., Черемискин В.И., Мочалов Н.А., Трубецкой К.Н., Денисов Г.А., Мочалов С.Н., Кузнецов А.А. Способ рафинирования меди и сплавов на медной основе: Пат. 2185455 (РФ). 2002.

7. Бадмажапова И.Б. Исследование процесса и разработка технологии рафинирования латуней с целью получения литых заготовок с регламентируемым содержанием примесей кремния, алюминия и свинца: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. М.: МИСиС, 2009.

8. Примеси в цветных металлах. Медь и ее сплавы. URL: https://markmet.ru/tehnologiya_metallov/primesiv-tsvetnykh-metallakh (дата обращения: 01.02.2019).

9. Чайкина Н.В., Чайкин В.А., Задруцкий С.П., Неменюк Б.М., Розум В.А. Рафинирующая смесь с модифицирующим эффектом на основе карбонатов. Заготовит. пр-ва в машиностроении. 2012. No. 1. С. 3—7.

10. Коровин В.А., Ульянов В.А., Токарникова О.В., Слузов П.А. Особенности использования рафинирующее-модифицирующего флюса при литье латуней. В сб.: Сб. тр. XI съезда литейщиков России. Екатеринбург: УПИ, 2013. С. 112—115.

11. Кондратьев В.А., Либенсон М., Ткачев М.М., Валов А.Н., Рязанов В.И. Способ модифицирования железосодержащих медных сплавов: Пат. 337194 (СССР). 1972.

12. Kroschwitz J.I., Howe-Grant M. (eds.). Copper alloys. In: Encyclopedia of chemical technology. 4-th ed. N.Y.: John Wiley and Sons, Inc., 1993. Р.179—195.

13. Kondracki M., Gawroński J., Szajnar J. TDA method application for structure evaluation of non-leaded fixture brasses. Archives of Foundry. 2006. Vol. 6 (19). Р. 149—156.

14. Rzadkosz S. Influence of the chemical compositions and casting parametrers for the structure and properties of magnesia-tin brass alloys. Archives of Foundry. 2001. Vol. 1(1). Р. 299—304.

15. Biernat S., Bydałek A.W. The estimation of quality refining covers. Foundry Eng. A. 2010. Vol. 10. Р. 181—188.

16. Davis J.R. Copper and copper alloys. In: Metals handbook desk edition. 2-nd ed. ASM International, 1998. Р. 506—558.

17. Bydałek A.W., Schlafka P., Najman K. The results of copper alloys refining processes in the reduction conditions. Foundry Eng. A. 2008. Vol. 8. Р. 219—223.

18. Kozana J., Rzadkosz S., Piękoś M. Influence of the selected alloy additions on limiting the phase γ-formation in Cu—Zn alloys. Foundry Eng. A. 2010. Vol. 10(1). Р. 221—225.

19. Zhao Z.F., Qi J. G., Dai Sh., Zhang D.J., Yang H.M., Wang J.Zh. Effects of different melt modification techniques on the structure and properties of silicon brass. Adv. Mater. Res. 2011. Vol. 299-300. Р. 390—394.

20. Shuai G.W., Li Y., Guo Z.H. Effects of grain refiner and cooling rate on solidification structure of H62 brass. Adv. Mater. Res. 2013. Vol. 785-786. Р. 67—71.

21. Коровин В.А., Леушин И.О., Курилина Т.Д. Модифицирующая смесь: Заявка No. 2019109453 (РФ). Вх. No. W19018148. Дата регистрации 01.04.2019.

22. Волков А.И., Жарский И.М. Большой химический справочник. Минск: Современная школа, 2005.

23. Курилина Т.Д., Коровин В.А., Леушин И.О. Определение термодинамической пригодности карбонатов для рафинирования В сб.: Тр. 12-й Междунар. науч.-практич. конф. «Литейное производство сегодня и завтра». СПб.: Культ-информ-пресс, 2018. С. 235—240.

24. Никольский Б.Н., Рабинович В.А. Справочник химика. В 7 т. М.: Книга по требованию, 2013.