автореферат диссертации по металлургии, 05.16.04, диссертация на тему:Исследование закономерностей формирования отливок и разработка новых технологий прессования жидких сплавов

НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

-ч На правах рукописи

Для служебного пользования т»^/^ Экземпляр №

Марков Владимир Васильевич

Исследование закономерностей формирования отливок и разработка новых технологий прессования жидких сплавов.

Специальность 05.16.04 - Литейное производство.

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Нижний Новгород, 1998

Работа выполнена в Нижегородском государственном техническом университете

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Батышев А. И.

доктор технических наук, профессор Коростелев В. Ф.

доктор технических наук Ульянов В. А.

Ведущая организация - АО Нижегородский авиационный завод

"Сокол", г. Нижний Новгород

Защита диссертации состоится часов и

заседании диссертационного совета Д063.85.08 в Нижегородско государственном техническом университете по адресу: 603600, г. Нижни Новгород, ул. Минина, 24, корп.1, ауд. 1258.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородское государственного технического университета.

Автореферат разослан ^¿'сеШ^Рх 99/г.

Справки по телефону: 36-93-89

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук

Василье!

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Определяющая роль в развитии материального производства принадлежит машиностроению, основой которого являются технологические процессы получения деталей машин из разнообразных металлов и сплавов. Экономическая целесообразность любого технологического процесса, в первую очередь, определяется характером заготовки. Чем рациональнее заготовка, чем ближе ее размеры подходят к размерам готовой детали, тем меньше объем механической обработки, меньше расход металла, тем, следовательно, ниже конечная стоимость детали.

Этим требованиям соответствуют в значительной мере технологические процессы получения литых заготовок. Однако существующие литейные процессы не обеспечивают высоких физико-механических свойств отливок и поэтому часто не могут конкурировать с процессами, основанными на пластическом деформировании металла.

Одним из путей повышения качества литого металла является применение физических методов воздействия на кристаллизующийся металл, в тстности, давления.

Поэтому важнейшей задачей литейного производства является совершенствование существующих и создание новых технологических 1роцессов, совмещающих в себе способы литья и прессования, основанных на тучных и технических разработках в области влияния высоких давлений на сристаллизующийся металл, и их широкое внедрение в производство.

Цель и задачи работы. Исследование закономерностей процесса 1рессования жидких сплавов для повышения его эффективности и расширения >бластей применения.

Для достижения цели были поставлены и решены следующие задачи: исследование процесса течения расплава в полостях пресс-форм для различных типов отливок и установление параметров их бездефектного заполнения;

определение потерь давления, вызванных силовым взаимодействием отливки с пресс-формой и нахождением путей их снижения;

исследование неравномерности распределения давления в объеме прессуемых отливок и установление условий, исключающих появление в них усадочных дефектов;

определение усилий извлечения отливок из пресс-форм и их связи с параметрами процесса прессования;

- исследование закономерностей формирования структуры и свойств отливок, прессуемых из жидких сплавов;

- разработка технологических процессов, повышающих эффективность использования давления прессования;

- широкое внедрение результатов исследований и технологических и конструкторских разработок в производство.

Научная новизна. На основе анализа существующих данных выявлены основные параметры процесса, существенно влияющие на качество получаемых отливок.

Теоретически и экспериментально исследовано влияние давления и скорости прессования на течение расплава в каналах пресс-форм для различных типов отливок. Установлены причины возникновения дефектов заполнения. Найдены условия и принципы их создания, обеспечивающие бездефектное заполнение пресс-форм для широкой номенклатуры отливок.

Выявлено наличие значительных потерь давления прессования, вызванных' силами трения между отливкой и пресс-формой. Получены аналитические зависимости для расчета величины этих потерь, связанных с параметрами процесса и размерами прессуемой отливки.

Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена значительная неоднородность распределения приложенного давления в объеме прессуемой отливки, вызванная наличием сил трения, а также деформацией корки затвердевающего металла. Получены аналитические зависимости вертикального и горизонтального распределения сжимающих напряжений, позволяющие предвидеть возможность появления усадочных дефектов в прессуемой отливке.

