автореферат диссертации по металлургии, 05.16.04, диссертация на тему:Исследование и разработка высокоэффективных технологических процессов изготовления отливок из магниевых сплавов

На правах

Калинин Александр Терентьевич

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТЛИВОК ИЗ МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ.

Специальность 05.16.04 - «Литейное производство»

Автореферат

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Комсомольск - на - Амуре 2003 г.

Работа выполнена в открытом акционерном обществе «Комсомольское - на -Амуре авиационное производственное объединение им. Ю.А. Гагарина» (ОАО «КнААПО»), в государственном общеобразовательном учреждении высшего профессионального образования «Комсомольский - на - Амуре государственный технический университет» (ГОУ ВПО «КнАГТУ»),

Научный руководитель: д.т.н., профессор Евстигнеев Алексей Иванович.

Официальные оппоненты:

- д.т.н., профессор Чернышов Евгений Александрович

- к.т.н. Куренков Владимир Иванович.

Ведущая организация: Институт машиноведения и металлургии ДВО РАН (г. Комсомольск - на - Амуре)

Защита диссертации состоится 20 ноября 2003 г. в 10 часов на заседании диссертационного Совета Д.212.092.02 в ГОУ ВПО «КнАГТУ» по адресу: 681013, г. Комсомольск - на - Амуре, пр. Ленина 27, КнАГТУ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО КнАГТУ

Автореферат разослан « 20 » октября 2003 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета Д.212.092.02

доктор технических наук, профессор

В.В.Петров

^З'А

з

Актуальность работы. Среди большого числа различных материалов, применяемых в современной технике, видное место отводится производству и использованию в народном хозяйстве цветных сплавов, особенно легких, к числу которых относятся магниевые сплавы.

Магниевые сплавы - наиболее легкие из используемых в промышленности материалов находят разнообразное промышленное применение. Высокая удельная прочность обуславливает целесообразность их использования в первую очередь в тех случаях, когда имеет большое значение снижение веса конструкций (в самолетостроении, ракетной и космической технике). Кроме того, магниевые сплавы нашли применение в качестве материалов с высокими физическими и химическими свойствами.

В условиях рыночной экономики, дефицита металла и энергоносителей производство качественного литья является первостепенной задачей литейного производства. Это в полной мере относится к производству магниевых отливок. Для производства конкурентоспособных отливок необходимо создание эффективных технологий повышения свойств сплава и качество отливки из него. К числу мер, позволяющих решить такую задачу, наиболее эффективно обеспечение надежной защиты расплава от возгорания, высокой чистоты материала отливок по флюсовым, газовым и неметаллическим включениям, ухудшающим практически все показатели качества свойства литого металла.

Это достигается в результате изыскания и совершенствования методов приготовления расплавов.

Таким образом, разработка технологии приготовления литейных магниевых сплавов является важнейшей народнохозяйственной задачей, для решения которой необходимо совершенствование методов защиты расплава от возгорания, методов рафинирования и модифицирования расплавов для снижения в них газосодержания, твердых неметаллических включений, повышения механических свойств, плотности, герметичности отливок.

Настоящая работа состоит из трех основных разделов:

- разработка технологии получения герметичных отливок из магниевых сплавов путем совершенствования процесса рафинирования расплава при флюсовом приготовлении;

- разработка технологии получения коррозийностойких отливок из магниевых сплавов путем совершенствования и разработки новых процессов приготовления магниевых сплавов при бесфлюсовом приготовлении и создание соответствующего оборудования для его осуществления;

- производственные испытания и внедрение разработанных технологических процессов в производство в литейном цехе ОАО Комсомольского - на - Амуре авиационного объединения (ОАО «КнААПО»).

Цель работы - получение деталей с высокими эксплуатационными свойствами за счет разработки и внедрения ресурсосберегающих технологий плавки и разливки магниевых сплавов.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

- исследование влияния различных способов приготовления магниевых сплавов под слоем флюса и газовой защитной среде на газосодержание, герметичность и механические свойства;

- исследование, разработка новых методов рафинирования (электрорафинирование, продувка газами, внутреннее вакуумирование, фильтрация) магниевых сплавов, создание специальных устройств и оборудования для их осуществления;

- исследование и разработка новых технологических процессов разливки (в среде защитного газа) магниевых сплавов;

- производственные испытания и внедрение разработанных технологических процессов.

Научная новизна

1. Получены новые результаты по обработке магниевых сплавов электрическим током, позволяющие получить средние значения механических свойств образцов после термообработки Т4: ств= 255 Мпа, 5 = 6,5 % и газосодержание 15 см3/100 г;

2. Установлена и научно обоснована закономерность изменений газосодержания, герметичности и механических свойств литейных магниевых сплавов от способов их приготовления;

3. Экспериментально обоснован эффективный состав защитной газовой среды при приготовлении и разливке магниевых сплавов;

4. Выявлена зависимость массы приготовляемого расплава, плотности тока и количества электричества, позволяющая аналитическим путем определять оптимальные параметры технологии электрорафинирования магниевых сплавов;

5. Установлено, что при различной плотности тока происходит резкое изменение газосодержания - от тах до min и на оборот (при плотности тока до 0,04 А/см2 происходит резкое снижение газосодержания, при 0,04 - 0,09 А/см2 идет дальнейшее незначительное снижение и при плотности тока более 0,1 А/см2 происходит резкое увеличение газосодержания).

6. Установлен оптимальный режим внутреннего электровакуумирования — оптимальное время 15 минут с плотностью тока на аноде более 0,1 А/см2. Основные положения, выносимые на защиту:

- результаты исследований влияния различных способов рафинирования — флюсами и электрорафинирования при приготовлении магниевых сплавов под слоем флюса на структуру сплава и качество отливок;

- результаты исследований влияния различных способов рафинирования и модифицирования (рафинирование продувкой газами, электровакуумное рафинирование, электрорафинирование с продувкой инертным и углеродосодержащим газами, рафинирование фильтрацией через кусковые насыпные фильтры) на качество получаемых отливок при бесфлюсовом приготовлении магниевых сплавов.

- результаты экспериментальных исследований разливки магниевых сплавов по формам в струе защитного газа на свойства получаемых отливок.

Личный вклад автора

Автору принадлежит постановка задач данного исследования, обоснование и разработка основных положений, определяющих научную новизну и практическую значимость......- - - -

Результат экспериментальных и теоретических исследований, изложенные в диссертации, получены лично автором и при его участии под руководством научного руководителя и консультанта.

Практическая значимость и реализация

На основе экспериментальных исследований разработаны:

- технологический процесс электрорафинирования магниевых сплавов при приготовлении под слоем флюса;

- технологический процесс бесфлюсового приготовления магниевых сплавов;

- технологический процесс разливки магниевых сплавов по формам в струе защитного газа.

Все эти технологические процессы нашли практическое применение на ОАО «КнААПО» на участке магниевого литья, оснащенном плавильно-раздаточными печами собственного производства.

