автореферат диссертации по металлургии, 05.16.04, диссертация на тему:Исследование неоднородности жидких алюмиевых сплавов и разработка технологии их рафинирования и заливки в формы

ГОРЫСОВСЛСЙ ОРДЭ1А ТРУДСХГО КРАСНОГО 3KAJJEHÏÎ П0Л1ТГ2Х1С1ЧЕСК^1

ИНСТИТУТ

На правах рукоплси

ШШ.Ш^ШР НЖОЛАЕЗИЧ

Ш 621.745.5:521.746.5:669-154

ЯС0Лг203Ш!Е НЕОДНОРОДНОСТИ ЕШ АШЯККЕЫХ СПЛАВОВ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЙ ИХ РАИШРОВАНИЯ И ЗАЛИЗХЙ В COR.Ü

Специальность С5.16.04 - Литейкое производство

АВТОРЕФЕРАТ

писсергают на соискание ученой степени кашмдага технических наук

Горы;::а 1390

га Сот а выполнена на кафедре "Литейное производство и кошто-зицаотше ¡л:7ер;1ыщ" Владимирского политехнического пнстэтута.

¿^учьш ¿-укоаодатель: иаадвдат технических тук, доцент

ГАЗДХш Я .В,

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

ЧЖ2ГА ПЛ. ■

катодах техшгческих наук

ш-дадав а.п.

ведущее предприятие:

Владаг.ирское производственное оОьединете Чочша"

садэта состоится ШУЭ года в часов 1

на заседании сяешгллэарозаяшго совета К 0S3.b5.05, ло присуждена», учено;; с» ;пенй каедздата теисмескдх наук в Горьковсксы ордена | Трудового Косного Знамена политехняческоц институте, по адресу: I ■бОоЬОО, г. Горький, ГСи-41, ул. ;1лшна, 24, Горысовсюш политехяи-! чеоша анститут. .

С диссертацией дагно ознакомиться в библиотеке Горьковского полотех1шеского института.

Автореферат разослан

? 1990 г.

Ученый секретарь спедааянзированного совета, кандидат техническ^з^наук, доцент

З.А.Васальев

Подп.03.10.90. Формат 60хМА/16. Бумага сйерт. Печать офсетаая. Уч.-изд.л.1,0. Тира* 100 экз. Заказ 398. Бесплатно.

Лаборатория офсетной печагя ГЯИ. 605600,й.-Новгород,уд.иивива»г4.

ОШАЯ лАРАКГКРКСГт РАБОТЫ

Актуальность' тета. перед народиш хозяйством страны в период перестройки всей газ;;:: обцества особенно остро стоят задач;: существенного яовкпендя качества выпускаема;: продукции и снижения трудоемкости ее изготовления. Реиеняе этих задач в машшюстроешгд требует . соае;ценстзо>ян;'л суцествуццга и разработки ноепх техяологэтескях ; процессов литья, ооеслечаваодих получение отливок высокого класса. 1 Уровень п стабильность свойств отл*эок зависят от комплекса факторов, загке;ол2.: из которых является подготовка расплава.

Исследования в области жидкого состояния, в частности :.мкроне~ однородного строеякя шш металлов,привлекают по мере развнтгл тонкдх высокотемпературных методов анализа все большее внимание спе-циалястов, а настоящее время опубликованы многочисленные исследования, посвященшз изучении свойств расплавов в слрокои интервале температур. Ка протяленЕ! ряда лет продолжаются теоретические дискуссий о структуре задних иеталлнческкс сплавов. Однако исследований для практики лггья явно недостаточно, хотя актуальность этого направле-, пул для разработки высокоэффективных методов раф'лнпрозашш, тер:,:о- ■ временно;'! обработка и литья кэдкнх металлов не монет вызывать со:.!- ; Ьетй. Ка протяжении всего технологического цикла подготовка расплава в яеи протекаю? сложные физические процессы, связанные с измене-,; 'дгем структура, строения :: свойств, с ростом кля распадом ьз:крогруп^ пирозок атомов, перераспределением з объеме металла а т.п. Все 1это зо шгогом определяет ког.ечкнс свойства л:ггых ::здел:£1. Поэтому ; одни:.! ::з лcpcпc^п,::x.,i!л: путел яозьпепш тчестш лптъя является со-:?ер^е;!сгвоггн::-э сутесгБуггх'х « разработка новых технологических процессов винла-лск :: заливки сплавов на основе ¡изучения их мняронеодно-Ъодного ст1 оенид.

{ Расота з соответствии с Координационным планом кауч-'

^о-псследогхледьскас работ АН СиО- по проблеме 2.25.1.5 "разработка, ¡теоретических оспод упротлгц^ч процесса:.::! сормнроглнля отливок с ; лр:..:эно;;::ог,1 ззйоезс зозгеастзаК", раздел 01.09.0b '"сслодозаггне яро-Ьассоз ,с:?ш в металлические :: пемсталл.'гческие £>ор.:ц в усзопкяс рст-зство:!::еп :: пр::;-у;;:г:оль.чс:; подачи расплава з <];ор:.:у и разработка ¡:а ото:; осдоьа тсхяолэпиесетс рзсаьзя получения от.тазок впсоксго ;СЛГ;ССа" .

! настоя:.,он рабстн яг^дяотся исследовании строена з::дкпх

1":г:у::-!::^ спл:.1чг>, прэтекгшзас га :.п:крс- :: какроуроз:шх ::

^азтсссгхг: па ;>:'с: оспою техкалоггкеска: /:?одессоз рафинирован:;«,

?тёрыовремендо2 обработки и литья^аЗш/зЬйёшЬс сплавов. : В диссертационной работе решены следу щке научные задачи:

I. лзучетае строения жидких литейных сплавов, а такзе исследо-;ваике процесса развития химической и структурной неоднородности в •расплавах и его влияния на качество отливок, г 2. Исследование влияния термовреыенных условий выдер&ки расплава при плавке, а такяе содержания легирувдих компонентов на степень развития химической и структурной неоднородности сплавов. ' 3. Проведение экспериментальных исследований влияния термовреЦ "меншх к конструктивных шролегров процесса внсокотакпературюго кабельного рад,рлшровашш и терыоседимеатациошюй обработки расплава »•. -'на свойства и степень загрязненности отливок из алшиниевых сплавов.

