автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.01, диссертация на тему:Исследование процесса формирования фасонных изделий из сплавов и металломатричных композитов на алюминиевой основе в твердожидком состоянии

На правах рукописи УДК 669.2.017:620.18

Куштаров Куштар Межлумович

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ ФАСОННЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ СПЛАВОВ И МЕТАЛЛОМАТРИЧНЫХ КОМПОЗИТОВ НА АЛЮМИНИЕВОЙ ОСНОВЕ В ТВЕРДОЖИДКОМ СОСТОЯНИИ

Специальность 05. 02. 01 - материаловедение (машиностроение)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискании ученой степени кандидата технических наук

Москва 2004 г.

Работа выполнена в Московском государственном техническом университете имени Н.Э. Баумана

Научный руководитель:

доктор технических наук,

профессор

Семенов Б. И.

Официальные оппоненты:

Ведущее предприятие:

доктор технических наук, профессор Масленков СБ.

кандидат технических наук доцент

Велищанский А.В. ФГУП ВИАМ

Защита состоится « а » сс^о^т-Р 2004г. в

/УчыЗо

мин.

На заседании диссертационного совета Д.212.141.04 в Московском государственном техническом университете имени Н.Э. Баумана по адресу: 105005, Москва, 2-я Бауманская улица, дом 5.

Ваш отзыв на автореферат в одном экземпляре, заверенный печатью, просим выслать по указанному адресу.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Телефон для справок: 267-09-63

Автореферат разослан 2004г.

Ученый секретарь совета к.т.н., доцент

1{у

В.И. Семенов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы: Металлы были, являются и на ближайшую перспективу останутся основными материалами машиностроения. Однако существенные изменения претерпевают технологии производства фасонных заготовок, что сопровождается более широким использованием легких сплавов. Особенно ярко эта тенденция проявилась в массовом автомобилестроении. За последние 10 лет в Европе средний годовой прирост потребления алюминия составил 5 кг на автомобиль, т.е. около 7% в год.

К числу наиболее продвинутых технологий автомобилестроения в последние годы относят процессы, получившие общее название «SSM-технологии». В этих процессах формообразование детали начинают только тогда, когда вне формообразующей полости получена жидкометаллическая суспензия, содержащая ~ 50% твердой а-фазы. Такое разделение процесса формирования структуры материала детали позволяет использовать процессы, разворачивающиеся в пространстве и времени, для придания требуемой геометрической (недендритной) формы растущим кристаллам. Только оставшаяся неотверждснной или специально расплавляемая эвтектическая составляющая жидкости будет кристаллизоваться позже в формообразующей полости в гораздо более благоприятных условиях. При наложении на такую заготовку внешней силы и сдвига проявляется эффект тиксотропии: аномально резкое снижение вязкости суспензии, обеспечивающее возможность плавного течения металла и заполнения им сложной фасонной полости формы при литье и штамповке. Эффект тиксотропии в твердожидких металлах был открыт в 1971г. в лаборатории проф. М. Флеминга (Массачузетский технологический институт, США).

Эффект тиксотропии приводит к резкому снижению сопротивления растеканию. Так, при доле твердой фазы в суспензии сопротивление

деформированию в пять раз ниже, чем у полностью отвержденного металла ^5=1,0); при доле ГвЮ.б оно составляет около 3% от той же величины. Отсюда одинаково большой интерес и специалистов по обработке металлов давлением, и литейщиков к одной и той же тиксозаготовке, т.к. ее деформирование можно вести и на прессах ОМД и на литейных прессах-машинах ЛПД с контролируемой скоростью впрыска. В тиксотехнологиях используемому сплаву на первом этапе придают форму цилиндрической болванки соответствующего диаметра и длины. Такая болванка затвердевает полностью и охлаждается до комнатной температуры, но затем разрезается на мерные заготовки, которые используются после повторного нагрева и частичного расплавления в твердожидком состоянии. В этой технологии форма и размеры кристаллов -фазы, созданные на первом этапе тиксоформирования, только в некоторой степени наследуются фасонной

деталью. При реолитье процесс о с

), т.е. ое полного РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ | БИБЛИОТЕКА |

охлаждения и повторного нагрева металла, но с промежуточной тепловой стабилизацией заготовки; в таком состоянии заготовка и поступает в форму.

В отечественной практике заготовительных производств SSM- технологии не используются, практически не проводилось параллельных разработок, отсутствует начальная базовая технология, не организовано производство специализированных заготовок (feed stock materials). Как показал опыт последних десятилетий, только такой подход позволяет осуществить выбор оптимального алгоритма решения задачи получения сбалансированного комплекса свойств в ответственных фасонных деталях из

традиционных легких сплавов и металломатричных композитов на их основе.

Целью рпботы является исследование процесса и разработка технологий производства ответственных фасонных заготовок в машиностроении с использованием жидкометаллических суспензий с недендритной структурой твердой фазы (тиксотехнологии).

Для достижения этой цели решались следующие задачи:

1. Разработать доступный для машиностроительного предприятия технологический процесс получения тиксозаготовки (схема, условия и режимы формирования) из сплава АК7 и композитов на его основе с 5 - 20 вес % и методику контроля количественных показателей ее качества.

2. Провести оптимизацию параметров всех стадий технологического процесса по количественным параметрам качества тиксоструктуры и определить условия (технологические окна) необходимых стадий процесса тиксоформирования.

3. На модельной детали изучить течение (сопротивление суспензии сдвигу) и особенности микро- и макроструктуры детали, формируемой в режиме тиксопрессования.

Научная новизна: Разработаны: оригинальная технология получения порционной тиксозаготовки, обеспечивающая формирование в ней квазиизотропного твердождцкого (суспензированного) материала из сплава АК7 (АЛ9) с требуемым уровнем качества недендритных кристаллов а-А1 фазы по контролируемым параметрам структуры в любой части объема заготовки, позволяющая транспортировать заготовку как твердое тело (обладает свойствами геля до попадания в формообразующую полость), но одновременно легко преобретающей свойства золя (вязкая жидкость) и способность к сложному формообразованию под действием сдвигов и сохраняющей эту способность при изменении доли твердой фазы в интервале 40-90% при уровне напряжений существенно меньшем, чем предел текучести сплава при ; технология получения тиксозаготовок из композитов на основе сплава АК7 (АЛ9), содержащего 5-20% вес кристаллических частиц SiC; методика оценки состояния тиксоструктуры и ее динамики на всех стадиях процесса тиксоформирования, позволяющая выдавать техническое задание на проектирование технологического процесса штамповки (литья)

деталей с гранулированной или волокнистой структурой кристаллов в фасонном изделии.

Практическая ценность представленной работы заключается в том, что разработан оригинальный метод отдельной порции, позволяющий производить суспензию «по требованию» на любом машиностроительном предприятии, поставившем задачу освоения SSM- технологий. Использование описанного подхода в отечественном машиностроении позволит:

- получать фасонные заготовки гарантированного качества;

- обеспечить повышенную точность заготовок;

- снизить нормы расхода сплавов в 2,5 - 4 раза;

- сократить трудоемкость и энергозатраты в 2 - 3 раза;

- расширить на 30 — 50 % номенклатуру отливок, используемых для изготовления деталей и узлов высокой герметичности и прочности. Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на 3-ей

Московской международной конференции «Теория и практика технологии производства, изделий из композиционных материалов и новых металлических сплавов», Москва, 2003; на 7-th Int. Conf. Semi-Solid Processing of Alloys and Composites, Japan, 2002; на 19th ASK -Metal Forming, Aachen, 2004.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 4 печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4-х глав, общих выводов, списка использованной литературы из 60 наименований, изложена на 175 страницах машинописного текста, содержит 100 рисунков, 35 таблиц.

Основное содержание работы. Во введении излагается обоснование актуальности темы диссертационной работы, раскрывается ее научная новизна и практическая ценность, формулируется цель работы.

Первая глава посвящена обзору современного состояния исследований и уровню использования SSM-процессов за рубежом. Сопоставлены технико-экономические характеристики и механические свойства деталей, полученных тиксоформированием и традиционными способами литья и штамповки. Дан подробный анализ существующим методам получения тиксозаготовок. Проанализированы составы и свойства, сплавов, опробованных за последние годы при изучении процессов тиксоформирования. Сформулированы требования к качеству и параметры структуры материала тиксозаготовки и дана методика их количественной оценки. На основании проведенного анализа обоснована постановка задач диссертационной работы.

Во второй главе описаны материалы, оригинальный метод получения тиксозаготовки и методика исследования качества структуры материала.

Обоснован выбор литейного сплава АЛ-9 (аналог A356, A357) и композитов на его основе, содержащих 5, 10, 20% керамических частиц 8Ю с размером частиц ~ 10 мкм в качестве объекта исследований.

Для получения заготовок требуемого качества с гранулированной структурой кристаллов а-твердого раствора предложено проводить начальную стадию первичной кристаллизации сплава с широким интервалом затвердевания в специальном тонкостенном теплоизолированном с торцов металлическом цилиндрическом сосуде (разъемном стакане), позволяющем использовать принцип совместного действия (синергетика) организованного движения слабо перегретой над температурой ликвидус металлической жидкости и стимулируемых медленным однонаправленным отводом тепла процессов зародышеобразования и объемного затвердевания с целью получения однородной суспензии с кристаллами недендритных форм, создающих совместным организованным действием условия для усиления локального конвективного тепло- и массопереноса, максимально снижающего термическое и концентрационное (примесное) переохлаждение расплава, и препятствующего таким образом потере устойчивости плоской границы раздела фаз при кристаллизации сплава.

Рассмотренный эффект совместного действия дополнен и усилен введением в охлаждаемую жидкость готовых зародышей твердой фазы, самопроизвольно или управляемо формируемых на стадиях перелива жидкого металла из плавильного агрегата на специальном желобе или при заполнении стакана. В суспензиях высокого качества количество формируемых кристаллов в стакане должно быть максимально большим, распределение по объему — однородным, а скорость их роста — минимальной. Используемая для этих целей схема процесса показана на рис. 1.

£<т ли

Рис.1.

