автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.06, диссертация на тему:Исследование тепловых условий сварки и наплавки алюминиевой шихты жидким присадочным материалом

на правах рукописи

Ковтунов Александр Иванович

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ УСЛОВИЙ СВАРКИ И НАПЛАВКИ АЛЮМИНИЕВОЙ ШИХТЫ ЖИДКИМ ПРИСАДОЧНЫМ МАТЕРИАЛОМ

Специальность 05.03.06 — Технология и машины сварочного производства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

г. Тольятти - 2000 г.

Работа выполнена в Тольяттинском политехническом институте

Научные руководители —доктор технических наук, профессор

Вершинин П.И.

— кандидат технических наук, доцент Казаков Ю.В.

Официальные оппоненты — доктор технических наук, профессор

Чуларис А.А.

— доктор физико-математических наук Выбойщик М.А.

Ведущая организация — ОАО СНТК им. Н. Д. Кузнецова, г.Самара

Защита диссертации состоится ^^ декабря 2000 года в ^ на заседании диссертационного совета К 064.43.01 по присуждению ученой степени кандидата технических наук при Тольяттинском политехническом институте по адресу: 445667, г.Тольятги, ГСП, ул.Белорусская, 14

Ваши отзывы в 2-х экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по указанному адресу ученому секретарю совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института

Автореферат разослан

2000 г.

Ученый секретарь диссертационного «пета к.т.н., доцент

А.Ю. Краснопевцев

}

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

В последнее десятилетие в промышленности всё шире используются фасонные отливки из алюминиевых сплавов, вследствие их хороших литейных свойств, невысокой плотности и высокой коррозионной стойкости. Механические свойства отливок в сильной степени зависят от размера структурных составляющих. Значительное измельчение зерен, ячеек и дендритов способствует повышению прочностных свойств отливок, а также их ударной вязкости, пластичности и снижению порога хладноломкости.

Одним из самых распространенных способов измельчения структуры отливок является модифицирование. Модифицирование самых распространенных литейных Al-Si сплавов позволяет повысить предел прочности на растяжение на 20 - 30%, а пластичность на 200 - 300%. Для большинства алюминиевых сплавов в качестве модификаторов используют Al-Ti лигатуры или лигатуры алюминия с другими переходными металлами (Zr, V). Кроме того, неплохие результаты показывает модифицирование алюминиевых расшивов мелкокристаллическими шихтовыми металлами.

Качество модификаторов (лигатуры и мелкокристаллической шихты)' оценивается по количеству, форме и размерам дисперсных частиц, являющихся центрами кристаллизации. Чем мельче структура модифицирующих материалов, тем более мелкой будет структура обработанной этими материалами отливки, и выше её свойства. Получаемые в промышленности чушки модифицирующих лигатур и шихтовых металлов имеют достаточно крупнозернистое строение. Кроме того, в чушках наблюдается химическая, структурная и фазовая неоднородность. Всё это снижает их качество, как модифицирующих материалов.

Цель работы: Повышение качества алюминиевых модифицирующих материалов путём разработки технологии получения мелкокристаллической шихты.

Изучение ранее выполненных работ в области исследований процессов получения мелкокристаллических шихтовых металлов и лигатур позволили сформулировать гипотезу и конкретные задачи настоящей работы, решение которых позволит достигнуть поставленной цели.

Гипотеза: Для получения мелкокристаллических шихтовых металлов и лигатур необходимо обеспечить охлаждение их расплавов со скоростью более 102оС/с. Такая интенсивность охлаждения достигается при получении шихты и лигатур в виде микрослитков (гранул, полос, чешуек). Применение микрослитков для модифицирования алюминиевых сплавов приводит к насыщению расплава газовыми и неметаллическими включениями. Поэтому изготавливать модифицирующие материалы необходимо в две стадии. Первая

стадия -получение микрослитков, в процессе которой изготавливают мелкокристаллические микрослитки. Вторая стадия — формирование компактной шихты. Возможными вариантами такой технологии являются получение и сварка алюминиевых гранул, послойная наплавка шихты и лигатур на быстроохлаждаемую твердую подложку.

Для подтверждения сформулированной гипотезы решались следующие задачи;

1. Исследование тепловых условий изготовления алюминиевых шихтовых металлов и лигатур послойной наплавкой в центробежных формах.

2. Исследование тепловых условий сварки алюминиевых гранул жидким присадочным металлом.

3. Разработка технологии послойной наплавки шихты в центробежную форму.

4. Разработка технологии сварки гранул жидким присадочным металлом.

Методы исследований.

В работе использованы как стандартные, так и оригинальные методики экспериментальных исследований процессов сварки и наплавки шихтовых материалов и лигатур, в том числе термографические исследования изменения величин контактного сопротивления между слитком и формой при применении теплопроводящего слоя свинца, и термографические исследования коэффициента теплоотдачи при охлаждении алюминиевых анодированных изложниц. Исследования тепловых условий охлаждения гранул наплавляемых слоёв и присадочных материалов проводились с использованием аналитических и численных методов решения дифференциальных уравнений теплопроводности.

Скорость охлаждения шихтовых материалов оценивалась по размеру дендритного параметра в соответствии с зависимостью В.ИДобаткина и В.И.Елагина. Исследования микроструктуры проводили с использованием оптического микроскопа МИМ-8. Характеристики структуры получали стереологической реконструкцией статистическим способом. Измерения для стереологической реконструкции проводились точечным методом. Фракционный состав гранул при распылении определялся средним диаметром, рассчитанным по массовому показателю.

Все расчеты и обработка экспериментов выполнялись с использованием персональных компьютеров.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Тепловые условия формирования шихтовых материалов и пути

повышения интенсивности охлаждения слитков в центробежных

формах.

2. Численный метод расчета скорости охлаждения наплавляемых слоев

шихты в центробежных формах.

3. Технология наплавки алюминиевой шихты в центробежную форму в активной защитной атмосфере, состоящей из смеси аргона и трёххлористого фосфора.

4. Технология получения мелкокристаллических шихтовых материалов и лигатур сваркой алюминиевых гранул жидким присадочным материалом в поле центробежных сил.

Научная новизна:

1. Определены тепловые условия получения мелкокристаллических компактных шихтовых материалов и лигатур, показана необходимость изготовления их в две стадии:

- интенсивное охлаждение шихты в виде микрослитков;

- формирование компактной шихты сваркой гранул и наплавкой.

2. Установлено, что наиболее высокие скорости внешнего теплоотвода от расплавов при формировании центробежных слитков послойной наплавкой достигаются применением алюминиевых анодированных изложниц с промежуточным теплопроводящим слоем свинца. Определено, что скорость охлаждения наплавляемых слоев в зависимости от их толщин при послойном формировании шихты составляет 8-Ю2- 1,5-104 °С/с.

3. Впервые установлено, что скорость охлаждения свариваемой шихты в зависимости от температуры гранул и жидкого присадочного материала, диаметра гранул имеет значения 103- 106 оС/с.

4. Установлено, что послойной наплавкой целесообразно изготавливать модифицирующие лигатуры типа Al-Ti с повышенной растворимостью легирующих компонентов в алюминиевой фазе при скоростях охлаждения выше 103 °С/с. Сваркой гранул предпочтительно изготавливать мелкокристаллические шихтовые материалы с невысокой склонностью к пересыщению легирующих элементов в алюминиевой фазе при скоростях охлаждения 103 - 106 °С/с типа Al-Si. Практическая ценность

Предложенная технология обеспечивает получение

мелкокристаллических шихтовых металлов и лигатур в центробежных формах со скоростями выше 102 °С/с и толщиной получаемых слитков более 8 мм.

Создано промышленно - экспериментальное оборудование для получения мелкокристаллических лигатур и шихтовых металлов.