Изучено влияние давления на формирование, макро- и микроструктуры отливок. Выявлены закономерности измельчения зерна и изменения фазового состава сплавов, кристаллизующихся под высоким давлением. Доказана взаимосвязь порогового значения давления для получения мелкозернистой структуры с технологическими параметрами процесса.

Установлены причины и условия ликвидации газовой и усадочной пористости в прессуемых отливках.

Практическая значимость. На основе проведенных экспериментальных и теоретических исследований разработаны критерии выбора параметров прессования на всех этапах процесса, обеспечивающих получение отливок

1ЫС0К0Г0 качества. Для обеспечения требуемых параметров разработаны и :онструктивно оформлены новые технологические процессы прессования: прессование с принудительным заполнением пресс-форм; встречное прессование; двойное прессование;

прессование в многоместных пресс-формах;

прессование сложнополостных отливок с разрушаемыми стержнями; прессование в разъемных пресс-формах.

Реализация результатов работы. Разработанные технологические роцессы прессования жидких сплавов внедрены на предприятиях Ьгжегородской, Ленинградской и Владимирской областей. Фактический кономический эффект от внедрения составил более 2х миллионов рублей в эд в ценах 1988 года.

Оказана консультативная помощь во внедрении процесса на заводах [овосибирской, Московской и Сумской областей.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались в 1966989 годах на втором съезде литейщиков, Всесоюзных научно-технических энференциях в Москве, Ленинграде, Киеве, Харькове, Одессе, Свердловске, также на региональных конференциях по использованию давления в итейном производстве в Горьком, Перми, Челябинске, Нальчике, ебоксарах.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 93 печатных (боты, из них 2 брошюры, 19 авторских свидетельств и 2 патента.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из ¡едения 6 глав, общих выводов, изложена на 305 страницах ншинописиого текста, иллюстрирована 89 рисунками и 7 таблицами, щержит библиографию из 194 наименований и приложения на 24 раницах.

Во введении обоснована актуальность работы, показана научная и эактическая значимость ее, сформулированы основные научные сложения, выносимые на защиту. Представленные в диссертации 1териалы обладают элементами новизны в методах подхода к решению >ставленных задач в изучаемой области и интерпретирования полученных зультатов.

1. Состояние вопроса

В литейном производстве давно замечено полезное значение ггаллостатического давления. Однако величина его незначительна, да и йствие проявляется только в период заливки. Качество же отливок

определяется, в основном, кристаллизационными процессами, на которьп металлостатическое давление практически не сказывается. Поэтому и возникл; идея кристаллизации отливок под повышенным давлением.

В начале для этой цели использовалось воздушное либо газово* давление. Однако технически сложно создать за короткий перио; формирования отливки такое давление значительной величины и удержать его Дальнейшие поиски в этом направлении привели к необходимое^ использования механического давления. Возник новый литейный процесс прессование жидких сплавов (жидкая штамповка). В нем величин; создаваемого давления ограничивается только возможностями оборудования 1 оснастки, поэтому оно оказывается весьма эффективным как на стадш заполнения форм металлом, так и на стадии кристаллизации отливок. Однакс недостаточность и разрозненность накопленных данных не позволяют широкс использовать этот процесс в производстве.

Исходя из этого, были сформулированы цели и задачи диссертационно! работы: .

- установление закономерностей заполнения расплавом полостей пресс-форм;

- исследование силового взаимодействия отливки с пресс-формой;

- установление закономерностей распределения давления в объем! прессуемой отливки;

- исследование влияния давления на кристаллизацию металлов и сплавов;

- изучение особенностей протекания газоусадочных процессов в прессуемо! отливке;

- разработка новых технологических процессов прессования;

- организация широкого промышленного внедрения процесса.

2. Объекты и методы исследований

Основными объектами исследований являлись процессы, протекающие при прессовании жидких сплавов, качество получаемых при этом отливок I новые технологии прессования.

