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

-и я і' 1 9 О

горькоюсЯ ордз'а трудсзогс красного знаіеи пагатЕиасіЧЕсюіі . инлитут

Ha правах рукописи

шітасАЛ-кир штколаезїіч

Ш 621.745.5:621.746.5:669-154

!!ССЛг20аАКИЗ КГОДНСРОЛКОС"! ВДї АШДК1ЕШХ СГЕАЗОЗ 15 РАЗРАБОТКА 7К\КОЛОП!И ИХ РАОИНЛРОЗАїїіїЯ И ЗАЛіШХіі В COF/J

Специальность 05.16.04 - Литейное производство

A3T0PE5SPAT

цяссертают на сопсканяе ученой степени канпппата техшпескях наук

Горький 1990

гайота вішолкена на кафедре Міггєйше производство в композиционные катер;іали" іиадл.:;ірского политехнического института.

ііаучіїш руководитель: каіідадат технических шук, доцент

І'ШХі, к.в. .

Официальные оппоненты: доктор техническое наук, профессор

Л А, ■

кандидат технических наук іУі'АВ.’їііВ Б .II.

ледущее предприятие: Владоілпрское производственное

объединение "Точкаа"

садита состоится чЗО* іауо года в /-5 "часов

на заседании специализированного совета К U53.b5.05 ло пр;:сувденио, учено;; ст тени кандидата технических наук в Горькозсксы ордена |

Трудового Красного Знамени политехнической институте по адресу: |

бОоЬОи, г. Горький, ГСІІ-4І, ул. іішкша, 24, Горьковский дол:техки-1 ческкіі институт. . і

С диссертацией ыозшо ознакомиться в библиотеке Горьковского политехнического института. .

Авторе^рат разослан яУут О/с-У^</.< 1990 г. '

Учений секретарь ^

специализированного совета^^Л? .

кандидат технических нау«« /г**? доцент ^£*3 .А .Васильев

Подп.03.10.90. формат 60х8^1/1б. Бумага оберт. Печать офсетная. ! Уч.«изд.л.1,0. Тирах 100 зхз. Заказ 398. Бесплатно. ;

Лаборатория офсетной печаги ГМ. 603б00,Н.-Яовгород,ул.Мивина,24.

десгакы ■

»-пт: I ------ .

■ • ■' ОШАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

'■■'Аол _ I Актуальность тс?.:;;, 'перед, народным хозяйством страны в период .

^^1'й.е ре стройка всей гизни общества особенно остро стоят задач;: существенного повшешш качества выпускаемой продукции и снизсешш трудоемкости ее 'изготовления. Решение этих задач в машиностроении требует . соверпенстзокания существующих и разработки новых технслогэтескпх < процессов литья, обеспечивающих получение отливок высокого класса. ' Уровень и стабильность свойств отливок зависят от комплекса факто- .

. ров, вагнеила: из которых является подготовка расплава. •’

■ Исследования в области жидкого состояния, в частности ьзхкро.че-

однородного строения кпдких металлов,привлекают по пере развития '

- тонких высокотемпературных методов анализа все большее вшшакле специалистов. Ь настоящее время опубликованы гдгагочисленные исследования, посвященные изучении свойств расплавов в спроком интервале температур. На протяжении ряда лет продолгаются теоретические дискуссии ’о структуре кндких металлических сплавов. Однако исследовании для практики литья явно недостаточно, хотя актуальность этого налравле-[ зим для разработки высокоэффективных методов рафинирования, терло- ■ временной обработки и литья жидких металлов не мокет вызывать сом- ; 'лен;й. 11а дротягении всего технологического цикла подготовки расплава з нем протекает слозные физические процесса, связанные с измене-; 'кие« структуры, строения и свойств, с ростом или распадом гликрогруп^ ппрсзог. атомов, их перераспределением з объеме металла и т.п. Бее .ото во ;л:огом определяет конечные свойства литых изделий. Поэтому ; Ьдша: ::з псрсле^'ггпвних путей позыщегси качества литья является со- : ^ерщенствованнэ существу-г^х и разработка новю: технологически процессов выплавки и зал;ш;си сплавов на основе изучения :ос гакроноодно-Ьсдксгс стрсе::::л. '

I Рлсота в:;лол!:е::а 2 состветств'.и*. с ;-1оорд::;:кц::ол:::г.; плане:.: ::аун- • 'но-исследозательснпх гаоот АН СоСг ко проблеме 2.25.1.6 "Разработка 'гесрет;;чес;и"; ос;-:ов управления процессами формирования отлизск с !

:п::л ^оздснстзгз:", раздел CI.09.ub "Исслелозан'ио про-

цессов лиг:;:; з :.:стагт;:чес:и:в и помета”;гческие ;:ср:~; в условие рсгостиоппл;: ;; принудительно:; подач:: расплава з форму разработ;:а Ьа ото:; основе тоаюлоггшсжас регд:.:эв пелучения стливо:: высокого

!гёршвремёнл6й обработки и л11тья~аЛаяж:ёвшГсТШ[вов".

;■ В диссертационной работе-решены следующие научные задачи:

. I, Изучение строения кидких литейных сплавов, а такке исследо-

■,ваше процесса развития химической и структурной неоднородности в •расплавах и его влияния на качество отливок. ■ ■ . •

; 2. Исследование влияния термовременных условии выдервки рас-

плава при плавке, а также содержания легируицих компонентов на степень развития химической и структурной неоднородности сплавов.

' 3. Проведение экспериментальных исследований влияния термовре-^

'менннх и конструктивных параметров процесса высокотемпературного ка-'пелыюго ратинирования и термоседиментационной обработки расплава | !на свойства и степень загрязненности отливок из алкьшшевых сплавов'. 1 4. Исследование шшса величины ыеталлостатического давленая!

.и условны литья на режим формообразования, кинетику процесса за- 1 .твердевания и качество отливок.. ■

; Ь. Экспериментальная проверка•разработанных технологических !