Схема процесса формирования тиксоструктуры

Процесс подготовки суспензии к формообразованию завершается выравниванием температурного поля по всему объему заготовки при 50%

твердой фазы. Если же заготовка готовится для последующего тиксоформирования, нужно зафиксировать твердожидкое состояние суспензии закалкой в воду без затрат энергии на выравнивание температур.

Используемый в исследованиях стакан имел диаметр 65 мм и высоту 100 мм. Заливка металла в стакан осуществляется через ламинизирующий пенокерамический фильтр. В данной схеме процесса УЗО в потоке перегретого металла может благоприятно влиять на все структурные параметры зародышей а-фазы перед их попаданием в контейнер. Расплав готовился в плавильной печи, где выполнены все необходимые требования подготовки жидкого металла. Заливка жидкого металла производится при температуре металла ~720°С на водоохлаждаемый наклонный лоток. Температура металла в металлоприемнике при заливке составляла 640-630°С, т.е. материал незначительно перегрет над линией ликвидус. После окончания заливки верхний торец стакана также теплоизолировался. Таким образом, в дальнейшем кристаллы а-фазы росли в условиях медленного теплоотвода.

В условиях затвердевания, создаваемых данной конструкцией контейнера и изоляцией торцов, металл достигает температуры 575-585°С за период времени ~ 2 минуты). Высокая чувствительность формы растущих кристаллов фазы к большому набору начальных условий при попадании металла в контейнер (уровень перегрева над ликвидусом, характер течения при заполнении стакана, интенсивность охлаждения, внешние воздействия и температура, при которой они осуществляются и т. д.) потребовали проведения предварительных исследований по упрощенной схеме литья, позволяющей, однако, использовать принцип совместного действия.

В предварительных исследованиях были исключены охлаждающий лоток и УЗО. Расплав заливали в тонкостенный контейнер (стакан) по схеме, обеспечивающей ламинарное течение жидкости при температуре, близкой к ликвидусу.

Исходный материал - промышленный сплав А Л 9-1 (АК7пч). Химический состав сплава соответствовал ГОСТ 1583-89, литая микроструктура исходного сплава показана на рис.3.1, химический состав - в таблице 1.

Таблица 1.

Химический состав сплава при литье по схеме №1_

Марка сплава Массовая доля, %

АК7пч (AJI9-1) по ГОСТ 1583-93 Основные Примеси (всего не более 0,6)

•Mg Si Al Мп Си Zn Ti Zr Ве

0,2-0,4 7,0-8,0 ост. до 0,1 до 0,1 до 0,2 до 0,15 до 0,15 до 0,1

Фактич. 0,35 6,31 ост. 0,03 0.08 - - - Fe(0,22)

Расплавленный металл при Т3 = 630 - 640°С заливали в стальную или титановую тонкостенную цилиндрическую обойму через нагретую

графитовую (керамическую) трубку с керамическим ламинизирующим пенофильтром или через ламинизирующий пенофильтр, лежащий на тонкостенном металлическом цилиндре, скрепленном с торцевой теплоизолирующей вставкой.

В объеме стакана температурное поле охлаждаемого металла контролировалось пятью термопарами, расположенными по центру стакана на расстоянии 1 см друг от друга по высоте. Показания записывались самописцем ЭПП-09. По этим показаниям определялась длительность выдержки суспензии в стакане перед закалкой металла в холодную воду = 575°С).

Таким образом, при заливке через пенофильтр через изменение гидродинамического режима заполнения стакана задавался внешний импульс для самоорганизующихся процессов. Заливка в стальной или титановый стакан обусловливалась разной теплопроводностью стали и титана (Хст = 20,9

что позволяет выбирать интенсивность охлаждения заготовки. Полученный слиток разрезался по схеме, показанной на рис.2, для исследования однородности состава и структуры.

Рис.2.

Схема разрезки образца для исследования однородности состава и качества микроструктуры образца Вторая стадия процесса (термическая стабилизация) — это выравнивание температурного поля твердожидкой заготовки. Выдержка металла в течение нескольких минут в интервале затвердевания при способствует

повышению качества тиксоструктуры.

На всех этапах работы с тиксозаготовкой после изготовления шлифов микроструктура заготовок фиксировалась с помощью цифровой камеры, а информация обрабатывалась на компьютере.

После проведенной термообработки на тех же поверхностях повторно изготавливались шлифы и проводились исследования микроструктуры образцов. Для получения фотографий шлифов использовали цифровой фотоаппарат "Epson-600", присоединяемый к микроскопу "Neophot-21". Полученные фотографии обрабатывались с помощью компьютерной программы (KS-Lite Version 2,0). После оцифровки данных в программе Excel были произведены расчеты и получены значения фактора формы Fa, степени скелетизации и среднего приведенного диаметра для всех

исследованных условий приготовления суспензии. Установленная динамика изменения геометрических форм фазы в зависимости от условий литья (заливки в стакан) и термической стабилизации представлены на рис.3 и в таблице 2.

Рис.3. Изменение микроструктуры сплава АЛ9-1 в зависимости от условий

литья

В тех же реперных точках, используя компьютерную программу ^^й«, проведен статистический анализ всех исследуемых параметров структуры материала и получены статистически достоверные средние оценки.

Исследование показало, что статистически достоверные данные могут быть получены, если измерения проводить только в трех точках по радиусу (край, середина, центр) на половине высоты литой заготовки.

На образцах из сплава АЛ9, вырезанных из тиксозаготовки (литое состояние, закалка в воду) измерены механические характеристики материала. Образцы для механических испытаний изготовлены по ГОСТу 1497-84 и испытаны на разрывной машине «Тшггоп» при скорости нагружения Ун = 2 мм/мин. Результаты испытаний: ав = 232 МПа; 0<>,г =121 МПа; 5 = 6%.

Таблица 2

№ п/п Условия литья Результаты измерений

Форма Т °Г мат ^ Ра Ц,, мкм с. Ра •

1 (рис.3.1) литье в песчаную форму 5,6 240 0,33 1,68

2 (рис.3.2) стальной стакан, ламинизирующий пенофильтр 630 2,1 83 0,16 0,32

3 (рис 3.3) стальной стакан, турбулентная струя 630 3,8 64 0,20 0,76

4 (рис.3.4) титановый стакан, ламинизирующий пенофильтр (керамическая труба) 630 2,5 74 0,21 0,53

5 (рис 3 5) титановый стакан, ламинизирующий пенофильтр 640 2,2 69 0,24 0,53

б (рис.3.6) титановый стакан, ламинизирующий пенофильтр, термическая стабилизация (5 мин при Т=580°С) 640 1,7 81 0,33 0,56

Таблица 3

№ реперной точки диаметр реперной точки, мм Содержание химических элементов, % (вес)

А1 Т| м§ Ре Си

1-3 2 92,05 0,09 6,98 0,37 0,23 0,069

2-6 2 92,00 0,11 7,03 0,37 0,22 0,073

3-9 2 92,48 0,11 6,58 0,36 0,20 0,071

Среднее значение 92,18 0,10 6,86 0,37 0,22 0,071

Проведенное исследование показало, что охлаждение сплава АК7 в титановом тигле приводит к повышению качества тиксоструктуры слитка. В то же время, заливка через ламинизирующий пенофильтр также дает хорошие результаты даже при заливке в стальной стакан, что подтверждается исследованием микроструктуры слитка во всем его объеме.

Для исследования однородности состава и параметров Р^ С^ Иа кристаллов первичной фазы в объеме заготовки использована схема, приведенная на рис.2. В выделенных реперных точках проводили локальный анализ химсостава и количественный статистический анализ параметров структуры

материала. Полученные усредненные данные химического анализа на установках «САМ SCAN Link» и «Foundy Master» сведены в таблицу 3.

В третьей главе приведены результаты оптимизации условий получения порционной заготовки с тиксоструктурой. Целью проведенных исследований являлись обеспечение основных технических характеристик материала и достижение следующих показателей качества структуры материала заготовки:

- фактор формы кристаллов твердого раствора F0< 1J8;

- степень скелетизации суспензии С0 = 0,1 - 0,3;

- средний диаметр кристаллов D„'=80 - 100 мкм;

- объемная доля а-фазы в суспензии Vo~50%;

- механические свойства в литом состоянии, не менее: а„=230 МПа, °о,2=120 МПа, 5=15% (после третьей стадии тиксоформирования).

Дальнейшие исследования проведены в лаборатории №1 ОАО ВИЛС по схеме, показанной на рис.1 со сплавом АЛ-9, по составу соответствующему A357 (7,4Si, 0,6Mg, 0,25Fe, 0,22Ti ост. А1, хим. анализ сплава при плавке).

Ниже представлены сравнительные результаты исследования структурных факторов фазы образцов до повторного нагрева, изготовленных по

различным технологическим схемам из сплава А357 (А356 по схеме 1) до и после стабилизирующей термической обработки (585°С, 5 мин). Условия литья показаны в таблице 4.

Повторный нагрев проводился только для тех условий изготовления тиксозаготовок, где не были сразу же достигнуты установленные значения фактора формы Fa. Таким образом удалось оценить эффективность всех элементов процесса: выбранного контейнера, схемы литья с лотком, установить влияние УЗО на процесс зародышеобразования и повышение качества -фазы в сплаве А357 и композитах, оценить дополнительный потенциал термической стабилизации. Каждое значение получено усреднением нескольких сотен измерений параметра, что позволяет утверждать, что использованная схема литья заготовки из исследованных сплавов обеспечивает получение практически недендритной формы зерна первичной фазы, а использование УЗО при низкой температуре металла, содержащего зародыши, не приводя к существенному уменьшению приведенного среднего диаметра зерен, положительно влияет на степень их скелетизации и фактор формы, тем самым приближая коэффициент качества К к минимально возможной величине как в матричном сплаве, так и в композитах на его основе.

УЗО и закалка тиксозаготовки, по-видимому, являются очень эффективным фактором «флегматизации» микроструктурной динамики суспензии, позволяющим, с одной стороны, резко увеличить продолжительность изотермической выдержки используемой заготовки в твердожидком состоянии и проводить нагрев в печи сопротивления без

заметного ухудшения качества тиксоструктуры, а с другой, - резко изменить режим формообразования фасонной детали, обеспечивая большую гибкость при проведении стадии прессования.

