автореферат диссертации по металлургии, 05.16.04, диссертация на тему:Исследование и разработка составов сплавов системы медь-никель-цинк для получения художественных отливок по выплавляемым моделям

На правах рукописи

Неверов Павел Алексеевич

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА СОСТАВОВ СПЛАВОВ СИСТЕМЫ МЕДЬ-НИКЕЛЬ-ЦИНК ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ХУДОЖЕСТВЕННЫХ ОТЛИВОК ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ

Специальность 05.06.04 "Литейное производство чёрных и цветных металлов"

I

»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата

технических наук

Москва - 2006

Л

Диссертационная работа выполнена на кафедре Технологии Литейных Процессов Московского Государственного Института Стали и Сплавов (Технологического Университета).

Научный руководитель - кандидат технических наук профессор Герасимов Сергей Павлович

Официальные оппоненты:

- доктор технических наук профессор Чурсин Виктор Макарович

- кандидат технических наук Филиппов Сергей Фёдорович

Ведущая организация - ЗАО СМУ ПЭМЗ (г. Подольск)

Защита диссертации состоится 22 июня 2006 года в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.132.02 при Московском Государственном Институте Стали и Сплавов (Технологическом Университете) по адресу: 119049, г. Москва, Ленинский проспект, д.6, ауд. А-305, тел. (495) 230-45-57, 230-44-36, факс (495) 230-46-87

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского Государственного Института Стали и Сплавов (Технологического Университета).

Автореферат разослан 19 мая 2006 года. Ученый секретарь

диссертационного совета Д.212.132.02

доктор технических наук профессор

Сёмин А.Е.

Ла&ёА

(?У ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Сплавы системы медь-никель-цинк (Си-М-Еп) или, иначе, "нейзильберы" нашли широкое применение в художественном литье благодаря схожести по цвету и блеску с серебром, хорошим механическим свойствам и высокой коррозионной стойкости. Их используют для изготовления всевозможных мелких и средних художественных изделий: архитектурных отливок, предметов кабинетной скульптуры, светильников, часов, медалей, значков, сувениров и ювелирных украшений.

В литературе предлагается множество сплавов системы Си-N1-211, пригодных для получения художественных отливок, однако, до сих пор отсутствует единая чёткая зависимость между составом сплава этой системы, его цветом и литейными свойствами. Особенности технологии плавки и литья, а также характерные литейные дефекты этих сплавов изучены недостаточно подробно.

Согласно предварительным экспериментам выяснилось, что нейзильберы склонны к образованию горячих трещин при кристаллизации, что было обнаружено при изготовлении художественных отливок точным литьем по выплавляемым моделям (ЛВМ). Кристаллизационное происхождение трещин подтверждает их зернистая и окисленная поверхность в изломе отливок.

Несмотря на то, что горячеломкость при литье цветных сплавов исследована достаточно глубоко и для многих сплавов известны зависимости показателя горячеломкости от состава, однако таких данных для сплавов системы Си-№-2п в литературе не найдено. До сих пор остаётся открытым вопрос об универсальной методике исследования сплавов на склонность к образованию трещин.

Цель работы.

Усовершенствовать технологию плавки и литья сплавов системы Си-№-7п для повышения качества отливок и снижения брака по горячим трещинам; определить составы сплавов этой системы, пригодные для изготовления художественных отливок по выплавляемым моделям.

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА С.-Петербург ОЭ 20()6акт

Научная новизна.

Предложена новая проба для оценки горячеломкости сплавов и сконструирована форма для ее получения. Испытания сплавов системы Си-1Чь2п показали высокую чувствительность предложенной пробы к изменению состава и технологических факторов, а также стабильность получаемых результатов.

Впервые на основании графических построений на диаграмме состояния системы Си-№-7п определены зоны составов сплавов, имеющих одинаковый показатель горячеломкости, что подтверждено экспериментальными результатами.

Выявлена и обоснована связь между горячеломкостью сплавов системы Си-№-7п и их темпом кристаллизации. Обнаружено, что температурная зависимость темпа кристаллизации оказывает более значимое влияние на горячеломкость сплава, чем ширина его интервала кристаллизации.

Установлено, что макроструктура сплавов системы Си-№-2п необратимо огрубляется с увеличением перегрева и выдержки расплава. Данное явление обусловлено процессом "цинкового" кипения, при котором интенсифицируется удаление всевозможных примесей - подложек для кристаллизации сплава.

Обнаружено, что использование окисленной шихты при плавке нейзильбера в графитовом тигле приводит к образованию в расплаве окиси углерода, которая становится причиной появления в отливках газовой пористости.

Практическая значимость.

Результаты работы позволяют как по диаграмме состояния, так и по разработанной пробе определять горячеломкость сплавов типа "нейзильбер" с содержанием никеля от 5 до 40 % по массе и цинка от 5 до 35% по массе.

Даны практические рекомендации по ведению плавки (порядок введения легирующих компонентов, температура заливки, температура подогрева формы) сплавов, которые позволяют улучшить качество выплавленного металла и снизить брак по горячим трещинам.

При приготовлении сплавов системы Си-№-7п для раскисления меди и никеля возможно эффективное использование фос-

фора, так как установлено, что при плавке нейзильбера МНЦ-15-20 остаточное содержание фосфора до 0,015% по массе не повышает показатель горячеломкости.

Установлено, что для получения значительного сходства по цвету и блеску с серебром, сплавы должны содержать в сумме никеля и цинка не менее 30 % по массе, причем содержание цинка в сплаве должно превышать содержание никеля в 1,2-И ,4 раза.

Апробация работы.

Материалы диссертации докладывались на: II Международной научно-практической конференции "Прогрессивные литейные технологии" (г. Москва, 2002) - III Международной научно-практической конференции "Прогрессивные литейные технологии" (г. Москва, 2005)

Публикации.

Основные результаты диссертации изложены в 8 печатных работах.

Структура и объём работы.

Диссертация изложена на 163 страницах машинописного текста, содержит 52 рисунка, 20 таблиц и состоит из введения, трёх глав, выводов, списка использованных источников из 88 наименований и 4 приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе проанализировано состояние исследуемого вопроса.

Красивый серебристый цвет, высокая коррозионная стойкость и хорошие механические свойства обусловили широкое применение сплавов системы си-тч^п, или, иначе "нейзильберов", в художественном литье. Однако для литых художественных изделий очень важно отсутствие поверхностных дефектов, обусловленных литейными свойствами этих сплавов.

Как показал производственный опыт, основным литейным пороком этих сплавов является образование горячих трещин. Из

литературного обзора видно, что горячеломкость сплава зависит от содержания легирующих компонентов и легкоплавких примесей, прочностных свойств в интервале кристаллизации, а также от способа литья, конструкции формы, режима плавки и условий заливки.

Зависимости горячеломкости цветных сплавов от состава изучены достаточно хорошо, однако подобные данные для сплавов системы Си-М^п в литературе не встречаются. До сих пор не предложена проба и методика для исследования горячеломкости сплавов этой системы.

Недостаточно глубоко исследованы и освещены в литературе особенности технологии плавки сплавов типа "нейзильбер", температурный режим ЛВМ при изготовлении художественных отливок, характерные литейные дефекты, влияние легкоплавких примесей на горячеломкость сплава. На основании этого можно сформулировать следующие задачи исследования:

1. Изучить влияние температуры заливки расплава и температуры подогрева формы перед заливкой на формирование макроструктуры сплавов системы Си-"№-7п и заполняемость оболочковой формы при ЛВМ;

2. Исследовать влияние технологических факторов (температура заливки, температура подогрева формы, толщина сечения образца, время выдержки расплава в печи перед заливкой) на горячеломкость сплавов системы Си-№-2п;

3. Изучить особенности кристаллизации сплавов системы Си-№-7п в условиях ЛВМ и влияние состава этих сплавов на их склонность к горячим трещинам;

4. Исследовать влияние примесей на горячеломкость сплавов системы Си->И-2п;

5. Разработать составы сплавов, наиболее подходящие для художественного литья по цвету и литейным свойствам, и установить режим литья, при котором горячеломкость будет минимальной.