При проведении исследований использовали широкоинтервальные 1 узкоинтервальные промышленные, алюминиевые сплавы и сплавы на мено£ основе, а также модельные сплавы на основе галия.

В качестве технологического оборудования применялись промышленные гидравлические прессы, серийно выпускаемые отечественно! промышленностью.

При решении задач использовались теоретические и экспериментальные методы исследований, принятые в литейном производстве и металловедении, а гакже специальные методы, такие как скоростная киносъемка, гензометрирование и осциллографирование.

В ходе работы были разработаны оригинальные методики для исследования процессов течения расплавов с использованием прозрачных пресс-форм, а также методики для изучения распределения сжимающих напряжений в объеме прессуемой отливки.

3. Заполняемость пресс-форм при прессовании жидких сплавов

Заполнение пресс-форм при прессовании жидких сплавов происходит в эезультате внедрения пуансона в предварительно свободно залитый в матрицу щи специальный металлоприемник расплав за счет рабочего хода •идравлического пресса. С учетом специфики номенклатуры отливок, юлучаемых данным процессом, следует предположить преимущественно юртикалыюе движение расплава в рабочих полостях пресс-форм. Для :ачественного заполнения необходимо обеспечение двух условий: сплошности ютока расплава и его достаточной текучести за весь период формообразования >тливки. Эти условия обеспечиваются, в основном, двумя главными [араметрами процесса: скоростью прессования и давлением прессования.

Особенностью данного процесса является то, что скорость течения >асплава через любое горизонтальное сечение полости пресс-формы во столько 1аз больше или меньше скорости рабочего хода гидравлического пресса, во колько площадь горизонтального сечения пуансона, внедряющегося в досматриваемый момент в расплав, соответственно меньше или больше [лощади этого сечения и не зависит ни от каких-либо других параметров [роцесса.

Р

V = V , (1)

Р пр р ' '

де Ур

- скорость течения расплава в рабочей полости пресс-формы; -скорость рабочего хода пресса; Рр - площадь горизонтального сечения рабочей полости пресс-формы; Рпр - площадь горизонтального сечения пуансона.

При этом многообразие отливок может быть сведено к нескольким характерным случаям: равностенные, с изменяющейся по высоте толщиной стенки и с переменной толщиной стенки в горизонтальном сечении.

Для отливок с постоянной по высоте толщиной стенки при заполнении кольцевого канала постоянного сечения скорость течения расплава будет равномерной по всей высоте отливки.

где I*. - наружный радиус отливки; г - внутренний радиус отливки.

Это обеспечит спокойное равномерное поднятие уровня расплава в пресс-форме и бездефектное ее заполнение.

Если же толщина стенки отливки не постоянна, а изменяется по какому-либо закону по высоте отливки, то вместе с ней будет изменяться и площадь горизонтального сечения полости пресс-формы. При этом каждому уровню подъема расплава будет соответствовать своя скорость его течения при постоянной скорости опускания пуансона. Заполнение пресс-формы будет происходить с неравномерной скоростью, причем закономерность ее изменения соответствует закону изменения толщины стенки по высоте отливки.

Если принять изменение толщины стенки цилиндрической отливки по линейному закону:

Яг =11,3^.2, (3)

н

где 112 - наружный радиус отливки на высоте Ъ\ Я, - наружный радиус отливки в нижней части; - наружный радиус отливки в верхней части; Н -высота отливки, то площадь сечения полости пресс-формы на высоте Ъ определится как:

Рг=7С.^1+Ь^±.2]2-ет2( (4)

а соответствующая ей скорость течения расплава:

Согласно зависимости (5) скорость течения расплава в пресс-форме возрастает с уменьшением толщины стенки и убывает с ее увеличением.