' л «

<■ 4. исследование влияния величины металлостаткческого давления •; ¡и условии литья на реазы формообразования, кинетику процесса за- | .твердедания и качество отливок.. !

; о. Эк<шер!шентальная проверка разработанных, технологических ! '■процессов и их лромшлешая апробация. )

( Ьаучгая новизна. Теоретически и экспериментально определены • .закономерности процесса самопроизвольного развития химической и |. I структурной неоднородности в литейных сплавах при. выдержке в гид ко» |состоянии. Установлено, что хкшческря неоднородность возникает как г следствие процесса перераспределения легируших компонентов сплава ; !в направлении действия силы земного тяготения. В результате этого V !в нем образуются участки структурной шкронеоднородностЕ, характе-, ■ ризушциз переход расплава из иакрооднородного в ьакронеоднороднов | Состояние. Получены экспериментальные и расчетные данные о .влиянии 1 |исходной концентрации, температуры и времени выдержки расплава на ¡степень развития хишческо& неоднородности в эффективность процес-! |сов седиментации в сх:. :авах различных систем. Б частности, показано, 1 ¡что процесс развития шкронеоднородности неразрывно связан с поло- < Гением сплава на диаграмме состояния, причем макешлалькая неодно- г |родноств развивается у систем с концентрацией компонентов, близкой: ¡к эвтектической. С увеличением температуры перегрева размеры ыикро-т ¡группировок атомов уменьшатся, скорость седиментации изменяется , | незначительно» ;

; Результаты исследовании адкого-состояния пршленены для совер4 ! шекствования технологии ратинирования, термоседшлентадаошгай обра-1 | сотки и литья алюминиевых сплавов* Получены эксперимекгалыше дан- ' ] ные о влиянии размера капель и температуры при терыофлюсовом ка-

дельном ратинировании, а такие времени выдержка расплава при тер>.:о-1 седикентационной обработке на степень очистки алюминиевых сплавов. | Показано, что с умеиьшениеы диаметра капель и увеличением температуры при терлофлюсовои рафинировании степень очисти: сплавов воэрас- ; .тает. Рассмотрены особенности механизма капельного терггофлвсового | .ратинирования сплавов от металлически примесей в зависимости от \ :располонения примесных атоков в структурных зонах расплава. •

; - Исследовано влияние величины кеталлостатического давления при [ •заливке алюминиевых сплавов на качество литья. Получены закономер- | ноет и влияния величины избыточного металхостатического давления в ) пределах от 6 до 24 Киа на заяоляяекость тонких каналов литейных ; форм, величину гидравлического удара, кинетику процесса затвэрдева-! яия, плотность и механические свойства отливок. ;

Практическая значимость шботн. Разработана и передана для I производственного использования технология теркофшэсового рихиннро-; 'вания и теркоседкмзнтационной обработки алюминиевых сплавов, а так>:.е установка для ее осуществления. Указанная технология и установка ? позволяет кроке обработки яидккх сплавов проводить переплав и рафп-~ .кирозанне твердых кусковых отходов и струкки. Определены оптккалъ- I ,ше тер^озраменяке яарлметрьг ратинирования. |

! Разработана технология заливки алюминиевых сплавов в ооркн ] лод >:еталяостатическ>г.1 давлением и установка для ее осуществления. ' Технология литья под ¡.ктатлосгатическкл давлением позволяет получать ;отлнэкп высокого качества при общем еншенпи расхода ¡.'.етаяла на лит-¡никозо-ппта'тдую систему. Отработаны ре зилы литья. ;

' Реализация результатов работы в .тсоупиглеикости. По результата;.! 'исследазашй разработана прохлешепная технология переплаза и райи- ; [нирозания сгрузки ад&зшшвше сплавов. Использование переплава • -|струк;з'при литье пораяей двигателей внутреннего сгорания на ;'.:цек- , |ско:.5 заводе алюлинпеюго литья производственного объединен:^ 3101 ; ¡позволит сэконог.штв более 350 т свешэс шнхтозкх глтекшлов в год, | 'что с учетом затрат по статьям себестоимости обеспечит получение { экономического о££.екта более 94 тысяч рублей в год. |

| . Апробация таботн.. Результаты работы доложены л обсуздеш на У | (й Л Всесоюзных конференциях'по строении и свойствам металлических ; ¡и плаковнх расплавов (г. Свердловск, 1983 и 1986 гг.), а такхе ! {всесоюзных научяо-тех>пзческих" конференциях: ''Состояние и лерспекти-1вы создания шеокопродукти&чого литейного оборудования" (г. Москва,1 '1985 г.), "Прогрессивные процессы плавки и литья цветных металлов .'

и сплавов" (г. ыосква, I&S9 г.); на Республиканских научно-техничес»-ких конференциях: "Новые иетачло- п трудосберегающие технические процессы в литейном врокзвод иве* Сг. Челябинск, 1984 г.), "Применение малоотходных технологий изготовления отливок из черных и цвет-кшс металлов для энергонаишеявых тракторов" (г, Чебоксары, 1984 г.) ■ "Ееыетадлпческде вклшешя и газы в диге^шх сплавах" (г. Зало-:рогье, 19ьв г.); на L в ЗУ областных научно-технических семинарах ^"Наследственность в лотах сшивах* (г. КуЗбшев, 1987 и 1990гг. ) -:е конференциях Владимирского политехнического института. ■

• Публдкащпи По 1гатераалам диссертации опубликовано 19 печатных! красот, из них А авторских,свидетельства СССР. [