Суммарный экономический эффект от внедрения на ОАО «КнААПО» составил 6655 тыс. рублей (в ценах 1998 г.).

Результаты работы внедрены в учебный процесс при чтении лекций и выполнении лабораторных работ по дисциплинам «Технологические основы производства отливок» и «Плавка литейных сплавов» кафедры «Машины и технология литейного производства» в ГОУ ВПО КнАГТУ.

Апробация работы

Основные результаты работы доложены и обсуждены на: межрегиональной научно-технической конференции «Роль науки, новой техники и технологий в экономическом развитии регионов» (г. Хабаровск, 2001г.), международной научной конференции «Нелинейная динамика и прикладная синергетика» (г. Комсомольск - на -Амуре, 2002 г.).

Публикации '

Основные результаты исследований опубликованы в 15 работах, в том числе в 4 тезисах докладов на научно-технических конференциях и семинарах, в 6 статьях и 5 изобретениях.

Объем работы

Диссертация состоит из введения, 4 глав, библиографического списка и 2 приложений. Материалы работы изложены на 137 страницах, содержит 14 таблиц, иллюстрированы 35 рисунками. Список литературы содержит 102 наименования.

Автор искренне признателен всем коллегам за содействие в выполнении настоящей работы, лично научному руководителю д.т.н., профессору Евстигнееву А.И. и научному консультанту к.т.н. Якимову В.И. за консультации, поддержку, внимание, плодотворный и критический анализ результатов исследований.

Основное содержание работы

Во введении обоснованы актуальность темы диссертации, сформулированы цель, задачи исследований и методы ее достижения; показана научная новизна и практическая значимость; изложены основные положения, выносимые на защиту; апробация работы и публикации.

В первой главе, на основе обзора отечественной и зарубежной литературы, рассмотрено современное научное представление о методах приготовления и модифицировании магниевых сплавов; природе взаимодействия магния с газами; покрывными и рафинирующими флюсами, легирующими компонентами, печной атмосферой, а также приведен перечень оборудования для их осуществления. Показано, что магний обладает высокой реакционной способностью по отношению к кислороду воздуха. Поэтому плавку магниевых сплавов необходимо проводить под защитным покровом. Основным источником неметаллических включений является MgO, а источником газовой пористости в отливках является водород. Установлено, что увеличенному содержанию окиси магния в расплаве соответствует повышенная газонасыщенность. Рассмотрены формы присутствия водорода в расплавах в молекулярном, атомарном и ионизированном состояниях. Причем в ионизированном состоянии водород способен образовывать с окислами сложные комплексы. Получила признания теория электростатического взаимодействия. Исходя из этого представления, многими исследователями были предприняты попытки дегазации сплавов постоянным электрическим током. Наилучшие результаты по очистке алюминиевых сплавов от неметаллических включений достигнуты при обработке расплава в совокупности с другими методами обработки.

Для магниевых сплавов нет таких данных.

Вследствие этого данный метод обработки магниевых сплавов требует всесторонних исследований для выявления влияния постоянного электрического тока на дегазацию, структуру отливок, механические свойства, и разработки оптимальных режимов проведения этого процесса.

Кроме обработки электрическим током рассмотрены другие методы рафинирования магниевых сплавов: продувка инертными и активными газами, выстаиванием.

Большой вклад в развитие теории приготовления магниевых сплавов внесли Российские исследователи: Альтман М.Б., Гуреев И.И., Чухров М.В., Лебедев A.A., Шаров М.В., Гудченко А.П. и др.

Магний, обладая высокой химической активностью, легко окисляется. Поэтому плавка магниевых сплавов проводится под защитой покрывных флюсов, состоящих из сплава хлористых и фтористых солей щелочных и щелочноземельных металлов (ВИ2, ФЛ5-3, №2 и др.). Флюсы надежно защищают металл от загорания, но вследствие протекающих реакций выделяются в атмосферу цеха хлор, фтор, хлористый и фтористый водород. Кроме того, флюс способствует образованию флюсовых и окис-ных включений в отливках.

В настоящее время у нас в стране и за рубежом обращают внимание на вопрос бесфлюсовой плавки. В качестве газовых сред используют как активные, так и инертные газы. Причем, оптимальный состав защитной газовой среды для различных марок магниевых сплавов различный.

Экспериментальным исследованиям и практическому использованию процесса бесфлюсового приготовления магниевых сплавов посвящены работы Лебедева A.A., Мухиной И.Ю., Сарычихина H.A., Дружинина Б.Н., Шарова М.В., Бобрышева Б.Л., Александрова Ю.П., Пономаренко A.M., Бондарева Б.И. и др.

Таким образом, для улучшения качества литых заготовок необходимо разработать и внедрить в производство ресурсосберегающие технологии плавки, приготовления и разливки магниевых сплавов.

Исходя из этого, для решения данной проблемы, сформулирована цель и определены задачи исследований.

Во второй главе изложены методики исследований.

Для приготовления сплавов использовалась лабораторная печь сопротивления собственного изготовления. Приведены технические характеристики печи. Создание вакуума при внутреннем вакуумировании осуществлялось одноступенчатым форва-куумным насосом типа РВН-200. Контроль температуры расплава осуществлялся потенциометром типа КСП, гр. Х.А. Для преобразовании переменного тока в постоянный применялся выпрямитель на диодах В-200 с тиристорной цепью управления, позволяющий осуществлять плавную регулировку тока в пределах 10... 100 А. Для взвешивания образцов применялись весы марки BJIKT-500, точностью измерения 0,001 г. Определение газосодержания в расплавах производили на установке Гудчен-ко. Электрорафинирование расплава, приготовленного под слоем флюса, проводилось посредством двух электродов, изготовленных из титанового сплава марки ОТ4. При бесфлюсовом приготовлении для процесса рафинирования и модифицирования использовалось газораспределительное устройство для подачи газов в расплав.

Для проведения процесса дегазации расплава внутренним вакуумированием использовался фильтр, состоящий из титанового корпуса и пористой вставки толщиной 10 мм. Посадку вставки осуществляли на огнеупорный цемент.

Для проведения процесса рафинирования и модифицирования с одновременной обработкой расплава током было спроектировано и изготовлено устройство, состоящее из двух электродов - газораспределительного приспособления и титанового стержня с электроизолированным фланцем. Для проверки отливок на герметичность пузырьковым методом был спроектирован и изготовлен пневмостенд модели К1876-0000.

Структурный анализ проводился на микроскопе «Neofot - 22». Для определения механических свойств сплава использовалась разрывная машина модели Р-10.

Третья глава «Исследование влияния различных способов рафинирования на газосодержание и свойства магниевых сплавов» посвящена отработке технологиче-скшГпарамётров процесса рафинирования магниевых сплавов как при приготовлении расплава под слоем флюса, так и при бесфлюсовом приготовлении. Это - электрорафинирование при приготовлении под слоем флюса; продувка газами при бесфлюсовом приготовлении, совместная обработка электрическим током и продувка газами, электрорафинирование с внутренним вакуумированием, фильтрация через фильтри-рующую камеру. Все исследования проводились на сплавах Мл5 и Мл5пч.