Однакр если в первом случае сплошность потока сохраняется при любой скорости прессования, то во втором случае для этого требуется соблюдение определенного условия. Это объясняется тем, что поток жидкости, свободно вытекающий из какого-либо объема через пропускное сечение вверх, подвержен действию векторов двух скоростей: начальной скорости и скорости свободного падения. Следовательно, скорость течения расплава в пресс-форме на высоте Ъ определяется выражением:

(6)

где Унач - скорость потока на высоте Н=0, а соответствующая площадь сечения потока расплава:

V -Б

р _ упр *пр

■Г п п т~ __

(7)

Исходя из этого условие сплошности потока расплава в полости пресс-формы на высоте 7. записывается как:

* р "-■'пот

или после соответствующих преобразований:

Л1+-

Н

,2у-

-г2

Н

(8)

(9)

11?-г'

Невыполнение этого условия приводит к незаполненности части полости пресс-формы в рассматриваемом сечении, разрывам потока расплава и, как следствие, к дефектам в отливках.

При переменной толщине стенки в горизонтальном сечении отливку можно представить как сумму смежных каналов различной толщины, заполняемых одновременно из одного объема. Различие в гидравлических сопротивлениях приведет к неравномерному поднятию уровня расплава в каналах. Эта неравномерность вытекает из закона распределения давлений в вязкой жидкости при погружении в нее осесимметричного тела:

йЪ

н(к2+г2)-1п^-(я2-г2)

где ц - вязкость расплава.

2

Решение этого уравнения для случая заполнения двух смежных каналов толщиной Ь, и Ь2, где Ь, = II, -г и Ь2 = Я2 -г дает соотношение:

(п)

Из него следует, что каналы большой толщины заполняются значительно быстрее тонкостенных. После заполнения толстостенных тонкостенные каналы начинают заполняться одновременно как из исходного объема, так и из толстостенных каналов. Это приводит к появлению внутри потока изолированных воздушных мешков и, как следствие, неслитинам в отливках.

Рассмотренные выше закономерности отражают процесс заполнения пресс-форм расплавом постоянной вязкости, что имеет место при условии его изотермического течения. Такое условие допустимо при небольшом отношении протяженности каналов к их толщине. При тонкостенных отливках большой высоты выбор скоростей прессования обусловливается дополнительно теплофизическими факторами процесса, приводящими к потере текучести расплава. Если допустить возможность течения расплава вплоть до температуры солидуса с учетом высоких давлений прессования, то условие заполнения цилиндрической кольцевой отливки записывается как

а.„ - (Я +г)

--V „ „ х . (12)

г "СЭф- р- 1п-

Т -Т

1 СОЛ 4 пру

где аср - средний коэффициент теплоотдачи за период течения; С>ф -эффективная удельная теплоемкость расплава; р - плотность расплава; То -начальная температура расплава; Тпр - средняя температура пресс-формы за период течения; Т««, - температура солидуса.

Для обеспечения требуемых скоростей течения необходимо определенное давление прессования для преодоления сопротивления, возникающего при погружении пуансона в расплав. Сила сопротивления, действующая на тело, вытесняющее вязкую жидкость в цилиндрический кольцевой канал, складывается из силы трения на боковой поверхности и силы от давления на донную часть погружаемого тела. Величина давления для преодоления этого сопротивления рассчитывается по зависимости:

р =

г

Н-(я2+г2)

(г2 • Н - Я2 • Н + Л2 ■ Ь0)3 (к2 +12) -ь ^ -(к2 -г2)

,(13)

где Ьо - первоначальный уровень залитого в пресс-форму расплава. В таблице 1 приведены результаты расчетов применительно к заполнению каналов различной толщины.

Таблица 1

ц, Н'М/с 0,002

Угр, м/с 0,1

г, м 0,05

Н, м 0,1

И,м 0,051 0,0518 0,0526 0,0534 0,0542 0,055 0,0566 0,0574 0,0582 0,059

Р, Па 6784,32 2305,26 1055,45 573,21 347,76 228,03 158,37 114,97 84,45 66,89

Как следует из таблицы величины давлений, обеспечивающих течение >асплава в каналах пресс-форм, незначительны и составляют лишь небольшую (олю от обычно применяемых давлений прессования, поэтому в этом процессе [егко заполняются даже каналы толщиной порядка 1 мм.