'•процессов и их промшлецная апробация. . .. ;

( Ьатчгая новизна. Теоретически и экспериментально определены |

’закономерности процесса самопроизвольного развития химической и | {структурной неоднородности в литейных сплавах при выдераке в жидкой

■ состоянии. Установлено, что химическая неоднородность возникает как {следствие процесса перераспределения легируших компонентов сплава !в направлении действия силы земного тяготения. В результате этого !в нем образуются участки структурной макронеоднородиости, характе-,

! ризующиз переход расплава из макрооднородного в какронеоднородксе , Состояние. Получены экспериментальные и расчетные данные о влиянии ' |исходной концентрации, температуры я времени визеркки расплава да ’

1 степень развития химической неоднородности и эффективность прочее-!

'] сов седиментации в сг:.:авах различных систем, В частности.показано, . •что процесс развития макронеоднородности неразрывно связан с поло-; 'гением сплава на диаграмме состояния, причем максимальная неодно- г |родность развивается у систем с концентрацией компонентов, Слизкой: |к эвтектической. С увеличением температуры перегрева размеры микро-»

| группировок атомов уменьшится, скорость седиментации изменяется .

■ незначительно. . ' : . .5

; Результаты исследовании нпдкого состояния применены для совер4

! шенствования технологии ратинирования, термоседиментационной обра- <

| ботки и литья алюминиевых сплавов* Получены экспериментальные дан- ■

• ные о влиянии размера капель и температуры при термофшховом ка- ,

I . - '

к -

дельном ратинировании, а таяне времени выдержки расплава при тергло—1 седиментационной обработке на степень очистки алюминиевых сплавов. < Показано, что с уменьшением диаметра капель и увеличением температуры при терлофлюсовом рафинировании степень очистки сплавов возрас- ; .тает. Рассмотрев особенност;і механизма капельного термофлюсового і .ратинирования сплавов от металлических примесей в зависплости от ; расположения примесных атомов в структурных вонах расплава. ;

; • Исследовано влияние величины металлостатмесксго давления при ,

[заливке алюминиевых сплавов на качество литья. Получены закономер- | ности влияния величины избыточного металлостатігческого давления в I

I

пределах от 6 до 24 Кпа на заполняемость тонких каналов литепних ;

о.орм, величину гидравлического удара, кинетику процесса затвердева-!

нпя, плотность и механические свойства отливок. •

. Практическая значимость шботы. Разработана и передана для і

производственного использования технология термофлюсового рафиіглро-;

закия и тершседикентационкой обработки алюгликиевых сплавов, а такхе

установка для ее осуществления. Указанная технология и установка '■

лоззодяют кроме обработки аидккх сплавоз проводить переплав и рай::--

.ннрозаниз твердых кусковых отходоз и струглсн. Олределеш оптималь- !

,нне термозремешше пареметры рафинирования. і

; Разработана технология заливки алюминиевых сплазов з йоклы •' і с ■ " * і >лод металл остатичесюгл давлением и установка для ее осуществления. :

Технология литья под металлостатстесютл давлением позволяет получать

.отливки высокого качества при об^ем снізенип расхода металла на лит-

•иикозо-яктаэау» систему. Отработаны ренимы литья. 1

•; реализация результатов таботк в промышленности. По результата'.:

’исследозаі-иЗ разработана промлдле.чкая технология переплава рафи- ;

(кировапия струнки алюминиевых сплавов. Использование переплава !

■струг:;::! при литье порлкен двигателей внутреннего сгорания ка і.'.иеп-

!ско:л заводе алюминиевого литья производственного ооьединеьг/л 2"Л ;

|позволпт сэкономить более 350 т сзєізж ипхтовых материалов в год, і

'что с учетом затрат по статьям себестоимости обеспечит получение |

экономического эффекта более 94 тысяч рублей з год. і

і . Апробация отОотн. Результаты работы доложены и обсуждены на У |

|п Л Всесоюзных конференциях по строению и свойствам металлических ;

|п плшсовых расплавов (г. Свердловск, 1983 и 1586 гг.), а такне I

ІБсесоазішх научно-технических конференциях: "Состояние и перепекти-;

|вы создания высокопродуктивного литейного оборудования" (г. Москва,'

1985 г.), "Прогрессивные процессы плавки и литья цвзтішх металлов !

,----------------------------------------------------------------------- 5

и сплавов" (г. Москва, 1589 г.); на Республиканских научно-техничес*-ких конференциях: "Новые ыетатло- и трудосберегающие технические процессы в литейном производстве" (г. Челябинск, 1984 г.), "Приме-неш:е глалоотходных технологий изготовления отливок из черных и цветных металлов для энергонасыщенных тракторов" (г. Чебоксары, 1984 г. "Неметаллические включения я газы в литейных сплавах" (г. Запо-'рогье, 19ьВ г.); на Ь и I/ областных научно-технических семинарах '"]-1аследстБенность в литах сплавах" (г. Куйбшев, 1987 и 1990гг.) ' и конференциях Влади,юрского политехнического института. ■

| Публикации. По материалам дпссертац:а1 опубликовано 19 печатных 'работ, из них 4 авторских свидетельства СССР. - ’ ' ■ ]

ибъем и структура шботы. Диссертация состоит из введения, |

15 глав, выводов, списка литературы из 114 наименований и прилоае- «

,'нкй. Содержит 152 страницы машинописного текста, 15 таблиц и 45 |

.'рисунков. Общй объем работы 206 страниц. / j

),

>

ОСНОВНОЙ СОДЖШИЫ РАБОТЫ ’ !