Таблица 4.

Технологические схемы, параметры процессы литья и геометрические

№ п/п Сплав Технологическая схема Структурные параметры материала заготовки

Тиач Тзал Желоб узоГ У302" 0о, мкм Ра Са К

1. А356 720 630 - - - 75 8 2.68 0 13 0 36

2. А357 720 630 + - - 79 4 78.2 2.39 2.16 021 0.20 0.50 0.43

3 А357 720 630 + + - 88 6 94.5 2.53 2.29 0.18 0.18 044 0.41

4. А357 720 630 + - + 81.3 2.06 0.12 0.253

5. А357 720 670 + - -ь 91.8 89.5 2.35 2.41 0.15 0.12 0.34 0.28

6. А357+0,Ш 720 630 + - + 67.4 1.89 0 07 0.132

7. А357+5%81Ср 720 630 + - + 58.3 12 012 017

8 А357+10%51СР 720 630 + + - 73,1 1,91 0,05 0,08

9 А357+20%51С„ 720 630 - - - 60,1 2,22 0,03 0,07

То же, что 4, после длительного нагрева

10 А357 (Т-595°С, т=65 мин) 720 630 + + 81.3 154,7 2.06 1,72 0.12 0.253

УЗО)" обработка металла в струе на выход У302* обработка металла в металлоприемн Числитель: до повторного нагрева, знамена е с желоба; ике над ламинизирующим пенофильтром. тсль: после повторного нагрева гяч- • '■»«/.!-А—...1 ■■■ «ч!«.; с-яимшшии—

« ^

г) д) е) ж)

Рис.5. Микроструктуры тиксозаготовок матричного сплава Л357 (а, б) и композитов (в, г, д, е, ж) на его основе; а) литое и б) термообработанное состояние матричного сплава; в)-з) литое состояние АКМ; в), г) - с 5% БЮ; д), е) с 10% БЮ; ж), з) - с 20% БЮ

ю

Для изучения микроструктурной динамики а-фазы в процессе нагрева литые образцы из матричного сплава A3 5 7 подвергали традиционному (Т=585°С, выдержка х =5 мин в разогретой до заданной температуры печи, нагрев с печью, закалка в воду) (2 в таблице 4) и длительному (Т=595°С, т =65 мин в разогретой печи, нагрев с печью, охлаждение на воздухе) нагреву (10 в таблице 4). Установлено, кратковременная термообработка только улучшает все параметры качества структуры, практически не влияя на средний диаметр зерна а-фазы. Длительный высокотемпературный нагрев также улучшает параметры качества материала заготовки, но средний диаметр зерна изучаемой фазы возрастает почти в 2 раза. Однако этот рост вызван не столько коагуляцией зерен, сколько исчезновением эвтектической фазы и превращением системы «А1(~50%) - эвтектика (—50%)» в систему «А1(~90%) - кремний с полигональной равноосной формой кристаллов

фазы и мелкими идиоформными кристаллами кремния (рис.5). Полученные результаты позволяют сделать вывод, подтвержденный при исследовании третьей стадии процесса тиксопрессования, о том, что повторный нагрев мерных заготовок для получения конкретных деталей можно проводить как в печи сопротивления, так и в индукторе.

Рис.5. Тиксозаготовка из сплава А357 с «флегматизированной» микроструктурной динамикой после длительного нагрева

Таким образом, использование материалов с подготовленной без перемешивания структурой может стать одним из наиболее перспективных направлений тиксоформирования сложных фасонных деталей из традиционных алюминиевых сплавов и алюмоматричных композитов, армированных керамическими частицами.

В четвертой главе приведены результаты исследований макро- и микроструктуры тиксоштампованной детали типа «стакан». Полученные результаты использовали при разработке технологии тиксопрессования детали «чашка пружины» автомобиля ВАЗ из сплава А357. Проверка разработанного технологического процесса проведена в лаборатории кафедры «Теория и системы пластического деформирования» МГТУ «СТАНКИН» при участии д.т.н., проф. Кирдеева Ю.П., структурные исследования выполнены в МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Микроструктура детали, полученной из тиксозаготовки, принципиально отличается (рис.6) не только характерной для исходной заготовки недендритной структурой в участках, не испытывавших больших

деформаций, но, главным образом, волокнистой структурой а-А1 фазы в местах, подвергавшихся наиболее интенсивной деформации.

б) в)

Рис.6. Карта зон вытянутости кристаллов а-А1 фазы в штампе а); кинетика прессования и моделирование теплового и деформированного состояний заготовки б); схема тиксопрессования чашки из мерной заготовки с тиксоструктурой в)

Сложный характер структуры штамповки потребовал специального моделирования условий тиксопрессования. Эта работа впервые в нашей страна была выполнена в рамках договора о содружестве МГТУ им. Н.Э. Баумана и ОАО «ВИЛС» специалистами ОАО «ВИЛС» под руководством с.н.с. к.ф.-м.н. В.Н. Серебряного. Численное моделирование процесса штамповки по программе Q-fbrm 3.0 осуществляли в рамках вязкопластической модели методом конечных элементов. Необходимые для моделирования реологические и теплофизические характеристики сплава А357 получали из эксперимента и литературных данных.

Процесс деформирования заготовки занимает ~3секунды, что совпадает с временым интервалом роста силы прессования в эксперименте, совпадают и максимальные величины сил прессования (рис.6). Однако, в рамках данной модели и схемы прессования наиболее интенсивно деформации должны развиваться у вертикальных стенок пуансона, а наименее интенсивно - у вертикальных стенок матрицы. Повсюду, кроме центральной стержневой части, градиентное поле интенсивностей деформаций в модельном эксперименте изменяется монотонно. Только в центральной части осесимметричной детали при моделировании появляется немонотонное изменение интенсивностей деформаций.

Микроструктура реальной штамповки должна при высокой доле твердой фазы отличаться от микроструктуры заготовки в местах интенсивных деформаций. На самом деле изученная микроструктура очень неоднородна. На рис.6 показаны элементы микроструктуры различных участков сечения детали. Обнаружено совпадение моделируемых и фактических интенсивностей деформаций около внешних углов и вдоль вертикальных

поверхностей внедряемого инструмента, выразившееся в появлении волокнистых форм а-фазы в этих участках детали, и существенное отличие моделируемых и фактических деформаций в объеме детали. Вторая, не прогнозируемая зона интенсивного деформирования начинает формироваться в момент внедрения инструмента на оси заготовки в самой нижней ее части, и эта область, также характеризуемая волокнистой формой кристаллов а-фазы, распространяется вверх и в стороны вместе с деформацией теплового узла, обеспечивая перенос металла при обратном выдавливании и одновременно формируя нетрадиционную макроструктуру в объеме фасонной детали. По видимому, появление второй зоны интенсивного деформирования позволяет объяснить заметное различие в средней части модельной и экспериментальной кривых, характеризующих силовые условия прессования детали. Одновременно, обнаруженный эффект позволяет рассчитывать на создание волокнистой структуры в наиболее ответственных участках тиксоштампованных деталей.

Реализация технологии тиксопрессования детали «чашка пружины» передней подвески легкового автомобиля ВАЗ из алюминиевого сплава и композита также осуществлялась в лаборатории кафедры «Теория и системы пластического деформирования» МГТУ «СТАНКИН» при участии д.т.и., проф. А.Э. АРТЕСА. Ввиду отсутствия финансирования работ в исследовании использовали оснастку, разработанную для жидкой штамповки алюминиевого сплава (рис.6).

Масса новой детали, полученной, как методом тиксоформирования, так и жидкой штамповкой, уменьшена более чем в 2,5 раза (160 г - новая и 440 г -базовый вариант).

Деформирование осуществляли на гидравлическом прессе с усилием прессования 3000 кН, обеспечивающем начальную скорость прессования 7 мм/сек. Температура преесформы выбрана равной 300°С, выдержка заготовки под давлением - 30 сек. Длительность нагрева заготовки в разогретой до заданной температуры печи составляла 30-40 мин, готовность материала к тиксопрессованию определяли специальным твердомером.

Впервые использована кольцевая профилированная заготовка двух видов, полученная механической обработкой из цилиндрической болванки. Геометрия тиксозаготовки и схема прессования обеспечивают относительный сдвиг металла и инструмента во всем объеме детали.

Макро- и микроструктуру штампованной детали исследовали в плоскости симметрии с помощью микроскопа №оЮ1-21. Результаты исследования показаны на рис.7.

Тиксозаготовка из матричного сплава отличается очень высокой степенью чувствительности зерен -фазы к интенсивности деформаций. При деформировании заготовки гранулированные зерна очень легко вытягиваются в волокна вдоль линий тока с отношением 1Д достигающим 100 и более в

наиболее ответственных участках детали, а зерна эвтектического кремния измельчаются до микронного размера. Параметры геометрии зерен а-А1 фазы в штампованной детали приведены на рисунке.

Волокнистый характер а-А1 фаза приобретает в большей части объема детали. Вытянутость алюминиевой фазы характерна и для тиксопрессованного композита, однако, при той же интенсивности деформаций она резко снижается, сохраняясь только на участках интенсивного взаимодействия суспензии с формообразующей поверхностью (у выступов пуансона и в местах поворота потока металла). Даже при предельно высоких увеличениях в структуре материала деталей не обнаруживается усадочных дефектов.

рт^з

[).-8и7,Ь"1Д С.-ВД, К-0.М

Рис.7. Фрагменты микроструктуры штампованной детали из сплава А357

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ:

На основе системного анализа и экспериментальных исследований всех стадий процесса тиксоформирования фасонных заготовок из сплава АК7 (АЛ9) и композитов на его основе получены следующие основные результаты:

1. Исследованием условий литья порционной заготовки установлены факторы, которые могут влиять на качество тиксоструктуры материала. Показано, что литье слабоперегретого над ликвидусом сплава (10...15°C) в тонкостенную (1,5-2 мм) титановую обойму является достаточным условием получения недендритных форм а-А1 кристаллов и однородной мелкозернистой структуры в заготовках 065...90 мм. Измеренные механические свойства такой заготовки, закаленной из твердожидкого состояния, без гомогенизирующей обработки и деформирования, превышают соответствующие показателям качества, устанавливаемые ГОСТ 1583-89 для данного сплава в отливках.