На первом этапе, при приготовлении сплава Мл5 под слоем флюса, установили вид применяемых электродов, схемы их расположения и направление электрического поля - совпадающее с направлением силы тяжести расплава. Электрообработке подвергалась постоянная масса металла - 12 кг. На втором этапе было установлено, что наименьшее газосодержание в расплаве наблюдалось после обработки его током 50... 65 А (рис. 1) в течение 5...7 мин (рис. 2). Анализ результатов плавок в производственных условиях подтвердил правильность выявленной зависимости между силой тока (600...750А) и массой обрабатываемого расплава (180 кг) (рис. 3), время обработки- 5 мин. Сравнительный анализ механических свойств 10 плавок показал, что

с„ образцов, полученных из металла, обработанного током, увеличилось на 15 МПа, а 5-на 1,7%.

При исследовании и отработке технологических параметров рафинирования и модифицирования при бесфлюсовом приготовлении магниевых сплавов на первом этапе выбиралась оптимальная защитная атмосфера из различных газовых сред, содержащих активные и инертные газы и их смеси (СОг, 8Р6, Аг, N2). На основании проведенных исследований была выбрана защитная атмосфера из смеси ББб и СО2. Из рисунка 4 видно, что оптимальная защитная атмосфера создается при концентрации 0,5 % БРб-

^ - - - -

/

\ /

1

_ - •

V

1

N

/

1

1

\

--------

Время обработки, кии

Рис. I Кривая зависимости газосолержа- Рис 2 Кривые зависимости газосодержания в сплаве Мл5 от силы тока ния в сплаве Мл5 от времени обработки

электрическим током

х - сила тока 1 OA; О - сила тока 60А;

Д - сила тока 30А; Д - сила тока 6SA;

П - сила тока 50А; ■ - сила тока 75А

С км той, А

Рис 3 Кривая зависимости снижения газосодержания в расплаве Мл5 от силы тока

На втором этапе были установлены параметры процессов модифицирования (вводили 0,25...0,3 % природного магнезита в течение 5...10 мин; или ОД...0,15 % гексохлорэтана в течение 5... 10 мин; или хладон 13 в течение 3...4 мин с расходом 6...8 л/мин) и рафинирования (продувкой гелием в течение 5 мин с расходом 3...5 л/мин). Получены следующие средние значения механических свойств образцов после термообработки Т4: ав=255 МПа, 5=6,5 %, газосодержание 15 см3/100 г

Рис. 4 Зависимость относительного изменения массы расплава от времени выдержки в защитной среде Газовая среда / - 0,01 % 5Г6 + С02 (остальное), 2 - 0,7 % БГб + С02 (остальное), 3 - 0,2 % 5Г6 + С02 (остальное), 4 -1,0 % 5Рб + С02 (остальное), 5 - 2,0 % 8Рб + С02 (остальное), б • 5.0 % БИ* + С02 (остальное), 7 -10 % ЭРй + С02 (остальное). 5 - 0,5 % 5Р6 + С02 (остальное)

При исследовании в лабораторных условиях влияния электрического тока на газосодержание в расплаве сплав модифицировался гексохлорэтаном, а затем обрабатывался током с направлением электрического поля, несовпадающим с гидростатическими силами. На рис. 5 и 6 показана зависимость газосодержания расплава от плотности тока и времени обработки, установлено, что оптимальное время обработки соответствует 5 мин. при плотности тока 0,04 А/см2.

20

1«

# К

п

*

& 17

• №

£

0,0/ 0,02 033

ЛлстмсоТ'Ь Уем*

6 8/0 Сб/х^ОО/ЛЛ!.', мим

Рис. 5 Зависимость газосодержания расплава от плотности тока при продолжительности обработки' 1-2мин; П-5мин;111-10мин

Рис 6 Зависимость газосодержания расплава от времени обработай током при плотности тока-I - 0,02 АУсм2; 11 - 0,04 А/см2; Ш - 0,05 А/см2

При отработке электрорафинирования в производственных условиях на установке РПБМ-0,3 процесс рафинирования и модифицирования проводился с различным соотношением рафинирующего (Не) и модифицирующего (СО2) газов в смеси с различным количеством электричества (1,0-3,0 Кулона), пропускаемого через расплав.

Эксперименты показали, что обработка расплава при рафинировании газовой смесью, состоящей из рафинирующего и модифицирующего газов в соотношении (1,0 - 2,0) < (0,1 - 2,0), к заметному улучшению качества сплава не приводило - газосодержание снижалось с 23,0 - 25,0 см3/100 г до 11,0 - 14,0 см3/100 г (при продувке одним рафинирующим газом газосодержание снижалось до 13,0 — 14,0 см/100 г). При рафинировании газовой смесью, состоящей из рафинирующего и модифицирующего газов в соотношении (1,0 - 2,0) : (0,1 - 0,2), наблюдалось заметное снижение газосодержания в расплаве - до 8,0 -9,0 см3/100 г. Дальнейшее увеличение модифицирующего газа в рафинирующей смеси к улучшению приготовляемого сплава не приводило и даже наблюдался обратный эффект - резко увеличивался брак отливок из - за микрорыхлоты. При модифицировании сплава газовой смесью, состоящей из рафинирующего и модифицирующего газов в соотношении (0,01 - 0,02) > (1,0 - 2,0), сплав получался с мелкозернистой структурой, но увеличивался брак отливок по микрорыхлоте и отливки получались менее плотные (при испытании на герметичность брак по отдельным позициям достигал 50 - 60 %). При модифицировании сплава газовой смесью, состоящей из рафинирующего и модифицирующего газов в соотношении (0,01 - 0,02) : (1,0 - 2,0), сплав получался с мелкозернистой структурой, брак отливок по микрорыхлоте заметно уменьшался, отливки получались более плотные (при испытании на герметичность брак снизился до 28 - 30 %). При модифицировании сплава газовой смесью, состоящей из рафинирующего и модифицирующего газов в соотношении (0,01 - 0,02) < (1,0 - 2,0), сплав получался с крупнозернистой структурой. При рафинировании сплава продувкой газовой смесью ис-

пользование постоянного тока с направлением электрического поля, совпадающим с гидростатическими силами пузырьков газов, способствовало снижению газосодержания в расплаве, причем, газосодержание снижалось в зависимости от количества электричества, пропускаемого через расплав. При пропускании количества электричества через 1 см3 расплава в пределах от 1,0 - 1,7 Кулона и продувке сплава газовой смесью, состоящей из рафинирующего и модифицирующего газов в соотношении (1,0 - 2,0): (0,1 - 0,2), наблюдалось снижение газосодержания с 8,0 - 9,0 см3/100 г.