! Во і ведении излояеда общая характеристика работы, обоснована

^актуальность и сформулирована цель проведения исследований, пока-|зана научная новизна іг практическая ценность работы.

| В первой главе сделан анализ современного состояния вопроса |

їв области исследований гидких сплавов для практики лптья, рассмэт-» . (рены основные модели структурного состояния расплавоз, проведан их < {анализ. Отмечается, что почта каждая из теоретических моделей пре-] {восходит другие в точности описания какого-либо отдельного свойства ікмдкости и каждая имеет свои недостатки. Ни одна из судаствтвдих ■* •моделей не имеет универсального применения,и в то ао время для кэе-г [дои имеется круг задач, в котором она ко^ет быть использована с . • • (максимальним’ эпфекто:.:. Показано, что наиболее полно отрагаеТ строек |ние кидких литеііикх сплавов в области реальных температур литья ■ і модель '.-шронеоднородного строения расплавов, которся, как наиболее |соответстЕувдая строению реальных сплавов, была принята в качества ■ ;

; рабочей гипотезы в настоящей диссертации при анализе .влияния режи- ■ іеое глаш л латая щ структуру и эксплуатационные свойства литых

Рассмотрены вопросы влияния тёриоврекешшх условий выплавки и заливки литейных сплавов ш структуру и механические свойства от- . дивак. іісказано, что широко известная классическая зависимость алия-. :тгч тішіпераадри ,пБ$кгрева. расплава при плаввз в тешературы залзш-

ки на макроскопическое строение отливок в теории литейного произвол! ства объясняется без учета природы самого жидкого металла и измене-1 ний, происходящих в структуре и свойствах расплава. |

; ' ! На основе анализа известных литературных данных о влиянии тем-,1 пературы и времени вэдергки на структуру и свойства металлических ■ расплавов делается вывод о том, что в зкщких металлических сплавах ! при перегреве вше температуры ликвидус наблвдаются микроструктур- : ные превращения тш полиморфных, сопровождающиеся изменением структуры и физических свойств расплава, причем перегрев сплава выше температуры структурного превращегаш определенным образом сказывается щ структуре и эксплуатационных свойствах литых изделии. При этом вопрос о взаимосвязи микрокеоднородного строения нтаких металлов 1 с их макронеоднородным состоянием до настоящего времени остается открытым. Д1йракхионкые исследования яидких металлических расплавов; эвтектического типа, а также отдельные несистематизированные данные1 седнментацпонных экспериментов позволяют сделать вывод о протекании1 макроструктурных превращении, обусловленных микрорасслоением эвтек-1 тическпх расплавов на структурные области, подобные структуре чистых яомлонелтов. Очезидно, что динамика развита химической неоднородности в объеме расплава, т.с. на. макроуровне, в основном определяется характером процессов,протекающих на микроуровне, иными словами, является суммарным итогом зт;к процессов.

; Отмечается, что макроструктурныо превращения, обусловливаемые ■ взаимным коллективным направленным перераспределением мпкрогруппи- ' ровок атомов лисо .под действием злутрекпих, возникающих в объеме •расплава сил (конвекции, дп^.узпи и т.п.), либо под действием внешних см (давления, центрифугирования), а такие а-ты гравитации приводят в конечном итоге к образовашзд макронеоднородксстей. Исходя из этого процесс развитии макронеоднородности в расплаве мо.::ет носить либо самопроизвольный, либо вынужденный характер. С точки зро-!н;к исследова.'пгн, посвященных непосредственно выплавке литейных ;сплавоз, представляет интерес дрозде всего процесс самопроизвольного развития млкмнеоднородностп при естественных условиях.

; На осаоваш::! изучения состояшш вопроса поставлена цель работы

1и сиоулулироианн задачи исследован:::;. '

; Ьо вю’-юп главе представлены результаты исследован^"' процесса

• развития ди:п:часкси и структурной макронеоднородности з ;-л;;,"кпх 'сплавах, описана методика экспериментов, даны сведения о материалах, |лрпменлвщихсл в работе. Б частности указывается, что в качестве 1 .

^объекта для исследований были выбраны сплавы эвтектического типа, не имеющие■купола расслоения на диаграмме состояния, как специально .приготовленные лабораторным путем, так и проыышлешсых литейных ма-|рок. • ■ , -

і Ь экспериментах использовали образцы, помещенные в кварцевые, ;алундовие и графитовые капилляры и трубки диаметром от 0,5 до 4 мы, . высотой от 40 до 200 ш. Сущность методики исследований заключалась1 ,'в выдержке образца расплава в печи заданное время (от 15 минут до і 56 часов) при определенных условиях с последующей фиксацией распре-^ Уделения компонентов сплава по высоте образца. Причем методика ис- ■. следовании содержала ряд осоосішостеі:, направленных на устранение ; возмонного влияния постороншгх факторов на результат экспераыектов:-это влияние исходной неоднородности расплава, влияние конвекции в . жздг.оы состоянии, атмосферы, тешературных перепадов, влияние ликвации при плавлении и кристаллизации, а такге вибрации от станочного і оборудования лаборатории. , , :

Главным результатом является достпяение заметно;! степени хими- , ческой неоднородности по высоте образцов после вцдернки в явдксм’. сосіоліиііі. Согласіїо полученным данным химическая неоднородность,измеряемая разницей концентрации легирующих компонентов, по высоте образцов различных сплавов после вц^ерш: Т = 1-3 часа, достигает .технологически значимых величин, а тленно 0,5 - 2%, что соответст- : ■вует 10 - 40# от исходной концентрации в сплаве. В работе представлены исследовашм по изучешш влияния исходной концентрации компонентов в образцах на кинетику развития химической неоднородности в :сплаках систем АЄ -Зі и 2п- АЄ ", Согласно полученным данным,. с увеличением процентного содержания второго компонента в сплаве •степень развития "химической неоднородігости возрастает. Относитель- -■но связи наблвдаемого процесса с диаграммами состояния систем ус- -"дановлено, что максимальная степень развития химической неоднородности в сплавах изучаеїшх систем наблюдается вблизи точки эвтектики.