Предложенная технология прошла апробирование в металлургическом производстве ОАО «Волгоцеммаш». Апробация работы

Основные положения работы доложены и обсуждены на следующих конференциях:

Межреспубликанском научно - техническом семинаре, г. Владимир, 1994г.

IX Всероссийской конференции «Теплофизика технологических процессов», г. Рыбинск, 1996г.

X Всероссийской конференции «Теплофизика технологических процессов», г. Рыбинск, 2000г.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 12 научных работ, в том числе 2 патента и получено I положительное решение по заявке на выдачу патента РФ.

Структура и объём работы

Диссертационная работа состоит из аннотации, введения, 5 глав, выводов по работе, списка использованной литературы и приложений. Работа содержит /К страниц, в том числе ^ рисунков, /У" таблиц, список литературы из 75 наименований. В приложении представлены акты внедрения и акты опытно-промышленного испытания предложенных технологий.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В аннотации дана краткая характеристика работы, отмечена научная новизна полученных результатов и их практическая ценность, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

Во введении доказывается актуальность выполненной работы и сформулирована цель исследований.

В первой главе по исследованиям В.И.Никитина, В.И.Данилова, Е. Мейля, Б.Ф.Трахтенберга указано на влияние структуры алюминиевой шихты и лигатур, на свойства и структуру получаемых с их использованием отливок. Для повышения качества шихтовых материалов и лигатур проанализированы специальные методы обработки: твердофазные, жидкофазные, кристаллизационные и дисперсионные на основе работ В.И.Никитина. Наиболее эффективными и широко применяемыми являются кристаллизационные способы, основывающиеся на измельчении структуры шихты за счет повышения интенсивности охлаждения расплава в процессе затвердевания.

Скорость охлаждения слитков шихты при кристаллизационной обработке определяется плотностью теплового потока с поверхности затвердевающего слитка

Е=а|ф-(Тс-Тср)

Где сс1ф - коэффициент теплопередачи от слитка к окружающей среде,

равный:

_ _1_

. Х Ч> , X 1 £ (т )

—---1-----1- ---1- -

А. , А. .„ А. . А. , А. .,

2 кр г j су/

Хг. ХкР, хг, е(т) - толщина формы, слоя краски или смазки, толщина газового

зазора и толщина твердой корочки слитка соответственно;

Я-2, А.кр, А.г, Ли, - коэффициент теплопроводности материала формы, краски

или смазки, газового зазора, материала слитка соответственно;

аз - коэффициент теплоотдачи от поверхности формы в охлаждающую

среду;

Тс,Тср - температура солидус .запиваемого сплава и температура охлаждающей среды

Способы обработки шихтовых металлов и лигатур, сущность которых заключается в гравитационной заливке расплава в металлические формы (заливка в вафельную форму, замороженную форму, непрерывная заливка, литьё в тонкостенные водоохлаждаемые кокили), обеспечивают невысокие скорости охлаждения металла при кристаллизации (0,1 - 30) °С/с из-за значительной величины теплового контактного сопротивления на границе слиток - форма и теплового сопротивления слоя краски или смазки. Значение этих тепловых сопротивлений (0,5 - 5)-10'3 м2 °С/Вт, что в 1020 раз больше значений остальных сопротивлений теплопередачи от слитков к охлаждающей среде.

При формировании слитков под воздействием внешнего избыточного давления (заливка с кристаллизацией под давлением, центробежное литьё) снижается тепловое контактное сопротивление в 2,5-3 раза, как следует из работ А.И.Батышева. Литьё с кристаллизацией под давлением позволяет охлаждать слитки шихты при кристаллизации со скоростью (1 - 3)102 °С/с. Однако невысокая производительность процесса и необходимость быстрого приложения давления ограничивают применение этого способа. При центробежном способе скорость охлаждения составляет (2 - 4)102 °С/с и, кроме того, он отличается высокой производительностью и простотой. Однако, существенными недостатками этого способа являются ограниченная толщина получаемых слитков с данной скоростью охлаждения (до 2 мм) и неравномерность структуры по сечению при больших толщинах.

Повышение коэффициента теплоотдачи от слитка к форме в этих двух способах приводит к положительным результатам только на первых стадиях формирования, а при росте толщины затвердевшей корочки значительно увеличивается тепловое сопротивление. Поэтому рассмотренные способы получения шихтовых металлов и лигатур не позволяет добиваться сверхвысоких скоростей охлаждения расплава металла.

Единственным средством повышения скорости охлаждения является уменьшение размеров слитков до микрочастиц. Именно эта закономерность положена в основу закалки из жидкого состояния. Методами закалки из жидкого состояния получают тонкие ленты, гранулы, чешуйки со скоростями охлаждения 103 - 107 °С/с. Использование микрочастиц в качестве модифицирующих шихтовых металлов и лигатур, как показали предварительно проведенные исследования, приводит к насыщению расплава водородом и окисными включениями в связи с их развитой

внешней поверхностью. Вследствие этого, при кристаллизации шихта должна быть в виде микрослитков, а при использовании ее в качестве модификатора - в виде макрослитков. Удовлетворить этим условиям могут процессы получения и компактирования гранул и формирование слитков послойной наплавкой в центробежных формах. Прототипом послойной наплавки являются способы получения аморфных лент, предложенные и исследованные в работах П.И.Вершинина, В.Г. Борисова, Ю.Н. Бакрина.

Анализ способов компактирования гранул указал на целесообразность сварки гранул жидким присадочным материалом. Сварка жидким присадочным материалом, как установлено в работах Ю.И. Столбова, В.И.Столбова, Ю.В.Казакова, З.А.Шамугия, обеспечивает получение качественного соединения алюминиевых свариваемых изделий с минимальным перегревом, что важно для предотвращения укрупнения структуры при компактировании быстроохлажденных гранул. Однако, тепловые условия и технологические особенности этих процессов не исследованы. Проведенные эксперименты показали, что получить качественную сварку гранул и наплавку шихты без удаления слоя оксида алюминия не удается. Учитывая высокие скорости окисления алюминия, процесс удаления окислов необходимо проводить непосредственно перед введением жидкого присадочного металла. Причем продукты разложения окислов должны быть газообразными веществами, легкоудаляемыми при сварке и наплавке. Наилучшим раскислителем, с этой точки зрения, как отмечал Р.Е.Есенберлин, является треххлористый фосфор, имеющий температуру кипения 175 °С. Окислы алюминия взаимодействуют с треххлористым фосфором по реакции:

А1203 + 2РС13= 2А1С13 Т + Р203Т

Продукты взаимодействия при температурах выше 180 °С являются газообразными веществами.

На основе проведенного анализа была сформулирована гипотеза и поставлены задачи, которые необходимо решить для достижения цели работы.

Во второй главе приведены результаты исследований тепловых условий наплавки шихтовых материалов в центробежных формах. Установлено, что для повышения интенсивности охлаждения наплавляемых слоев необходимо снижать все составляющие внешнего теплового сопротивления. Максимальным тепловым сопротивлением обладает граница раздела между формой и слитком, несмотря на значительное уменьшение газового зазора под воздействием центробежных сил. Для снижения контактного сопротивления предложено заполнить газовый зазор средой с высокой теплопроводностью. В качестве такого теплопроводящего слоя предложено использовать свинец, имеющий низкую температуру плавления и высокую плотность. Свинец, кроме того, не вступает в химическое и физическое взаимодействие с жидким алюминием. Проведены исследования

эффективности применения теплопроводяшего слоя свинца. В ходе исследования определяли разность температур между контактирующими алюминиевыми поверхностями с промежуточным свинцовым слоем и без него. Установлен характер изменения разности температур при нагреве контактирующих поверхностей. Величина контактного сопротивления, находящегося в прямой зависимости от разности температур контактирующих поверхностей, снижается в 2,5 - 3 раза при использовании свинцового слоя. Установлено, что для повышения теплопроводности промежуточного слоя, необходимо создать условия для предотвращения окисления свинца.