Во второй главе изложены методики проведения экспериментов. Объектами исследования были сплавы системы Си-№-7п,

приготовленные из меди марки М1, никеля марки Н1 и латуни марки JI63.

Сплавы готовили в индукционной печи ИСТ-0,06 в 30-ти марковом графитошамотном тигле на воздухе и в печи сопротивления ТВВ-4 в графитовых тиглях вместимостью 0,5 и 1,0 марки при постоянном обдуве поверхности расплава аргоном. Сначала расплавляли медь и никель, затем раскисляли фосфористой медь МФ9 в количестве 0,3% от массы шихты, после чего при 1200°С вводили латунь JI63. Температуру контролировали термопарой ХА. Легкоплавкие примеси вводили в расплав лигатурами медь-1% по массе примеси. Химический состав сплавов определяли методом спектрального анализа.

Для исследования влияния температуры заливки на размер зерна отбирали пробы при последовательном нагреве и охлаждении расплава в печи. Размер зерна определяли стандартным методом секущих.

Для оценки заполняемое™ формы от температуры её подогрева и температуры заливки металла, использовали спиральную и прутковую формы, изготовленные по традиционной технологии

лвм.

Для оценки горячеломкости сплавов разработали пробу, основанную на затруднённой усадке сплава. Форма для получения пробы (рис.1) состояла из нижней плиты 7 и верхней формообразующей плиты 2, обеспечивающей перемещение шести вставок 1, позволяющих менять толщину каждого из трёх рабочих сечений формы от 0 до 15 мм. При каждой заливке металла в форму получали образец с тремя разными по толщине сечениями. Используя индикатор часового типа 5, можно было определять линейную усадку сплава. Подготовку формы для получения образцов производили следующим образом. С помощью подвижных вставок 1 выставляли необходимые толщины сечений образцов (рис.1, вид А-А). Форму подогревали, устанавливали под углом 15° к горизонту в продольном направлении и накрывали сверху листовым асбестом. Заливку осуществляли сверху в открытую часть со стороны наибольшего сечения. Для снижения скорости охлаждения сплава форму утепляли пеношамотом и асбестом (см. поз.4, 10 на рис.1).

1 - подвижная вставка, 2 - верхняя формообразующая плита, 3 - участок образца, 4 - керамическая теплоизолирующая накладка, 5 - индикатор часового типа, 6 - центрирующий штифт, 7 - нижняя плита - основание, 8 - болт, скрепляющий верхнюю и нижнюю плиты, 9 - винт, фиксирующий подвижную вставку, 10-асбестовый лист.

Рис. 1. Форма для отливки пробы на горячеломкость.

Утепляя форму, изменяя толщины сечений образца, температуру перегрева и заливки металла, время выдержки и т.д., добивались появления горячих трещин в рабочих сечениях образца. В каждом их этих сечений образовывалось по одной горячей трещине. После извлечения из формы образца замеряли глубину трещин и рассчитывали их площадь. Расчет суммарного показателя горяче-ломкости сплава (ПГсум) производили по формуле:

ПГсум = (ПГ1*В1+ПГ2*В2+ПГз*Вз)/(В,+В2+Вз), где (1)

ПГсум, ПГЬ ПГ2, ПГз - показатели горяч ел омкости: суммарный, 1, 2, 3 участков образца, соответственно, %; Вь В2, Вз - толщины сечений 1, 2, 3 участков образца, соответственно.

Показатель горячеломкости 1-3 участков образца (ПГ,) определяли по формуле:

ПГ; = (a^B./S,) *100%, где (2)

а,, - глубина трещины в i-том сечении образца, В, - толщина i-того сечения, S, - площадь поперечного сечения i-того участка образца.

Суммарный показатель горячеломкости по разработанной пробе характеризовался температурой заливки (Тзал,°С), температурой подогрева формы (Тф,°С) и тремя толщинами сечений формы, на которых исследовалась горячеломкость (Bl, В2, ВЗ, мм) в порядке увеличения, т.е. ПГсум = f( Тзал; Тф; Вь В2; Вз).

Процесс кристаллизации сплавов системы Cù-Ni-Zn изучали экспериментально - при помощи дифференциально-термического анализа (ДТА) и теоретически - с помощью вертикальных и горизонтальных разрезов равновесной тройной диаграммы состояния.

ДТА проводили по стандартной методике в печи ТВВ-4 в атмосфере аргона при охлаждении сплава со скоростью 10°С/мин.

По вертикальным разрезам определяли равновесные температуры ликвидуса (Тл) и солидуса (Тс) сплавов и рассчитывали их интервалы кристаллизации (ДТкр). По горизонтальным разрезам рассчитывали относительное количество твердой и жидкой фаз (ттв и шж, соответственно) в кристаллизующемся сплаве при данной температуре. Построение всех разрезов осуществляли на ЭВМ с использованием системы автоматизированного проектирования "Autocad". Методика их построения заключалась в проецировании точек пересечения разреза с поверхностями ликвидуса и солидуса тройной системы на концентрационный треугольник (в случае горизонтальных разрезов) или на одну из его сторон (в случае вертикальных разрезов).

Определение временного сопротивления разрыву и относительного удлинения сплавов проводили на стандартных цилиндрических образцах, полученных при ЛВМ.

Металлографические исследования микроструктуры сплавов и микрорентгеноспектральный анализ состава твердого раствора а проводили по стандартным методикам.

Зависимость цвета и блеска сплавов от состава оценивали визуально на отполированной поверхности образцов с шероховатостью не выше Яа 0,05 при естественном дневном освещении.

В третьей главе изложены результаты экспериментальных и теоретических исследований, проведенных в работе. 1. Влияние температуры заливки расплава (Тзал) на размер зерна изучали при литье сплава МНЦ-15-20 в шамотную и алундовую формы. В зависимости от условий эксперимента Тзал варьировали от 1100 до 1250°С, а температура подогрева формы - от 25 до 350°С. Пробы на макрозерно отбирали в режиме нагрева и, после перегрева и выдержки, - в режиме охлаждения расплава. Для примера результаты одного из экспериментов представлены на рис.2. Во всех случаях наблюдали следующую тенденцию: повышение температуры заливки в режиме нагрева приводило к увеличению размера зерна в образцах, выдержка расплава при максимальной температуре приводила к дальнейшему увеличению размера зерна, а снижение температуры заливки в режиме охлаждения незначительно уменьшало размер зерна. Такую зависимость можно объяснить очищением расплава от неметаллических включений, служащих подложками для кристаллизации сплава, которое происходило в результате интенсивного цинкового кипения расплава при его перегреве более чем на 100°С и выдержке при этой температуре. Образующаяся в результате этого крупнозернистая структура повышала горячеломкость сплава и ухудшала его механические свойства. Поэтому рекомендовали не перегревать расплав выше 80°С над ликвидусом и выдерживать его не более 2-3 минут перед разливкой.

о

Выдержка 8 мин

1160

Температура заливки, град.С

1 повышение Тзал с 1120 до 1200 град.С - -А ■ снижение Тзал с 1200 до 1120 град.С

Рис.2. Зависимость размера зерна сплава МНЦ-15-20 от Тзал в пе-ношамотные формы с температурой подогрева, равной 350°С.