• Объем и структура теботы. Диссертация состоят из введения, j •S глав, выводов, списка литературы из 214 яашенований и прилоае- < ■нхй. Содеракх 152 сгранацд ыапшэписного текста, 15 таблиц д 45 j "рисунков. Общий: объем работ 206 сграшц. . • j

; ОСНОВНОЙ СОДКРШШ. РАБОТЫ - - |

| Во ьзеденд; кзлогет общая характеристика работы, обоснована ' j ;актуашгость к сформирована цель проведения исследований, пока- \ |зана научная новизна и практическая ценность работы. ' • }

| 3 первой главе сделан анализ современного состошшя вопроса j !,в области исследований аодоас сплавов для практики литья, рассшт- j (ренн основные иод ела структурного состояния расплавоз, проведен пх ' ¡анализ. Отмечается» что почти каждая из теоретических код&ае2 про-; ¡восходит другие в точности описания какого-либо отдельного свойства Ыздкоетк д каддая гаеет свод недостатка. Ни одна аз сукествуших »ыоделз2 не имеет уяив&рсальиого применения,» в то sa эреюг для каа-|дон. имеется друг задач, в котором она шгет быть' использована с/'. .!гдкск.-аль!кд эафекго:.:. Показано, что 'наиболее полно отрезает строение хедких литейных сплавов в области реадышх тейпе ^атур литья , '¡шдель ?.-1кронаоднородного строения расялазов,: которея, как.наабоде« ¡соответстЕувсая строении реальных сялавов, баш принята в качества :_рабочсй гипотезы в настоящей дассертации яра анализе влияния режи--jrcm пзргркз и жлъа яа структуру и э ксялуатациошше свойства литых

| £аса:отреш1 вопроса влияния термоврекенных условий вшшааки п |^адззвяи лсте2ных сшивав кэ структуру.:; механически® свойства от-|лашаЕ- доказано, чзотароко известная классическая зависШоеть вли T$B2ne$m,jfiK ле^еграва расплатд при плавке а тешературы залк&-

кя на шкроскопическсе строение отливок в теории литейного произвол} ства объясняется без учета природы самого жидкого металла и измене-! ннй, происходящих в crpyitrype и свойствах расплава. |

; ' На основе анализа известных литературных данных о влиянии тем-; лературы и времени ввдерзски на структуру и свойства металл:гческих : расплавов делается вывод о vom, что в жидких металлических сплавах ! при перегреве вше температуры ликвидус наблвдаются микроструктур- : ние превращения тгаа полиморфных, сопровождающиеся изменением структуры и физических свойств расплава, причем перегрев сплава- виге температуры структурного превращения определенный образом сказывается m структуре и эксплуатационных свойствах литых изделий. При это;.: вопрос о взаимосвязи ыикронеоднородпого строения якдких кеталлоз с ¿ix макрокеоднородвш состоянием до настоящего времени остается открытым. Дифракционные исследования яидких металлических расплавов,' эвтектического типа, а также отдельные несистематизированные данные' седшентационных экспериментов позволяют сделать впвод о протекании1 шкроструктурных превращении, обусловленних микрорасслоением эвтек-i тических расплавов на структурные области, подобные структуре чистых компонентов. Очевидно,-что динамика развития химической неоднородности з объеме расплава, т.е. ¡¿.макроуровне, в основном определяется характером процессов,протекающих на микроуровне, -иными словами, латается суммарным итогом атах процессов.

Отмечается» что макростр'уктурные превращения, обусловливаемые . взаимным коллективным направленным перераспределением микрогрулпп- ; ровок атомов лаоо .под действием внутренних, возникающих в объеме расплава сил {коивмщаа, дп^узии и т.п.), либо яод действием внешних сил (давления, центрифугирования), а таете силы гравитации приводят в конечном итоге к образована макронеоднородностей. Исходя !из этого процесс развития макронеоднородности в расплаве Mose? но-■ 'сеть либо' самопроизвольный, либо вынужденный характер. С точки зро-!ния исследовании, посшцстшх непосредственно выплавке литейных •сплавов, представляет интерес npesae всего процесс самопроизвольного развития макроиеоднородност:: при естественных условиях, j На основании изучения состоять вопроса поставлена цель работы ¡и сформулированы задачи исследована;.

; Ъо вюиоц главе яредстаалени результаты исследовашй процесса ¡'развития .хими-чсскои и структурной макронеоднородности в лидкпх 'сплавах, описана мотодока- экспериментов, дана сведения о материалах,

|пр;1.:еняюз:хся в работе. В частности yi-азывается, что з качестве < '

----

го&^та~для^ссЗ:едованш были выбраны сплавы эвтектического типа, не тлещие ■ худала расслоения на -диаграмме состояния, как специально ¡приготовленные лабораторным путем, так и промышленных литейных ма-|рок, ,

| Ь экспериментах использовали образцы, пометенные в..кварцевые, ;алундовые и гранитовые капилляры и трубки диаметром от 0,5 до 4 ш, . высотой от 40 до 200 да. Сущность методики исследований 'заклоталась' '• !в выдержке образца расплава а печи заданное время (от 15 минут до. • 96 часов) при определенных условиях с последующей фиксацией распре-» !деления ког.шонентов сплава до высоте образца. Причем методика не- •. следований содержала ряд особенностей, 'направленных на устранение ! возшкного влияния посторонних факторов на результат экспериментов:-это влияние исходной неоднородности расплава, влияние конвекции в , аидгом состоянии, атмосферы, температурных перепадов, влияние ликвации при плавлении и кристаллизации, а та:с,е вибрашш от станочного < оборудования лаборатории. • . ;