Для проверки установленных закономерностей были проведены ксперименты с использованием прозрачных пресс-форм. При проведении их [рименялись сплавы на основе галия, температура плавления которых фактически не отличается от комнатной температуры, что обеспечивало [зотермичность течения расплава. Результаты, полученные при скоростной :иносъемке процесса заполнения пресс-форм, показали наглядно характер ечения в различных каналах и картину образования дефектов заполнения. Соответствующие эксперименты были проведены и на промышленных тливках с использованием промышленных алюминиевых сплавов. В отливках аюсе образовывались дефекты заполнения, вероятность возникновения оторых устанавливается на основе приведенных выше закономерностей.

Таким образом и аналитическим рассмотрением и экспериментальным утем установлена необходимость регулирования скоростей прессования в ассматриваемом процессе. Однако используемые гидравлические пресса меют только одну скорость рабочего хода, а следовательно, при радиционной технологии обеспечивают одну скорость течения расплава для

конкретно выбранной отливки. С целью исключения этого несоответствия требуются разработки принципиально новых технологий прессования, позволяющих при имеющейся скорости рабочего хода применяемого гидравлического пресса создать требуемую скорость заполнения пресс-формы для любой отливки.

4. Силовые характеристики процесса

Основным технологическим фактором, определяющим эффективность прессования жидких сплавов, является давление прессования, определяемое по усилию пресса и площади горизонтальной проекции прессуемой отливки. Принято считать, что именно такое давление действует на всю отливку в течение всего процесса прессования.

Однако применяемые на практике давления 80-180 МПа превышают предел текучести алюминиевых сплавов при высоких температурах и, тем не менее, отливки из них иногда оказываются непропрессованными. Известно также, что размеры отливок влияют на эффективность приложенного давления.

Следовательно, существует сила, снижающая давление прессования. Этой силой служит сила трения на поверхности контакта между отливкой и пресс-формой, действительно связанная с размерами отливки. Для невысоких отливок можно допустить равномерность распределения сил трения по высоте, вызванную равномерным давлением отливки на стенки пресс-формы. При значительной высоте отливок трение их о стенки пресс-формы постепенно снижает давление прессования, а соответственно и давление на стенки пресс-формы. Полное давление прессования прикладывается только к верхним слоям отливки под пуансоном, а затем оно экспоненциально снижается к донной части отливки. В той же мере убывает и сила трения. Полная величина силы трения определяется по зависимости:

FTp=P-S-

-fq>—н

1-е s

\

(14)

где К,р - сила трения; Р - давление прессования; Б - площадь горизонтального сечения отливки; Г - коэффициент трения материала отливки по материалу пресс-формы; ср - коэффициент передачи бокового давления; П - периметр горизонтального сечения отливки; Н - высота отливки.

Для экспериментальной оценки сил трения была разработана специальная установка, в которой усилия от этих сил воспринимаются

специальными опорами с тензорезисторами, установленными под матрицей, суммируются и поступают через тензометрический усилитель на многоканальный светолучевой осциллограф. Методика позволяет не только измерить общую величину силы трения, но и проследить динамику ее изменения за период прессования. Результаты экспериментов представлены на рис. I.

При проведении экспериментов было оценено влияние на величину силы трения давления прессования, времени выдержки расплава в пресс-форме до приложения давления, состояния рабочей поверхности пресс-формы, типа смазки, характера прессуемой отливки. Прессовались отливки из узкоинтервального сплава АК12 и широкоинтервального АМ5. Установлено, что потери на трение составляют до 30% от общего усилия прессования. На основании анализа полученных в экспериментах осциллограмм выданы рекомендации по режимам прессования, снижающим потери на трение.