В связи с тем, что недостаточный перегрев расплава перед заливкой при литье художественных отливок, как наиболее тонкостенных, может стать причиной недоливов, исследовали зависимости заполняемости литейной формы от температуры её подогрева перед заливкой и от температуры заливки расплава. Для этого в подогретые до 500, 600 и 700°С формы заливали нейзильбер МНЦ-15-20 при температурах 1130, 1180 и 1230°С. Результаты экспериментов (рис.3) показали, что заполняемость формы зависит в большей степени от температуры её подогрева перед заливкой, нежели от температуры заливки расплава. Поэтому для увеличения заполняемости формь^ целесообразнее по возможности снижать температуру заливки, повышая температуру формы, например, проводя заливку в более горячие прокаленные формы при ЛВМ. Так, для нейзильбера МНЦ-15-20, относящегося к сплавам со средним температурным интервалом кристаллизации (ДТкр), равным 50+70°С, температура заливки должна быть в пределах 1130-И 150°С, а температура формы более 700°С. Для

сплавов с более широким АТкр (70-4 00°С) перегрев должен быть выше, а с более узким (30+50°С) - ниже, при этом температура формы должна быть по возможности более высокой (Тф=700-800°С).

1100 1150 1200 1250 Тзал,град. С

2

О о

0

(О

о.

X

з

х

1 со §

<= 9 Я §

н

2

% &

"8 ж 2

1

о. л г

2 >>

о

20,5 20 19,5 19 18,5 18 17,5 17 16,5 16 15,5 15

400

600 Тф, град. С

— Тзал= 1130 ■ - Тзал= 1180 -А—Тзал= 1230 Г

800

б

Рис.3. Зависимость заполняемости спиральной (а) и прутковой (б) форм от температуры их подогрева и Тзал сплава МНЦ-15-20.

Эти рекомендации были успешно реализованы при получении художественных отливок с габаритами до 50*80*450 мм и толщиной стенки до 6 мм, изготовленные способом ЛВМ из нейзильбера МНЦ-15-20.

2. В связи с тем, что сплавы системы Си-№-2п склонны к образованию горячих трещин при литье (рис.4), а существующие способы оценки горячеломкости не дали положительных результатов, поэтому разработали новую пробу на горячеломкость и изготовили форму для её получения (рис.1). Проба показала ста-

бильность получения горячих трещин в переменных сечениях участков образца при предварительном подогреве формы и утеп-

Рис.4. Излом образца отливки с горячей трещиной (х 4).

лении поддона и стенок формы асбестом и пеношамотом, соответственно. С помощью разработанной пробы изучили зависимость показателя горячеломкости сплава МНЦ-15-20 от температуры заливки металла, температуры подогрева формы (Тф), толщины сечения образца и времени выдержки расплава перед заливкой (•£■). Результаты экспериментов, качественно подтвердив

литературные данные, показали, что суммарный показатель горячеломкости сплава (ПГсум) МНЦ-15-20 повышается с увеличением толщины сечения образца, температуры заливки металла, температуры подогрева формы и времени выдержки металла в печи перед заливкой (табл.1).

Анализом макроструктуры образцов показали, что увеличение всех этих параметров приводит и к укрупнению зерна в переменных сечениях образца, испытывающих затрудненную усадку. Увеличение размера зерна при кристаллизации сплава, снижая его пластичность в твердожидком состоянии, приводит к повышению горячеломкости. Поэтому с учётом результатов всех экспериментов для снижения горячеломкости сплавов системы Си-№-2п рекомендовали: 1 - снижать толщину стенки отливки до 4-6 мм и обеспечивать её равномерность по всей отливке; 2 - подбирать

температуру заливки металла и температуру подогрева формы в зависимости от состава сплава, согласно рекомендациям п.1 гл.З; 3 - обеспечивать режим плавки металла без продолжительной выдержки в печи перед заливкой.

Таблица 1

Результаты экспериментов по заливке сплава МНЦ-15-20 в разработанную форму на горячеломкость

Номер образца Тзал, °с Время выдержки расплава, мин Тф, °с Толщина сечения 1~°г° участка образца, мм Толщина сечения 2~°го участка образца, мм Толщина сечения 3"*™ участка образца, мм Показатель горячелом- кости, ПГсум, %

1 1150 2 25 3.2 4,8 6,4 54

2 1150 2 25 4,8 6,4 8 69

3 1150 2 25 6,4 8 9,6 76

4 1150 2 300 3,2 4,8 6,4 67

5 1150 2 300 4.8 6,4 8 79

6 1150 2 300 6.4 8 9,6 89

7 1110 2 25 4,8 6,4 8 55

8 1200 2 25 4,8 6,4 8 88

9 1110 2 300 4,8 6,4 8 65

10 1200 2 300 4,8 6,4 8 91

и 1150 2 150 4,8 6,4 8 75

12 1150 2 450 4,8 6,4 8 90

13 1150 0 300 4,8 6,4 8 73

14 1150 4 300 4,8 6,4 8 81

15 1150 15 300 4,8 6,4 8 100

3. Температурный интервал кристаллизации сплава и температурная зависимость темпа кристаллизации сплава оказывают решающее влияние на его склонность к горячим трещинам.

Для теоретического исследования процесса кристаллизации сплавов типа "нейзильбер" с помощью диаграмм состояния двойных систем Си-№, Си-Ъп и построили пространственную диаграмму тройной системы Си-№-2п. Так как основа у этих сплавов - медь, поэтому в работе изучали только медный угол этой диаграммы с областью первичной кристаллизации а-Си-№ раствора, изображенный на рис.5. Там же указаны линии политермических сечений, по которым строили разрезы для определения температур ликвидуса (Тл), солидуса (Тс) и интервалов кри-

сталлизации сплавов системы Си-М^п. Построили 4 группы политермических разрезов (см. рис.5).

Рис.5. Медный угол диаграммы состояния Си-№-2п с линиями политермических сечений.

Разрезы 1-ой группы (отмечены зелёным цветом) проходили параллельно стороне Си-№ и проецировались на неё. Все сплавы, попадающие в плоскость разреза 1-ой группы, имели постоянное содержание Ъл. Разрезы 2-ой группы (отмечены синим цветом) проходили параллельно стороне Си-2п и проецировались на неё. Все сплавы, попадающие в плоскость разреза 2-ой группы, имели постоянное содержание N1. Разрезы 3-ей группы (отмечены красным цветом) проходили параллельно стороне ~№-2п и проецировались на неё. Все сплавы, попадающие в плоскость разреза 3-ей

группы, имели постоянное содержание Си. Разрезы 4-ой группы (отмечены коричневым цветом) проходили через точку чистой Си и пересекали сторону N1-211 в точках, делящих содержание N1 и Хп в определенной пропорции, сохраняющейся у всех сплавов, попадающих в плоскость разреза. Разрезы 4-ой группы в зависимости от состава сплава проецировались как на сторону Си-М, так и на сторону Си-2л. В табл.2 приведены значения Тл, Тс и ДТкр, найденные по политермическим разрезам.

Таблица 2

Значения температур ликвидуса (Тл), солидуса (Тс) и интервалы

кристаллизации (АТкр) сплавов системы медь-никель-цинк

Тл, Соде ржание никеля в сплаве, % по массе

Тс,

АТкр, °С 5 10 15 20 25 30 35 40

1100 изо 1155 1180 1200 1225 1245 1270

о 5 1070 1090 1110 1125 1145 1165 1180 1200

ее 30 40 45 55 55 60 65 70

2 1080 1110 1130 1155 1175 1195 1220 1240

в 10 1040 1060 1075 1095 1115 1130 1150 1165

40 50 55 60 60 65 70 75

1065 1085 1110 ИЗО 1150 1175 1195 1215

се 15 1015 1030 1050 1065 Т080 1005 1120 1135

ч 50 55 60 65 70 70 75 80

в и 1040 1060 1080 1100 1125 1145 1170 1190

Й 20 985 1000 1015 1030 1050 1070 1090 1105

ее 55 60 65 70 75 75 80 85

X 1010 1030 1055 1075 1095 1120 1140 1160

В а 25 955 970 990 1005 1020 1040 1055 1070

<ц 55 60 65 70 75 80 85 90

5 В 975 1000 1025 1045 1070 1095 1115 1135

ее ¡* 30 925 940 960 975 990 1010 1025 1040

а 50 60 65 70 80 85 90 95

а) ее 1045 1065 1085 1105

о 0 35 - - - - 960 975 990 1005

85 90 95 100

Как видно из табл.2, сплавы медного угла диаграммы состояния Си-№-2п с содержанием N1 от 5 до 40 % по массе и Ъх\ от 5 до 35 % по массе имели Тл - от 975°С до 1270°С, Тс - от 925°С до 1200°С и ДТкр - от 30°С до 90°С. По найденным значениям Тл и Тс построили, соответственно, изотермы ликвидуса и изотермы солидуса через интервал 25°С. По наклону изотерм к горизон-