Затем увеличение пропускания количества электричества в пределах 1,70 - 1,75 Кулона не приводило к значительному снижению газосодержания. Дальнейшее увеличение количества электричества до 1,75 - 3,0 Кулона, пропускаемого через расплав, не приводило к снижению газосодержания в расплаве и даже наблюдалось его увеличение - до 5,0 - 7,0 см3/100 г. При модифицировании сплава газовой смесью, состоящей из рафинирующего и модифицирующего газов в соотношении (0,01 - 0,02): (1,0 — 2,0), с одновременной обработкой постоянным электрическим током с направлением электрического поля, несовпадающим с гидростатическими силами пузырьков газов, причем, количество электричества пропускаемого через 1 см3 расплава составляло 1,70 - 1,75 Кулона, сплав получался с мелкозернистой структурой (были получены образцы с размерами зерна 70 - 80 мк, а при модифицировании только продувкой газом размер зерна составлял 90 - 100 мк), отливки получались плотные (при испытании на герметичность брак отливок составлял 5,0 - 7,0 %). Использование смеси рафинирующего и модифицирующего газов при рафинировании способствовало повышению чистоты приготовляемого сплава. Во - первых, из - за уменьшения повторного загрязнения расплава окислами и газонасыщения, происходящего при извлечении и погружении газораспределительного устройства при переключении подводящей газовой системы для проведения рафинирования и модифицирования. Во - вторых, из - за более полного удаления водорода из расплава, т.к. находящейся в газовой рафинирующей смеси модифицирующий газ при взаимодействии с магнием образует мельчайшие частицы окиси магния, несущий электроотрицательный заряд и являющийся дополнительными концентраторами водорода, имеющий положительный заряд. Инертный газ удаляет из расплава частицы окиси магния, как и адсорбированный им водород. Дополнительная обработка электрическим током во время рафинирования газом способствует перемещению ионов водорода к катоду, находящемуся в верхних слоях расплава, где они накапливаются и по мере накопления образуют пузырьки, которые всплывают на поверхность расплава под действием собственных гидростатических сил или выносятся на поверхность пузырьками рафинирующего газа. Использование смеси модифицирующего и рафинирующего газов при модифицировании также способствовало повышению чистоты приготовляемого сплава. Так как на стадии модифицирования происходит дополнительное загрязнение расплава окисью магния, а пузырьки рафинирующего газа тут же адсорбируют на своей поверхности окислы и перемещают их на поверхность расплава. Содержание небольшого количества рафинирующего газа в смеси на стадии модифицирования не снижает эффект модифицирования. Кроме того, во время модифицирования обработка электрическим током тоже способствовала повышению чистоты приготовляемого сплава, т.к. образующаяся окись магния, имеющая электроотрицательный заряд, перераспределялась к аноду, находящемуся в верхних слоях расплава, откуда она выносилась на поверхность с помощью пузырьков газа.

На основании проведенных исследований был разработан технологический процесс бесфлюсового приготовления магниевых сплавов. Сплав Мл5 расплавлялся в среде защитного газа, состоящей из смеси газов - элегаза и углекислого газа. После достижения температуры 750 - 760 °С расплав рафинировался в течение 5 минут газовой смесью, состоящей из гелия и углекислого газа в соотношении (1,0 - 2,0) : (0,1 - 0,2) с расходом гелия 24 литра, углекислого газа 2,5 литра и постоянным электрическим током с направлением электрического тока, совпадающим с гидростатическими силами пузырьков газовой смеси, при этом, количество электричества, пропускаемое через 1 см расплава, составляло 1,70 - 1,75 Кулона. По окончании рафинирования при этой же температуре проводили модифицирование в течение 5 минут газовой смесью, состоящей из гелия и углекислого газов в соотношении (0,01 - 0,02) : (1,0 -2,0) с расходом гелия 0,4 литра, углекислого газа - 33,0 литра и постоянным электрическим током с направлением электрического поля противоположного направления чем при рафинировании. При этом, количество электричества, пропускаемого через 1 см3расплава, оставалось прежним 1,70 - 1,75 Кулона. По окончании процессов рафинирования и модифицирования с поверхности расплава снимали шлак, после чего расплав выстаивался в течение 15 минут. Затем брались образцы для определения газосодержания, испытания на механические свойства, пробы на излом и заливались опытные партии деталей. Результаты испытаний приведены в таб.1, 2 и рис. 7, 8.

Механические свойства и газосодержание сплава Мл5 приготовленного по разработанной технологии _Таблица 1

Соотношение Не и СО2 при Кол-во пропускаемого электричества, Кулон Газосодержание в расплаве, см3/100 г Механические свойства Брак отливок, %

Рафинировании Модифицировании Времен. сопр. разрыву, МПа Относительное удлинение, %

1,0-2,0 0,01-0,02 0,01-0,02 1,0-2,0 1,70-1,75 4,0-5,0 300,0 12,0 5,0-7,0

С

1 __Коррозийные свойства сплава Мл5 Т6_Таблица 2

№ п/п Обработка расплава Скорость коррозии в 3-х %-ном растворе NaCl по выделению водорода, см7см2, за

24 часа 48 часов

1 Серийная плавка с флюсом 7,31 14,15

2 Серийная плавка с флюсом 5,78 11,26

3 Серийная плавка с флюсом 4,18 8,12

4 Бесфлюсовое приготовление 1,65 3,60

5 Бесфлюсовое приготовление 1,71 4,07

6 Бесфлюсовое приготовление 1,83 4,42

7 Бесфлюсовое приготовление 1,83 3,66

8 Бесфлюсовое приготовление 2,12 5,13

9 Бесфлюсовое приготовление 2,59 5,07

2

3

4

Рис 7 Макроструктура излома технологических проб из сплава Мл5 1 - Не рафинированного 2 - Рафинированного флюсом при флюсовом приготовлении 3 - Бесфлюсовом приготовлении, обработанного продувкой газами 4 - Бесфлюсовом приготовлении, обработанного продувкой газами и постоянным током

Излом 1 нерафинированного сплава имеет мелкозернистую структуру, слабо волокнистое строение; поверхность излома светлая. В изломе имеются два крупных интерметаллических включения серого цвета и несколько мелких черных.

Поверхность излома образца 2 из сплава рафинированного флюсом светлая, излом мелкозернистый, однородный. У поверхности имеется серое крупное интерметаллическое включение.

Излом образца 3 из сплава, полученного при бесфлюсовом приготовлении и обработанного продувкой газами, имеет мелкозернистую, однородную, светлую структуру. Имеет мелкие интерметаллические включения черного цвета, расположенные ближе к поверхности.

Поверхность излома образца 4 полученного из сплава бесфлюсового приготовления и обработанного продувкой газами совместно с постоянным током имеет мелкозернистую, однородную, светлую структуру. Включений в изломе нет.

По макроанализу дефектов литейного характера в структуре нет. Структура однородная, равномерная.