Для снижения теплового сопротивления изложницы и слоя краски предложено использовать алюминиевые анодированные изложницы. Анодированный слой обладает достаточной тепловой сопротивляемостью, прочно связан с металлом основы. Расчет тепловых условий работы анодированной изложницы позволяет установить режим её безотказной работы. Для предотвращения подплавления внутренних слоев алюминия, толщина слоя А1203 должна составлять 50 - 250 мкм. Нижние значения применимы при получении легкоплавких алюминиевых шихтовых металлов, а верхние при литье модифицирующих лигатур с высокой температурой ликвидус типа Al-Ti. Значение коэффициента теплоотдачи от внешней поверхности центробежной формы, для предотвращения подплавления должно составлять (5 - 15)103 Вт/м2 К, что достигается, как следует из работ С.С.Кутателадзе, при водяном охлаждении в режиме пузырькового кипения.

Для расчета скорости охлаждения наплавляемых слоев шихты предложена математическая модель, в которой изложница, промежуточные и наносимые слои рассматриваются, как бесконечная многослойная пластина. Это допустимо при отношениях радиуса изложницы к её толщине больше 8. Расчётная схема с начальными и граничными условиями при наплавке слоев шихты представлена на Рис. 1.

Математическая модель процесса наплавки шихты запишется в виде:

этДх,«) з2т,(м) . —

St 5Х

, ЭТ,(х.|)

1,4;

. =qi(t) ¡ = 1,4; х = хj;

д\

5Т4 (x,t) - оТ. (х, t)

+ Lp4U = -X4 —i. Т < Т dx Эх

ат,(х,0 - зт,(х,0

- ~~ LpjU = -Х3 — , T>T„ дх дх

^ |(ч,о) ~ T2(4.oi =Т3(ч0) = Тн = const,

4(\,0\ — Т-ил ♦ Т-ид

T,(x,,t)= Т,(х,.0 т,(хг,0= Т,(Х1,0 0 < t < t, Т,(х3,0=Т4(х,,0 T,(0,t.)=Tr = const

где Т|, Т2, Т3, Т4-температура алюминиевой изложницы, слоя Al203i слоя свинца и наплавляемого слоя соответственно.

Решение системы дифференциальных уравнений искали численными методами. В данной схеме температурных полей сделано следующее допущение: температура в слоях по толщине распределена однородно и является функцией только времени в любой момент.

Для определения скорости охлаждения наплавляемого слоя, т.е. решения обратной задачи, необходимо дополнительное условие:

Т, (0,t )=Тк= const

Из экспериментов было получено, что Ti (00,1с) и244°С (при 5i=10 мм, 62=0,1 мм, 6з=1 мм, 64=2 мм). Решение поставленной задачи методом конечных разностей показало, что достижимы скорости охлаждения наплавленного металла (0,8 — 1,5)103 °С/с (рис.2). Для получения шихты со скоростями охлаждения выше 103 °С/с, толщина первого наплавляемого слоя должна быть в зависимости от толщины слоя свинца не более 4-7 мм, а второго в зависимости от толщины первого 1 - 4 мм.

В третьей главе исследованы тепловые условия получения шихты и лигатур сваркой гранул жидким присадочным материалом. Установлено, что для получения мелкокристаллического строения в слитках шихты, необходимо предварительно получать гранулы с высокой скоростью охлаждения, а затем, сваривая их жидким расплавом, не стабилизировать структуру.

Наиболее распространенным высокопроизводительным и легкоуправляемым процессом является получение гранул распылением.

Интенсивность охлаждения гранул при распылении определяется их размерами и коэффициентом теплоотдачи от их поверхности в охлаждающую среду. Расчеты скорости охлаждения гранул с использованием аналитического решения дифференциального уравнения теплопроводности для шара с граничными условиями третьего рода, предложенного А.В.Лыковым, позволили установить эти зависимости. Распыление гранул в воздушную среду обеспечивает скорость охлаждения на уровне 102 - 103 °С/с, в воду - 103 - 105 °С/с, в криогенной среде скорость охлаждения может достигать значение 106 °С/с.

При сварке гранул жидким присадочным материалом они нагреваются, а расплав охлаждается до среднекапориметрической температуры, определяемой из уравнения теплового баланса:

(Ь + сжДТж) рж •-!-у+ 1

+ Р* - с,

-L(TC-T.)UPr.cr-X-(TK-Tr), J + l J у + 1

где рж, р'ж, сж, с'ж рг, сг, у - соответственно плотность пропитывающего сплава в жидкой и твердой фазе между среднекапориметрической температурой и температурой солидус, теплоемкость пропитывающего

Х| Хг Хз Х4 Х$ Х6 Рис. 1. Расчетная схема

Рис. 2. Зависимости скорости охлаждения шихты от толщины наносимого слоя

а) для первого слоя при толщине свинца: 1 5рь=0,5 мм; 2 5РЬ=1,0 мм; 3 5РЬ=2,0 мм; 4 5рь=5,0 мм; 5 5РЬ=10,0 мм.

б) для второго слоя при толщине первого: 1 5 = 1 мм; 2 8 = 2 мм; 35 = 3 мм; 45 = 6 мм.

металла в жидком и твердом состоянии, плотность и теплоемкость гранул, и соотношение объёма гранул и жидкого присадочного материала.

Соотношения жидкой и твердой фазы зависят от способа укладки гранул. Если считать гранулы идеальными сферами, то возможно кубическая, октаэдрическая, тетраэдрическая и ромбоэдрическая укладка. Соотношения фаз при этих способах укладки имеют соответственно значения 3,1; 2,85; 2,85; 1,53. Проведенные исследования показали, что в центробежной форме при сварке соотношение фаз ближе к октаэдрической и тетраэдрической укладкам. Проведенные расчеты среднекапориметрической температуры позволили определить оптимальные температурные режимы сварки, при которых не происходит стабилизации структуры алюминиевых гранул. Так при сварке А1 - шихты температура гранул должна быть не выше 200 °С, а А1 - Т1 лигатур — не выше 250 °С.

Скорость охлаждения присадочных материалов, определяемая температурой гранул, их диаметром и начальной температурой расплава и составляет по расчетным данным 102- 105 СС/с. Таким образом, и гранулы при затвердевании, и присадочный материал при сварке охлаждаются приблизительно с одинаковой интенсивностью, что и определяет структурную однородность получаемых шихтовых материалов.

В четвертой главе исследована технология многослойной наплавки и сварки А1 - шихтовых материалов и А1 — лигатур. Для проведения исследований была разработана экспериментальная центробежная установка с алюминиевой анодированной изложницей. Для защиты наплавляемого металла от взаимодействия с кислородом атмосферы активная газовая смесь аргона с треххлористым фосфором подается через центральное отверстие в валу установки.