тальной стороне Си-№ треугольника установили, что ликвидус системы в большей степени зависит от состава сплава по а со-лидус - от состава сплава по Тп. На основании полученных результатов построили диаграмму состояния с зонами составов сплавов с одинаковым интервалом кристаллизации (рис.6). На ней выделили четыре области (помечены цветными линиями), объединяющие сплавы со похожим характером влияния содержания N1 и 2п на интервал кристаллизации. В 1-ой области (зеленой) увеличение содержания Ъп в сплаве приводит к резкому расширению интервала кристаллизации, а содержание N1 сказывается на нём в меньшей степени. Во 2-ой области (синей) увеличение

Си 5 10 15 20 25 30 35 40

Рис. 6. Диаграмма состояния Си-№-7п с зонами сплавов с равными интервалами кристаллизации (цифры между кривыми, °С).

содержания N1 в сплаве приводит к резкому расширению интервала кристаллизации, а содержание 7л\ почти на него не влияет. Для 3-ей и 4-ой областей (соответственно, коричневой и красной) характерно увеличение интервала кристаллизации сплава при повышении содержания и N1, и Ъл. Экспериментальное определение значений Тл и Тс некоторых сплавов системы Си-№-2п проводили дифференциально-термическим анализом (см. табл.3).

3 зона (коричнев

1 зона (зеленая

Таблица 3

Температуры ликвидуса (Тл), солидуса (Тс) и интервал кристаллизации сплавов (АТкр), полученные разными методами

Сплав Тл, Тс, ДТкр, °С

1 2

Графический (по построению) Дифференциально-термический анализ

МНЦ-6-5 1105, 1075,30 1107, 1075,32

МНЦ-8-15 1075, 1020, 55 1082, 1027, 55

МНЦ-15-20 1080, 1015,65 1090, 1020, 70

МНЦ-30-25 1120, 1040, 80 1130, 1045, 85

Как видно из табл.3, теоретические и экспериментальные результаты хорошо согласуются, поэтому в дальнейших исследованиях использовали значения Тл, Тс и АТкр, полученные графически.

Известно, что сплавы, у которых темп кристаллизации выше в верхней части интервала кристаллизации обладают повышенной склонностью к горячим трещинам. По диаграмме состояния нельзя строго вычислить темп кристаллизации сплава, однако можно оценить температурную зависимость темпа кристаллизации, зная долю твёрдой фазы (Р=штв/гаж) при температуре середины интервала кристаллизации (Тср=(Тл-Тс)/2 сплава. Поэтому по изотермическим разрезам тройной диаграммы состояния Си-№-2п для многих сплавов рассчитали значения "Р" при Тер. Полученные результаты отражает диаграмма на рис.7, показывающая, что сплавы с почти равными АТкр могут значительно различаться темпом нарастания твёрдой фазы и, как следствие, обладать различной горячеломкостью. Для экспериментального подтверждения этого по разработанной пробе определяли горячеломкость сплавов различного состава. Получили хорошую сходимость между результатами экспериментов и графических построений. Установлено, что зависимость темпа кристаллизации сплава от

Рис. 7. Совмещённая диаграмма состояния, черные линии - зоны составов сплавов с равными ДТкр, цветные - зоны составов сплавов с одинаковой зависимостью темпа кристаллизации от температуры

температуры оказывает гораздо большее влияние на склонность сплава к горячим трещинам, чем его интервал кристаллизации. В связи с этим на диаграмме состояния Си-№-гп выделили область составов сплавов (рис.8, отмечена зеленым), которую рекомендовали для художественных отливок.

зеленая зона

ашсшш/щщиЛим

тюшщщаШи мшац&вщцшям

10 15 20 25 30 35 40 45

Рис. 8. Области сплавов системы Си-№-2п с различной трещиноустойчивостью 19

На основании экспериментальных и графических результатов построили диаграмму состояния с зонами составов сплавов с равной горячеломкостью (рис.9). Она даёт возможность сравнить между собой сплавы по их склонности к горячим трещинам, что важно при разработке новых составов сплавов.

Рис. 9. Диаграмма состояния Си-№-2п с зонами составов с равной горячеломкостью.

Числа соответствуют ПГсум(Тл+50; 300; 4,8; 6,4; 8,0)

Полученные по равновесным диаграммам состояния результаты по влиянию состава сплава на горячеломкость могут быть применены при ЛВМ, так как этот способ характеризуется медленной скоростью охлаждения отливки (5-10°С/мин). В таких условиях кристаллизация сплавов проходит в условиях, близких к равновесным, что подтвердили результаты анализа микроструктуры, показавшие что образцы сплавов с содержанием N1 до 35% и Ъх\ до 30%, полученные по технологии ЛВМ (Тзал=Тл+50н-70°С, Тф=500°С), являются однофазными с дендритной структурой, а также результаты микрорентгеноспектрального анализа состава твёрдого раствора а (рис. 10а), показавшие, что распределение Хп в дендритной ячейке практически равномерно (рис. 106). В неравновесных условиях (при увеличении скорости охлаждения) следу-

ет ожидать снижения показателя горячеломкости сплава вследствие смещения Тс и расширения вниз его ДТкр.

а б

Рис.10, а - микроструктура сплава МНЦ-12-10 ( X 300), б -распределение компонентов сплава по длине дендритной ячейки.

Для сплавов, применяемых в художественном литье, кроме литейных свойств, очень важны их цветовые характеристики, поэтому изучили зависимость цвета и блеска сплавов типа "нейзильбер" от соотношения N1 и Тъ. Установили, что для обеспечения сходства по цвету с серебром сплав должен содержать в сумме не менее 25-30% N1 и Ъх\, при этом массовая доля Zn должна превышать массовую долю N1 в сплаве в 1,2-^1,4 раза. Нарастающая и экономически обоснованная тенденция к использованию низкосортной шихты и лома при плавке цветных сплавов приводит к попаданию в их состав легкоплавких примесей, влияющих на горячеломкость. Поэтому, используя разработанную пробу, изучили влияние примесей В1, БЬ, РЬ и Р на горячеломкость сплава МНЦ-15-20. Установили (см. рис.11), что введение примесей ЕИ, вЬ, РЬ в состав нейзильбера МНЦ-15-20 выше допуска по ГОСТ 492-73 приводит к повышению показателя горячеломкости сплава. Примесь фосфора, при её введении с трёхкратным превышением допуска по ГОСТ 492-73 не приводит к увеличению показателя горячеломкости сплава. Это даёт возможность без опасения использовать фосфор для раскисления Си и N1 при плавке нейзильбера на чистых металлах.

В

95 ! £ и 85 j С 75«

И"

0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1

Содержание свинца, % масс.

I

Рис. 11. Зависимость ПГ от содержания висмута и сурьмы (а), фосфора (б) и свинца (в) в сплаве МНЦ-15-20 по разработанной пробе.

При использовании окисленной шихты при плавке нейзильбера в графитовом тигле в отливках выявили пористость газового характера, проявляющуюся в виде крупных пор в теле отливки (рис. 12а) и мелких разрывов на её поверхности (рис.126).

а б

Рис.12. Пористость в образцах сплава МНЦ-15-20 в виде: внутренних пор (а) и разрывов на поверхности отливки (б)

Это связали с образованием окиси углерода (СО) как в результате прямого окисления углерода остаточным кислородом, так и результате восстановления цинка углеродом из ZnO. Растворение СО в расплаве в виде атомарных С и О и последующее выделение СО при кристаллизации сплава за счёт снижения растворимости, по нашему мнению, стало причиной образования пористости. Установили, что заметная растворимость С в нейзильбере появляется при содержании N1 >10 % масс.