Главным результатом является достижение заметной степени хими- . ческой неоднородности по высоте образцов после вцдерхки в квдком состояли. Согласно полученным данный химическая,неоднородность,измеряемая разницей концентрации лог»: руащ ос компонентов, по высоте образцов различных сплавов после выцерш: Т = 1-3 часа, достигает технологически значима* велотин, а именно 0,5 - 2%, что соответст- ; зует 10 - 40Й от исходной концентрации в сплаве, В работе представ- . лены исследования по изучению влияния исходной концентрации комяо- ' :недтов в образцах на кинетику развития хпхлкческой неоднородности в ; ¡сплавах систем АЕ -3) и 7п-Аб. , Согласно полученным"данным,.: с увеличением процентного содержания второго кошзонента. в сплаве •.степень развития 'химической неоднородности возрастает. Относятель-•но связи наблюдаемого процесса с да^г-рагламя состояния систем - ус- ■ тановлено, что максимальная степень развития химической неоднородности в сплавах изучаемых систем иаблюдается вблизи точки эвтектики. | другим ¿актором, определяющим величину развития" химической,, " ■макронеоднородности, является температура выдераки сплава. "Как покаг (залп результаты исследований," с увеличением температуры перегрева , граедлава степень развития хпгйкеской.макгшеоднородносгй снижается. \ Ваанейшам фактором, • вяияадш на величину развития х!и-в:ческой . Макронеоднородности в сплаве, является.время вадеркка образца "в . .. двдком со стоянии ч (Согласно разультатшд исследований, наиболее интенсивно процесс, ^¡^ерет на первой стадии с'вздержкой до 15 - 30

1а.. .. ' ' '

минут. В дальнейшем интенсивность его снижается. Кроме того, асиш-1 тотическии характер зависимости развития х:п.ьэтеско1: макронеодно1к>д4 кости от времени выдерики образца э гадком состояли:; позволил пред-; поломть о приближении к конечному равновесному распределении кои-' т.онеитов. Однако проведенные впоследствии эксперименты этого не [ подтвердили. Процесс дродояхался далее. При этом после вьщеркки ! более '¿4 часов в верхней чаоти образцов сплава наблюдалось

выделение глобулярных частиц -твердого раствора с последующи -'зароздешек пр;; 72 часах из перегретой кодкости твердых кристаллов : строгой ограшсп. Наделение твердых кристаллов происходило при пос-; тоянпои теуле сатуре, соответствующее; даздкоглу состоянию для данного ' 'исходного состава сплава. Такш образом, в расплаве при вццеряке в; яидком состоянии происходит развитие сначала химической, а затем ; структурной такронеоднородноети, результатов^ которой явилась в данном случае изот ер;.:;гческая кристаллизация. •

Необходимо отметить, что явление изотермической. кристаллиззщш •известно среди литейщиков-практиков и наблюдалось при длительно;'; вцдеряке сплавов систем А6-31 , А6 -Ре -Сг- , А£ -Си -Хт\ ■И др. Оно описывается как явление образования так называемой "пуги" в донных сдоях или у поверхности объема расплава. В результате это-;го фиксировалось заметное снкяеняе свойств отливок, появление го- | •рячнх грегцшг и т.д. !

■В работе яредлояено описание возионного-механизма появления ' 'глооуляршх частиц и последующего зароздения твердых кристаллов. ; {В частности указывается, что появление глобулярных частид("микро- • |капель"обогаценной аздкости) в верхней части образцов сплава '-.АС- вызвано процессом интенсивного конглоиерировашм направленно \ ! сыещаядпхся "кшрогруппирозок атомов состава, близкого к -твердо-|му раствору з условиях понпкешюго конвективного движения. В результате такого сведения образовались глкрокаялп обогащенной жидкости, : ¡концентрац.чя второго компонента в которых значительно прев;пгала ¡среднш по составу и достигала по термоконцентрационтял параметрам ¡точки начала кристаллизации. При дальвеЗг-ей видеркке на месте глобулярных образовании происходите зарождение и последуадпй рост кристаллов. Глобулярные частицы при этом распадались. Строгал огранка

• кристаллов. указываем на то, что их развитие осуществлялось з ."гд;со1: ¡фазе.

• 11олу-чсн;;не в окспершяигг'ах данные была использована при анализе озфекпз!юстк процесса развития какрокеодйородкостк в каких

литейных сплавах. Основой для анализа явилось * уравнение сук,арного | потока частиц, перемещающихся в расплаве,и уравнение движения микро; группировки атомов в поле силы тяжести. Совместное.решение двух } уравнений позволило вывести математические зависимости для расчета • эффективности процессов седиментации, радиуса шкрогрупяировок и . скорости седиментации. Указанные математические зависимости были лолокеш в основу программы "Кластер", которая позволяет оценивать степень мпкронеоднородяости расплава, а такхе проводить'качественный анализ эффективности процессов развития неоднородности в жддхда? литейных сплавах. -,'.■'"-■'".'.:

Программа "Кластер" была применена при анализе эффективности процессов седиментации в исследованных сплавах на базе полученных ранее экспериментальных данных. До результата:.'; анализа было,установлено, что наиболее склонны к развитию макронеоднородности сплавы близкие к эвтектическим, причем с увеличением температуры расплава эффективность протекания процесса с ¡икается. Кроме того, размеры -микрогруппировок, определенные по ярограше "Кластер", в целом ус-пешо коррелируй с аналогичными размерах,ш ьшрогрушнхровок,-рас-; счпташхыми другими.авторами по результатам центрифугирования штатов. Б работе такае показано, .что при увеличении тешературы расплава размеры микрогруппировок снивдатся. Таким образом, истоки развития некоторых явлений химической и структурной неоднородности |в отливках следует искать еще в кадком состоянии и разрабатывать, ' .:ерц борьбы с ними с учетом этого. '

В заключение первой главы отмечается, что последовательно проведенная гипотеза б мпкронеодоородности строения гадких сплавов, ; наиболее полно объясняет экспериментальные .факты а открывает новые возможности экспериментального изучегпхя многих авдких сплавов, а "■ такае практические возможности создания новых процессов рафинирования и литья. . ч;."-. . ■ .'•'-•, ! Третья глава посвящена совераенствовацшз технологии капельног ^рафинирования алйшшизвых сплавов. В- соответствии с получешппи данными о влиянии температуры и времени.вадерзки на степень микро-!неоднородкости расплава и э(|4'е'ктиаиость процесса седиментации разработан технологический процесс рафихшроваяия, представдянанй собо усовершенствованный вар;1ант известной технологи! капельной очистх-а литейных сплавов. ' ' ' ".",т • *', ■■'. . V: -. ';.''"'',.''''/':■ ; 'Предложенный процесс состоит из. двух этапов обработка« | . I. Этап терлофлюсового,.рафинирования.-';..........г, ,' . ' " ■