По микроструктурному анализу структура состоит из 8 - твердого раствора алюминия и цинка в магнии с включениями К^пА^.

Макроструктура образца после термической обработки (рис. 8-а) полученного из сплава, приготовленного под слоем флюса, равномерная, имеются мелкие поры, рыхлоты, инородные включения.

Макроструктура образца после термической обработки (рис. 8-6) полученного из сплава, приготовленного в газовой защитной атмосфере, равномерная, без дефектов литья (пор, рыхлот, включений).

а)

б)

Рис. 8 Микроструктура образцов (*250) магниевого сплава Мл5, приготовленного: а) - под слоем флюса; б) - в среде защитного газа

Микроструктурным анализом установлено: плоскости зерен выровнены, границы между ними четкие. По границе зерен мелкие выделения фазы М§|7А1|2. Дефектов литья в структуре не обнаружено.

Проведенными исследованиями установлено, что обработка магниевых сплавов постоянным электрическим током при бесфлюсовом приготовлении способствует:

- понижению газосодержания в расплаве с 8 - 14 см3/100 г до 4 - 5 см1/! ООг;

- повышению механических свойств (временное сопротивление на разрыв с 255 до 300 МПа; относительное удлинение с 5,5 до 12 %).

- снижение брака отливок, особенно по герметичности с 50 - 60 % до 5 %.

При выявлении возможности и оценке эффективности процесса дегазации внутренним вакуумированием, на первом этапе исследований была выявлена зависимость газосодержания в расплаве от времени обработки электрическим током и плотности тока на аноде.

Как видно из (рис. 9, 10) оптимальное время обработки 5 мин, а плотность тока 0,04...0,09 А/см2. При этом имеет место ионизация свободных атомов водорода и разрушение ионных связей водорода с окисью магния и гидридами, которые перемещаются к катоду и по мере накопления, образуют пузырьки, а затем всплывают на поверхность расплава. При плотности тока более 0,1 А/см2 происходит резкое увеличение газосодержания, т.е. происходит ассоциация водорода в молекулы, которые распространялись по всему объему расплава.

Рис. 9 Зависимость газосодержания в расплаве от времени обработки электрическим током

Пплмосгыоп. А/см

Рис 10 Зависимость тазосолержания в расплаве от плотности тока на аноле

На втором этапе исследовалось влияние только внутреннего вакуумирования и совместно с электрическим током на газосодержание в расплаве. Установлено, что обработка внутренним вакуумированием незначительно снижает газосодержание в расплаве (рис. 11).

К резкому снижению газосодержания приводила совместная обработка расплава током с плотностью на аноде более 0,1 А/см2 и внутренним вакуумированием в течение 15 мин. (рис. 12).

При исследовании эффективности обработки магниевых сплавов фильтрацией, на первом этапе была установлена зависимость влияния толщины и состава фильтри-рующего слоя на эффект модифицирования и рафинирования (рис. 13, 14, 15, 16). Как видно, при фильтрации через один слой наблюдалось снижение включений до 0,2...0,3 мм/см и газосодержания - до 10...И см3/100 г, а через двухслойный фильтр - 0,05...0,10 мм2/см2 и 7... 8 см3/1 ООг.

Рис ] ] Зависимость газосодержания от времени обработки Рис 12 Зависимость газосодержания от времени обработки расплава внутренним вакуумированисм расплава внутренним вакуумированием и постоянным током

На втором этапе при определении эффективности очистки расплава была выявлена зависимость относительного содержания включений от скорости фильтрации, (рис. 16). Видно, что при скорости фильтрации более 8 см/сек происходит значительное ухудшение очистки.

Использование рассмотренного процесса приготовления сплава позволило получить расплав с высокой степенью очистки от газовых включений (7...8 см3/100 г), механическими свойствами (ст„=280...300 МПа, 5=7...12 %) при значительном снижении расхода защитного газа (с 800 до 500 л/плавку).

60 80 100 120 140 1'

Толщина слоя фильтра, мм -

Рис 13 Влияние толщины фильтрируюшего слоя на эффект модифицирования, ф-машсзит, А - электродный бой, Щ - магнезит + электродный бой

0 и

О ! .8

В и

Рис 14 Количества включений (а) и газосолержания (б) в расплаве при фильтрации через однослойный (I) и двухслойный (2) фильтр

07 р-------|-

о« -^--- 1____^^^Н

ИИ I яш ^И

! Ц ZZ | :: Щ —В

а) 6)

Рис 15. Влияние степени заполняемое™ фильтрационной камеры на количество включений (а), величину диаметра зерна (6)

Скорость фильтрации, см/с Рис 16 Зависимость относительного содержания включений от скорости фильтрации

Оценку эффективности заливки форм в инертной среде, с точки зрения образования «вторичных» окислов, проводили путем изучения макрошлифов продольных разрезов участков литниковой системы с фильтрирующей сеткой. В качестве защитной среды использовалась смесь инертных газов тяжелее и легче воздуха. Причем перед разливкой в полость формы подавали один «тяжелый» газ, во время заливки -смесь «тяжелого» и «легкого» при соотношении 1:20 и после заливки тоже один «тяжелый».

Давление газов поддерживали в пределах 0,02...0,03 МПа, расход ~ 0,3 л/мин. При оценке макрошлифов было установлено, что при разливки форм без защитной среды площадь включений в литниковой системе составляла 750 мм , а при заливке в инертной среде - 150 мм2. Испытания опытной партии деталей показали высокую герметичность отливок.

В четвертой главе приведены результаты проведенных исследований, которые выразились в разработке и внедрении технологических процессов и оборудования к его осуществлению, а именно для:

- электрорафинирования магниевых сплавов, приготовляемых под слоем флюса;

- бесфлюсового приготовления магниевых сплавов на установке РПБМ-0,3;

- электрорафинирования при бесфлюсовом приготовлении магниевых сплавов;

- РТМ для электрорафинирования магниевых сплавов.

Для приготовления магниевых сплавов с рафинированием постоянным током наиболее приемлемы тигельные печи сопротивления с тиглями различной вместимости и агрегаты выпрямительные типа ВАКГ.

Проведенные исследования показали, что геометрия и объем тигля не оказывают существенного влияния на режимы рафинирования постоянным током. В табл. 3 приведены параметры режимов обработки электрическим током магниевых сплавов.

Параметры режимов обработки электрическим током магниевых сплавов в

различных тиглях

ТаблЗ

Наименование параметров Условное обозначение тигля

1М 2М

Масса расплава, кг 100 150 180 100 150 200

Сила электрического тока, А 330 500 600 330 500 670

Диаметр катода, мм 200 250 300 250 300 350

Для серийного внедрения была спроектирована и изготовлена печь раздаточная для магниевых сплавов РПБМ-0,3, предназначенная для бесфлюсового приготовления магниевых сплавов в среде защитного газа, который способствует образованию на поверхности расплава устойчивой газовой защитной пленки, предохраняющей расплав от воздействия с кислородом воздуха. В качестве защитной атмосферы использовался 1 - 2 % элегаз (ТУ6 - 02 - 1249 - 83) в смеси с осушенным углекислым газом (ГОСТ 8050 - 85).