Поэтому для плавки нейзильбера в тиглях с повышенным содержанием графита можно рекомендовать раскисление Си перед введением N1 для предотвращения образования СО, для этого можно эффективно использовать фосфористую медь. В случае если загрузка Си и № в печь производится совместно, тогда после их расплавления необходима обработка расплава раскислителем, имеющим большее, чем углерод, сродство к кислороду, например, марганцем, алюминием, кремнием, литием.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Разработана и реализована технология плавки при изготовлении художественных отливок способом литья по выплавляемым моделям из сплавов системы медь-никель-цинк (Си-№-Zn). Показано, что заливка расплава в форму с перегревом свыше 100°С над ликвидусом приводит к значительному укрупнению зерна в отливках. Такая крупнозернистая структура сохраняется и при дальнейшем снижении перегрева расплава под заливку, что повышает вероятность образования в отливках горячих трещин.

Установлено, что заполняемость оболочковой формы при литье этих сплавов по выплавляемым моделям в большей степени зависит от температуры подогрева формы, чем от температуры заливки расплава.

На основании сказанного для получения мелкозернистой структуры отливки и высокой заполняемости литейной формы можно рекомендовать проводить заливку, не перегревая расплав более 80°С над ликвидусом, в формы с максимально возможной температурой.

2. Разработана компактная технологическая проба на горя-челомкость, сконструирована форма для её получения и предложена методика расчёта показателя горячеломкости (ПГ).

Испытания на сплавах системы Си-№-7п показали высокую чувствительность пробы и стабильность получаемых результатов. Конструкция формы позволяет менять толщину сечения каждого из трёх участков образца, на которых образуются трещины, и замедлять скорость охлаждения сплава на этих участках. Методика расчета ПГ позволяет усреднять величину трёх одновременно полученных результатов с погрешностью ±4%.

Проба даёт возможность определять горячеломкость сплава в зависимости от температуры заливки металла, температуры подогрева формы, толщины сечения образца, времени выдержки металла в печи перед заливкой, состава сплава, содержания легкоплавких примесей, размера зерна.

3. Методом построения, опираясь на равновесные диаграммы состояния соответствующих двойных систем, были определены температуры ликвидуса (Тл) и солидуса (Тс) гаммы сплавов медного угла тройной системы Си-№-2п с содержанием никеля от 5 до 40% по массе и цинка - от 5 до 35% по массе. Рассчитаны их равновесные температурные интервалы кристаллизации (ДТкр) и оценены темпы кристаллизации при температуре Тер = (Тл-Тс)/2.

Анализом микроструктуры отливок из сплавов этой системы установлено, что их кристаллизация при литье по выплавляемым моделям (ЛВМ) в горячие формы проходит в условиях, достаточно близких к равновесным, поэтому теоретические (полученные графическим построением) и экспериментальные (полученные по разработанной пробе) результаты практически совпадают.

На тройной диаграмме состояния Си-№-2п определена область составов сплавов с высокой трещиноустойчивостью, что позволяет на практике выбирать состав сплава без риска появления горячих трещин в художественных отливках.

4. Экспериментально на ряде сплавов системы Си-№-гп установлено, что температурная зависимость темпа кристаллизации оказывает более сильное влияние на склонность сплава к горячим трещинам, чем температурный интервал кристаллизации.

5. Исследования показали, что в сплавах системы Си-№-2п содержание примесей висмута, сурьмы, свинца вывшее допуска по ГОСТ 492-73 приводит к повышению показателя горячеломко-сти сплавов. Увеличение содержания примеси фосфора в 3 раза по сравнению допуском по ГОСТ 492-73 не приводит к повышению показателя горячеломкости. Поэтому фосфор можно применять для раскисления меди и никеля, не опасаясь появления горячих трещин в отливках.

6. При плавке сплавов системы Си-М-2п установлено, что использование окисленной шихты в присутствии углерода приводит к образованию в отливках пористости газового характера.

Исследования показали, что пористость появляется, начиная с содержания никеля 10% по массе, так как в расплаве начинается растворение углерода, который, восстанавливая цинк из его окиси, образует оксид углерода, который при кристаллизации выделяется с образованием пористости.

Поэтому для плавки сплавов этой системы желательно применять графитошамотные тигли после длительного отжига (для удаления углерода с рабочей поверхности тигля), или использовать глазурованные тигли.

7. Разработанная технология литья по выплавляемым моделям художественных отливок из сплавов системы Си-№-7п прошла опробование в литейной лаборатории кафедры ТЛП МИСиС. Полученные данные подтверждают целесообразность её дальнейшего применения для повышения качества литья и снижения брака при получении сложных художественных отливок.

ч

I

(

I »

I I

Основные результаты диссертации изложены в следующих работах:

1. С.П.Герасимов, П.А.Неверов. Проба для оценки склонности сплава к появлению трещин//Прогрессивные литейные технологии: Тез. докл. Вторая междунар. научно-практ. конф. - М.:МИСИС, 2002. - С.54-57

2. П.А.Неверов, С.П.Герасимов, И.А.Колчанов. Влияние перегрева на формирование структуры и механические свойства сплавов типа "нейзильбер"// Прогрессивные литейные технологии: Тез. докл. Вторая междунар. научно-практ. конф. - М.:МИСИС, 2002. - С.92-94

3. Герасимов С.П., Неверов П.А. Проба для оценки склонности сплавов к появлению трещин//Известия вузов. Цветная металлургия. - 2005. - №1. - С. 61-63

4. П.А.Неверов, С.П.Герасимов. О связи горячеломкости нейзильбера с его положением на тройной диаграмме состояния Си->Н-гп//Прогрессивные литейные технологии: Труды конф. Третья междунар. научно-практ. конф. -М.:МИСИС, 2005. - С.210-211

5. П.А.Неверов, С.П.Герасимов, В.А.Палачёв О пористости в отливках из нейзильбера//Прогрессивные литейные технологии: Труды конф. Третья междунар. научно-практ. конф. -М.:МИСИС, 2005.-С.211-215

6. П.А.Неверов, С.П.Герасимов, В.А.Палачёв Влияние температуры заливки нейзильбера на величину зерна и склонность к горячим трещинам/ЯТрогрессивные литейные технологии: Труды конф. Третья междунар. научно-практ. конф. - М.:МИСИС, 2005. - С.211-219

7. П.А.Неверов, С.П.Герасимов, В.А.Палачёв О пористости в отливках из нейзильбера//Литейщик России. - 2005. - №12. - С. 57-59

8. П.А.Неверов, С.П.Герасимов, В.А.Палачёв Влияние температуры заливки нейзильбера на величину зерна и склонность к горячим трещинам//Литейщик России. - 2005. -№12. - С.59-61

Формат 60 х 90 7,6 Объем 1,69 п.л.

Тираж 100 экз. Заказ 1060

Отпечатано с готовых оригинал-макетов в типографии Издательства «Учеба» МИСиС, 117419, Москва, ул. Орджоникидзе, 8/9 ЛР №01151 от 11.07.01

/¿m 004

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Составы, структура, свойства и применение сплавов системы медь-никель-цинк (Cu-Ni-Zn).

1.2. Особенности плавки сплавов системы Cu-Ni-Zn.

1.3. Горячие трещины и факторы, влияющие на горячеломкость сплава.

1.3.1. Природа горячих трещин и температурный интервал образования.

1.3.2. Факторы, влияющие на горячеломкость сплава.

1.3.2.1. Влияние состава и структуры сплава на его склонность к горячим трещинам.

1.3.2.2. Влияние примесей на склонность сплава к горячим трещинам.

1.3.2.3. Пути снижения горячеломкости сплава.

1.4. Литейные пробы на горячеломкость.

1.5. Выводы по литературному обзору и постановка задач исследования.

Глава 2. МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ.