] Други: фактором, определявший величину развития химической . .

макронеодне родности, является температура видераки сплава. Как пока-{зали результаты исследовании, с увеличением температуры перегрева , ■расплава степень развития хімічаскоіі макоонеоднородности снижается.

I Ваанеыншм фактором, влияющим' на величину развития химической .

|;.;акронеоднородности в сплаве, является время вцдершаї образца в - .' гадком состоянии^ Согласно результатам .исследований, наиболее ин-.' • ігенсивно процесс щ^р^ает на первой стадии с выдерккой до 15 - 30 .

и.. . ■

минут. В дальнейшей интенсивность его сшшается. Кроме того, аст.ш-1 тотическкіі характер зависимости развития химической макронеоднороді кости от времени выдержки образца з яздком состоянии позволил предположить о приближении к конечному равновесному распределения ком-' понеитов. Однако проведенные впоследствии эксперименты этого не • подтвердил::, Процесс продастся далее. При этом после выдержки і более г4 часов в верхней части образцоз сплава 2Гп-А£ наблюдалось вцделенпе глобулярних частиц (£. -твердого раствора с последуем заршдением при 72 часах из перегретой жидкости твердых кристаллов; строгой огранки. Выделение твердих крнстатлов происходило при пос-;

. тояклоіі температуре, соответствующей жидкому состоянии для данного 'исходного состава сплава. Таким образом, в расплаве при выдержке в! .жидком состоянии происходит развитие сначала химической, а затем , структурної: гакронеоднородности, результатом которой явилась в данном случае изотермическая кристаллизация. :

Необходимо отметить, что явление изотермической, кристатлизациг :известно среди литешциков-практиков и наблюдалось при длительной вьде^жке сплавов систем ає-Зі , де -Ре -Сг , де -Си -гп .її др. Око описывается как явление образования так называемой "суг:і" в донных слоях или у поверхности объема расплава. В результате это-.го фиксировалось заметное снижение свойств отливок, появление го- | ірячих трещин II Т.Д. ■ I

: В работе предложено описание возможного механизма появления 1

■глобулярних частіш н последующего зарождения твердих кристаллов. : |В частности указывается, что появление глобулярных част;щ("микро- ;

!капель"'обогащенной кздкости) в верхней части образцов сплава 2п ■ ’- ДЕ вызвано процессом интенсивного конгломерпровашія направленно | Ісмецащікся микрогруппировок атомов состава, близкого к -тзердо-!му раствору 'э условиях пониженного конвект::вного движения. В результате такого смещения образовались микрокапли обогащенной жидкости, , і концентрация второго компонента в которых значительно лрзв:т:ала ісредн;лз по составу и достигала по термоконцентрационп;::.: параметрам ;точки начала кристаллизации. При дальнейшей выдержке т мосте глобулярних образовании происходило га)ю:г.';е.ч::е и последуя^; рост кристаллов. Глобулярные часта;;: при этом распадались. Строгая огранка ’кристаллов у.взывает на то, что гсс развитие осуществлялось в жвдкэн Іфазе. '

I Полученные з экспериментах данные были использованы при п;:а-

І.апзо эффективности процесса развития макронсоднородыостп в лыкет:

; ' ■ —д_

литейных сплавах. Основой для анализа яййось уравнение суммарного | потока частиц, перемещающихся в расплаве,и уравнение движения микрор' группировки атомов в поле силы тяжести. Совместное решение двух | уравнений позволило вывести математические зависимости для расчета < эвд.ективности процессов седиментации, радиуса микрогрушгаровок и. скорости седиментации. Указанные математические зависимости были лолокены в основу программы "Кластер", которая позволяет оценивать степень микронеоднородпости расплава, а так&е проводить качествен- . ный анализ эффективности процессов разв;ггия неоднородности в жидких ' литейных сплавах. . . - ' .

. Программа "Кластер" бола применена при анализе эффективности процессов седиментащш в исследованных сплавах на. базе полученных ' ранее экспериментальных данных. По результатам анализа било установлено, что наиболее склошш к развитию макронеоднородности сплавьг, ; близкие к эвтектическим, причем с увеличением температуры расплава эффективность протекания процесса сшнается. Кроме того, размеры ■ • . мпкрогруппировок, определенные по программе "Кластер", в целоы ус- . пенно коррелируют с аналогичными размерами мнкрогруппировок, рас-счит&днши другими, авторами по результатам центрифугирования спла-ров. В работе такае показано,.что при увеличении температуры рас- . Ьлава размеры микрогруппировок сникдются. Таким образом, истоки ’ развития некоторых явлений химической и структурной неоднородности I . в отливках следует искать еще в квдшл состоянии и разрабатывать [ .:еры борьбы с jnr.ni с учетом этого. . ' • !

В заключение первой главы отмечается, что последовательно про-| веденная гипотеза о микронеоднородности строения гидках- сплавов наиболее полно объясняет экспериментальные.факты и открывает новые возможности экспериментального изучешш многих жидких сплавов, а -. гакае практические всзмоаности создания новых процессов рафшшрова-

!НИЯ И ЛИТЬЯ. . >' ■ ' ' '■\ : ' • '

| Третья глава посвядена совераенствовашю технологии капельногр

^рафинирования алюминиевых сплавов. В. соответствии сполучешшмп данными о влиянии температура и времени вадердкИ' ш степень юшро- : ' ^неоднородности расплава и эффективность процесса седиментации газ-.работай технологический процесс рафинирования, представлящнй собой ' * |у совершенствованный вариант известий технологии капельной очистки -. литейных сплавов. ... : .

; Предлоаешгш процесс состоит из двух этапов обработки: V .

] I. Этап терглофшосового рафинирования./ \,. : ; _

[а... ' ' . .