Для определения количества наплавляемых слоев и их толщин экспериментально установлено, что минимально возможная толщина наплавляемого слоя при частоте вращения изложницы 1500 об/мин 2-2,5 мм. Повышение частоты вращения до 3000 об/мин позволяет наплавлять шихту слоями до 1,5 мм. Применение активной среды увеличивает растекаемость расплава и позволяет формировать шихту с толщиной слоев 0,7 - 1 мм. Для получения шихтовых материалов со скоростями охлаждения более 103 °С/с установлено оптимальное соотношение толщин наносимых слоев. Толщина первого слоя при толщине теплопроводящего слоя свинца 1,5-2 мм составляет 5 мм, а толщина последующих слоев равняется корню квадратному от толщины предыдущего. Проведенные исследования микроструктуры слитка из сплава АК 12 показали, что при наплавке по предложенной технологии алюминиевая фаза измельчается в 10-20 раз по сравнению со структурой стандартной чушковой шихты и имеет размер 7-15 мм. Кремниевая фаза в полученных переплавах в алюминиево-кремниевой эвтектике имеет пластинчатую или овальную форму, а в стандартных - иглообразную, хаотично расположенную. Причем толщина кремниевой фазы уменьшается в 5-10 раз (рис.3). В соответствии с зависимостью В.И.Добаткина и В.И.Елагина при таких размерах

структуры скорость охлаждения составляет 103 — 104 °С/с. В структуре полученной шихты не наблюдается включений фазы АЬ Fe, что обусловлено увеличением растворимости железа в алюминии с повышением скорости охлаждения. Микротвердость а-фазы увеличивается на 15-18 единиц. Наличие среды треххлористого фосфора обеспечило качественное соединение наплавляемых слоев без промежуточных оксидных включений.

В структуре переплавов из сплавов АК12М2, АК10М2Н, АК9Т, АК6М2 наблюдается идентичное изменение структуры и микротвердости. В слитках модифицирующей AI - Ti лигатуры, полученной с использованием данной технологии, наблюдаются включения AljTi в сфероидальной или пластинчатой форме, а не в игольчатой - как в чушковой лигатуре. Размер интерметаллидов достигает значений 5-10 мкм (Рис.4). Количество интерметаллидов оценочно составляет (2-5)105 шт/см2. Изменение морфологии и размеров, увеличение количества интерметаллидов обеспечивает более высокую модифицирующую способность лигатур.

В пятой главе исследована технология получения и сварки алюминиевых гранул жидким присадочным материалом. Разработана экспериментальная установка, представляющая собой пневматическую форсунку, для получения гранул распылением в воду. Исследован механизм распыления и установлен его волнообразный характер. Определен фракционный состав гранул, характеризуемый средним диаметром, определяемым по массовому показателю:

ЕеА

¿g, n

где g j - общая масса капель размером Dj.

Определена зависимость среднего диаметра гранул сплава АК12 от температуры расплава, диаметра распылительной форсунки и скорости движения газовой среды. Установлено, что для определения среднего диаметра можно воспользоваться расчетной формулой, предложенной Л.А.Витманом, Б.Д.Кацнельсоном, М.М.Эфросом:

D0

р vd0

= А0 +1,24

' Ц'2 ] P'°D0/

где р - плотность газа; ш - скорость истечения газа; а - поверхностное натяжение расплава металла; ц - коэффициент динамической вязкости расплава; А0 - коэффициент, зависящий от конструкции форсунки, для используемой установки это значение равняется 0,9.

Для предварительной подготовки гранул оптимальным является кислотное травление, так как при щелочном образуется большое количество шлама на поверхности гранул. В качестве травителя целесообразно использовать азотно-плавиковый раствор.

Рис. 3. Микроструктура шихты из сплава ЛК !2 (х140) а) стандартная шихта б) многослойная шихта

В работе исследована зависимость глубины проникновения расплавленного металла в пространство между гранулами под действием давления центробежных сил. Установлено, что в зависимости от температуры гранул, температуры расплава, диаметра гранул эта величина составляет 8-20 мм. Наличие треххлористого фосфора обеспечивает качественное соединение гранул Al - Ti, Al - Si, Al-Zr, Al-Cu шихтовых металлов и лигатур, в связи с низкой температурой кипения продуктов взаимодействия треххлористого фосфора и исследуемого сплава. Получить качественное соединение Al-Mg сплавов не удалось в связи с высокой температурой кипения MgCb равной 1418 °С.

Исследование микроструктуры сваренной шихты из сплава АК 12 показало, что размер a-фазы зависит от диаметра и для гранул диаметром 0,5-1 мм составляет 3-5 мкм, а 1-2 мм — 5-7 мкм, а толщина эвтектических прослоек 2-5 мкм (рис. 5). Таким образом, в соответствие с зависимостью размера структуры от скорости охлаждения, скорость охлаждения гранул составляет 103 -106 С/с. Структура присадочного материала имеет такое же мелкозернистое строение при среднекалориметрических температурах ниже 300 °С. Нагрев гранул выше 400 °С приводит к равновесному фазовому состоянию, укрупнению a-фазы и кремниевой фазы в эвтектике, что было подтверждено проведенными исследованиями.

В лигатурах, сваренных из Al-Ti гранул наблюдается значительное измельчение интерметаллидов (до 1 - 3 мкм). Однако время жизни таких интерметаллидов при модифицировании алюминиевых сплавов не более 120 с. Кроме того, количество интерметаллидов в 1,3 - 1,5 раза меньше, чем в наплавленной лигатуре. Последнее обусловлено повышением растворимости титана в алюминии при скоростях охлаждения 103 - 106С. Поэтому Al-Ti лигатуру целесообразно получать наплавкой, а не сваркой.

Общие выводы и результаты работы

1. Алюминиевые шихтовые металлы и лигатуры целесообразно изготавливать в два этапа. Первый этап - охлаждение, в процессе которого происходит затвердевание шихты в виде микрослитков со скоростями охлаждения выше 102 °С/с. Второй этап - формирование макрослитка из микрослитков. Использование такой шихты предотвращает загрязнение алюминиевых отливок неметаллическими включениями и газами.

2. Мелкокристаллические слитки шихты следует формировать сваркой гранул с использованием жидких присадочных материалов и послойной наплавкой в поле центробежных сил. Впервые для удаления оксидной пленки с гранул и наплавляемых слоев в процессе формирования шихты применена газовая смесь аргона и треххлористого фосфора. Продуктами взаимодействия РСЬ и оксида алюминия, алюминия и основных легирующих элементов при температурах сварки и наплавки являются газообразные вещества, что обеспечивает качественное соединение

шихтовых материалов без загрязнения их неметаллическими включениями.

3. Скорость охлаждения наплавляемой шихты определяется прежде всего тепловым сопротивлением изложницы, разделительного слоя, газового зазора и тепловым сопротивлением теплоотдачи. Для снижения этих составляющих целесообразно применять водоохлаждаемые изложницы с анодированной рабочей поверхностью. Установлено, что для предотвращения подплавления в зависимости от температуры заливки, толщина слоя А1203 должна составлять 50 - 200 мкм, а коэффициент теплоотдачи (5 - 15)103 Вт/м20С.

4. Впервые для снижения контактного сопротивления на границе форма -слиток, применен промежуточный теплопроводящий слой свинца. Экспериментально установлено, что в результате этого контактное сопротивление в центробежной форме уменьшается в 2,5 - 3,0 раза.

5. В результате численного решения системы дифференциальных уравнений охлаждения слитка при послойной наплавке определены зависимости скорости охлаждения шихты от интенсивности внешнего теплоотвода и толщины наносимого слоя. Установлено, что скорость охлаждения шихты пропорциональна толщине наплавляемого слоя. Для получения наплавляемой многослойной шихты с одинаковой по толщине слитка скоростью охлаждения, толщина наплавляемого слоя должна быть равной корню квадратному из толщины предыдущего слоя.

6. Скорость охлаждения гранул определяется диаметром гранул и охлаждающей средой. Скорость охлаждения алюминиевых гранул при их распылении пневматическими форсунками в воздушную среду составляет 102 - 103 °С/с, в воду 103 - 10 °С/с, в криогенную среду 10* -106 °С/с. Скорость охлаждения жидких присадочных материалов, в зависимости от размера гранул и температуры гранул и расплава при сварке, составляет 103 —10 °С/с.