2. Проведена оптимизация условий получения порционной заготовки с тиксоструктурой из сплава АК7 и армированных керамическими частицами SiC композитов, содержащих 5 — 20 вес % наполнителя. Определены требования к оснастке и тешюфизические условия процесса, обеспечивающие достижения к моменту начала формообразования детали требуемых параметров -фазы в суспензии

- 100 мкм) во всем объеме заготовки.

Установлены: технологическое окно активного формирования зародышей в перегретом расплаве (640оС<Тр<730°С на водоохлаждаемом лотке), технологическое окно диспергирования и кавитационного воздействия на диффузионный пограничный слой зародышей в потоке жидкого металла (УЗО в металлоприемнике 630°С<Тр<640°С) и условия заполнения стакана (ТР~630°С, через ламинизируюгций пенофильтр). Выводы о высоком качестве заготовки подтверждены большим объемом металлографических исследований и статистической обработкой анализируемой информации.

3. Разработана и экспериментально проверена малозатратная схема экологически чистого процесса получения заготовок с тиксотропной структурой, которая на данном этапе исследований может быть реализована для производства фасонных деталей массой до 7 кг на любом машиностроительном предприятии, поставившем задачу освоения как технологий тиксоформирования, так и нового реолитья.

4. Показано, что полученная в оптимальных условиях заготовка обладает «флегматизированной» структурой и может находиться в печи сопротивления при рабочей температуре прессования суспензии без существенного ухудшения параметров -фазы длительное время (30 - 40 минут), что в несколько раз превышает допустимую длительность 2-й

стадии процессов тиксоформирования, известную из опубликованных в литературе данных.

5. На модельной детали («стакан») и промышленной детали «чашка пружины» автомобиля ВАЗ проведено исследование 3-й стадии процесса тиксопрессоваиия из полученных заготовок в режиме интенсивной пластической деформации каркаса суспензии

Установлено, что в этих условиях из заготовки с "флегматизированной" глобулярной структурой -фазы в суспензии легко формируется фасонная деталь с волокнистой структурой -фазы не только в местах относительного перемещения пуансона и заготовки, но и в большей части объема детали. Таким образом, не только расширено возможное технологическое окно тиксопрессоваиия сплавов А356, А357 (AJI9), но и доказано, что технологическое окно процесса с > 0,7 может быть использовано не только для подпрессовки, но и для формообразования деталей.

6. Экспериментально установлены зоны большой пластической деформации тиксозаготовки, не предсказываемые в рамках вязкопластической модели в программе Q-form 3.0. Полученные результаты могут быть использованы как для корректировки модели течения материала заготовки в формообразующей полости, так и для разработки процессов тиксопрессоваиия ответственных фасонных деталей в режиме интенсивных пластических деформаций фазы, давая возможность создать в детали волокнистую (композитную) не имеющую пор структуру материала в наиболее ответственных и уязвимых для дефектов участках конструкции.

Основное содержание диссертации изложено в работах;

1.Семенов Б.И., Куштаров К.М. Современные тенденции совершенствования технологий заготовительных производств //Металлургия машиностроения.- 2003.-№2.- С. 29-40; 2003.-№4,- С. 26-31.

2.Семенов Б.И., Куштаров К.М. Некоторые итоги промышленного освоения технологий рео- и тиксолитья //Металлургия машиностроения. -2003.- №6.- С. 32-37; 2004.-Ш.- С. 39-44.

3.Семенов Б.И., Куштаров К.М. Эффективное изготовление и рациональное использование заготовок с тиксоструктурой - главное условие успеха при промышленном освоении новых технологий //Заготовительные производства в машиностроении.-2004.-№4.-С.З-15.

4.Комбинированная обработка сплава при порционном изготовлении тиксозаготовок / Г.И. Эскин, Б.И. Семенов, В.Н. Серебряный, Ю.П. Кирдеев //Металлургия машиностроения.- 2003.-№2.- С. 41-45.

1б

Подписано к печати 11 мая 2004 г. Заказ 65т. Объем 1 п/л. Тираж 100 экз. Типография МГТУ им. Н.Э. Баумана. 105005, Москва, 2-я Бауманская улица, дом 5.

»-824 f

Введение.

Глава 1. Состояние вопроса и постановка задачи исследования.

1.1. Исследования и уровень использования SSM-процессов за рубежом.

1.2. Применение термодинамического расчета при выборе алюминиевого сплава для переработки в твердожидком состоянии.

1.2.1. Фундаментальные принципы выбора сплава для SSM-технологии.

1.2.2. Термодинамический анализ при выборе перспективного сплава.

1.3. Структурно-реологические факторы металлической суспензии и методы их определения.

1.4. Модель тиксотропной среды.

1.5. Динамика изменений структуры материала при тиксолитье и выбор рабочего окна процесса.

1.6. Дополнительный потенциал технологий тиксоформирования.

1.7. Промышленные методы получения тиксозаготовок.

1.7.1. Процессы полунепрерывного вертикального литья тиксозаготовок с перемешиванием.

1.7.2. Процессы полунепрерывного горизониального литья тиксозаготовок.

1.7.3. Материалы для тиксоформирования, предлагаемые фирмой SAG.

1.8. Коммерческий статус методов литья в твердожидком состоянии

SSM-технологии) в Японии.

1.8.1. Производство суспензий с использованием перемешивания.

1.8.2. Производство суспензий без перемешивания.

1.8.3. Технологии формообразования.

1.8.4. Общие принципы изготовления суспензии в NRC-процессе.

1.9. Технические характеристики и экономика промышленного освоения процесса тиксоформирования.

1.10. Цель и задачи исследования.

Глава 2. Материалы, методы получения тиксозаготовок и методика исследования качества структуры материала.

2.1. Структурная эволюция и морфология частиц твердой фазы при росте в расплаве.

2.2. Самоорганизация недендритных форм кристаллов а-А1 фазы без интенсивного перемешивания и параметры процессов. Экспериментальные данные.

2.3. Базовые принципы самоорганизации недендритных форм кристаллов.

2.4. Выбор метода получения заготовок с тиксоструктурой и условия проведения экспериментальных исследований.

2.5. Предварительные исследования условий литья тиксозаготовок.

2.6. Предварительные оценки механических свойств материала тиксозаготовки.

2.7. Методика статистического анализа параметров структуры и степени однородности тиксозаготовок.

Глава 3. Оптимизация условий получения порционной заготовки с тиксоструктурой.

3.1. Исследование условий литья тиксозаготовок с использованием водоохлаждаемого лотка и ультразвуковой обработки струи металла.

3.2. Повторный нагрев слитка.

Глава 4. Исследование процесса тиксопрессования заготовок с недендритной структурой из сплава A357 и композита на его основе.

4.1. Экспериментальное исследование тиксопрессования детали «стакан». Особенности и условия формирования микро- и макроструктуры детали.

4.2. Тиксопрессование детали «чашка пружины» автомобиля ВАЗ. Условия формирования «композитной» структуры в фасонной детали.

Металлы были, являются и на ближайшую перспективу останутся основными материалами машиностроения. Однако существенные изменения претерпевают технологии производства фасонных заготовок [1]. Особенно ярко эта тенденция проявилась в массовом автомобилестроении. За рубежом автомобильный сектор машиностроения является лидером не только по производственным критериям: он также лидирует по законам, ограничивающим нормы потребления и уровень защиты окружающей среды. В 1992 г. фирмой Мерседес-Бенц была организована конференция, названная «Сценарий-2002 г.», на которой прогнозировали, что к концу 90-х Европа будет потреблять, по крайней мере, на 50% более алюминия. Фактически с 1990 г. по 2000 г. доля алюминия в легковых автомобилях, производимых в Западной Европе, выросла с 50 до 100 кг на автомобиль [2]. Это означает, что средний годовой прирост на протяжении всего этого периода составил 5 кг на автомобиль, т.е. около 7% в год. Обращается внимание на то, что основная часть этого объема, - вторичный алюминий, что позволяет автомобильной промышленности Европы экономить энергию и исходные (первичные) материалы. Конкурирующие технологии, претендующие на новый рынок, показаны на рис.В.1 и В.2 [3].

Большая часть алюминиевых деталей, используемых в зарубежных автомобилях, производится литьем под давлением. ЛПД - наиболее производительный процесс получения фасонных заготовок с наименьшими вариациями стоимости. Высокая доля капитальных затрат на машины ЛПД компенсируется обычным для этой отрасли масштабом производства. Выигрыш в себестоимости сопровождается металлургическими достоинствами быстрого затвердевания сплава в металлической оснастке, что приводит к получению мелкозернистой структуры в отливке и однородным механическим свойствам материала. Существовавшая длительное время проблема пористости отливок решена за счет вакуумирования или принудительной вентиляции прессформ. Обычным для этого типа заготовительных производств за рубежом стало использование упрочняющих термических обработок и сварки отливок (рис.В.З). Для реализации новых возможностей используют машины ЛПД с контролируемой скоростью впрыска (SC-технологии, рис.В.2).

Доминирующее положение ЛПД в зарубежном автомобилестроении (в 1994 г. в США объем продаж ЛПД заготовок составил 6.8 млрд. долларов) не является результатом случайного стечения обстоятельств. Появление сплавов типа Silafont-36 и Maqsimal-59, отличающихся высокой пластичностью, проложило путь к массовому производству автомобильных конструкционных деталей из А1-сплавов методами ЛПД. В таблице 1 и на рис.3, приведены составы и свойства этих новых сплавов. Великолепные литейные свойства сплава Silafont-36 делают его фаворитом при литье тонкостенных свариваемых фасонных отливок сложной геометрии и массой от долей килограмма до 10-ти и более кг. Пределы усталостной прочности, равные, соответственно, 89 МПа и 100 МПа, позволили использовать эти сплавы для производства конструкционных деталей, воспринимающих динамические нагрузки. Некоторые физико-механические и технологические характеристики названных сплавов представлены в таблице 2.