Получены авторское свидетельство и патенты на технологии и оборудование, которые использованы на ОАО «КнААПО» при разработке и внедрении технологий получения отливок из магниевых сплавов.

Внедрение на ОАО «КнААПО» технологических процессов приготовления магниевых сплавов и электрорафинирования позволило снизить газосодержание в 1,5...3 раза, сократить брак отливок по негерметичности на 30...40 %, исключить брак отливок по флюсовой коррозии, увеличить долговечность и надежность литых заготовок на 5...10 %, увеличить производительность печей на 20 %, трудоемкость расплавления шихты на 15 % и получить экономический эффект в сумме 6655 тыс. руб. в ценах 1998 года.

Кроме того, технологический процесс обеспечил снижение вредных газовых выделений в 50 раз, аэрозолей флюса в 10 раз, шлаков в 3 раза, что улучшило санитарно-гигиенические условия труда на участке магниевого литья.

Общие выводы

1. Результаты исследований, показали, что водород в магниевых расплавах находится в ионизированном состоянии.

2. На основании экспериментальных исследований и опытных плавок в производственных условиях разработан технологический процесс электрорафинирования магниевых сплавов со следующими оптимальными параметрами:

- сила тока-600...650 А;

- напряжение - 20...40 В;

- время обработки 5 мин.

3. Рафинирование сплавов флюсами и электрическим током позволяет улучшить механические свойства сплава (временное сопротивление на разрыв с 240 до 255 МПа; относительное удлинение с 8,0 до 9,7 %).

4. Разработаны и внедрены технологический процесс бесфлюсового приготовления магниевых сплавов, оборудование РПБМ-0,3 и оснастка для его реализации в производство.

5. Установлено, что при бесфлюсовой плавке:

- состав газовой смеси в значительной мере зависит от состава магниевого сплава, для защиты которого она предназначена. Оптимальные результаты применительно к сплаву Мл5 были получены при использовании смеси, в которой входит гексаф-торид серы (элегаз) 1 ...2 % и углекислый газ (остальное).

- сокращается цикл плавки, повышается производительность печей на 20 %.

- уменьшается расход электроэнергии на 20 %.

- исключается брак по флюсовым включениям.

- уменьшаются безвозвратные потери на 5 %.

6. Обработка магниевых сплавов постоянным электрическим током при бесфлюсовом приготовлении способствует понижению газосодержания в расплаве с 8-14 см3/100 г до 4 - 5 см3/100 г; повышает механические свойства (временное сопротивление на разрыв с 255 до 300 МПа; относительное удлинение с 5,5 до 12 %); снижение брака отливок, особенно по герметичности с 50 - 60 % до 5 %.

7. Улучшаются санитарно-гигиенические условия (снижены вредные газовые выделения в 50 раз, а аэрозолей флюса в 10 раз, шлаков в 3 раза).

8. При приготовлении магниевых сплавов с использованием фильтрации наилучшие результаты качества расплава получены при соблюдении следующих условий:

- фильтрация через двухслойный фильтр магнезита и электродного боя (причем в этой последовательности);

- степень заполняемости фильтрирующей камеры 0,9 - 1,0;

- скорость фильтрации 1,0 - 7,0 см/сек (содержание включений - 0,05...0,10 мм /см2; газосодержание - 7,0...8,0 см3/100 г; зерно сплава - 0,10...0,15 мм; временное сопротивление на разрыв 260...300 МПа; относительное удлинение - 7... 12 %; снижен расход защитных газов с 800 л на плавку до 480...500 л).

9. Установлены оптимальный состав защитного газа при заливке форм (перед заливкой - газ тяжелее воздуха; во время заливки - газовая смесь из газа тяжелее воздуха и легче воздуха в соотношении 1:10 - 20; после заливки - газ тяжелее воздуха) и расход защитных газов - 0,30 л/ мин, рабочее давление - 0,02...0,03 МПа.

10. Результаты работы по бесфлтосовому приготовлению магниевых сплавов и электрорафинированию внедрены на предприятии ОАО «КнААПО». Материалы РТМ использованы головным технологическим институтом АООТ НИАТ. Результаты работы используются также в учебном процессе на кафедре «Машины и технология литейного производства» КнАГТУ.

11. Внедрение на Комсомольском-на-Амуре авиационном производственном объединении технологических процессов приготовления магниевых сплавов и элек-

трорафинирования позволило снизить газосодержание в 1,5-3 раза, сократить брак отливок по герметичности на 30 - 40 %, увеличить коррозионную стойкость, надежность и долговечность литых заготовок, улучшить санитарно-гигиенические условия труда на участке.

Суммарный экономический эффект от внедрения разработанных технологий составил 6655 тыс. рублей в ценах 1998 года.

Основное содержание диссертации опубликовано:

1. Харунжин A.A., Якимов В.И., Матысик В.А., Калинин А.Т. Рафинирование алюминиевых и магниевых сплавов с применением постоянного электрического тока//РТМ 1.4.763-80. НИАТ. 1981. 16 с.

2. Якимов В.И., Муравьев В.И., Калинин А.Т. и др. Исследование влияния постоянного электрического тока на качество приготовляемого магниевого сплава // Литейное производство 1999. № 12. С. 10-12.

3. Калинин А.Т., Якимов В.И., Муравьев В.И. и др. Влияние постоянного тока на газосодержание в расплавах // Вестник КнАГТУ. Выпуск 2. Прогрессивные технологии в машиностроении. Сборник 1. Часть 2. Комсомольск - на - Амуре. 2000. С. 67 - 69.

4. Калинин А.Т., Якимов В.И., Муравьев В.И. и др. Исследование влияния постоянного электрического тока на качество магниевого сплава приготовляемого под слоем флюса // Вестник КнАГТУ. Выпуск 2. Прогрессивные технологии в машиностроении. Сборник 1. Часть 2. Комсомольск -на - Амуре. 2000. С. 57-61.

5. Калинин А.Т., Якимов В.И., Муравьев В.И. и др. Исследование влияния постоянного электрического тока на качество получаемого магниевого сплава, при бесфлюсовом приготовлении // Вестник КнАГТУ. Выпуск 2. Прогрессивные технологии в машиностроении. Сборник 1. Часть 2. Комсомольск - на - Амуре. 2000. С. 62 - 67.

6. Калинин А.Т., Якимов В.И., Муравьев В.И. и др. Исследование влияния постоянного электрического тока и внутреннего вакуумирования на качество приготовляемого магниевого сплава // Вестник КнАГТУ. Выпуск 2. Прогрессивные технологии в машиностроении. Сборник 1. Часть 2. Комсомольск - на - Амуре. 2000. С. 50 - 51.