Ьси. ' :

<¿. Этап термоседиментадаонной обработки расплава. '

Сущность этапа термофгшсового рафинирования заглшается в npo-j пускании расплава мелкими каплями и струями через слой низкого фл»~| са в услозпях перегрева расплава вше температуры ликвидус сплава j на üüií - IxiO градусов. Б результате этого, во-первкх, значительно интенсифицируются обменные реакции менду каплей расплава а окрунаю-

• сдам его фгосом. Во-вторых, происходит снижение степени »¿икронеодпородности расплава вследствие уыеньвения размеров группировок, что способствует выделению неметаллических включений и атомов прикзся

в зону межкластерных разрывов. В-третьих, в объеме и поверхности ; .. капли возникают конвективные потоки, способствующие витесаеним при-- -

• месей гл ке^аэную поверхность. Все это з умовж сильного конвок-; : тивного перемепивания в объеме самого флюса приводит к значительной

интенсификации, процессов очистки. ..

Сущность зтаяа тв^аюседшвнтаццошсЯ-'обработки заключается, \ наоборот, в успокоении расплава и зццеряке его под слоем фл»са в , 'состоянии. покоя заданное время. Для этого режим работы печи изменяет таким образом, чтоба В донных слоях установки температура расплава 'была равной температуре, заливки, а в объеме печи повязалась с гра- Í диентом 100 ~ 20и град/метр. Jстаковка такого градиента способству-í ет максимально возможному подавлен®. сил конвективного иереиешива- Í ния и успокоении'расплава. 5 результате этого в нем развивается S Процесс перераспределения тяжелых компонентов сплава, к которым от-! ;носятся: такие примеси, как Fa,РЬ,Sn¡Сроке того, на этом зтаяе i кз расплава-самопроизвольно удаляагач остатки продуотов реакции j ¿гердафлшсового рафинирования-- газы я неметаллические включения. . S ' - В работе изучена влияние тешературн ратинирования, времени ; ртстаиваяия после районирования й диаметра пропускных отверст иЛ ча--|пи на степень очистки сплавов. Исследования проводили на сплаве • Í kti9 с использоьаниеи qiHssca состава вес. ): WaCf - 40Й, КСС -Í

i .' ". В экспериментах по изучейш влияния термовремешпос условий рэафикированхгя на степень очистки сплавов ч гшературу в зоне рси/.:нп:--. '■ровшпя изменяли в пределах от Б00 до' Результаты исследова- ;

■ .-аий показали существенное влияете на качество очистки те:/лературц ' раашпровишя, а именно.,с увеличением температур« степень очистки, ¡возрастала. Каатыдаш-результаты по значения;.! механических свойств ' ¡образцов, пористости, плотности, содержания неметаллических вклкче-в сплаве были подученн при использовании перегрева 250 - £00

"--4U

град.

Б работе представлена такще результаты исследований по изуче- \ ■ влияния времени- выдержки расплава при термоседпмелтациоияон . обработке на степень» ратинирования. Время вьщерйкя изменяли в пре- ' делах от 0,5 до 2 часов, лак показали результаты исследований, с ■ увеличение:-, времени выдержки содержание неметаллических включений, -пи:мзси келеза, а такае пористость образцов, сплава сникается наи- ' более значительно до Т = I час. Выдержка более одного часа не, обеспечивает заметного довыиения качества металла, поэтому неэкономична. :к нецелесообразна,

! Относительно диаметра пропускных отверстии, чапи. 3 эксперимент' ;тах использовала часи с пропускными отверстиями ..диаметром 2; 4;. 6; ■ь; Ю мм. Согласно полученный данным, наиболее высокие результаты ;билк достигнуты при использовании чаши с диаметром пропускных отвер :ст»й1 2-4 к.:, причем установлено, что с. уиеяьсеяием диаметра от- ; версий: степень очистки сплавов возрастает. Это объясняется увели- . Цчеяиеа площади поверхности контакта расплава с ыгосом. > В целом использование технологии капельного-термофлюсового ра-(фякирзваяия с последувдеЛ терлоседиментацнокно» обработкой, сплава ;АК9 позволило повысить качество отливок за счет снижения содерзкашз" ¡неметаллических включений на ВОД, увеличения плотности металла на *1,5я, сникекия пористости на $0$.

| _ В работе представлены результаты исследовагсй по переплаву и •рафинировании струнки сплава АЯЗО, полученной после механической обработки отливок ка Мцеиском заводе алшиниевого литья производственного объединения &1Д'.. Стручку переплавляли «.ратинировали ' я о технологи::,, аналогичной технология рафинирования сплава Ал9, за исключением того, что в приемную.чалу установки под зеркало флюса загружал:: не расплавленный металл, а твердую предварительно прокаленную струнку. Согласно полученным дашшм, полученный после терме ^лисовой обработки (без выдержки, т = 0) расплав в целом по химическому составу к стетс;-загрязненности неметаллкчес;кмп включен: ми соответствовал .требованиям стандарта, за исключением некоторых отклонений по процентному солер.-л:::иэ Мд и .Ре... Сюг/зипе.содержания Мд в сплаве после обриботк» связано с внеогза: перегревом ¡расплава в:-г:е температуры ликв'ллус, что привело к погашенное у га ру отего элемента. Увеличение ре а сплаве объясняется претле | всего его высоким содерсхакксм в струнке' (около £,>). Однако после | термоседнмонхациояной обработки расплава (выдержка Т = 2 часа)

годеркаше Ре "снкзатось до 6,621, что вполне соответствует требованиям.ГОСТ 1583-89, сократилось процентное содержание 2.Л с 0,05 до 0,02,1, Отмечаются также незначительные изменения в содержании . легирующих элементов , Си , N1 , однако оти изменения не вы- -, ходят за рамкп требовании ГОСТ 1583-89. |

В заключительной части главы проведен анализ полученных дантц с позиций шкронеоднородаого строения расплавов. Рассмотрены осо- I бенностп механизма капельного термофтаосового рафинирования сплавов ! Ът металлических примесей в зависимости от возможного расположена | примесных атомов в структурных зонах расплава. Показано, что исследования развитая ыакронеоднородности в. аидком состоянии позволили ; усовершенствовать процесс рафинирования алюминиевых сплавов, повн- . сеть его эффективность. ' !