2. Этап терлоседиментационной обработки расплава. I

' Сущность этапа термофлюсового рафинирования зашгочается в лро-| пускании расплава мелкими каплями и струями через слой жидкого флю-| са в условиях перегрева расплава вше температуры ликв::дус сплава ! на 200 - 300 градусов. В результате этого, во-первых, значительно интенсифицируются обменные реакции менду каплей расплава и окружаю-! цим его фяюсом. Во-вторых, происходит снижение степени :,:нкронеод.чо-{ родности расплава вследствие уменьшения размеров группировок, что | способствует выделению неметаллических включений и атомов принеся | в зону межкластерных разрывов. В-третьих, в объеме и поверхности 1 капли возникают конвективные потоки, способствующие вытеснении примесей 1а кен£азнув поверхность. Все это в у словах сильного конвек-: тивного перемешивания в объеме самого ф-госа приводит к значительной-интенсификации процессов очистки. . ■

Сущность этапа термоседшентационнсй обработки заключается, ; наоборот, в успокоении расплава и вздерзке его под слоем с-лиса в , состоянии покоя заданное время. Для этого режим работы печи изменяет таюа! образом, чтобы в донных слоях установки температура расплава : <3ыла равной температуре зал ив га, а в объеме печи повидалась с гра- ! диентом 100 - 20и град/метр. /становка такого градиента способству—! ет максимально возмозному подавлении сил конвектизного аеремешива- ! ния и успокоении расплава. В результата этого в нем развивается 1 рроцесс перераспределения тянелых компонентов сплава, к которым от-1 носятся такие примеси,как Fe.Pb.Sn: Кроме того, на этом этапе ; из расплава самопроизвольно удаляется остатки продуктов реакции | тернофлюсового ратинирования*- газы и неметаллические включения. | В работе изучена влияние температуры ратинирования, времени : отстаивания после рафинирования и диаметра пропускных отверстий ча—

. ни на степень очистки сплавов. Исследования проводили на сплаве тУ с использование!! флюса состава (.%, вес. ): №Се -40Й, Ш - I

- 40/», ^ — 20%» . |

| В экспериментах по изучении влияния термовременнцх условий | рафинирования'на степень очистки сплавов т емпературу в зоне рофини—. ротннл изменяли в. пределах, от 600 до 900°С. Результаты исследова- ? |1ий показали существенное влияние 1а качество очистки температуры ‘ . раалкпроваши, а именно - с увеличением температуры степень очистки'

■ 'возрастала. Каивысшие результаты по. значениям механических свойств Ьбразцов, пористости, плотности, содержания неметаллических включений в сплаве были получены при использовании перегрева 250 - 300

град. ' (

■ В работе представлены таксе результаты исследований по изуче- ! кию влияния времени-выдержки расплава при термоседплентационнои \ обработке на степень ратинирования. Время выдеркки изменяли в пре-.делах от 0,5 до 2 часов. Как показали результаты исследован::!!, с • увеличение:: Бремен;', выдержки содержание неметаллических вклшешй, примеси железа, а тагае пористость образцов-сплава сшжается наи- ' солее значительно до Т = I час. Вьдеряка более одного часа не обеспечивает заметного повшения качества металла, поэтому неэкономична :и нецелесообразна. - ’ • ,

і Относительно д;;аметра пропускных отверстий, чапи. В экспериментах использовали чаил с пропускными отверстиями діаметром 2; 4; 6; 'ь; 1и Согласно полученным данным,наиболее высокие результаты . :были достигнуты при использовании чаш: с диаметром пропускных отверстий 2-4 мл, причем установлено, что с. уменьпенкем диаметра от- ( верстни степень очистки сплавов возрастает. Это объясняется увели-Ічением площади поверхности контакта расплава с флюсом. . , - '

> В целом использование технології капельного■термофлюсового ра-іфишцованля с последующей термоседиментацпошюй обработкой. сплава |дК9 позволите повысить качество отливок за счет снижения содержания їнеиеталл;іческих вклшешй на 80^, увеличения плотности металла на *; I, й, снижения пористости на 90%. , ' . . ;

| В работе представлены результаты исследований по переплаву и .

* рафинированию струнки сплава А£30, полученной после механической ■ [обработки отливок на Мценском заводе алюминиевого литья производственного объединения ЬЛЛ;. Стручку переплавляли и . ратинировали ' . іпо технологии, аналогичной технологии райкніцювакия сплава АК9, за |ксклотение:.: того, что в приемнуз чалу установка под зеркало флюса загружали не расплавленный металл, а твердую предварительно 'прокаленную струнну. Согласно получении:.; данным, полученный после тер.;о-^лысовой обработки (без выдеркки, Т = 0) расплав в целом по хі”.:и-ческсму составу и степенизагрязненности неметаллическими вклзтсенпя-мп соответствовал требованиям стандарта, за исключением некоторых отклонений по процентному содєі'е.т.ннх) и Ре . Сн'.:.-.еппе содержа і шя Мд в сплаве после обісботки связано с висоет; перегревом рссплава выи:е температури ликвидус, что пр'їпіело к поглш:сннэ;.:у угару этого элемента. Увеличение рО в сплаве объясняется прежде всего его високи:.і содержанием в стручке (около І;ї). Сднако после тормоседнг.ентацпокпой обработки расплата (выдерет Т = 2 часа)

"содедеакие ’ Ре ^изилосїГдо "о ,62*, что вполне соответствует требованиям.ГОСТ 1583-89, сократилось процентное содержание 2п с 0,05 до 0,02;2. Отмечается также незначительные изменения в содержании . легирующих элементов Бі , Си , Ж , однако эти изменения но вы- ■, ходят за рамки требований ГОСТ 1583-89. :

В заключительной части главы проведен анализ получении: данный с позицій микронеоднородного строения расплавов. Рассмотрены осо- і Ценности механизма капельного термофлюсового рафинирования сплавов \ 'от металлических примесей в зависимости от возможного располоненпя; примесных атомов в структурных зонах расплава. Показано, что кссле-дования развития макронеоднородности в кидком состояішн позволили ; усоверсенствогать процесс. рафинирования алюминиевых сплавов, повысить его эффективность. ;