7. Якимов В.И., Калинин А.Т., Якимов A.B. Заливка магниевых сплавов в струе защитного газа // Материалы межрегиональной научно-практической конференции (4-6 декабря 2001 г.) Хабаровск. 2001. С. 181

8. Якимов В.И., Калинин А.Т., Якимов A.B. Заливка магниевых сплавов в струе защитного газа // Сборник научных трудов сотрудников КнААПО. Хабаровск. 2001. С. 119 - 121.

9. Калинин А.Т., Евстигнеев А.И., Якимов В.И. и др. Исследование газовых защитных атмосфер для магниевых сплавов // Вестник КнАГТУ. Выпуск 3. Сборник 2. Комсомольск - на - Амуре. 2002. С. 181-192.

10. Калинин А.Т., Якимов В.И., Шуршукова О.С. и др. Газовые защитные атмосферы для магниевых сплавов системы Mg-Al-Zn // Международная научная конференция «Нелинейная динамика и прикладная синергетика». Часть 1. КнАГТУ. Комсомольск - на - Амуре. 2003. С.140 - 144.

11. A.C. № 1644531 СССР МКИ С22 С1/06. Способ приготовления магниевых сплавов / Якимов В.И., Калинин А.Т. - № 4708407/02. Заяв. 21.06.89.

12. Патент № 2139167 RU МКИ В 22 Д 21/04. Способ литья магниевых сплавов / Якимов В.И., Калинин А.Т., Якимов A.B. - № 98107602/02. Заявл.

21.04.98. Опубл. 10.10.99. Бюл. № 28.

13. Патент № 2154689 RU МКИ С 22 В 26/22. Способ приготовления магниевых сплавов в открытых печах / Якимов В.И., Калинин А.Т., Якимов A.B. -№ 99114138/02. Заявл. 28.06.99. Опубл. 20.08.00. Бюл. № 23.

14. Патент №2167025 RU МКИ В22С9/08. Литниковая система для кокиля. / Якимов В.И., Калинин А.Т., Якимов A.B. - № 99116800/02. Заявл.

03.08.99. Опубл. 20.05.01. Бюл. № 14.

15. Патент № 2] 73722 RU МКИ С 22 В 9/05. Устройство для обработки магниевых сплавов газами при бесфлюсовом приготовлении / Якимов В.И., Калинин А.Т., Якимов A.B. - № 2000120136/02. Заявл. 27.07.00. Опубл. 20.09.01. Бюл. №26.

I

I

Сдано в набор_Подписано в печать_Бума! а офсетная 80 г/кв м.

Гарнитура Times New Roman, тираж 100 экз. Отпечатано Произвлдственно-издательским предприятием «Шип», г. Комсомольск-на-Амуре, з.н.

117 P ft 4

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1 Анализ существующих технологий получения отливок из магниевых сплавов с повышенными механическими свойствами и герметичностью

1.1 Физико-химические процессы, происходящие при плавке магниевых сплавов

1.2 Дегазация магниевых сплавов

1.3 Модифицирование магниевых сплавов

1.4 Печи для плавки магниевых сплавов

1.5 Перспективные направления совершенствования технологий получения фасонного литья магниевых сплавов

1.5 Оборудование для плавки магниевых сплавов в защитных газовых средах

1.6 Выводы и постановка задач исследований

Глава 2 Методики экспериментальных исследований

2.1 Объекты и методы исследований

2.2 Оборудование для проведения исследований и методы исследований 43'

Глава 3 Исследование влияния различных способов рафинирования на газосодержание и свойства магниевых сплавов

3.1 Исследование влияния постоянного электрического тока на технологические параметры магниевых сплавов, приготовленных под слоем флюса 47 3.1.1 Проведение опытных плавок в производственных условиях

3.2 Исследование технологических параметров процесса рафинирования и модифицирования при бесфлюсовом приготовлении

3.2.1 Исследование газовых защитных атмосфер для бесфлюсового приготовления магниевых сплавов

3.2.2 Отработка режимов бесфлюсовой плавки

3.2.3 Разработка типового технологического процесса бесфлюсового приготовления магниевых сплавов

3.2.4 Установка для бесфлюсового приготовления магниевых сплавов

3.2.5 Исследование влияния постоянного электрического тока на качество получаемого магниевого сплава при бесфлюсовом приготовлении

3.3 Исследование технологических параметров процессов рафинирования магниевых расплавов методом внутреннего вакуумирования с одновременной обработкой электрическим током

3.4 Исследование технологических параметров процесса рафинирования и модифицирования расплава фильтрацией через фильтрирующую камеру при бесфлюсовом приготовлении

Глава 3.5 Исследование технологических параметров процесса заливки магниевых сплавов

3.6 Выводы

Глава 4 Разработка технологических рекомендаций по внедрению электрорафинирования магниевых сплавов на предприятиях авиацион ной промышленности

4.1 Исследование влияния объема плавильных тиглей на режимы элек трорафинирования

4.2 Внедрение плавильно-раздаточной установки и технологического процесса для бесфлюсового приготовления магниевых сплавов

4.3 Выводы Общие выводы Библиографический список Приложение 1 Приложение

Среди большого числа различных материалов, применяемых в современной технике, видное место отводится производству и использованию в народном хозяйстве цветных сплавов, особенно легких, к числу которых относится магний.

Магниевые сплавы - наиболее легкие из используемых в промышленности материалов находят разнообразное промышленное применение. Высокая удельная прочность обуславливает целесообразность их использования в первую очередь в тех случаях, когда имеет большое значение снижение веса конструкций (в самолетостроении, ракетной и космической технике). Кроме того, магниевые сплавы нашли применение в качестве материалов с высокими физическими и химическими свойствами.

В условиях рыночной экономики, дефицита металла и энергоносителей производство качественного литья является первостепенной задачей литейного производства. Это в полной мере относится к производству магниевых отливок. Для производства конкурентоспособных отливок необходимо создание эффективных технологий повышения свойств сплава и качество отливки из него. К числу мер, позволяющих решить такую задачу, наиболее эффективно обеспечение надежной защиты расплава от возгорания, высокой чистоты материала отливок по флюсовым, газовым и неметаллическим включениям, ухудшающим практически все показатели качества свойства литого металла.

Это достигается в результате изыскания и совершенствования методов приготовления расплавов.

Таким образом, разработка технологии приготовления литейных магниевых сплавов является важнейшей народнохозяйственной задачей, для решения которой необходимо совершенствование методов защиты расплава от возгорания, рафинирования и модифицирования расплавов для снижения в них газосодержания, твердых неметаллических включений, повышения механических свойств, плотности, герметичности отливок.

Настоящая работа состоит из трех основных разделов:

- разработка технологии получения герметичных отливок из магниевых сплавов путем совершенствования процесса рафинирования расплава при флюсовом приготовлении;

- разработка технологии получения коррозийностойких отливок из магниевых сплавов путем совершенствования и разработки новых процессов приготовления магниевых сплавов при бесфлюсовом приготовлении и создание соответствующего оборудования для его осуществления;

- производственные испытания и внедрение разработанных технологических процессов в производство в литейном цехе ОАО Комсомольского - на - Амуре авиационного объединения (ОАО «КнААПО»).