В четвертой главе представлены результаты теоретических и оке-* ¡периментальиых исследований по разработке технологии литья алши- ] 'ниевых сплавов иод металлостатическим давлением. Основанием для ' ¡создания указанного процесса явились, во-первых, сведения о пере ней •се компонентов в кядкпх сплавах, во-вторых, установка для рафинирования, з которой обеспечивается создание ыеталлостатического давле4 1 ' }

■кия, в-третьих, сведения о известных технологических процессах } '¡литья гравитационной заливкой и литья с поворотом печи. Логическим? ¡завершением этого был переход к комилексноцу использовантэ создав-1 (Нои установки для рафянироваши сплавов. ■ |

! Сущюсть технологии, дитья под металлостатическшл давлением • ; заключается в заполнении литейной формы и кристаллизации сплава } 'под. действием металлостагаческого давления расплава, находящегося ! |шд формой в тигле плавильного агрегата. Создаваемое при этом дав-1 , '.лент при высоте столба неталла I к составляет для алимшпюзше | ¡сплавов 22-26 КПа. Согласно данной технологии после окончания ра- |. :&шшроваихя « выпускной о богреюекой: втулке установка подводят и | . ¡подаикаит литеИную форму. Открывает стопор и производят заливку. ¡С момента заливки пладоьныа агрегат а лдаейная фэра образует замя-|нутуо систему, в которой рсплав зз печи выполняет роль больной при-!были.а воздействует га кркстадлпзузздуюся отливку вплоть до ее пол-| -ною затвцрдевашш через обогреваемую втулку.Лрп этом: |

; - обеспечивается естественная направленность затвердевания от-| |ливкя сылзу-вверх; . \

! , - затвердевадаий расплав подпитквается "горлчж" металлом на | всеа периода красталлкзайга отлззка; \

'.-.'. '-'.'.',— -'•---------------- —

; - улучшается питание отливки благодаря воздействию избыточно-j го давления;

■ - обеспечивается возможность всдлнвакия и удаления газов и ' •неметаллических включении.

После окончания процесса затвердевания выпускную втулку перекрывают стопором, отврдят форму на иозшово дальнейшего охлаждения и выбивки, подают следующую фэрму и процесс повторяется.

для осуществления предлагаемой технологи:.была разработана и. построена установка литья под металлостатическим давлением. Ка укг ; занной установке проведена серия экспериментов по изучению влияли 'величины маталлостатпческого давления и температуры заливки на ме-.ханические свойства и плотность отливок сплавов АК9 и «Ji25.

В результате проведенных исследований было установлено, что < ; увеличением избыточного ыет&ялостатичесхого давления плотность, iтвердость и предел прочности образцов обоих сплавов возрастают. В ¿работе проведен анализ основных Факторов, обеспечивающих повывеши jкачества литья. -

I Первое - это процесс заполнения расплавом, литейной, формы.'Со , ласно•результатам теоретического анализа - реаим истечения распла режим заполнения литейной формы - турбулентные, близкие к лаыи-) парному. Результаты зкспергкентальных'исследЬванй: влияния, ведичи I металлостатического дав-тения па формозаполняекость по специальной i пробе с пруткам;: различных диаметров показали, что с увеличением ¡давления от 6 до 24 Kiïa длина прутка в канале шириной "5 ш воз' растает s 6 раз, прутка, полученного в канале, пирилой S мм — в ¡7,3 раза; прутка иираяой 1-ым - a S раз, Таетл образом, при лип I цод металлостатичьским давлением, способность расплава заполнять [тонкие каналы литейкой формц, возрастает, что позволяет получать iотливка более высокого.качества.

> Вторы:.! ^актором," способствущим повышению-качества отливок, | явилось возкикновеше в системе ' расплав-^орма в момент остановки 1 потока гидравлического удара, а отнеиении гздриьлическаго удара : j научно-технической л::тературе существует противоречивые мнения, ¡однако по данным Г Л .Борисова к Л .А.Ркхпкова умеренный ' гздрэдлг-; ческиЛ удар до 4 - 5 îfiia способен огезать благоприятное влияние ! процесс формирования отливки. На основании формулы 1'ую>вского бн ! выведена математическая зависимость для расчета Белпчннн-гидраал | чесного удара яря литье под метеллостатическны давлением, кровод ' 1Ш расчеты. Как следует г.з полуютах данных, при величине метал

-й—

лостаткческого напора, например, H = I м превышение давления гидравлического /дара s форме будет составлять &Рг.у = 1,661 1Ша. Указанное повышение давленая, по-видимому, способствует, во-первых, : установлению более плотного контакта отливки с формой в начальной .момент кристаллизации расплава и, следовательно, увеличению скорости кристаллизации и измельчении зерна, а во-вторых, улучшению питания периферийных зон кристаллизующейся отливки. В работе проведены ¡расчеты усилия запирания форм с учетом давления гидравлического ;удара.

i Третьи;.! сактором, определяющее качество литья, является интеа-. сивность процесса, затвердевания. Для анализа влияния величины ые- | :таллостатпческого давления на кинетику процесса затвердевания от.тп-;вок был изготоатея кокиль с внутренней полостью, выполненной в фор-; ;.;з плиты, .в котором перпендикулярно оси бокозого теллостока вмонтич' рованы термопары. ¡lo показаниям этих термопар фиксировали процесс ; затвердевания отливок и температуру разогрева стенок кокидч. ?е- j 'зультатн исследований показали, что увеличеш:е величины металлостач Этического давления способствует интенсификация процесса эатвердева-;нал отливок. С другой стороны, до показаниям термопар, установлен-•ных в стенке формы, было отпечено, что скорость и температура разогрева, кокиля такке возрастают. Все это позволяло предполознть, что 'днтенсифцкацш! процесса затвердевания происходит за счет увелкчо-|ния времена контакта отливки с фориой..