Таблица 1

Химический состав сплавов

Состав, вес % Si Fe Си Мп Mg Zn Ti Sr Р Na Са Be другие

Silafont-36 9,5- до до 0,5- 0,1- до 0,04- 0,01- ДО - - - до

11,5 0,15 0,03 0,8 0,5 0,08 0,15 0,02 0,001 0,2

Magsimal- 9 1,8- до до 0,5- 5,0- ДО ДО - - до до <40 до

2,6 0,2 0,06 0,8 6,0 0,07 0,02 0,001 0,001 ppm 0,2

Производители литья А1 сплавов в разовые песчаные и постоянные формы 4

Конструкционные детали из сплавов на основе Fe, заменяемые легкими сплавами.

Производители заготовок из А1 сплавов методами обработки давлением

Производители отливок методами ЛПД

Рис.В.1. Конкурирующие технологии, претендующие на новый рынок

100 м/с я ев н и S

J5 Н О о а о X

S о со о

И К о- ас о р И U К ч

10

Литье под высоким давлением и литье в вакуумируемые прессформй

Литье под средним давлением / SSM литье

I-► Гравитационное литье в кокиль lOг^г^ Литье под низким давлением

Жидкая штамповка

0.1

0.01

0.1

1.0

10.0 S с т е х н о л о г и и

Давление прессования Р, МПа

100.0 ►

Рис. В.2. Характеристики параметров процессов литья, используемых в автомобилестроении

5 10 15 20 Удлинение 5, %

Термическая обработка ст0>2, МПа 5,%

Литое состояние (F) 120-150 5-10

Закалка и естественное старение (T4+EC) 95-140 15-22

Закалка и искусственное старение (Т5+ИС) 155-245 4-9

Закалка+ искусственное старение (Т6+ИС) 210-280 7-12

Закалка + стабилизирующий отпуск (Т7+СО) 190-170 15-20 а)

Толщина стенки, мм Свойства в литом состоянии

Сто.2, МПа ств, МПа 8,%

2-4 160-220 310-340 12-18

4-6 140-170 250-320 9-14

6-12 120-145 226-260 8-12 ft

Рис.В.З. Механические характеристики сплавов Silafont-36(a) и Magsimal-(6)

Таблица 2.

Физико-механические и технологические характеристики сплавов для ЛПД л

Характеристика Silafont-36 Magsimal-59

Плотность, кг/дм3 2,64 2,65

Модуль упругости, ГПа 70-80 70-80

Предел усталости, МПа 89 100

КЛТРхЮ", 1/К 21 24

Теплопроводность, Вт/м К 139-168 105-130

Электропроводность, м/Ом мм2 21-26 14-16

Интервал затвердевания, °С 590-550 618-580

Пористость, % 0,4-0,6 0,6-1,1

Литейная технологичность высокая высокая при толщине стенки 2-8 мм

Прилипаемость нет нет

Сопротивление коррозии высокое высокое, не чувствителен к коррозии под напряжением

Свариваемость отличная отличная

Качество заклепочных соединений высокое высокое

Однако, к числу наиболее продвинутых технологий автомобилестроения в последние годы относят процессы, получившие общее название «SSM-технологии», в частности, SSM-литье на рис.В.2. Несколько крупных компаний в Европе, Японии и США этими методами в коммерческом производстве ежегодно производят миллионы деталей из алюминиевых сплавов для автомобилестроения. В этих процессах формообразование детали начинают только тогда, когда вне формообразующей полости получена жидкометаллическая суспензия, содержащая ~ 50% твердой фазы с недендритной формой кристаллов, а требуемый уровень управления процессом кристаллизации достигается выбором соответствующих сплавов и разделением процесса затвердевания на два характерных этапа: часть материала детали, склонная к образованию дендритных форм, затвердевает до начала формообразования, что позволяет использовать процессы, разворачивающиеся в пространстве и времени, для придания требуемой геометрической формы растущим включениям кристаллизующихся фаз, и только оставшаяся неотвержденной эвтектическая составляющая жидкости кристаллизуется в формообразующей полости в гораздо более благоприятных условиях. Цель такого управления — образование и сохранение в течение всего периода подготовки металла и формирования фасонной детали, близких к сферической форм кристаллов первичной фазы (которые при росте объемной доли твердой фазы должны превращаться в сложные геометрические образования с плавными сопряжениями в местах контактирования соседних зерен) и мелкозернистой эвтектики. Эти идеи в 90-х гг. рядом ведущих стран Европы, Америки и Азии были реализованы в промышленном объеме при производстве фасонных заготовок (литьем, штамповкой) из AI- и Mg- сплавов. Новизна и значимость заключается в том, что процессы сложного формообразования фасонных деталей из традиционных или близких к ним сплавов, осуществляемые в твердожидком состоянии из заготовок с подготовленным и контролируемым особым типом недендритной (глобулярной) структуры твердой фазы в суспензии, оказались более технологичными. При наложении на такую заготовку внешней силы и сдвига проявляется эффект тиксотропии: аномально резкое снижение вязкости суспензии, обеспечивающее возможность плавного течения суспензии и заполнения ею сложной фасонной полости формы при литье и штамповке. При прекращении сдвигов высокая вязкость суспензии восстанавл и вается.

Резкое снижение вязкости суспензии приводит к резкому снижению сопротивления пластической деформации. Так, при доле твердой фазы в суспензии fs=0,8 сопротивление деформированию в пять раз ниже, чем у полностью отвержденного металла (fs=l,0); при доле fs=0,6 оно составляет около 3% от той же величины, а при fs<0,2 большинство промышленных сплавов допускает переработку методами гравитационного литья. Названные цифры объясняют одинаково большой интерес и обработчиков давлением, и литейщиков к одной и той же тиксозаготовке, т.к. ее деформирование можно вести и на прессах ОМД с достаточно низкими скоростями, и на литейных прессах-машинах ЛПД с контролируемой скоростью впрыска при гораздо более высоких скоростях прессования. В результате по прогнозам специалистов, в такой стране, как Япония, в 21 веке в заготовительных производствах эффективное использование тепловой энергии, затрачиваемой на получение фасонных заготовок и полуфабрикатов, для большинства промышленных сплавов будет ориентировано на производство изделий в твердожидком состоянии в интегрированном производстве.

Идеология тиксоформирования представлена на рис.В.4 Адаптированными к тиксотехнологиям являются только некоторые суспензии (в том числе и сплавы, находящиеся в твердожидком состоянии), а уровень их адаптированности в очень сильной степени зависит от скорости охлаждения (темпа выделения твердой фазы) и скорости сдвига. Количественно степень адаптированности сплава оценивается набором геометрических параметров кристаллов твердой фазы и скоростью сдвига, т.е. теми параметрами, которые ранее никогда не принимались в расчет существующими теориями формирования отливки. а) б) в) ах

5*83 щ

Е5х Щ о ж S, * 5 5 uqS tl|)U Ш Щ

1 ф

IS

-о шли Л1 - 6,3% Si (С - 0,4) 10 г a - начальный фрагмент дендрита; б -рост дендрита; в -«розочка»; г -обработанная розочка; д - сфероид

1 - диапазон обработки стекол; 2 - меласса; 3 -зубная паста; 4 - мед; 5 -глицерин; 6 — оливковое масло; 7 - велосипедное масло 8 - вода, жидкие

11X1 Ш SOU 1000 Скорость сдвига, с 1

А, А - быстрое непрерывное охлаждение при 0,075 и 0,0083 К/с соответственно; • -стационарное состояние; я*. и>»>if-tfi->fлпд ххокдя и?нтрлбехжк . литье. механичсскос ^ереыешиннне гип СПФ

Методы формообразования, обеспечивающие требуемую скорость сдвигов

О - вязкость, металлы; 9 - твердо-жидкие наблюдаемая сразу же сплавы (f, = 0,4) при после резкого изменения скорости сдвига от у = 0,001 скорости сдвига с 900 с"1 и до у = 200 с"1. Д° указанной величины.

Идеология тиксоформирования по М. Флемингу [4,5] з

Сплм A1SI7

У . я • С

-*■><• I jggJSf jwg муромам \

1 1 ■ -U) (пмприи (гмпрми и (М(М1М ■iu coxpi we мстим ■шмм Ц1И1—If) т.,

То

• и J0 11 I, кия -Мрдов феы. К

Даля твердой фазы, Б

Рис.В.5.

Максимальное сопротивление сплавов сдвигу в твердо-жидком состоянии и рабочая зона процессов формообразования (Опыты Спенсера (Sn-15%Pb), Массачусетский технологический институт 1970-1971 гг)

Таким образом, возникла новая проблема, для решения которой требуется более точное, чем используемое сегодня в тепловой теории литья [6], представление об особенностях выделения теплоты кристаллизации при затвердевании литейных сплавов. В результате, в тиксотехнологиях выбор сплава и технологический режим для осуществления технологического процесса подчинены ограничениям, накладываемым на темп выделения твердой фазы при выбранном уровне этой доли. Рабочая зона тиксопроцессов показана на рис.В.5. на примере сплавов АК7 (AlSi7): при требуемом уровне подготовленности структуры суспензии тиксолитье и новое реолитье — в позиции а), а традиционное реолитье - в позиции с). Подчеркнем, что процесс заполнения литейной формы должен начинаться и заканчиваться в малой окрестности выделенной области состояния сплава.

В развитие этой идеи разработаны «интеллектуальные» технологии, позволяющие по-новому подойти к проблеме получения фасонных заготовок деталей с повышенными гарантированными свойствами, более полным использованием известных преимуществ литья при получении сложных фасонных конструкций ответственного назначения из всех классов промышленных сплавов: алюминиевых, магниевых на основе меди и железа (рис.В.6 -В.10).

Под интеллектуализацией традиционных технологий формообразования фасонных заготовок деталей [7] понимают такую новую организацию технологических воздействий при формировании кристаллической структуры материала детали, которая позволяет получать, контролировать, воспроизводить и сохранять заданные форму, размер, состояние границ и распределение кристаллов а-фазы (или фаз) затвердевающего сплава. В современном заготовительном производстве это направление получило название «тиксоформирование». Оно основано на способности жидкометаллических суспензий с гранулированной формой кристаллов и при высокой объемной доле твердой а-фазы, наследуя эту структуру, в то же время очень сильно изменять свою вязкость под воздействием сдвиговых деформаций, что позволяет адаптировать используемое оборудование (машины ЛПД, прессы) для получения точных заготовок с недостижимыми ранее уровнями механических и служебных свойств, а также технологичности деталей.