7. Послойная наплавка шихты обеспечивает повышение скоростей охлаждения в 10 раз по сравнению с получением её одновременной заливкой в центробежную форму и достигает значений 103 °С/с. Размер а - фазы А1 - сплавов уменьшается в 3 - 4 раза и достигает значений 715 мкм. При формировании А1 - "Л лигатур в 2-3 раза увеличивается количество интерметаллидных фаз (в виде сфероидов с размерами 5-7 мкм).

8. Сварка гранул жидким присадочным материалом в среде треххлористого фосфора обеспечивает получение шихты со скоростями охлаждения 103106 °С/с с качественным соединением гранул. Размер а - фазы А1 -сплавов составляет 3-7 мкм в зависимости от диаметра гранул. Сваренные А1 - "Л модифицирующие лигатуры имеют в 1,3-1,5 раза меньше количество интерметаллидных фаз размером 3-5 мкм, чем наплавленные, в связи с повышенной растворимостью титана в алюминии при данной интенсивности охлаждения, что делает их менее эффективными при модифицировании расплавов.

Рис. 4. Микроструктура А1-"П лигатуры (3%Т0 (х140)

Рис. 5. Микроструктура сваренной шихты из сплава АК 12 (хбОО)

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Вершинин П.И., Ковтунов А.И. Об использовании алюминиевых анодированных кокилей при литье стали. /Деп. в ВИНИТИ 15.04.93, №980-В93.

2. Вершинин П.И., Ковтунов А.И. Исследование тепловых условий формирования стальных патрубков в поле центробежных сил. /Деп. в ВИНИТИ 13.05.93, № 1266-В93.

3. Вершинин П.И., Ковтунов А.И. Математическое моделирование тепловых условий формирования стальных патрубков при центробежном литье. /Деп. в ВИНИТИ 09.12.93, № 3043-В93.

4. Вершинин П.И., Корягин К.Б., Ковтунов А.И. Пакетирование гранул при изготовлении фасонных отливок из литейных алюминиевых сплавов. /Деп. в ВИНИТИ 05.07.94, № 1658-В94.

5. Ковтунов А.И. Литье сталей и тугоплавких композиционных материалов в анодированные кокили. / Тезисы доклада на Межреспубликанском научно-техническом семинаре, г. Владимир, 1994г.

6. Вершинин П.И., Ковтунов А.И. Пакетирование гранул при изготовлении алюминиевых отливок с использованием газового давления на зеркало металла. /Деп. в ВИНИТИ 19.01.95 № 172-В95.

7. Ковтунов А.И. Исследование тепловых условий формирования алюминиевых отливок с высокими скоростями охлаждения. / Тезисы доклада на IX Всероссийской конференции, г. Рыбинск 1996г.

8. Патент № 2090306 от 20.09.97. Способ изготовления пористой металлической формы. / Вершинин П.И., Ковтунов А.И.

9. Патент №2091194 от 27.09.97. Способ получения гранульных алюминиевых отливок и устройство для его осуществления. / Вершинин П.И., Ковтунов А.И.

10. Ковтунов А.И. Особенности формирования алюминиевых шихтовых материалов в центробежных металлических формах. / Межвузовский сборник научных трудов. Наука, техника, образование г.Тольятги и Волжского региона. С. 157-160.2000 г.

11. Ковтунов А.И. Интенсификация охлаждения алюминиевых шихтовых материалов в центробежных формах. / Тезисы докладов X Всероссийской научно-технической конференции.Ч. II. Рыбинск 2000г.

12. Ковтунов А.И., Казаков Ю.В., Буторин A.B. Способ получения алюминиевых лигатур. Положительное решение по заявке № 2000103127 от 18.02.2000г.

Аннотация

Введение

ГЛАВА 1. Анализ способов получения мелкокристаллической шихты

1.1. Специальные способы обработки шихтовых материалов

1.2. Кристаллизационные способы обработки шихтовых материалов

1.3. Соединение алюминиевых гранул

1.4. Анализ способов удаления оксидной пленки

ГЛАВА 2. Исследование тепловых условий наплавки шихты в центробежных формах

2.1 Интенсификация охлаждения изложницы.

2.2 Тепловые условия формирования многослойных шихтовых материалов

Выводы к главе

ГЛАВА 3. Исследование тепловых условий сварки алюминиевых гранул

3.1 Исследование тепловых условий получения гранул

3.2 Тепловые особенности взаимодействия гранул с жидким расплавом 71 Выводы к главе

ГЛАВА 4. Технология получения мелкокристаллических шихтовых материалов послойной наплавкой на центробежной форме

4.1 Методики исследования

4.2 Разработка технологии получения многослойной мелкокристаллической шихты

4.2.1 Разработка конструкции экспериментальной установки

4.2.2. Наплавка шихтовых материалов > 87 4.3. Исследование микроструктуры наплавленных шихтовых материалов

4.4. Опытно-промышленное апробирование технологии наплавки модифицирующих Al-Ti лигатур 99 Выводы к главе

ГЛАВА 5. Технология сварки алюминиевых гранул жидким присадочным материалом

5.1 Технология получения алюминиевых гранул

5.2 Подготовка алюминиевых гранул.

5.3 Расчет давления металла при сварке гранул в поле центробежных

5.4 Технология сварки алюминиевых гранул в поле центробежных

5.5 Исследование структуры гетерофазных шихтовых материалов

5.6 Опытно-промышленное апробирование технологии сварки жидким присадочным материалом

Выводы к главе

Актуальность темы

В промышленности литейные алюминиевые сплавы находят все более широкое применение вследствие хороших эксплуатационных и технологических свойств. Однако их механические свойства низкие и для большинства сплавов не превышают 250 Мпа. Механические свойства алюминиевых отливок могут быть значительно повышены модифицированием.

Для алюминиевых сплавов в качестве модификаторов используют А1-Т1 лигатуры или лигатуры алюминия с другими переходными металлами. Кроме того, неплохие результаты показывает модифицирование алюминиевых расплавов мелкокристаллическими шихтовыми металлами, вводимыми при пониженных температурах литья. Получаемые в промышленности чушки модифицирующих лигатур и шихтовых металлов имеют достаточно крупнозернистое и неравномерное строение, что снижает эффективность модифицирования.

Цель работы

Повышение качества алюминиевых модифицирующих материалов путём разработки технологии получения мелкокристаллической шихты.

Изучение ранее выполненных работ в области исследований процессов получения мелкокристаллических шихтовых металлов и лигатур позволили сформулировать гипотезу и конкретные задачи настоящей работы, решение которых позволит достигнуть поставленной цели.

Гипотеза

Для получения мелкокристаллических шихтовых металлов и лигатур л необходимо обеспечить охлаждение их расплавов со скоростью более 10 °С/с. Такая интенсивность охлаждения достигается при получении шихты и лигатур в виде микрослитков (гранул, полос; чешуек). Применение микрослитков для модифицирования алюминиевых сплавов приводит к насыщению расплава газовыми и неметаллическими включениями. Поэтому изготавливать модифицирующие материалы необходимо в две стадии. Первая стадия -получение мелкокристаллических микрослитков. Вторая стадия - формирование из них компактной шихты. Возможными вариантами такой технологии являются получение и сварка алюминиевых гранул, послойная наплавка шихты и лигатур на быстроохлаждаемую твердую подложку.

Для подтверждения сформулированной гипотезы решались следующие задачи:

1. Исследование тепловых условий изготовления алюминиевых шихтовых металлов и лигатур послойной наплавкой в центробежных формах.

2. Исследование тепловых условий сварки алюминиевых гранул жидким присадочным металлом.

3. Разработка технологии послойной наплавки шихты в центробежную форму.

4. Разработка технологии сварки гранул жидким присадочным металлом.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Тепловые условия формирования шихтовых материалов и пути повышения интенсивности охлаждения слитков в центробежных формах.