Бремя контакта отливки с формой определяет по методике, пред-;лопенной ГЛ.Борисовьм для условий литья под низким даалензеы, дву-•ыя способами» Первый основан на записи температурной кривой охлаж- i ■дения поверхности отливки. Второй способ заключается в том, что ма-| : неметрическим способом ¿¡.иксировалп. момент образования воздушного 3aJ-■ ;.зора иекду отливкой п формой. Согласно пол^ченяда даккш, при уве- Î ■личенш цеталлостатотеского давления с 6,5 до 26 КПа время контакта! ¡отливки с формой возрастает с 13 до 52' с, яда более чем в 2,5 ра- \ :зз. Таким образом, повкаенао величины иеталлостатического давления j '■способствует интенсифахгизри процесса затвердевания-за счет увзличе-|кш! вроиенк контакта стливкя с формой. ; . |

j . Но результатам исследований разработана опнтяо-п1оьмшленная ; ¡технология получения отливок и слитков на установка литья под ме- ! таллостатшескш дааяениен. На . установка была получены отливки пош-;jH8fi двигателей внутреннего сгорашш споргиаяых мотоциклов "Восход" \ • из. сплава AJÍ25, слетка аз сплава AKS, фасонкыв отливки корпуса '

¡замка детской швейной машинки из сплава Ц/Ш 10-5, изготавливаемые ¡ -в настоящее время по технологии литья под давлением. Как доказали ' ¡результаты исследований, использование технологии литьк под метал-' ;лостатическим давлением при получении поранел двигателей внутреннего сгорания позволило значительно сократить расход металла на литни .ково-шгааюцую систему, при одновременном повышении качества литья, i ¡Выход годного при этом составил S3 - 96%. При изготовлении слитков ' 'было отмечено повышение плотности сплава, снижение пористости при i полном отсутствии усадочной раковпнц. Отливки корпуса заимка детской пвейной машинки с толщиной стенок I - 4-ш'по размерной точ-; ности, качеству поверхности полностью соответствуют требованиям, i предъявляема.: к отливкам, изготавливаемым на ¿¡ашшах juin при обцс?.: : синении пористости к повь-екнк качества' металла.

Таким образом, разработанные технологические процессы получения стлиеок lía установке литья иод г.еталлсстатичедавлением, ;лозволя?зт повысить качестзо ц вкход годного лкхья. ¡ В пятой главе представлены результаты опытно-промшлеиного ¡опробования ц внедрения технологи: переплава и-рафинирования струк-;КИ алашкиевых сплавов, Предварительно просушенную ка суи&шюй установке УСС-2 струнку порционно загружали в часу установки для рс-¡фшшрования под слой. расплавлешюго флзса при температуре 850 -;900°С, где oía интенсивно плавилась. В процессе плавления расплав ¡перетекал через отверстия в чазе (диаметром 2 - 4 мм) п каплет: ¡опускался через толщу фласа (0,4 - 0,6 м) га дно тигля. Далое расплав отстаивали в течение S0 - 60 как к сливали через сливной лат-трубок з донной части устанозкн в изложницы. Готовце слитки разрешали к исследовали по химическому составу, содержанию некеталлв-ческих включений к водорода, ...

Использование переплава стругисл при литье порешей двигателей внутреннего сгорания ла Мденском заводе алюминиевого литья производственного объединения " ¿О позволит сэкономэть более 350 ,т свеккх шихтовых материалов в год, что с учетом затрат по статья:.-, ' се0остои;.юсти обеспечит получение экономического эедхнпа более 94 тыс. рублей в год. .

OEffiffi ВЫВОДЫ

I. Проведена исследования неоднородности металлических раедлп вов. Установлено* что при выдержка а ккакок состоянии в литейных лплавах происходит самопроизвольное развитие зриглеской а структур

«oit макронеодвородности.

2. Разработана методика исследований процесса самопроизвольно-! го развития гакроиеодиородности в расплавах, позволяющая изучать j химическую макронеоднородшсть непосредственно в процессе вкдерткп ; жидких литейных сплавов. S

3. /становлено, что максимальная степень ьакронеоднородности набладается у сплавов с концентрацией второго компонента, близкой ; к эвтектической; с увеличением тешературы интенсивность процесса j снижается. i

4. Проведён теоретический анализ процесса развития ыакронеод- | нородности а расплавах. Показано, что с увеличением температуры | степень ыизронеоднородноста расплава и эффективность процесса сии- j жаются. лакспмадывя эффективность развития макро неоднородности на-| блкдается у сплавов с эвтектической концентрацией кошонентсз. •

б. Разработана технология термофлюсового капельного рафиниро- ! вания и терюседикентациокной обработки алшшшевых сплавов и уста-: новка для ее осуществления. j

б. использование разработанной технологии рафинирования для , обработка сплава AKS позволило повысить степень его очистки и меха-j япческна свойства отливок за счет сшааежш содеряаяия неметалличео-j 'клх зклшекй, пористости, а такхе вредных приые сей тякелых металлов. Ира переплаве струака сплава АЛ25 Сил поручен состав, соответствующий требованиям ГОСТ 158У-69 к первичному сплаву как по содержании хишческих элементов, так и по степени загрязненности неметаллическими. включениями.