2.1. Технология плавки сплавов.

2.2. Исследование влияния температуры заливки расплава на величину зерна литого образца.

2.3. Исследование влияния температуры заливки расплава и температуры подогрева формы на её заполняемость при литье по выплавляемым моделям (ЛВМ).

2.4. Определение склонности сплава к горячим трещинам по разработанной пробе на горячеломкость.

2.5. Построение разрезов на тройной диаграмме состояния системы Cu-Ni-Zn.

2.5.1. Построение политермических разрезов.

2.5.1. Построение изотермических разрезов.

2.6. Нахождение температур ликвидуса и солидуса сплавов с помощью дифференциально-термического анализа (ДТА).

2.7. Измерение временного сопротивления и относительного удлинения сплавов.

Глава 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ И ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ

ИССЛЕДОВАНИЯ.

3.1. Изучение особенностей плавки и литья сплавов системы Cu-Ni-Zn.

3.1.1. Влияние температуры заливки на макроструктуру сплавов.

3.1.2. Влияние температуры заливки расплава и температуры подогрева формы при ЛВМ на её заполняемость.

3.2. Влияние технологических параметров плавки и литья на горячеломкость сплавов системы Cu-Ni-Zn.

3.3. Изучение влияния состава сплава на горячеломкость.

3.3.1. Анализ микроструктуры сплавов системы Cu-Ni-Zn.

3.3.2. Изучение особенностей кристаллизации сплавов системы Cu-Ni-Zn по тройной диаграмме состояния.

3.4. Исследование влияния примесей на горячеломкость сплавов системы Cu-Ni-Zn.

3.4.1. Влияние легкоплавких примесей на горячеломкость сплавов системы Cu-Ni-Zn.

3.4.2. Роль примеси кислорода в процессе образования газовой пористости в сплавах системы Cu-Ni-Zn.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Получение качественных художественных отливок без дефектов определяется правильным представлением о процессах, происходящих с расплавом во время плавки и разливки, а также о влиянии состава сплава на его кристаллизацию и затвердевание отливок.

Сплавы системы медь-никель-цинк или, иначе, "нейзильберы" нашли широкое применение в художественном литье как материал по цвету и блеску похожий на серебро. Эти сплавы применяют для всевозможных мелких и средних художественных отливок. По литературным данным эти сплавы наряду с хорошими механическими свойствами имеют высокую коррозионную стойкость и удовлетворительную жидкотекучесть. Особенности технологии плавки и литья, а также характерные литейные дефекты этих сплавов изучены недостаточно подробно. Предварительные эксперименты показали, что нейзильберы склонны к образованию горячих трещин при кристаллизации, что было обнаружено при изготовлении художественных архитектурных отливок типа "перила лестниц" способом литья по выплавляемым моделям. На кристаллизационное происхождение трещин указывала их зернистая и окисленная поверхность в изломе отливок.

Механизм образования горячих трещин при литье цветных сплавов исследован достаточно глубоко. Для сплавов многих систем известны количественные зависимости показателя горячел о мкости от состава, однако каких-либо данных по горячеломкости для сплавов типа "нейзильбер" в литературе не найдено. До сих пор остаётся открытым вопрос об универсальной методике исследования сплавов на склонность к образованию трещин.

Цель работы заключалась в усовершенствовании технологии плавки и литья сплавов системы Cu-Ni-Zn для повышения качества отливок и снижения брака по горячим трещинам и разработке составов сплавов системы медьникель-цинк, пригодных по литейным свойствам и цвету для изготовления художественных отливок по выплавляемым моделям.

Задачи работы заключались в: изучении технологических особенностей плавки и литья сплавов типа "нейзильбер" в условиях литья по выплавляемым моделям (JIBM) и исследовании их влияния на макроструктуру этих сплавов; разработке пробы на горячеломкость для получения стабильных данных по влиянию толщины сечения, температуры заливки, температуры подогрева формы перед заливкой, времени выдержки расплава в печи, а также содержания легкоплавких примесей горячеломкость этих сплавов; определении составов сплавов, наиболее подходящих для художественного литья по цвету и литейным свойствам; установлении режимов литья, при которых горячеломкость сплавов будет минимальной.

Методы исследования.

При помощи графических построений по тройной диаграмме состояния рассматривались процессы кристаллизации сплавов системы Cu-Ni-Zn, при этом определялись температуры ликвидуса и солидуса, интервал кристаллизации сплавов медного угла, а также зависимость темпа кристаллизации сплавов от температуры. По полученным результатам делался вывод о склонности сплава к горячим трещинам, который затем проверялся экспериментальным путем. По разработанной пробе исследовалось влияние состава и различных технологических факторов (температуры заливки, температуры формы, толщины сечения, времени выдержки) на горячеломкость сплава типа "нейзильбер"; изучалось влияние температуры заливки и температуры формы на заполняемость форм, полученных способом J1BM. Проводились металлографические исследования макро- и микроструктуры; проводился спектральный анализ; испытания механических свойств; анализ цветовых характеристик сплавов.

Научная новизна.

Предложена новая проба для оценки горячеломкости сплавов и сконструирована форма для ее получения. Испытания сплавов системы медь-никель-цинк показали высокую чувствительность предложенной пробы к изменению технологических факторов и стабильность получаемых результатов.

Впервые на основании графических построений на диаграмме состояния системы медь-никель-цинк определены зоны составов сплавов, имеющих одинаковый показатель горячеломкости, что подтверждено экспериментальными результатами с помощью разработанной пробы.

Установлена и обоснована связь между горячеломкостью сплавов системы Cu-Ni-Zn и их темпом кристаллизации. Обнаружено, что температурная зависимость темпа кристаллизации оказывает более значимое влияние на горяче-ломкость сплава, чем его интервал кристаллизации.

Установлено, что макроструктура сплавов системы Cu-Ni-Zn необратимо огрубляется при большом перегреве и выдержке расплава. Данное явление обу-I словлено процессом "цинкового" кипения, при котором интенсифицируется удаление всевозможных примесей - подложек кристаллизации сплава.

Обнаружено, что использование окисленной шихты при плавке нейзильбера в графитовом тигле приводит к образованию в расплаве окиси углерода, которая становится причиной появления в отливках газовой пористости.

Практическая значимость.

Результаты работы позволяют как по диаграмме состояния, так и по разработанной пробе определять горячеломкость сплавов типа "нейзильбер" с содержанием никеля от 5 до 40 % по массе и цинка от 5 до 35% по массе.

Даны практические рекомендации по ведению плавки (порядок введения шихтовых компонентов, температура заливки, температура подогрева формы) сплавов, которые позволяют улучшить качество выплавленного металла и снизить брак по горячим трещинам.

При приготовлении сплавов типа "нейзильбер" для раскисления меди и никеля возможно эффективное использование фосфора, так как установлено, > что при плавке нейзильбера МНЦ-15-20 остаточное содержание фосфора до

0,015% по массе не повышает показатель горячелом кости.

Установлено, что для получения значительного сходства по цвету и блеску с серебром сплавы, должны содержать в сумме не менее 30 % по массе никеля и цинка, причем содержание цинка в сплаве должно превышать содержание никеля в 1,2-5-1,4 раза.

Состав диссертационной работы.

Работа состоит их введения и трех основных глав. Первая глава содержит аналитический обзор литературы по теме с заключением и постановкой конкретных задач исследования. Вторая глава описывает методики, используемые при проведении работы. В третьей главе описана сущность проведенных экспериментальных и теоретических исследований. Заключительная часть диссертации состоит из: обсуждения результатов исследования, в котором излагаются и 9 анализируются данные, полученные в ходе проведенных экспериментов, графических построений и теоретических рассуждений, и основных выводов. Использованная литература размещена в виде библиографического списка. Результаты исследования, не вошедшие в основную часть работы, представлены в виде приложений в конце диссертации. Работа оформлена в соответствии с рекомендациями [1] по написанию и оформлению кандидатских диссертаций.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Разработана и реализована технология плавки при изготовлении художественных отливок способом литья по выплавляемым моделям из сплавов системы медь-никель-цинк (Cu-Ni-Zn). Показано, что заливка расплава в форму с перегревом свыше 100°С над ликвидусом приводит к значительному укрупнению зерна в отливках. Такая крупнозернистая структура сохраняется и при дальнейшем снижении перегрева расплава под заливку, что повышает вероятность образования в отливках горячих трещин.