2. Численный метод расчета скорости охлаждения наплавляемых слоев шихты в центробежных формах.

3. Технология наплавки алюминиевой шихты в центробежную форму в активной защитной атмосфере, состоящей из смеси аргона и трёх-хлористого фосфора.

4. Технология получения мелкокристаллических шихтовых материалов и лигатур сваркой алюминиевых гранул жидким присадочным материалом в поле центробежных сил.

Научная новизна:

1. Определены тепловые условия получения мелкокристаллических компактных шихтовых материалов и лигатур, показана необходимость изготовления их в две стадии:

- интенсивное охлаждение шихты в виде микрослитков;

- формирование компактной шихты сваркой гранул и наплавкой.

2. Установлено, что наиболее высокие скорости внешнего теплоотвода от расплавов при формировании центробежных слитков послойной наплавкой достигаются применением алюминиевых анодированных изложниц с промежуточным теплопроводящим слоем свинца. Определено, что скорость охлаждения наплавляемых слоев в зависимости от их толщин при послойном формировании шихты составляет 8-102 -1,5-104 °С/с.

3. Впервые установлено, что скорость охлаждения свариваемой шихты в зависимости от температуры гранул и жидкого присадочного мате

1 f. г\ риала, диаметра, гранул имеет значения 10 -10 С/с.

4. Установлено, что послойной наплавкой целесообразно изготавливать модифицирующие лигатуры типа Al-Ti с повышенной растворимостью легирующих компонентов в алюминиевой фазе при скоростях охлаждения выше Ю30С/с. Сваркой гранул предпочтительно изготавливать мелкокристаллические шихтовые материалы с невысокой склонностью к пересыщению легирующих элементов в алюминиевой фазе при скоростях охлаждения 103 - 106 °С/с типа Al-Si.

Практическая ценность

Предложенная технология обеспечивает получение мелкокристаллических шихтовых металлов и лигатур в центробежных формах со скоростями

О П выше 10 С/с и толщиной получаемых слитков более 8 мм.

Создано промышленно - экспериментальное оборудование для получения мелкокристаллических лигатур и шихтовых металлов. 7

Предложенная технология прошла апробирование в металлургическом производстве ОАО «Волгоцеммаш».

Апробация работы

Основные положения работы доложены и обсуждены на следующих конференциях:

Межреспубликанском научно - техническом семинаре, г. Владимир,

1994г.

IX Всероссийской конференции «Теплофизика технологических процессов», г. Рыбинск, 1996г.

X Всероссийской конференции «Теплофизика технологических процессов», г. Рыбинск, 2000г.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 12 научных работ, в том числе 2 патента и получено 1 положительное решение по заявке на выдачу патента РФ.

Структура и объём работы

Диссертационная работа состоит из аннотации, введения, 5 глав, выводов по работе, списка использованной литературы и приложений. Работа содержит 146 страниц, в том числе 49 рисунков, 15 таблиц, список литературы из 75 наименований. В приложении представлены акты внедрения и акты опытно-промышленного испытания предложенных технологий.

ВВЕДЕНИЕ

В последнее десятилетие в промышленности всё шире используются фасонные отливки из алюминиевых сплавов. Алюминиевые сплавы отличаются невысокой плотностью, высокой коррозионной стойкостью, хорошими литейными свойствами. Однако механические свойства алюминиевых отливок невысокие и для большинства литейных сплавов не превосходят 250 МПа [1] . Между тем тенденция к применению алюминиевых отливок с повышенными механическими свойствами всё расширяется.

Механические свойства отливок в сильной степени зависят от размера структурных составляющих отливок. Значительное измельчение зёрен, ячеек и дендритов способствует развитию поверхности границ и субграниц, действует как барьер на пути движения дислокаций и тем самым повышает прочностные свойства отливок. Повышение прочности при измельчении зерна не сопровождается охрупчиванием. Чем мельче зерно, тем труднее развиваются хрупкие трещины. Кроме того, измельчение структурных составляющих способствует понижению порога хладноломкости сплава [2].

Одним из самых распространённых способов измельчения структуры отливок является модифицирование. Модифицирование самых распространённых Al-Si сплавов позволяет повысить предел прочности на растяжение на 30% , а пластичность на 200-300%. [3]. Для большинства литейных и деформируемых сплавов в качестве модификатора используют лигатуры Al-Ti или алюминия с другими переходными металлами (Zr,V, Se). Кроме того, неплохие результаты показывает модифицирование Al епдавов мелкокристаллическими шихтовыми материалами [4].

Механизм модифицирования лигатурами алюминия с переходными металлами заключается в повышении количества центров кристаллизации за счёт частиц тугоплавких соединений, вносимых в расплав с модификатором. Эффективность модифицирования лигатурами определяется природой существования вводимых добавок, долей содержания их в твёрдом растворе, бинарном или сложном соединении, морфологией интерметаллидов, степенью их дисперсности и распределением. Таким образом, модифицирующие лигатуры оцениваются по количеству, форме и размерам интерметаллидных дисперсных частиц. [2].

Модифицирование мелкокристаллическими шихтовыми материалами основывается на явлениях наследственности в системе шихта-расплав-отливка. Количество унаследованных частиц в единице объёма расплава, обработанного мелкокристаллическими шихтовыми модификаторами, много больше, чем в необработанном расплаве. [4]. Унаследованные от структуры шихты дисперсные частицы в расплаве являются центрами кристаллизации при формировании отливки. Соответственно, чем дисперснее эти частицы в модифицирующей шихте, тем более измельченной будет структура отливок.

Однако получаемые в промышленности модифицирующие лигатуры и шихтовые материалы имеют достаточно крупнозернистое строение. Кроме того, в чушках шихты наблюдается химическая, структурная и фазовая неоднородность. Так увеличение толщины чушки А1-Т1 с 10 до 60 мм приводит к увеличению разброса по содержанию Т1 в центре и на краю чушки в ~3 раза. Особенно сильно структурная неоднородность наблюдается в лигатурах А1^г [4]. Использование этих лигатур для модифицирования не эффективно, так как их введение не значительно увеличивает количество центров кристаллизации при формировании отливок.

10

Крупнозернистое и неоднородное строение имеют и шихтовые металлы, применяемые для приготовления расплавов, поэтому их практически нельзя использовать в качестве модифицирующих материалов.

Всё это вызывает необходимость разработки и исследования способов измельчения структуры шихтовых металлов и лигатур.

Таким образом, целью данной работы является повышение качества алюминиевых модифицирующих материалов путём разработки технологии получения мелкокристаллической шихты.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Алюминиевые шихтовые металлы и лигатуры целесообразно изготавливать в два этапа. Первый этап - охлаждение, в процессе которого происходит затвердевание шихты в виде микрослитков со скоростями охлаждения выше 102 °С/с. Второй этап - формирование макрослитка из микрослитков. Использование такой шихты предотвращает загрязнение алюминиевых отливок неметаллическими включениями и газами.

2. Мелкокристаллические слитки шихты следует формировать сваркой гранул с использованием жидких присадочных материалов и послойной наплавкой в поле центробежных сил. Впервые для удаления оксидной пленки с гранул и наплавляемых слоев в процессе формирования шихты применена газовая смесь аргона и треххлористого фосфора. Продуктами взаимодействия РС1з и оксида алюминия, алюминия и основных легирующих элементов при температурах сварки и наплавки являются газообразные вещества, что обеспечивает качественное соединение шихтовых материалов без загрязнения их неметаллическими включениями.

3. Скорость охлаждения наплавляемой шихты определяется прежде всего тепловым сопротивлением изложницы, разделительного слоя, газового зазора и тепловым сопротивлением теплоотдачи. Для снижения этих составляющих целесообразно применять водоохлаждаемые изложницы с анодированной рабочей поверхностью. Установлено, что для предотвращения подплавления в зависимости от температуры заливки, толщина слоя А1203 должна составлять 50 - 200 мкм, а коэффициент теплоотдачи (5 - 15) 103 Вт/м2 °С.