: В четвертой главе представлены результаты теоретических и экс-*

;пер;"!ента-1ыщх исследований по разработке технологии литья алши- ! ’ниевых сплавов под металлостатическим давлением. Основание!,! для • ;создания указанного процесса явились, во-первых, сведения о перено-і -се компонентов в нидкпх сплавах, во-вторых, установка для рафкгшро-г •вания, в которой обеспечивается создание металлостатического давле-1 'ния, в-третьих, сведения о известных технологических процессах . 1 ;литья гравитационной заливкой я литья с поворотом печи. Логическим 1 (завершением отого был переход к комплексному использованию создан- | (Нои установка для рафинирования сплавов. • }

. ! Сущность технологии .литья под металлостатическим давлением • '.заключается в заполнении литейной форш и кристаллизации сплава } *под действием ыеталлостатического давления расплава, находящегося 1 |шд формой в тигле плавильного агрегата. Создаваемое при этом дав-І . ;ление при высоте столба металла I м составляет для алюминиевых і ісплавов 22-26 КПа. Согласно данной технологии после окончания ра- | -'Минирования к выпускной обогреваемой втулко установки подводят и |

‘ поднимают литейную форму. Открывает стопор и производят заливку. $ ІС момента заливки плавильный агрегат и литейная форма•образуют зам»-|нутуа систему, в которой расплав'в печи выполняет роль большой при--'были а воздействует на кристаллизующуюся отливку вплоть до ее пол- |

|ного затвердевания через обогреваемую втулку. При зтом: )

; - обеспечивается естественная гаправленность затвердевания от-}

І лавки снизу-вверх; |

] . - затвердевающий расплав подпитывается "горячим" металлом на !

всем периоде кристаллизации отливка; |

. - . ■ V--■ ----і'- . ..Ни

• - улучшается питание отливки благодаря воздействию избыточно-]

!го давления; • ■ • і

' - обеспечивается возыокность всплывания и удаления газов и : |

і неметаллических включении. . [

і После окончания процесса затвердевания выпускную втулку пере-!

; крывают стопором, отврдят форму ка позицию дальнеіішего охлаждения ! и выбивки, подают следующую форму и процесс повторяется. ;

для осуществления предлагаемой технологи: была разработана и '• построена установка литья под металлостатическии давлением. Ка ука-і занноіі установке проведена серця экспериментов по изучению влияния 'величины моталлостатического давления и температуры заливки на ме-'.

. ханические свойства и плотность отливок сплавов АК9 и Ад25. •' :

3 результате проведенных исследовании было установлено, что с; 'увеличением избыточного ыетоллостатнческого давления плотность,

;твердость и предел прочности образцов обоих сплавов возрастают. В ;работе проведен анализ основных факторов, обеспечивающих повшеїше1 | качества литья. - ' |

I Первое - это процесс заполнения расплавом, литейной формы. Сог-

, ласію-результата!.! теоретического анализа - реши.: истечения расплава -,и реки; заполнения литейной формы - турбуленпше, близкие к ламп- {

)парному. Результаты экспериментальных исследовашш влияния.величины і металлостатического давления на формовалолняекость по специальной : і пробе с прутками различных диаметров показали, что с увеличением •

і давления от С до 24 КПа длила прутка в шале шіриноіі 5 та воз- ‘

.’ растает в б раз, прутка, полученного в канале, шириной 8 мм - в . :

|7,о раза; прутка шириной I мм - в 9 раз. Тает.! образом, при литье

І под металлостатическш давлением, способность расплава заполнять •

\ тонкие к&налц литейной формы, возрастает, что позволяет получать ЮТЛИВІСИ более высокого.качества» . :

I Вторам фактором, способствующим повышению качества отливок,

явилось возникновение в системе расплав-форма в момєііт остановки потока гидравлического удара, а отношении гидравлического удара в научно-технической литературе существуют противоречивые мнения, однако ко данным Г.П.Борпсова и Л .А.Рижикова умеренный г.'лравли-: ческнй удар до 4 - 5 .\2;а способен оказать благоприятное влишше на [процесс формирования отливки. На основании формулы Чуковского была выведена математическая зависимость для расчета величины■ гндравли-ческого удара при литье под металлостат;гчес;сз.і давлением, крозоде-іш расчеты. Как следует из полученных данных, при величине мєтііл-

лостаткческого напора, например, Н = I м лревыпение давления гидравлического удара в форма буде1!' составлять дРг.у = 1,661 ’Лїа. Указанное повышение давленая, по-видаглоыу, способствует, во-первих, установлению более плотного контакта отливки с форлой в начальный .момент кристаллизации расплава и, следовательно, увеличении скорости кристаллизации и измельчению зерна, а во-вторых, улучпешт пита. кия периферийных зон кристаллизующейся отливка. В работе проведены | расчеты усилия запирания форл с учетом давления гидразлнческого -.удара, .

: Третьим фактором, определяющий качество литья, является интен*

сивность процесса затвердевания. Для анализа влияния величины не- > :таллостатического давления на кинетику процесса затвердевания отлп-; :вок бкл изготовлен кокиль с внутренней полостью, выполненной В фор-} не плиты, в котором перпендикулярно оси бокозого теллостока ВМОНТИ-! 'рованы термопары. По показаниям этих термопар фиксировали процесс ; .затвердевания отливок и температуру разогрева стенок кокиля. Результаты исследований показали, что увеличение величины металлоста-;тического давлешія способствует интенсификации процесса затвердевания отливок. С другой стороны, по показаниям термопар, установлен-|ных в стонко форш, было отмечено, что скорость и-температура разо-;грева кокиля гагате возрастают. Все это позволило предположить, что 'интенсификация процесса затвердевания происходит за счет увеличе-|нпя времени контакта отливки с формой.