Установлено, что заполняем ость оболочковой формы при литье этих сплавов по выплавляемым моделям в большей степени зависит от температуры подогрева формы, чем от температуры заливки расплава.

На основании сказанного для получения мелкозернистой структуры отливки и высокой заполняемости литейной формы можно рекомендовать проводить заливку, не перегревая расплав более 80°С над ликвидусом, в формы с максимально возможной температурой.

2. Разработана компактная технологическая проба на горячеломкость, сконструирована форма для её получения и предложена методика расчёта показателя горячеломкости (ПГ).

Испытания на сплавах системы Cu-Ni-Zn показали высокую чувствительность пробы и стабильность получаемых результатов. Конструкция формы позволяет менять толщину сечения каждого из трёх участков образца, на которых образуются трещины, и замедлять скорость охлаждения сплава на этих участках. Методика расчета ПГ позволяет усреднять величину трёх одновременно полученных результатов с погрешностью ±4%.

Проба даёт возможность определять горячеломкость сплава в зависимости от температуры заливки металла, температуры подогрева формы, толщины сечения образца, времени выдержки металла в печи перед заливкой, состава сплава, содержания легкоплавких примесей, размера зерна.

3. Методом построения, опираясь на равновесные диаграммы состояния соответствующих двойных систем, были определены температуры ликвидуса * (Тл) и солидуса (Тс) гаммы сплавов медного угла тройной системы Cu-Ni-Zn с содержанием никеля от 5 до 40% по массе и цинка - от 5 до 35% по массе. Рассчитаны их равновесные температурные интервалы кристаллизации (ДТкр) и оценены темпы кристаллизации при температуре Тер = (Тл-Тс)/2.

Анализом микроструктуры отливок из сплавов этой системы установлено, что их кристаллизация при литье по выплавляемым моделям (ЛВМ) в горячие формы проходит в условиях, достаточно близких к равновесным, поэтому теоретические (полученные построением) и экспериментальные (полученные по разработанной пробе) результаты практически совпадают.

На тройной диаграмме состояния Cu-Ni-Zn определена область составов сплавов с высокой трещиноустойчивостью, что позволяет на практике выбирать состав сплава без риска появления горячих трещин в художественных отливках.

4. Экспериментально на ряде сплавов системы Cu-Ni-Zn установлено, что температурная зависимость темпа кристаллизации оказывает более сильное влияние на склонность сплава к горячим трещинам, чем температурный интервал кристаллизации.

5. Исследования показали, что в сплавах системы Cu-Ni-Zn увеличение содержания примесей висмута, сурьмы, свинца по сравнению с допуском по ГОСТ приводит к повышению показателя горячеломкости сплавов. Увеличение содержания примеси фосфора в 3 раза по сравнению допуском по ГОСТ не приводит к повышению показателя горячеломкости. Поэтому фосфор можно применять для раскисления меди и никеля, не опасаясь появления горячих трещин в отливках.

6. При плавке сплавов системы Cu-Ni-Zn установлено, что использование окисленной шихты в присутствии углерода приводит к образованию в отливках пористости газового характера.

Исследования показали, что пористость появляется, начиная с содержания никеля 10% по массе, так как в расплаве начинается растворение углерода, ко» торый, восстанавливая цинк из его окиси, образует оксид углерода, который при кристаллизации выделяется с образованием пористости.

Поэтому для плавки сплавов этой системы желательно применять графи-тошамотные тигли после длительного отжига (для удаления углерода с рабочей поверхности тигля), или использовать глазурованные тигли.

7. Разработанная технология литья по выплавляемым моделям художественных отливок из сплавов системы Cu-Ni-Zn прошла опробование в литейной лаборатории кафедры ТЛП МИСиС. Полученные данные подтверждают целесообразность её дальнейшего применения для повышения качества литья и снижения брака при получении сложных художественных отливок. к

1. Кузин Ф.А. Кандидатская диссертация. Методика написания, правила оформления, порядок защиты: Практическое пособие для аспирантов и соискателей ученой степени. 7-е изд., доп. М.: Ось-89, 2005.

2. Литье по выплавляемым моделям/под ред. Я.И. Шкленника и В.А. Озерова. М.: Машгиз, 1962.

3. Урвачев В.П., Кочетков В.Е., Горина Н.Б. Ювелирное и художественное литье по выплавляемым моделям сплавов меди. Челябинск: Металлургия, 1991.

4. Тимофеев Г.И. Горячие трещины в отливках по выплавляемым моде-лям//Литейное производство. 1980. - №8. - С. 19-20.

5. Дефекты отливок и меры их предупреждения и исправления: Учебное пособие/Е.А. Чернышов, HI ГУ. Н. Новгород, 2002.

6. Магницкий О.Н., Пирайнен В.Ю. Художественное литье, СПб.: Политехника, 1996.

7. Бошин С.Н. Металлы и сплавы для художественных изделий. М.: Металлургия, 1997.

8. АН СССР//Двойные и многокомпонентные системы на основе меди. -М.: Наука, 1979.

9. Розенберг В.М. Диаграммы изотермического распада в сплавах на основе меди. М.: Металлургия, 1989.

10. Захаров А.М. Промышленные сплавы цветных металлов. Фазовый состав и структурные составляющие. М.: Металлургия, 1980.

11. Диаграммы состояния двойных металлических систем: Справочник: В 3-х т., 4-х кн./Под ред. Н. П. Лякишева, М.: Машиностроение, 1996-2001

12. Никель, сплавы никелевые и медно-никелевые, обрабатываемые давлением: ГОСТ 492-73. М.: Изд-во стандартов, 1973.

13. Осинцев О.Е., Фёдоров В.Н. Медь и медные сплавы. Отечественные и зарубежные марки: Справочник. М.: Машиностроение, 2004.

14. Иванов В.Н., Карпенко В.М. Художественное литьё. Мн.: Выш. шк.,1999.

15. Курдюмов А.В., Пикунов М.В., Чурсин В.М., Бибиков E.JI. Производство отливок из сплавов цветных металлов. М.: МИСиС, 1996

16. Пикунов М.В. Плавка металлов, кристаллизация сплавов, затвердевание отливок. М.: МИСиС, 1997.

17. Курдюмов А.В., Пикунов М.В., Чурсин В.М. Литейное производство цветных и редких металлов. М.: Металлургия, 1972.

18. Курдюмов А.В., Пикунов М.В., Бахтиаров Р.А. Плавка и затвердевание сплавов цветных металлов. М.: Металлургия, 1978.

19. Сучков Д.И. Медь и ее сплавы. М.: Металлургия, 1967.

20. Чурсин В.М. Плавка медных сплавов (Физико-химические и технологические основы). М.: Металлургия, 1982.

21. Закс Г. Практическое металловедение, ч.1 и ч.2. М.:ОНТИ-НКТП,1936.

22. Цветное литье, справочник/под ред. Н.М. Галдина. М.: Машиностроение, 1989.

23. Плавка и литье цветных металлов и сплавов: пер. с англ./ под ред. А. Дж. Мерфи. М.: Металлургиздат, 1959.

24. Новиков И.И. Горячеломкость цветных металлов и сплавов. М.: Наука, 1966.

25. Спасский А.Г. Основы литейного производства. М.: Металлургиздат, 1950.

26. Рыжиков А.А. Теоретические основы литейного производства. М.Свердловск: Машгиз, 1961.

27. Гуляев Б.Б. Теория литейных процессов. Л.: Машиностроение, 1976.