Сплавы с недендритной структурой получают методами тиксо- и реолитья. В отличие от традиционных способов литья, и в тиксолитье, и в реолитье вся а-фаза (около 50% твердой фазы будущей детали) кристаллизуется вне литейной оснастки в специальных условиях затвердевания, препятствующих развитию дендритных форм кристаллов; при этом кристаллизующемуся сплаву на первом этапе придают форму цилиндрической болванки соответствующего диаметра и длины [8,9]. Форма и размеры кристаллов а-фазы, созданные на первом этапе тиксоформирования, только в некоторой степени наследуется фасонной деталью. При тиксолитье болванка затвердевает полностью и охлаждается до комнатной температуры, затем разрезается на мерные заготовки, которые, после повторного нагрева и частичного расплавления в области твердожидкого состояния, используется для литья на машинах высокого давления или специализированных прессах. При реолитье управление процессом кристаллизации осуществляется в одну стадию, т.е. без промежуточного охлаждения и повторного нагрева, но с промежуточной тепловой стабилизацией заготовки (рис.В.6). Для тиксолитья и тиксоштамповки используется стандартизованный ряд диаметров заготовок от 2" (51,2 мм) до 6" (153,6 мм) с интервалом 0,5" и 1". При реолитье таких ограничений не существует.

Только заготовка с недендритной формой кристаллов а-фазы обладает тиксотропными свойствами. (Вспомните брикет мороженого, оставленный на некоторое время на столе и начавший размягчаться. До определенного момента брикет сохраняет свою форму, но одновременно легко деформируется при слабом нажатии). Если, нагревая заготовку с недендритной структурой, довести твердый материал до состояния суспензии, когда кристаллы твердой фазы, занимая от 40 до 60% объема, свободно контактируя друг с другом, тем не менее перемещаются в жидкой матрице, эту заготовку можно аккуратно транспортировать как твердое тело в пресс-стакан, не нарушая начальной геометрической формы. После приложения к заготовке сдвигов такая суспензия ведет себя как вязкая жидкость, а под давлением до 130-180 МПа плавно течет в полости формы самой сложной конфигурации, позволяя получать фасонные детали очень высокого качества.

Самые крупные фирмы ведут разработку новейшего оборудования, пригодного для одновременного удовлетворения наиболее усложненных требований конструкторов деталей и производства. Например, с конца 80-х годов Italpresse совместно с международной группой Pechiney вела разработку машины для экспериментов с SSM - технологиями [10]. В результате в начале 90-х была сконструирована и изготовлена машина IP 2500 ТХ с усилием прессования более 3000 т для производства дисков колес автомобиля. На этой машине изготовлена отливка (рис.В.7), которая является самой крупной, когда либо произведенной из сплава A3 5 6 (АК7) тиксолитьем. К 2000 г. в тиксотехнологиях было задействовано около 70 тиксопрессов и 250-ти машин ЛПД серии SC. Одна из последних разработок - тиксоячейка для прессования различных тиксозаготовок, включая заготовки из сплавов на основе железа, показана на рис.В.7.

За последние 30 лет предложено много способов получения суспензий для SSM-технологий. Они ведут свое начало от разработанного в Моссачузетском технологическом институте первого реокастера для непрерывного литья, построенного на принципе механического перемешивания сплава в процессе затвердевания. Мотивацией в пользу разработки разнообразных методов отдельной порции (SoD) при подготовке суспензий явились недостатки механического перемешивания, которые включают в себе эрозию перемешивающего элемента, попадание продуктов износа в суспензию, захват газов, трудности контроля за процессом перемешивания, возможные неоднородности химического состава сплава и др. Промышленное развитие этот метод получил в технологии электромагнитного перемешивания твердожидкого металла в кристаллизаторе скольжения.

Как результат, сегодня существуют две группы конкурирующих процессов, используемых для получения металлических суспензий (твердожидких металлов) с недендритной формой кристаллов затвердевшей фазы. К первой группе можно отнести все процессы, в которых суспензии, полученные из жидкого металла, сразу же используются в операции формообразования. Эти методы объеденены названием «реолитье» (рис.В.6). В практике реолитья термин «SoD» (суспензия по требованию) возник недавно и вошел в оборот как способ описания операции получения суспензии, которая осуществляется в требуемом темпе непосредственно у производителя фасонных деталей. Во второй группе SSM-технологий (рис.В.6) производитель фасонных деталей приобретает (покупает) особый тип твердой заготовки (такая заготовка - цилиндрическая болванка диаметром 56,2 - 152,4 мм, выпускаемая специализированным металлургическим предприятием в виде стандартизованного ряда диаметров). На рабочем месте мерная заготовка нагревается в область твердожидкого состояния для того, чтобы непосредственно у машины получить суспензию с глобулярной формой твердой фазы и использовать ее в операциях формообразования. Эти процессы получили название тиксолитье, тиксоштамповка, тиксоэкструзия. Сама заготовка может быть получена многими способами, включая реолитье.

Между названными технологиями развернулась острая конкурентная борьба, что нашло отражение в публикациях. Среди конкурирующих технологий выбор производится по критерию стоимость/качество (рис.В.8 и В.9). Как видно из представленных на этих рисунках данных, новое реолитье по комплексу наиболее важных для ответственных деталей показателей качества вышло на лидирующие позиции. В промышленном варианте новые технологии хорошо зарекомендовали себя при работе с литейными силуминами показывая уровень качества, существенно более высокий, чем у аналогичного отечественного сплава АЛ-9 (АК7), отлитого в соответствии с требованиями стандарта.

Традиционные

Новое реолитье а)

Тике о литье б) процессы литья в)

Ж11ДК11Й металл

1 ппитрш irt твердо

1 narprt —жидкое Г СОСТОЯ Н№

J1 СЛИ ЮК при 1 кпчкшнол I иадкритурс I W твердый металл Л НТК ||<Ц 1 , ШСОКМЧ JiMl'HHCU Темпер,пура чешллл Нигерии темиерятур млhbjui TiMAtparypJ ценною лпкрдеынмм

1 Гсынсрлтур* нстдпяа иречн

2 Ишсрки vcuitcpnyp liiimLii j Тсчнсрятура DirviMOin uife:p.3fKiHtta

UL имсльич^ жм»Ш метапл даменнец щгпмтшм

X ТйНКрПЛМ МГТШМ* шт.

Рис.В.6.

Тепловые условия формирования и типичные микроструктуры отливок из сплава А356 (аналог АЛ9) при реолитье, тиксолитье и традиционных способах литья а) б)

Рис.В7.

Заготовка диска колеса массой около 17 кг, полученная тиксолитьем (а) и «tixo-cell» (б), - установка для тиксопрессования в Институте обработки металлов давлением (IBF, Аахен, Германия) с 6-ти координатным роботом

2003 г.)

215 310

5 «а

2 <95 * 190

5 165

160

175

- ■■ -

-*-W, •тиксо ■ РЕО

0123456 789 10 11 12 Е, % а) б)

Рис.В.8. Механические свойства сплава А357 Т5 в детали «Картер маховика», изготовленной тиксо- и реолитьем [11]

100»/,. ■ 1W% . 100% fl | fl | а™ «Цсиа/кг) у/

У/ / * а) б)

Рис.В.9. Относительная стоимость производства 1 кг фасонной заготовки литьем [11] а) и предел усталости сплава A356 Т6 [12] б) и LP0CT5

Рис.В.10.

Соотношение между показателями качества тиксотропного литья (Thixo) и литья под давлением с применением вакуума (LPDC): а) уменьшение толщины стенок изделия; б) снижение веса детали; в) рост условного предела текучести а0,2; г) рост прочности на разрыв; д) рост величины ударной вязкости; е) уменьшение количества дефектов; ж) качество поверхности; з) себестоимость

В многочисленных зарубежных публикациях показано, что успех проектов, направленных на внедрение тиксоформирования, требует освоения на высоком уровне трех технологий: производства заготовки, пригодной для переработки, индукционного нагрева, обеспечивающего появление в материале тиксотропных свойств и освоения технологии собственно тиксоформирования. Только хорошо отработанное взаимодействие этих трех технологических процессов способно дать решение проблемы, эффективное и в технологическом, и в экономическом плане. Последовательный переход от производства требуемого материала до готовой к поставке детали следует рассматривать как системное решение современного интегрированного конкурентоспособного производства.

В отечественной практике заготовительных производств не проводилось в требуемом объеме параллельных исследований этих технологий, отсутствует начальная базовая технология, не было организовано производство специализированных заготовок (feed stock materials). До настоящего времени в теоретическом плане не была поставлена задача по обоснованию принципов формирования кристаллического строения фасонной заготовки детали (отливки, штамповки), построенных на разделении в пространстве и времени процессов затвердевания первичной а-фазы и эвтектики в широкоинтервальных сплавах. Как показал опыт последних десятилетий, только такой подход позволяет осуществить выбор оптимального алгоритма решения задачи получения сбалансированного комплекса свойств (5, ст0>2, ств, ct.j) в ответственных фасонных деталях из традиционных легких сплавов и металломатричных композитов на их основе.

Научная новизна: получение литой квазиизотропной заготовки — суспензии из алюминиевого сплава АК7 (AJI9), обладающей свойствами геля (твердое тело) до попадания в формообразующую полость и приобретающей свойства золя (вязкая жидкость) под действием сдвигов при изменении доли твердой фазы в интервале 40 — 90%.

Практическая ценность представленной работы заключается в том, что разработан оригинальный метод отдельной порции, позволяющий производить суспензию «по требованию» на любом машиностроительном предприятии, поставившем задачу освоения SSM- технологий.