Время контакта отливки с формой определяли по методике, прод-лозенной Г.П.Борисовым для условии литья под низким давлением, дзу-.ия способами» Нервы! основан т записи температурной кривой охлая- І Ідения поверхности отливки. Второ* способ заключается в том, что мн—1 •неметрическим способом фиксировали.момент остаповалия воздушного заг ;зора иеаду отливкой а формой. Согласно полненным данным, при уве- !' уличении металлостатического давления с 6,5 до 26 КГіа время контакта] |о'хливкн с формой возрастает с 13 до 52! о, или более чем в 2,5 ра- | ;за. Таким образом, потаенно величины ивталлостатичиского давления і ■способствует интенсификации процесса затвердевания-за счет увеличе-' |ния времени контакта отливки с формой. . |

і . Но результатам исследований разработана слытно-щюшлленная і технология получения отливок и слитков на установке литья под ме- ] таллостатическги давлением. На. установка были подучены отлиыш пошлей-двигателей внутреішего сгорания спортивных мотоциклов "Восход" | лэ сплаві АЛ2Ь, елптки из сплава ЛК9, фасонные отливки корпуса :

' ...

І замка детской авеііной машинки из сплава ЦАІІ 10-5, и з гота вливає мке |

■в настоящее время по технологии литья под давлением, Как показали '

; результаты исследований, использование технологии литья под метал- • ілостлтнческнн давлением при получении поршней двигателей внугренне-|го сгорашш позволило значительно сократить расход металла на литки-' .ково-питаюцую систему, при одновременном повылении качества литья. і |Ъыход годного при этом составил 93 - 56;2. При изготовлении слитков ; было отмечено повеление плотности сплава, снижение пористости при ; полном отсутствжі усадочной раковины. Отливки корпуса замка дет- ! с кой швейной мацпнкп с толщиной стеної: 1-4 мм ’по размерной точ- ! носій, качеству поверхности полностью соответствует требованиям, і предъявляеыци к отливкам, изготавливаемым ка кашшах Л1Л при общем і ісішаешп: пористости и повышении качества металла. 1

’ Таким образом, разработанные технологические процессы получе- !

,шш отливок на установке литья лод каталлостатическим давлением, | ^позволяют повисить качество и выход годного литья. !

I В пятой главе представлены результати опытно-промышленного |

^опробования и внедрения технологій: переплава и-рафинирования стругу ;ка алшліаіевшс сплавов. Предварительно просушенную на суиильной установке УСС-2 стручку порционно загрузили в чашу установки для ра- | Минирования под слой расплавленного флэса при температуре 850 - *

;90О°С, где она іштенсквно плавилась. В процессе плавлення расплав '

Їперетекал через отверстия в чаде (диаметром 2-4 г.::) и каплями ; спускался через толщу флюса (0,4 - 0,6 м) на дно тигля. Далее рас- • .плав отстаивали в течение 30 - 60 мин к слпезли через сливной пат- • ^рубок в донной части установи: в изложницы. Готовые слитки тзазре- і ізалк и исследовали по химическому составу, содерглшгю неметалле- ; ческах включений и водорода. . . і

Использование переплава стругла: при литье поганей двигателей | внутреннего сгорания на Мцеиском заводе алюмиїтевого литья производственного объединения позволит сэкономить более 350 ,т

свежих шихтовых иатераалоз в год, что с учетом затрат по статья:.; се0естои.\юсти обеспечит получение .экономического эф^-окта более 54 тыс. рублей В ГОД. :

0НІІІІЕ ВЫВОДЫ : ; ' і

І. Проведеш исследования неоднородности металлических расплавов. Установлено* что при выдержка в бкгеск состоянии в литейных ' сплавах происходит самопроизвольное развитие зикаяескоа а структур-

ной макронеоднородности. ,

І 2. Разработана методика исследований процесса самопроизвольной •го развития гакронеоднородности в расплавах, позволяющая изучать | димнческую макронеоднородность непосредственно в процессе выдержки ! жидких литейных сплавов. . |

і 3. /становлено, что максимальная степень макронеоднородности •

наблюдается у сплавов с концентрацией второго компонента, близкой \ к эвтектической; с увеличением температуры интенсивность процесса |

^ снижается. |

. 4. Проведен теоретический анализ процесса развития макронеод- |

нородности з расплавах. Показано, что с увеличением температуры I степень килропеоднородности расплава и эффективность процесса они- | жаютск. 4.-*гхс;::.;а.-ЫШ! эссективиость развития макронеоднородности на-* Слюдается у сплавов с эвтектической концентрацией компонентез. . •

6. Разработана технология терлоф.’лосового капельного раезширо- ! вашш и тершеедиментацпошюй обработки алшшшевых сплавов и уста--новка для ее осуцествленля. і

, 6. Использование разработанной технологии рафинирования для ,

обработки сплава АКЗ позволило повысить степень его очистки и меха-! нпческне своіісїва отливок за счет сниаения содержания неметалличео-!ких включений, пористости, а такхе вредных примесей тяжелых металлов. При переплаве стружка сплава АЛ25 был получен состав, соответ-ствуОчИй требованиям ГОСТ 1583-69 к первичному • сплаву как по содержанию химических элементов, так и по степени загрязненности неме-■таллтвааатвклвчвішшщ У' • .. .

: 7. Разработай технологический процесс заливки алюминиевых

сплавов в. формы после ратинирования непосредственно из тигля пла-вгльного агрегата под металлостатическим давлением. ’

; В. Проведен анализ гидравлических условий литья. Показано,

что при увеличении металлостатпческого давления с 2,6 до 25 КПа ;

скорость истечения расплава аз тигля установки при турбулентном заполнении литейной формы изменяется в пределах, от I до 6 м/с, а | ;величина управляемого гидравлического удара в момент остановки по-! ;тока мозег достигать 0,5 - 1,67-іДПа. і

9. Установлено, что при увеличении ыеталлостатического давле-і ніш с 2,о до 25 КПа, формозаполняемость повышается в Є - 9 раз, ' :средняя плотность сплава в осевой части отлзівок на 0,6 - 1,1%, !