28. Бочвар А.М. Металловедение цветных металлов и сплавов. М.: Наука, 1972.

29. Горячие трещины в сварных соединениях, слитках, отливках/под ред. Н.Н. Рыкалина. М.: Изд-во АН СССР, 1959.

30. Волкогон Г.М., Брезгунов М.М. Производство слитков меди и медныхсплавов. М.: Машиностроение, 1984.

31. Vero J. Metal Industry. 1936,48, №15, 431, №17, 491.

32. Бочвар А.А.//Изв. АН СССРЮНТ, 1942, №9.

33. Бочвар А.А., Свидерская З.А. О разрушении отливок под действием усадочных напряжений в период кристаллизации в зависимости от соста-ва//Изв. АНСССР. 1947.-№3.

34. Корольков А.М. Литейные свойства металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1967.

35. Корольков А.М. Усадочные явления в сплавах и образование трещин при затвердевании. М.: Металлургия, 1957.

36. Корольков А.М. Влияние предусадочного расширения на горячеломкость сплавов//Литейное производство. 1969. - №11. - С. 32.

37. Лупырев И.И., Гуляев Б.Б. Исследование процесса образования горячихтрещин в стальных отливках//Новое в теории и практике литейного производства. М.: Машгиз. - 1956.

38. Корольков А.М. Жидкотекучесть металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1952.

39. Пронов А.П. Усадка и прочность стали в процессе кристаллизации и после нее. -М.:Металлургиздат, 1950.

40. Прохоров Н.Н//Литейное производство. 1962. - №4. - С.27.

41. Крючков А.Г. Изучение кинетики разрушения металла в процессе формирования отливки//Литейное производство. 1981. - №2. - С.22-23.

42. Петров НА. О причинах образования поверхностных трещин при непрерывной разливке медных сплавов в графитовый кристаллиза-тор//Цветные металлы. 1977. - №1. - С.61-65.

43. Гуглин Н.Н., Гуляев Б.Б. Исследование факторов, определяющих образование горячих трещин в стальных слитках и отливках//Сталь. 1961.9. С.83-86.

44. Осокин Л.С., Бондарев Б.И. Об условиях образования горячих трещин при непрерывном литье плоских слитков/Щветная металлургия. 1971. -№11. - С.55-57.

45. Эскин Д.Г. Линейная усадка алюминиевых сплавов//Известия вузов. Цветная металлургия. 2001. - №5.

46. Davies V. de L. The influence of grain size on hot tearing//But. Foundryman. -1970.-№4.-P. 93-101.

47. Баландин Г.Ф. Реологическое исследование трещиноустойчивости отливок во время затвердевания//Литейное производство. 1978. - №1. -С.5-8.

48. Бочвар А.А. Металловедение. М.: Металлургиздат, 1956.

49. Rogerson J.H., Borland I.C. Effect of the shapes of intergranular liquid on the i hot cracking of welds and castings//Trans: Met. Soc. AIME. 1963, 227.lfeb. -P.2-6.

50. Металловедение меди и медных сплавов/под ред. Д.И. Лайера М.: Металлургия, 1973.

51. Осипов К.А. Новые идеи и факты в металловедении. М.: Наука, 1986.

52. Flender Е., Hansen P., Sahm P. Warmribverhalten Warmfester Stahlgub-sortenbei der Erstarnung//GiesserForsch. 1987, 39. - №3. - P.l 14-128.

53. Campbell J. Castings. Oxford: Butterworth-Heinemann, 1991.

54. Шатов И.Я. О горячеломкости литых сталей//Литейное производство. -1979.-№8.-С. 8-10.

55. Пржибыл Й. Теория литейных процессов. М.: Мир, 1967.

56. Производство стальных отливок/Под ред. Л.Я.Козлова. М.: МИСиС, 2003.

57. Флеминге М. Процессы затвердевания: пер. с англ. М.: Мир, 1977.

58. Новиков И.И. Металловедение цветных металлов. Раздел: литейные свойства сплавов. М.: МИСиС, 1995.

59. Лакедомонский А.В. Литейные дефекты и способы их устранения. М.:1. Машиностроение, 1972.

60. Книпп Э. Пороки отливок. Причины образования пороков и меры их устранения. М.: Машиностроение, 1958.

61. Формирование качества поверхности отливок/под ред. Б.Б. Гуляева. -М.: Металлургия, 1969.

62. Портной В.К. Исследование пластичности и горячеломкости никель-бериллиевых и хромистых бронз: Диссертация кандидата технических наук. М., 1967.

63. Смирягин А.П. Промышленные цветные металлы и сплавы. М.: Металл ургиздат, 1956.

64. Пику но в М.В., Колтыгин А.В. О возможности использования ванадия в качестве модификатора для измельчения макрозерна в медных сплавах// Литейные процессы: вып.2. Магнитогорск. - 2002.

65. Решение совещания по горячим трещинам в сварных соединениях, отливках и слитках: №11//Сварочное производство. 1962.

66. Шатов А.Я. Повышение сопротивляемости отливок образованию горячих трещин//Литейное производство. -1980. №8. - С. 18-19.

67. Грузных И.В., Нехендзи Ю.А.//Литейное производство. 1961. - №6. -С.7.

68. Н. А. Трубицын//Литейное производство. 1962. - №4. - С.ЗЗ.

69. Драпкин Б.М., Кононенко В.К. Метод испытания литейных сплавов на горячеломкость//Прогрессивные технологические процессы в литейном производстве. Ярославль, 1985.

70. Трухов А.П. Расчет склонности отливок к образованию горячих тре-щин//Литейное производство. 1980. - №10. - С.4-6.

71. Попов С.И., Шагалов В.Л. Технологическая проба для испытания стали на трещиноустойчивость//Литейное производство. 1989. - №5. - С.7-8.

72. Пушмашев П.И. Определение склонности к трещинообразованию алюминиевых сплавов при литье в кокиль//Литейное производство. 1982. -№5. - С.31-32.

73. Щегловитов JI.A., Дивавин А.А. Установка для исследования линейной усадки и трещиноустойчивости литейных сталей//Литейное производство. 1980. - №2. - С. 19-20.

74. Кац A.M., Дезник Б.И. Приближенное математическое описание условий образования осевых трещин в слитках/ТНаучные труды ГИПРОЦМО. 1980. - №59. - С.74-82.

75. Бысков Н.В., Трутин А. А. Образец для определения горячеломкости литейных сплавов. Техмаш. - 1987.

76. Бутаков Д.К. Метод оценки склонности стали к образованию горячих трещин//Вестник машиностроения. 1950. - №12. - С.40.

77. Медь. Марки: ГОСТ 859-2001. М.: Изд-во стандартов, 2002.

78. Никель первичный. Технические условия: ГОСТ 849-97. М.: Изд-во стандартов, 1997.

79. Сплавы медно-цинковые (латуни), обрабатываемые давлением. Марки: ГОСТ 15527-70. М.: Изд-во стандартов, 1970.

80. Медь фосфористая. Технические условия: ГОСТ 4515-93. М.: Изд-во стандартов, 1993.

81. Геллер Ю.А., Рахштадт А.Г. Материаловедение. М.: Металлургия, 1984.

82. Воловик Б.Е., Захаров М.В. Тройные и четверные системы. М.: Металл ургиздат, 1948.

83. Захаров А.М. Диаграммы состояния двойных и тройных систем. М.: Металлургия, 1990.

84. Мальцев М.В. Металлография промышленных цветных металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1970.

85. Смитлз К.Дж. Металлы: справочник. М.: Металлургия, 1980.

86. Казачков В.А. Расчеты по теории металлургических процессов. М.: Металлургия, 1988.

87. Безопасность жизнедеятельности в металлургии/под ред. JI.C. Стрижко.- М.: Металлургия, 1996. 88. Пикунов М.В., Беляев И.В., Сидоров Е.В. Кристаллизация сплавов и направленное затвердевание отливок: Моногр. /Владим. гос. ун-т. Владимир, 2002.I