Цель работы — получение деталей с высокими эксплуатационными свойствами за счет разработки и внедрения ресурсосберегающих технологий плавки и разливки магниевых сплавов.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

- исследование влияния различных способов приготовления магниевых сплавов под слоем флюса и газовой защитной среде на газосодержание, герметичность и механические свойства;

- исследование, разработка новых методов рафинирования (электрорафинирование, продувка газами, внутреннее вакуумирование, фильтрация) магниевых сплавов, создание специальных устройств и оборудования для их осуществления;

- исследование и разработка новых технологических процессов разливки (в среде защитного газа) магниевых сплавов;

- производственные испытания и внедрение разработанных технологических процессов.

Научная новизна

1. Получены новые результаты по обработке магниевых сплавов электрическим током, позволяющие получить средние значения механических свойств образцов после термообработки Т4: ав=255 Мпа, 8 = 6,5 % и газосодержание

15 см3/100 г;

2. Установлена и научно обоснована закономерность изменений газосодержания, герметичности и механических свойств литейных магниевых сплавов от способов их приготовления;

3. Экспериментально обоснован эффективный состав защитной газовой среды при приготовлении и разливке магниевых сплавов;

4. Выявлена зависимость массы приготовляемого расплава, плотности тока и количества электричества, позволяющая аналитическим путем определять оптимальные параметры технологии электрорафинирования магниевых сплавов;

5. Установлено, что при различной плотности тока происходит резкое изменение газосодержания - от шах до min и на оборот (при плотности тока до

2 2 0,04 А/см происходит резкое снижение газосодержания, при 0,04 - 0,09 А/см идет дальнейшее незначительное снижение и при плотности тока более

0,1 А/см2 происходит резкое увеличение газосодержания).

6. Установлен оптимальный режим внутреннего электровакуумирования — оптимальное время 15 минут с плотностью тока на аноде более 0,1 А/см . Основные положения, выносимые на защиту:

- результаты исследований влияния различных способов рафинирования — флюсами и электрорафинирования при приготовлении магниевых сплавов под слоем флюса на структуру сплава и качество отливок;

- результаты исследований влияния различных способов рафинирования и модифицирования (рафинирование продувкой газами, электровакуумное рафинирование, электрорафинирование с продувкой инертным и углеродосодержащим газами, рафинирование фильтрацией через кусковые насыпные фильтры) на качество получаемых отливок при бесфлюсовом приготовлении магниевых сплавов.

- результаты экспериментальных исследований разливки магниевых сплавов по формам в струе защитного газа на свойства получаемых отливок.

Личный вклад автора Автору принадлежит постановка задач данного исследования, обоснование и разработка основных положений, определяющих научную новизну и практическую значимость.

Результат экспериментальных и теоретических исследований, изложенные в диссертации, получены лично автором и при его участии под руководством научного руководителя и консультанта.

Практическая значимость и реализация

На основе экспериментальных исследований разработаны:

- технологический процесс электрорафинирования магниевых сплавов при приготовлении под слоем флюса;

- технологический процесс бесфлюсового приготовления магниевых сплавов;

- технологический процесс разливки магниевых сплавов по формам в струе защитного газа.

Все эти технологические процессы нашли практическое применение на ОАО «КнААПО» на участке магниевого литья, оснащенном плавильно-раздаточными печами собственного производства.

Суммарный экономический эффект от внедрения на ОАО «КнААПО» составил 6655 тыс. рублей (в ценах 1998 г.).

Результаты работы внедрены в учебный процесс при чтении лекций и выполнении лабораторных работ по дисциплинам «Технологические основы производства отливок» и «Плавка литейных сплавов» кафедры «Машины и технология литейного производства» в ГОУ ВПО КнАГТУ.

10. Результаты работы по бесфлюсовому приготовлению магниевых сплавов и электрорафинированию внедрены на предприятии ОАО «КнААПО». Материалы РТМ использованы головным технологическим институтом АООТ НИАТ. Результаты работы используются также в учебном процессе на кафедре «Машины и технология литейного производства» КнАГТУ.

И. Внедрение на Комсомольском-на-Амуре авиационном производственном объединении технологических процессов приготовления магниевых сплавов и электрорафинирования позволило снизить газосодержание в 1,5 - 3 раза, сократить брак отливок по герметичности на 30 - 40 %, увеличить коррозионную стойкость, надежность и долговечность литых заготовок, улучшить санитарно-гигиенические условия труда на участке.

Суммарный экономический эффект от внедрения разработанных технологий составил 6655 тыс. рублей в ценах 1998 года.

1. Магниевые сплавы. Ч. 2. Справочник. Технология производства и свойства отливок и деформированных полуфабрикатов / Под ред. И.И. Гуреева, М.В. Чух-рова М.: Металлургия, 1978. - 296 с.

2. Альтман М.Б., Лебедев А.А., Чухров М.В. Плавка и литье легких сплавов. М.: Металлургия, 1969. 680 с.

3. Есин О.А., Гельд П.В. Физическая химия пирометаллургических процессов. М., Металлургиздат. 1954

4. Андреев А.Е., Родякин В.В. Металлургия и химия титана. М.: Металлургия, 1968.-с. 285 -292.

5. Альтман М.Б., Лебедев А.А., Чухров М.В. Плавка и литье легких сплавов. М., Металлургия, 1969, 175 с.

6. Корольков A.M. Литейные свойства металлов и сплавов. М.: Наука, 1967. - 199 с.

7. Novotny Н., Wormnes Е., Mohrheim А. "Z. F. Metall kunde", 1940, Bd 32, №2, S. 39-41.

8. Лашко Н.Ф., Морозова Г.И., Андреева Ф.С., Тихонова В.В. «Изв. АН СССР. Металлы», 1969, № 2. - С. 159 - 163.

9. Лебедев А.А., Тихонова В.В. Алюминиевые и магниевые сплавы М.: Оборон-гиз, 1959.-С. 252-268.

10. Шаров М.В., Никитина М.Ф. Обработка цветных металлов и сплавов. М.: Металлургиздат, 1953. С. 85 - 91.

11. Шаров М.В., Морозов Б.С., Серебряков В.В. Металлургические основы литья легких сплавов. М.: Оборонгиз, 1957. - С. 341 - 359.

12. Шаров М.В., Гудченко А.П. Металлургические основы литья легких сплавов. -М.: Оборонгиз, 1957. С. 306 - 330.

13. Воронов С.М. Избранные труды по легким сплавам. М.: Оборонгиз, 1957. - 595 с.

14. Альтман М.Б. Неметаллические вкючения в алюминиевых сплавах. М., Металлургия, 1965, с. 2515,16,17.18,19,20,21,22,23,24,25