4. Впервые для снижения контактного сопротивления на границе форма -слиток, применен промежуточный теплопроводящий слой свинца. В результате этого контактное сопротивление в центробежной форме уменьшается в 2,5 - 3,0 раза.

5. В результате численного решения системы дифференциальных уравнений охлаждения слитка при послойной наплавке определены зависимости скорости охлаждения шихты от интенсивности внешнего теплоотво-да и толщины наносимого слоя. Установлено, что скорость охлаждения шихты пропорциональна толщине наплавляемого слоя. Для получения наплавляемой многослойной шихты с одинаковой по толщине слитка скоростью охлаждения, толщина наплавляемого слоя должна быть равной корню квадратному из толщины предыдущего слоя.

6. Скорость охлаждения гранул определяется диаметром гранул и охлаждающей средой. Скорость охлаждения алюминиевых гранул при их распылении пневматическими форсунками в воздушную среду составляет 102 - 103 °С/с, в воду 103 - 105 °С/с, в криогенную среду 104 - 106 °С/с. Скорость охлаждения жидких присадочных материалов, в зависимости от размера гранул и температуры гранул и расплава при сварке, составляет 103 - 105 °С/с.

7. Послойная наплавка шихты обеспечивает повышение скоростей охлаждения в 10 раз по сравнению с получением её одновременной заливкой в л л центробежную форму и достигает значений 10 С/с. Размер а - фазы А1

- сплавов уменьшается в 3 - 4 раза и достигает значений 7-15 мкм. При формировании А1 - Т\ лигатур в 2-3 раза увеличивается количество интерметаллидных фаз (в виде сфероидов с размерами 5-7 мкм).

8. Сварка гранул жидким присадочным материалом в среде треххлористого фосфора обеспечивает получение шихты со скоростями охлаждения 103

- 106 °С/с с качественным соединением гранул. Размер а - фазы А1 - 81 сплавов составляет 3-7 мкм в зависимости от диаметра гранул. Сваренные А1 - Тл модифицирующие лигатуры имеют в 1,3-1,5 раза меньше количество интерметаллидных фаз размером 3-5 мкм, чем наплавленные, в связи с повышенной растворимостью титана в алюминии при данной интенсивности охлаждения, что делает их менее эффективными при модифицировании расплавов.

1. Строганов Г.Б. Высокопрочные алюминиевые сплавы. М.: Металлургия, 1985.216 с.

2. Келли А., Николсон Р. Дисперсионное твердение.: Пер. с англ. М.: Металлургия, 1966. 298 с.

3. Колобнев И.Ф., Крымов В.В., Полянский А.П. Справочник литейщика. М.: Машгиз, 1957. 482 с.

4. Никитин В.И. Наследственность в литых сплавах; Самар. гос. техн. ун-т. Самара, 1995. 248 с.

5. Никитин В.И. Систематизация специальных способов обработки шихтовых металлов // Экономия металла при конструировании и производстве отливок. Пенза, 1990. Вып. 3. С 21-26.

6. Афанасьев В.К., Никитин В.И. Структура и свойства алюминиевых сплавов в зависимости от условий подготовки шихтовых материалов // Литейное производство. 1976. №4. С. 16-17.

7. Крушенко Г.Г., Никитин В.И., Торшилова С.И. Повышение механических и технологических свойств алюминиевых сплавов // Цветная металлургия. НТБ. 1974. Nq 20. С. 34-36.

8. А. С. 412269 СССР, МКИ С 22 с 1/02. Способ подготовки шихты для получения литейных алюминиевых сплавов / В.И. Никитин, Г.Г. Крушенко и др. 1 с.

9. Литьё в кокиль/Под ред. А.И.Вейника, М: Машиностроение. 1980.415 с.

10. Вейник А.И. Теория затвердевания отливки. М.: Машгиз, 1960.436 с.

11. Вейник А.И. Теплообмен между слитком и изложницей. М.: Металлургия, 1959. 357 с.

12. Вейник А.И. Тепловые основы теории литья. М.: Машгиз, 1953. 384 с.

13. Кандалова Е.Г., Никитин В.И., Тюнилин А.Г. Критерии качества модифицирующей лигатуры на основе алюминия. Литейное производство, 1999, № 1. с. 25 - 27.

14. Патент № 163856. Польша от 17.07.90 г. МКИ В22Д15/00.

15. Рутман М.М., Черепок Г.В., Нонин М.М. О влиянии метода отливки лигатур на свойства слитков алюминиевых сплавов, отлитых непрерывным методом // Алюминиевые и специальные сплавы. М., 1966. Вып. 2. С. 147- 155.

16. Селезнёв Л.П. Пути повышения качества вторичных алюминиевых литейных сплавов//Цветные металлы. 1971. № 5. С. 68-71.

17. Hornung К.О., Langerweger I. Vorteile schnell erstarrter Aluminium -Gußlegierrungsmfsseln // Giesserei. 1972. 59. № 23. S. 686 690.

18. Селезнев Л.П., Боровицкая Г.П, Исследование наследственности структуры и свойств слитков, отлитых полунепрерывным методом // Науч. тр. ГИПРОЦМО. М., 1976. Вып. 47. С. 48-53.

19. Карножицкий В.И. Контактный теплообмен в процессах литья. К. Наук, думка, 1978. С. 300.

20. Батышев А.И. Кристаллизация металлов и сплавов под давлением. М., Металлургия. 1990. 144 с.

21. Борисов Г.П. Давление в управлении литейными процессами. Киев: Наук, думка. 1980. 272 с.

22. Никитин В.И. О влиянии качества шихтовых металлов на свойства лёгких сплавов//Цветные металлы. 1981. №6. С. 94-97.

23. Быстрозакаленные металлы / Под ред. Б. Кантора. М., Металлургия. 1983. 470 с.

24. R.W. Cahn, K.O.Krishnanand, M. Laridgani, V. Greenholz, В. Hill. Sei. Eng 23 (2/3), 83 (1976).

25. J.R. Bedell, Allied Chemical Corp, U. S. Patent № 3862658. Jan 28, 1975.

26. Добаткин В.И., Елагин В.И. Гранулируемые алюминиевые сплавы. М., Металлургия. 1981.176 с.

27. J.L. Walter, S.F. Bartram, R.R. Russell, submitted for publication.

28. H.S. Chen and D.E.Polk. J. Non. Cryet Solids 15, 174 (1974).

29. Турецкий A.B., Карбовский И.И., Микотина Н.Ф. Предварительная обработка лигатур для алюминиевого сплава // Литейное производство. 1991. №9. С. 12-13.

30. Вукелич С.Б. ФМиМ. 1976 т. 41, № 1. С. 218 - 220.

31. Вершинин П.И., Ковтунов А.И. Исследование тепловых условий формирования стальных патрубков в поле центробежных сил. ВИНИТИ № 1266-В 93. 1993. 14 с.

32. Кавнеристый Ю.К., Осипов Э.К., Трофимова Е.А. Физико химические основы создания аморфных металлических сплавов. М. 1983, 144 с.

33. A.C. 115 7758 (СССР) Устройство для непрерывного литья листа с аморфной структурой / авт. изобр. В.Г. Борисов, П.И. Вершинин, Ю.И. Бакрин заявл. 18.01.83. №35 46385/22-02 ДСП.

34. A.C. 110 6082 (СССР) Способ непрерывного литья полосы с аморфной структурой и устройство для осуществления / Авт. изобр. В.Т. Борисов, П.И.Вершинин, заявл. 27.05.82 №3444216/22-02 ДСП.