: 7. Разработал технологический процесс заливки алюминиевых . сплавов в. формы после ратинирования непосредственно из тигля плавильного агрегата под ыеталлостатическпм; давлением. ; В. Проведен анализ гидравлических условий литья. Показано, что при увеличении металлостатического давления с 2,6. до 25 КПа скорость истечения расплава из тигля установка при турбулентном заполнеши литейной формн изменяется в пределах от I до 6 м/с, а I .величина упрашяешго гидравлического удара в кшент остановка по-! •тока «oser достигать 0,5 - 1,67-Шй. j

9. /становлено, что при увеличения иеталлостатического давле-j 'им с 2,6 до 25 Klîa, фордазаполняемость повшавтся в 6 - 9 раз, | Средняя плотность сплава в осевой части отливок на 0,6 - 1,1%, • ( ¡твердость - на 9 - 12,», временное сопротивление разрыву - на

5 - . / :'-'.:- . ... . v ;

I 10. Исследовано влияние кеталлостатического давления на кине-!тику процесса затвердевания. Установлено, что с ростом кегаллоста-этического давления от и,5 до 25 КПа скорость затвердевания отливок ;возрастает за счет увеличения времени контакта отливки с формой с jlö до Ьг с.

II. Результаты исследований внедряются в производство. Экономически эффект от внедрения технологи! переплава и раслктрования ; струнки алэмннпевых сплавов на Мценском заводе алиликиевого литья :производственного объединения составит 94,2 тыс. рублей в

¡год.

;

Основные яолояения диссертации опубликованы в следупаих рабо-

; тах:

I. 1азрилпя Л.В., ¡-аршин В.Н., Тихонов К.П. Химическая к стр; , туркая неоднородность в ккдких металлических сплавах//Лзв. Ali СССР ¡Металлы. 1У6о. 4. С. 44 - 50.

• 2. Гьврилкн д.Б., Еорогодов Ю.д., Тихонов-H.H., LapmiH B.K. [Равновесная химическая неоднородность в квдких литейных сплавах// {Литейное производство. 1966. ¡г I. С. 3 - 5.

I 3. Гавраяин Ii.В., Тихонов H.H., Сарлин B.Ii. Исследование лик-| вации алилшня в еидком цинковом сплаве liiuJ 4-1/Дптейше произво; >стхю. 1964. iiö. С. 13 - 14.

j 4. Гаврила; Ü.3., Ьараин В.Н., Тихонов Н.П. Равновесное неоднородное распределение компонентов в акдких сплавах//Тезиси науч-(них сообщений У1 Всесоюзной конференции по строению и свойствам !■'■'■ {таялачсских и гааковых. расплавов, Ч. I. Свердловск, ISB6. С. 243. I Ь. Гиърплпн /I.E., Тихонов K.II., Lapinin В.К. Равновесное рас' яраделение элементов в гадких литейных сплавах как основа раэвпти: . химической неоднородности отлиьок//Новыа кеталло- и трудосберега» ° цне технологические процесса ь литейном производств«: Тезг.си докд; ; до в научио-тахкиче ской конференции. Челябинск, Г~с4. С. 1и.

О. B.il., Гаврилик Л.В., Тихонов li.ll. Метода«. и резул

таты экспериментов по :;зучеано формирования хпм'.гч-йсной и стругггур ней неоднородности ь гибких сплыл*// шсяедсплккость г. литкх сплакса Т'сзиси докладов u научш-техн:!чсс::ого семли: ja. Куййкев libV. С. bl - Ьк. 1 7. Гаврцдпк '.¡.Б., Тихоьов ¡..П., Ьецзж В.-;. 1 аогх.сопх техно > логта jx^Miiiirorasn^ легкоплавких crs&vjs// црнмекепне мг.лоот:-:о;:;;с . технологии изготовления от;.пьок па чзр-цэс п цветных метг-гтезз ;у;л : гuoprcmcKKöiuurt тракторов: Тазнсы докладов 1 ге«г/С.тпкакско:: ко:;

'ференцин литейщиков. Чебоксары, Ii...4. С. 5Ü - 52.

с. ¿-а^син 2.Н. Универсальная технология ратинирования алюетние-.агх c:-t2-.boe// ¿^металлические вклотегпи и газы в литейных сплавах: Тезисы докладов / РеслуСдпяанскоЗ научно-технической конференции. Запорожье, IStu. С. 222 - 291».

У. Гаврплпн ¿1.3., Тихонов H.H., 1а;п;ш В.Н. Универсальная тох-j нологпя ра^ц./.роиаата, ^етаглических сплавов// Прогрессивные niouec-i ск плавки я литья цветных металлов и сплавов: Тезисы докладов к j Зсесоюзно« научно-технической конторе ни:":. Москва, I98S. С. 6Ь. ]

1С. 1аърплин .i.b., LajcHH Б.Н., Тихонов п.Ii. Новая технологи 1 и установка хля литья с использованием автоматического дозироваь-ия,| интенсивного питания и нал ¡валенного затвердевания отлизок// Cor- j тояк'.е и перспективы создания высокопродуктивного литерного сбору- | дования: Тезисы докладов Всесоюзной ¡пучко-тех.чической кон^егенетп. Ч. I. «осква, IöbV. Q. 31 - 32. ;

11. A.c. Cuir. Л II9G4Ü1. Способ peu;инкрозания сплавов,содер- | задах легкоплавкие коглоненты/ Гаврплин И.В., Тихонов H.H., 11>а;- î ыия й.Я. - Опуол. в Ui. IÜü5. & 4э. j

12. A.c. СССР. Л 1эГ4471. /стро2ство для литья под ыетллло- j Астатическим дааденкец/ Газршпш ¡Î.B., 1арикн 3.2t., Тихонов H.H., Якю.юв L.ù. - Опубл. в Б! 19ъ9, & 3ä. j с 13. A.c. CCJ?. .'i I4ts65ü0. Устройство для рафинирования металлов и сл.'» во в/ Гаврилин И.В., Тихонов К.П., ыараин В.Н., Кулагин В.А. а др. - Спубл. в БИ I9ü9, 5 22.