Целью данной работы является исследование процесса и разработка технологий производства ответственных фасонных заготовок в машиностроении с использованием жидкометаллических суспензий с недендритной структурой твердой фазы (тиксотехнологии). Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи: - разработать доступный для машиностроительного предприятия технологический процесс получения тиксозаготовки (схема, условия и режимы формирования) из сплава АК7 и композитов на его основе с 520 вес % SiC„; провести оптимизацию параметров первой стадии технологического процесса по количественным параметрам качества тиксоструктуры; определить условия (технологическое окно) термической стабилизации мерной заготовки на второй стадии процесса тиксоформирования; на модельной детали изучить реологические особенности течения (сопротивление суспензии сдвигу) и особенности микро- и макроструктуры детали, формируемой в режиме тиксофорджинга; на промышленной детали изучить возможность формирования в объеме детали волокнистой микроструктуры материала.

Общие выводы

На основе системного анализа и экспериментальных исследований всех стадий процесса тиксоформирования фасонных заготовок из сплава АК7 (AJ19) и композитов на его основе получены следующие основные результаты:

1. Исследованием условий литья порционной заготовки установлены факторы, которые могут влиять на качество тиксоструктуры материала. Показано, что литье слабоперегретого над ликвидусом сплава (10.15°С) в тонкостенную (1,5 — 2 мм) титановую обойму является достаточным условием получения недендритных форм а-А1 кристаллов и однородной мелкозернистой структуры в заготовках 065.90 мм. Измеренные механические свойства (ав=230МПа, а0)2=121МПа, 6=6%) такой заготовки, закаленной из твердожидкого состояния, без гомогенизирующей обработки и деформирования, превышают соответствующие показателям качества, устанавливаемые ГОСТ 1583-89 для данного сплава в отливках.

2. Проведена оптимизация условий получения порционной заготовки с тиксоструктурой из сплава АК7 и армированных керамическими частицами SiC композитов, содержащих 5 — 20 вес % наполнителя. Определены требования к оснастке и теплофизические условия процесса, обеспечивающие достижения к моменту начала формообразования детали требуемых параметров а-фазы в суспензии (F„ £ 1,8; С„ = 0,3 - 0,5; D„ = 80-100 мкм) во всем объеме заготовки.

Установлены: технологическое окно активного формирования зародышей в перегретом расплаве (640°С<ТР<730°С на водоохлаждаемом лотке), технологическое окно диспергирования и кавитационного воздействия на диффузионный пограничный слой зародышей в потоке жидкого металла (УЗО в металлоприемнике 630°С<ТР<640°С) и условия заполнения стакана (Тр 630°С, через ламинизирующий пенофильтр). Выводы о высоком качестве заготовки подтверждены большим объемом металлографических исследований и статистической обработкой анализируемой информации.

Разработана и экспериментально проверена малозатратная схема экологически чистого процесса получения заготовок с тиксотропной структурой, которая на данном этапе исследований может быть реализована для производства фасонных деталей массой до 7 кг на любом машиностроительном предприятии, поставившем задачу освоения как технологий тиксоформирования, так и нового реолитья. Показано, что полученная в оптимальных условиях заготовка обладает «флегматизированной» структурой и может находиться в печи сопротивления при рабочей температуре прессования суспензии без существенного ухудшения параметров а-фазы длительное время (30 - 40 минут), что в несколько раз превышает допустимую длительность 2-й стадии процессов тиксоформирования, известную из опубликованных в литературе данных.

На модельной детали «стакан» и промышленной детали «чашка пружины» автомобиля ВАЗ проведено исследование 3-й стадии процесса тиксопрессования из полученных заготовок в режиме интенсивной пластической деформации каркаса суспензии (fs > 0,7, Vn = 0,007 м/с). Установлено, что в этих условиях из заготовки с "флегматизированной" глобулярной структурой а-фазы в суспензии легко формируется фасонная деталь с волокнистой структурой а-фазы не только в местах относительного перемещения пуансона и заготовки, но и в большей части объема детали. Таким образом, не только расширено возможное технологическое окно тиксопрессования сплавов A3 5 6, A3 5 7 (AJI9), но и доказано, что технологическое окно процесса с fs > 0,7 может быть использовано не только для подпрессовки, но и для формообразования деталей.

Экспериментально установлены зоны большой пластической деформации тиксозаготовки, не предсказываемые в рамках вязкопластической модели в программе Q-form 3.0. Полученные результаты могут быть использованы как для корректировки модели течения материала заготовки в формообразующей полости, так и для разработки процессов тиксопрессования ответственных фасонных деталей в режиме интенсивных пластических деформаций а-А1 фазы, давая возможность создать в детали волокнистую (композитную) не имеющую пор структуру материала в наиболее ответственных и уязвимых для дефектов участках конструкции.

Как отмечалось выше, в промышленном варианте острая конкурентная борьба развернулась между тиксолитьем и новым реолитьем. Так специалисты литейной фирмы Shampal (Италия) по результатам промышленного опробования делают заключение в пользу нового реолитья. Их сравнение технических характеристик процессов тиксо- и нового реолитья представлено в таблице 16. Выводы таковы:

- стоимость материалов, применяемых в NRC, определяется стоимостью А1-сплавов на бирже без каких-либо дополнительных затрат на специальную подготовку, а материал может быть приобретен у многих поставщиков;

- температура суспензии при тиксолитье ограничивается условием устойчивости заготовки (типичная проблема при вертикальном нагреве); при реолитье металл заливается в стальной стакан, что позволяет иметь более высокую долю жидкой фазы; применительно к конкретной детали, - «картеру маховика» 8-ми цилиндрового двигателя, - наилучшие результаты получены при температуре заготовки 579°С + 2°С; большая масса заготовки при реолитье связана с изменением конструкции литниковой системы в сторону увеличения площади проходных сечений, что позволяет удерживать температуру металла и давление, прикладываемое к металлу, более продолжительное время; при тиксолитье аналогичная потребность вступает в противоречие с более высокой стоимостью отходов, заставляя ограничивать массу прессостатка и питателей; потери металла во время нагрева заготовки до твердожидкого состояния в вертикальной печи при тиксолитье составляют около 10% от начальной массы болванки: это явление характерно для процесса и свидетельствует о том, что нагрев осуществляется корректно; в то же время оно несет в себе два недостатка: первый связан с экономикой, второй,- с вариациями химсостава болванки, поскольку теряется металл эвтектического состава, а не состава, соответствующего исходному металлу; при реолитье потери составляют около 1%; прессформа для реолитья совершенно идентична прессформе для тиксолитья за исключением метода впрыска, горизонтального для тиксо- и вертикального для реолитья, что позволило в последнем варианте убрать две подвижные детали, которые создавали затруднения при заполнении прессформы, используемой при тиксолитье; вертикальный впрыск при реолитье уменьшает риск захвата воздуха и обеспечивает больше возможностей для контроля однородности температурного поля, однако наиболее важным достоинством NRC является возможность оставить верхнюю часть мерной порции (единственная поверхность болванки, которая контактирует с воздухом) в прессостатке благодаря переворачиванию порции металла при загрузке в пресстакан, значительно уменьшая таким образом риск попадания окислов в тело детали; при тиксолитье вся поверхность заготовки контактирует с воздухом, что приводит к образованию слоя окислов на внешней поверхности, для устранения которых используют сложные устройства;

- время цикла уменьшается на 7с при переходе на реолитье и возможна дальнейшая оптимизация: дело в том, что операция нагрева при тиксолитье достаточно продолжительна, а увеличение темпа литья требует большего числа позиций нагрева, что затруднено недостатком свободного пространства у 630 тонной машины;

- количество отходов в реолитье значительно уменьшено, что связано с исключением индукционного нагрева как наиболее сложной для контроля операции из-за многих влияющих факторов; в этом отношении процесс охлаждения, используемый в реолитье, более совершенен.

Сравнение качества заготовок, получаемых в производственных условиях методами тиксо- и реолитья, проводилось изучением микроструктуры и механических свойств отливок. Глобули а-А1 фазы в тиксолитье содержат захваченную эвтектику, аналогичная фаза в реолитье совершенно не содержит в себе эвтектики. Средний диаметр частиц а-А1 фазы в тиксолитой детали составил 85 мкм ± 10 мкм, в реолитой — 100 мкм ±10 мкм.

Уменьшение инвестиций вследствие исключения затрат на нагревающие индукционные установки, затрат на непрерывное литье, перемешивание и повторный нагрев заготовок, использование возврата в собственной литейной дают положительный эффект в сумме затрат на стоимость производства отливок высокого качества в сравнении с классическим тиксолитьем. Более короткий рабочий цикл из-за меньшей длительности затвердевания детали делает NRC-процессы более конкурентоспособными в сравнении с обычным процессом штамповки жидкого металла.

1. Proceedings of the 4-th - 7-th 1.ternational Conferences on Semi-Solid Processing of Alloys and Composites.-Sheffield, 1996.-362p; Colorado, 1998.-725p; Turin, 2000.-854p; Tsukuba, 2002.-868p.

2. Franke K. J., Koch H., Klos R. Ductility in aluminium pressure die Casting //Die Casting & Technology.- 2003.-June.- S. 83-86.

3. Kainer K.U., Sommer В., Bohm E. Sgueeze Casting-A Process for the Production of High Performance Low -Cost Parts //Proc. of the 29-th Int. Symp. Of Automotive Tech. & Autom. -Munchen, 1997.- P.65-70.

4. Flemings M. C. Behavior of Metal Alloys in the Semi-Solid State //Met. Trans.- 1991.- Vol. 22 A.-P.957-981.

5. Machine Casting of Copper Base Alloys By Thixocasting. / M.C. Flemings, K.P. Young, R.G. Riek et al. //AFS Transactions. -1976.- Vol. 76-128. -P. 169-174.

6. Баландин Г.Ф. Основы теории формирования отливки.-М.: Машиностроение, 1976.-Часть 1.-328с.; 1979.-Часть II.-335c.

7. Иванова B.C., Встовский Г.В., Семенов Б.И. Фрактальная концепцияинтеллектуальных» материалов и «интеллектуальных» технологий материалов //Технология материалов.- 2002.- №4.-С. 11-23.

8. Макаров Г.С. Формообразование сплавов в твердожидком состоянии

9. Технология легких сплавов. -1996. №4.- С. 37-45.

10. Мельников Н.А. Производство плотных термоупрочняемых отливок изалюминиевых сплавов литьем под давлением //Литейное производство.-1997.- №12.- С.15-17.