35. Чудин В.И., Тимохов А.П., Терентьев М.М., Сергеев A.B. Диффузионная сварка пустотелых конструкций из листовых высокопрочных алюминиевых сплавов. Сварочное производство. 1992. №10. С. 5-7.

36. Ищенко А.Я., Стретович А.Д., Лозовская A.B., Несмых B.C. Особенности диффузионной сварки алюминиевых сплавов. Автоматическая сварка. 1991. №6. С. 34-35.

37. Диффузионная сварка алюминия и алюминиевых сплавов. Пат. 4978054. США.

38. Шамугия З.А. Разработка технологии сварки и наплавки алюминиевых сплавов расплавленным присадочным металлом с фрезерованием кромок. Автореф. канд. дис. Тольятти 1989 г.

39. Ю.И. Столбов. Способ сварки и устройство для его осуществления. A.C. СССР № 650752.

40. Никитинский А.М. Пайка алюминия и его сплавов. М.: Машиностроение. 1983.192 с.

41. Есенберлин P.E. Пайка и термическая обработка деталей в газовой среде и вакууме. Д.: Машиностроение, Ленинградское отделение. 1972. 183 с.

42. Есенберлин P.E., Лоцманов С.Н., НайманС.А. Пайка в печах с газовой средой, содержащей трёххлористый фосфор. Сварочное производство. 1968. №5. С. 30-31.

43. Пайка в газовой смеси с добавлением трёххлористого бора и трёххлористого фосфора. Сварочное производство. 1968. № 11. С 32 -34.

44. Ковтунов А.И. Интенсификация охлаждения алюминиевых шихтовых материалов в центробежных формах. Тез. докл. X Всероссийской конференции: Теплофизика технологических процессов. Рыбинск. 2000. С. 9-10.

45. Ковтунов А.И. Особенности формирования алюминиевых шихтовых материалов в центробежных металлических формах / Наука, техника, образование г. Тольятти и Волжского региона. Метвуз. об. науч. труд. 42.2000. С. 157-160.

46. Алюминий. Металловедение обработки и пррименение. Пер. с англ. 1972.

47. Кутателадзе С.С. Теплопередача и гидродинамическое сопротивление. Справ, пособие. М.: Энергоатомиздат. 1950. 365 с.

48. Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена. Новосибирск: Наука. 1970. 270 с.

49. Лившиц Б.Г.Драпошин B.C., Линецкий Я.Л. Физические свойства металлов и сплавов. М. Металлургия. 1980. 320 с.

50. Конструкционные материалы. Справочник / Б.И. Арзамасов и др. Под общ. ред. Б.И. Арзамасова. — М.: Машиностроение. 1990. 668 с.

51. Физико химические свойства окислов / Справочник. Под ред. Г.В Самсонова. Из - во «Металлургия». 1969. 456 с.

52. Лукьянов Г.С., Никитин В.И. Алюминиевые лигатуры с мелкокристаллическим строением / Литейное производство. 1997. № 8 -9. С. 13-15.

53. Кандалова Е.Г., Никитин В.И., Тюкалин А.Г. Критерии качества модифицирующих лигатур на основе алюминия. Литейное производство. 1999. № 1. С. 25 27.

54. Затуловский С.С., Мудрук Л.А. Получение и применение металлической дроби.-М.: Металлургия. 1988. 183 с.

55. Лыков А.В. Теория теплопроводности. М. Государственное издательство технико теоретической литературы. 1952. 392 с.

56. Коцюбинский О.Ю. Расчёт охлаждения плоских отливок в форме.: Взаимодействие литейной формы и отливок. Сб.труд.изд. АН СССР. 1962. С. 31-32.

57. Анисович Г.А. Затвердивание отливки М.; «Металлургия» 1972

58. Чернявский К.С. Стереология в металловедении. М.; «Металлургия». 1977. 280 с.

59. Салтыков С.А. Стереометрическая металлография. Изд. 3-е. М.; «Металлургия». 1970. 376 с.

60. Распыление жидкостей. М.; Машиностроение. 1977.

61. Лышевский А.Л. Закономерности дробления жидкости механическими форсунками давления. Новочеркаск, из-во Новочеркасского политехнического института. 1961. 180 с.

62. Бородин В.А., Дитякин Ю.Ф., Ягодкин В.И. / О дроблении сферической капли в газовом потоке. 1962. № 1. С. 85 - 92.

63. Гордин К.А., Истратов А.Г., Либрович В.Б. К кинетике деформации и дробления жидкой капли в газовом потоке. Изв. АН СССР. МЖГ. 1969. № I.e. 1-8.

64. Кутателадзе С.С., Старикович М.А. Гидродинамика газожидкостных систем. Изд-во 2-е, перераб. и доп. М.; «Энергия». 1976.

65. Витман Л.А., Кацнельсон Б.Д., Палеев И.Н. Распыление жидкости форсунками. М.-Л., Госэнергоиздат. 1962

66. Подготовка поверхности алюминия и его сплавов под пайку и сварку в кислотных растворах. / A.M. Никитинский, В.Б. Челышев, И.М. Ванюшкинаи др. Сварочное производство. 1967. №29. С. 33 - 35.

67. Никифоров Г.Д. Металлургия сварки плавлением алюминиевых сплавов. М.: Машиностроение. 1972. 264 с.

68. Юдин С.Б., Левин М.М., Розенфельд С.Е. Центробежное литье. М.; Машиностроение. 1972. 280 с.

69. Специальные способы литья: Справочник / В.А. Ефимов, Г.А. Анисович, В.П Бабич и др. Под общ. ред. В.А. Ефимова. М.; Машиностроение. 1991. 436 с.

70. Глинка Н.Л. Общая химия: Учебное пособие для ВУЗов. 24-е изд./ Под ред. В.А.Рабиновича. Л.: Химия. 1985. 704 с.

71. Литейное производство цветных и редких металлов. Курдюмов A.B., Пикунов М.В., Чурсин В.М. М. «Металлургия». 1972. 496 с.

72. Краткий справочник физико химических величин. Под ред. Мищенхо К.П, Равделя A.A. Л. «Химия». 184 с.

73. Шпаков В.И. Прутковая лигатура Al-Ti-B для модифицирования AI Mg -Si сплавов / Литейное производство. 1997. №8-9. С. 16-18.

74. Вейник А.И. Термодинамика литейной формы. М.; Машиностроение. 1968. 336 с.

75. Вид внедренных результатов: Экспериментальная центробежная установка для получения мелкодисперсных шихтовых материалов в среде треххлористого фосфора.

76. Область и форма внедрения: Учебный процесс при подготовке студентов специализации «Оборудование и технология литейного производства»

77. Технический уровеньНИР: Получены патенты на изобретение М 2091194, 2090306

78. Акт внедрения по форме Р-10 ЦСУ организацией (предприятием) не представляется по причине отсутствия отчетности по форме Р-10

79. АКТ ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННОГО ИСПЫТАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ

80. Микроструктурным анализом полученной лигатуры установлено измельчение структуры и увеличение количества интерметаллидных фаз по сравнению со структурой стандартной промышленно-выпускаемой лигатуры.

81. АКТ ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННОГО ИСПЫТАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ

82. Проведенный микроструктурный анализ установил, что размер структурных составляющих алюминиево-кремниевой шихты измельчается в 10-20 раз по сравнению с размером структуры промышленных шихтовых материалов.

83. Предложенный технологический процесс изготовления шихты сваркой гранул обеспечивает повышение качества алюминиево-кремниевой шихты и позволяет использовать ее как модифицирующую лигатуру для алюминиево-кремниевых сплавов.1. Доцент ТолПИ1. А.И. Ковтунов

84. Гл. свгрйяк ОАО «Волгоцеммаш» с^йй^ Л.Ф. Башев