(твердость - на 9 - 12,і, временное сопротивление разрыву - на .5 - Ю>. . • . .

| 10. Исследовано влияние металлостатического давления на юше-

■тику процесса затвердевания. Установлено, что с ростом металлоста-;тического давления от 6,5 до 25 КПа скорость затвердевания отливок возрастает за счет увеличения времени контакта отливки с формой с |

(ХЬ ДО 52 С» ' ;

' II. Результаты исследовании внедряется в производство. Зконо- \

м;иескии эффект от внедрения технологии переплава и ратинирования ! стручки ьл:а£:нпсвых сплавов на Мценском заводе ал-алпниевого литья ] производственного ооъединенпя лй составит 94,2 ткс. рубле!: в |

!год. ;

I I

основные положения диссертации опубликованы в следувдлх рабо-| ;тах: |

I. 1аврилпн ^.В., 1-арапн В.Н., Тихонов Н.11. Хп.жеская и струк-,тур!!ал неоднородность в жидких металлических сплавах/У/зв. АН СССР^

! .'леталлы. I Убо. 4. С. 44 - 50.

; 2. Гаврилки Л.Б., Корогодов Ю.д., Тихонов Н.П., и^ршин Ь.Н. 1

(Равновесная химическая неоднородность в яидкнх литерных сплавах// < [Литейное производство. 191:6. Ъ I. С. 3 - 5. '

; 3. Гаврилки л.Ь., Тихонов К.П., ыараин Б.П. Исследование лик-!

| вации алп.ищия в гидком цинковом сплаве ЦЫ 4-1/Дите,1ное производи |'ство. 1&Я. И В. С. 13 - 14. ■

| 4. Гаврнлпн «1.3., 1~арцпк Б.К., Тихонов П.П. Равновесное неод-;

! породное распределение ко.'люнентов в хидких сплавах//Тезисы науч- | |1шх сообщений У1 Всесоюзной конференции по строению и свойства:.; ие4 1 таллическпх и слано вы:; расплавов. Ч. I. Свердловск, 12В6. С. 243.

! Ь. 1'иьрнлкн П.В., Тихонов И.П., 1лрспн В.Н. Равновесное гас- ■

■ пределенио элементов в г.ндкпх лите;:нзл<. сплавах как основа развитил . деляческой неоднородности отлпьок//иовыв 1.:1:талло- и трудосберегаю-! щ:е техпологичееппе процессы в лптеПнсп: производстве: Тезисы догла-; дов шучко-техшкессоН г.он4.срс1щпн. Челябинск, 1-е 4. С. Ю.

6. иг.-спн Н.Н., Гаврилпн Л.В., Тихонов ii.ll. Методика и результаты оксперелентов по изучен:^ го^лироваиня х:с.;:гческо7. и стр>у:ст‘ ной неоднородности в бидглх спланах// Наследственность в литых сллаксс: Тезисы доводов I. |»аучм)-7ехначссг.ого сс:.'..'^: ]<:. Кулонов, • 1^7. С. Ы - Ь2.

' 7. Гаврилин .1.Б., Т:всо;.ов I.!:., и:;скн В.::. 1 аз.ч бот;л техно-'

! логин цайи.'К1]>эзанил легколлав:-:;::-: силаья-//' применение; ".лоатхедпен , технолог:::: изготоктекп)? от;..:ьо-: из черных :: цветных- :.:от::ллси ддя зпергонзенцан'пве тракторов: Тезисы дог-ладов I геспуслпгАнскс:: ион-

*ференш" литейщиков. Чебоксары, 11-4. С. 50 - 52.

с. и^;с;:н З.Н. Универсальная технология районирования аллг.епкие-вых с:-ъзев// Неметаллические вклэтеши к гази в литеЛжгх сплавах: Тезисы докладоз У геслуоликанской научно-технической конференции. Запорожье, 19Ьо. С. 292 - 293,

9. Гасилин *1.3., ’.Тихонов ii.il., В.Н. Универсальная тох-|

нология рифл-'^овакад металлических сплавов// Прогрессивке я; оцое-; сы плмча я литья цветных металлов и сплавов: Тезисы доклплов к ] Всесоюзной научно-технической конференции. Москва, 1989. С. 65. |

10. 1авр;:лин Л.Ъ., 1-£;син З.Н., Тихонов Н.П. Новая технология ;

и установка для литья с использованием автоматического дози^ова^-пя,) интенсиыюго питания и направленного затвердевания отлиз-^к// Сое- I "ОЯ!С:е а перегективи создания вксокопродуктизного литерного Сбору- | довагшя: Тезисы докладов Всесоюзной нлучко-технэтескоИ кон£е]ек:;ии.> Ч. I. ыосква, 1УоV. С. 31 - 32. ,

11. А.с. ССч.х'. .* 1190401. Способ ратинирования сплавов, соде р-яааих легкоплавкие коыгтэнентц/ Гаврилин И.З., Тихонов Н.Д., £а;>-ш л.л. - Опуса, в 1*1. 19в5. И 4Ь.

12. А,с. ийД-. .4 1э14471. Устройство для литьл под ыетидяо-: статическим давление».*/ Гавршпш 11.В., ^рзкн З.К., Тихонов Н.П.,

' Нки.юв С'.З. - Опубл. в Б1 19о9, й 38.

{ 13. А.с. ССоК .4 144)6530. Устройство для рафинирования метал-

лов и сплавов/ Гаврилин И.В., Тихонов К.П., Ларкин В.Н., Кулагин В.А. а др. - Опубл. в Б»1 19а9, й 22.