11. Alberto A. Auto: a technological challenge //Die Casting & Technology. -2003.- June.- S.58-61.

12. Giordano P., Chiarmetta G.L. Thixo and Rheocasting: comparison on a high production volume component //Proc. of 7-th Int. Conf. On Semi-Solid Proc. Of Alloys and Сотр.- Tsukuba (Japan), 2002.- P. 665-670.

13. Jourstad J.L. Semi-Solid Metal Processing: A Cost Competitive Approach for High Integrity Aluminium Components // Proc. of 6th Int. Conf. Semi-Solid Processing of Alloys and Composites. -Turin, 2000.- P. 227-233.

14. Carat M., Maenner L. Thixocasting. Widening the spectrum of alloys and applications //Hommes & Fonderie.- 1998.- November.- P. 37-49.

15. Lin Y. Q., Fan Z. Application of thermodynamic calculation to the aluminium alloy design for semi-solid metal processing //Materials Science Forum. -2002.-Vol. 396-402.- P. 717-722.

16. Development of semi-solid metal forming feedstock and finished parts. /С. Pluchon, W.R. Loue, P.Y. Menet, M. Garat //Light Matals.TMS.-№4.-1995.- P. 1233-1242.

17. Atkinson H.V., Kapranos P., Kirkwood D.H. Alloy development for thixoforming // Proc. 6th Int. Conf. Semi-Solid Processing of Alloys and Composites. -Turin, 2000.- P. 443-450.

18. Wahlen A. Modelling Processing of Aluminium Alloys in the Semi-Solid State //Materials Science Forum.- 2002.- Vol. 396-402. P. 185-190.

19. Семенов Б.И., Мельников H.A. Принципы и техпроцесс получения точных заготовок из сплавов, находящихся в твердожидком состоянии //Металлургия машиностроения.- 2001.-№1.- С. 36-43.

20. Borisov V.G., Kazakov А.А. Aluminium Composite Materialis with Thixotropic Structure //Proc. 5th Int. Conf. Semi-Solid Processing of Alloys and Composites. -Colorado, 1998.- P. 539-548.

21. Борисов В.Г. Управление структурой и свойствами алюминиевых сплавов в специальных видах литья: Диссертация в виде научного доклада на соискание ученой степени доктора технических наук.-Санкт-Петербург, 2000.- 55 с.

22. Компьютерное моделирование процесса тиксолитья / В.М. Голод, Д.А. Луковников, К.Д. Савельев, С.В. Ермаков // ЛП.- 2001.-№10.- С. 28-30.

23. Ермакова С.В., Савельев К.Д., Голод В.М. Термодинамическое исследование равновесной кристаллизации и теплофизических свойств сплавов системы Al-Si-Mg //ЛП.- 2003.- №9, приложение. -С. 9-12.

24. Косников Г.А., Чижиков В.В., Колесов С.С. Получение заготовок из сплавов в твердожидком состоянии // ЛП. -2003 .-№11.- С. 41.

25. Открытие №271. Новая закономерность кристаллизации металлических материалов / В.И. Добаткин, А.Ф.Белов, Г.И. Эскин и др. //Вестник АН СССР.-1984.-№1.-С. 139.

26. Добаткин В.И., Эскин Г.И. Слитки с недендритной структурой для деформации в твердожидком состоянии //Цветные металлы.-1996.-№2.- С. 68-70.

27. Dobatkin V.I., Eskin G.I. Jngots of aluminium alloys with nondendritic structure produced by altrasonic treatment for deformation in the semi-solid state // Proc. 4th Int. Conf. Semi-Solid Proc. of Alloys and Composites.-Sheffield,1996.- P. 143-146.

28. Pat. US № 6.015.528. Apparatus and Process for Casting Metal Matrix Composite Materials /ALKAN. Jan. 18, 2000.

29. Nguen Then, Suery M. Compressive behaviour of partially remelted A356 alloys reinforced with SiC particles // Mater. Sci. and Techn.-1994.- V.10, Oct. -P. 894-901.

30. Brusethang S., Feikus F.J. Study on a thihotropik particulate reinforced AISi cast alloy shaped via vacuum pressure diecasting.Inter //GIFA -Kongress'94.- Dusseld, 1994.-P. 167-176.

31. Numerical simulation of semi-solid casting of automotive components /Bonollo F., Chiarmetta G., Gramegna N., Parona P. //Proc. 6th Int. Conf. Semi-Solid Processing of Alloys and Composites.- Turin (Italy), 2000.-P. 137-142.

32. Basting Investigations for optimisation of the process parameters of thixoforming / M. Modigell R. Kopp, P.R. Sahm at al. //Proc. 7th Conf. Advanced Semi-Solid Processing of Alloys and Composites.- Tsukuba (Japan), 2002.- P. 77-89.

33. Pat. US 6053997. A new integrated production concept for semi-solid processing of high quality Al-products / K.Steinhoff, G.C. Gullo, R. Kopp, P.J. Uggowitzer .1999.

34. Thixoforming of Normally Wrought Aluminium Alloys /A.V. Atkinson, P. Kapranos, D. Lin, et all. //Materials Science Forum.-Cambridge, 2002.-P. 131-136.

35. Thixoforming in mass production /R. Bologna, M. Fuchs, H. Luchinger, A. Kraly //Die Casting & Technology. 2003.-June.- S.73-78.

36. Pat. EP 841 406 Al. Method of shaping semisolid metals /М. Adachi S. Sato, Y. Harada, H. Sasakil.1998.

37. Pat. EP 931 607 Al. Method of producing semi-solid metal sturries /S. Aoyama, C. Liu, T. Sakazawa, Y. Pan. 1999.

38. Pat. EP 0745694 Al. Method and apparatus for shaping semisolid metals /М. Adachi, H. Sasaki, Y.Harada at al.1996.

39. Innovative Casting Process Clearing the Way for New Casting Possibilities «NEW RHEOCASTING». UBE INDUSTRIES. LTD. JAPAN. 1999.(рекламный проспект).

40. Atkinson H.V., Liu D. Development of High Performance AluminiumtU

41. Alloys for Tixoforming //Proc. of 7 Int. Conf. On Semi-Solid. Of Alloys and Сотр. Tsukuba (Japan), 2002.- P. 51-56.

42. Семенов Б.И., Иванова Б.И. Концепция и средства управления формированием кристаллического строения отливок в новых методах литья //Литейное производство.- 2001.- №5.- С. 20-25.

43. Das A., Fan Z. Non-dendritic Structural evolution in stirred Sn-15% Pb Alloys for Tixoforming //Proc. of 7th Int. Conf. On Semi-Solid, of Alloys and Сотр. Tsukuba (Japan), 2002.- P. 449-454.

44. Семенов Б.И. Исследование процесса формирования структуры фронта кристаллизации однофазных сплавов: Дисс. канд. техн. наук.- Москва: МВТУ им. Н.Э. Баумана, 1968.- 149 с.

45. Kaufmann H., Wabussek H., Uggowitzer P.J. Metallurgical and processing aspects of the NRC semi-solid casting technology //Aluminium.- 2000.-Jahrgang.- P. 70-74.

46. Kaufman H.,Wabussek H. Aspects metallurgiques et operatories de la technologie NRC de coulee semi-solide //Hommes & Fonderie.- 2000.-№303.- P. 36-40.

47. Эбелинг В., Энгель А., Файстель P. Физика процессов эволюции. Синергетический подход.- М.: УРСС, 2001.- 326 с.

48. Пригожин И., Кондепуди Д. Современная термодинамика. От тепловых двигателей до диссипативных структур.-М.: Мир, 2002.-461с.

49. Эскин Г.И. Ультразвуковая обработка расплавленного алюминия; 2 изд.- М.: Металлургия, 1988.- 224 с.

50. АС № 130637. Способы отливки металлических деталей из жидкого металла / В.А.Петруничев, Г.Ф. Баландин //БИ.-1960.- № 15

51. A new integrated production concept for semi-solid processing of high quality Al-products. / K. Steinhoff, G.C. Gullo, R. Kopp, P.J. Uggowitzer //Proc. of 6th Conf on Semi-Solid Processing of Alloys and Composites.-Turin, 2000.-P. 121-127.

52. Kopp R., Winning G., Moller T. Thixoforging of Aluminium Alloys. Inst-for Metal Forming. RWTH-Aachen. www.Rwth-aachen.de/sfb 289.

53. Quantor Ltd., Box 39, 117049, Moscow, Russia, www.guantor.com.

54. Wahlen A. Modeling the thixotropic flow behavior of semi-solid aluminum alloys //Proc. of 6th Intern. Conf. Semi-Solid Processing of Alloys and Composites. Turin, 2000. -P.565-570.

55. Influence of ultrasonic melt processing on self-organizing processes of non-dendritic solidification of billets from Al-Si alloys for semi-solid deformation of shapes / G.I. Eskin, B.I. Semenov, V.N. Serebryany, Yu.P

56. Kirdeev //Proc. of 7-th Int. Conf. On Semi-Solid Proc. Of Alloys and Сотр. Tsukuba (Japan), 2002.- P.397-402.

57. Комбинированная обработка сплава при порционном изготовлении тиксозаготовок / Г.И. Эскин, Б.И. Семенов, В.Н. Серебряный, Ю.П. Кирдеев //Металлургия машиностроения.- 2003.-№2.- С. 41-45.

58. Семенов Б.И., Куштаров К.М. Современные тенденции совершенствования технологий заготовительных производств //Металлургия машиностроения.- 2003.-№2.- С. 29-40; 2003.-№4.- С. 26-31.

59. Семенов Б.И., Куштаров К.М. Некоторые итоги промышленного освоения технологий рео- и тиксолитья //Металлургия машиностроения. -2003.- №6.- С. 32-37; 2004.-№1.- С. 39-44.

60. Проректор по учебной работе

61. Начальник учебно. управления1. Зав. кафедрой СМ-13

62. Проректор но учебной работе11ачалышк учебного управления Заведующий кафедрой МТ-6

63. B.I I.Герди В.И.Авдеева А.М.Дмтприсв1. OauJ, о у,