Ультрадисперсные модификаторы в литейных расплавах

Ультрадисперсные модификаторы (УДМ) представляют собой порошки субмикронного размера (менее 1 мкм) на основе тугоплавких соединений, в частности карбида и карбонитрида титана.

Ультрадисперсные модификаторыДействие таких модификаторов, главным образом, основано на том, что микрочастицы УДМ, являясь центрами кристаллизации металлического расплава, способствуют формированию микрокристаллической структуры сплава, тем самым повышая прочностные и пластические свойства конечного изделия.
В зависимости от типа металлов временное сопротивление разрыву у сплавов с добавкой УДМ может повышаться на 5…15%, пластичность в 1,5…3,0 раза. Измельчение структуры приводит к повышению механических свойств металла во время затвердевания и, как результат, к уменьшению склонности возникновения горячих трещин.

Можно различить два типа УДМ по их происхождению: эндогенные и экзогенные. Эндо-генные УДМ формируются вследствие термодинамических причин в результате химических реакций между компонентами расплава при его охлаждении (например, образование микрочастиц TiC при охлаждении и кристаллизации расплавов, содержащих неравновесные в этих условиях количества растворенных в жидком металле Ti и C). Экзогенные же УДМ вносятся в расплав искусственно (извне) в виде микропорошка. В случае химической стабильности экзо-УДМ его действие более эффективно, нежели эндогенного, поскольку экзо-УДМ к началу кристаллизации расплава уже присутствует в расплаве (как правило, эндогенные УДМ к этому времени еще не образуются, чаще их формирование начинается в твердой фазе), что в частности, может быть особенно полезным, если перегрев литейного расплава нежелателен или невозможен. Кроме этого, формирование эндо-УДМ возможно не во всех типах сплавов (вследствие химического состава сплавов), тогда как применение экзо-УДМ универсально для всех типов металлических расплавов.

Одним из ограничений применимости карбидных, нитридных и карбонитридных УДМ является высокая вероятность растворения их мелких порошков в металлическом расплаве с соответствующей потерей эффекта. Производимые ООО «Энергохимкомплект» УДМ на основе карбонитрида титана на стадии синтеза подвергаются поверхностной химической обработке, резко снижающей вероятность растворения порошка в расплавленном металле.

Эффективность УДМ была подтверждена при литье широкого спектра отливок из жаропрочных никелевых сплавов, средне и низкоуглеродистых сталей, серого и износостойкого чугуна, нержавеющих хромоникелевых сплавов, а также цветных сплавов на основе меди и алюминия.

Кроме повышения механических свойств отливок машиностроительного назначения эффективность УДМ также подтверждена в увеличении стойкости металлургических изложниц, а также в улучшении свойств стали, производимой по методу непрерывного литья заготовок (МНЛЗ).
Величина дозировки УДМ, в зависимости от типа литейных сплавов, варьирует от 0,025 до 0,05 мас.% от количества металла.

УДМ поставляются в виде таблеток или гранул. Методика ввода УДМ в металл определяется в каждом случае индивидуально.