Для проверки положения о неравномерности распределения давления прессования по высоте отливки в стенку матрицы пресс-формы устанавливались семь точечных (штифтовых) мессдоз на равном расстоянии цруг от друга по высоте, сигналы с которых как и в предыдущем случае записывались многолучевым осциллографом. Построенные по результатам эксперимента графики подтвердили правильность аналитических рассмотрений о значительном снижении давления прессования в нижней части этливки. Это приводит к неравномерности свойств отливок, особенно имеющих большое отношение высоты к диаметру. I

На преодоление сил трения между отливкой и пресс-формой расходуется меть давления прессования. Оставшаяся за вычетом силы трения часть расходуется на прессование отливки, которая к моменту приложения давления тредставляет из себя сложную систему, состоящую из нескольких зон от юлностью затвердевшего металла до жидкого при высокой температуре. Хотя сарактер таких зон и их взаимное расположение определяют многочисленные •ехнологические факторы процесса, главным из которых является интервал .атвердевания сплава, однако с определенной степенью допущения отливку к моменту приложения давления можно представить как сосуд, наполненный кидкостью, подвергаемый осевому сжатию. Поэтому давление прессования, фикладываемое непосредственно к отливке, расходуется на пластическую 1еформацшо уже затвердевшего металла и на прессование затвердевающего 1еталла центральной зоны. Учитывая возрастающую толщину затвердевшей

9 12 15 18 21 24 27 с

Сплав Ал2 (АК12)

14, кН 400

360

320

280

240

200

160

120

80

40

! 1

т

л . 1

- ---- _ _

0 5 9 121518 212427 г

Сплав Ал7 (АМ5)

Рис. 1.Осциллограммы усилий, действующих во время прессования: 1 - усилие на пуансоне; 2 - усилие в донной части; 3 - сила трения

части отливки, а, следовательно, и величину усилия на ее деформацию, следует заключить, что затвердевание отливки протекает при переменном уменьшающемся давлении, величина которого для сплошной цилиндрической

отливки определяется выражением:

Рпр = ' (15>

где Рпр - давление прессования затвердевающего металла; <Зпр - усилие, развиваемое прессом; с3Тп - предел текучести материала отливки при температуре поверхности контакта отливки с пресс-формой; II. - наружный радиус отливки; го - радиус затвердевающей зоны.

Исходя из этого возможны случаи, когда на трение и пластическую деформацию в сумме потребуется усилие, превышающее усилие гидропресса. В этом случае отливка окажется непропрессованной и в ее центральной части возникнут усадочные дефекты. Размер зоны непропрессовки для сплошной цилиндрической отливки определяется из выражения (15) при Рпр=0:

И

Го = "Г,

—+2К2-(3"р~тРтр , (16)

4 тг-с^

3

а условие ее возникновения записывается как:

дпр-Ртр<|-я-К2-а1" . (17)

Для экспериментального исследования горизонтального распределения сжимающих напряжений в сплошной цилиндрической отливке была разработана специальная конструкция пресс-формы, в которой плоский пуансон, а также донная часть матрицы представляли из себя сумму колец, последовательно надетых на центральный стержень. Каждое кольцо воспринимало усилие только одной определенной зоны отливки. Усилие от центральной зоны передавалось на центральный стержень. Величина усилий измерялась высокотемпературными тензорезисторами, показания которых записывались в течение процесса прессования многоканальным осциллографом. По результатам экспериментов построены эпюры распределения давления в горизонтальном сечении отливки для различных периодов прессования. Эпюры ясно показывают постепенное

перераспределение давления прессования по зонам отливки, а также общую тенденцию к снижению его в центральной части.

Силы трения играют значительную роль не только процессе прессования отливки, но и при удалении ее из пресс-формы. Трудности, возникающие при этом, вызывают серьезные нарушения технологического процесса и даже невозможность его осуществления. Причина этих затруднений заключается в том, что в процессе прессования отливки пресс-форма испытывает состояние упругого растяжения, вследствие чего размеры ее внутренней полости, оформляющей отливку, несколько увеличиваются. После снятия давления прессования пресс-форма и отливка оказываются в состоянии натяга, что приводит к возникновению на поверхности их соприкосновения контактного давления. Это давление и вызывает силы трения, затрудняя удаление отливки из пресс-формы. Усилие извлечения сплошной цилиндрической отливки определяется по зависимости:

_Еот-[11?-(1 + ц,,р)+11|-(1-Цпр)1_(18)

Вот -[^1 • (1 4-Ц„р) + к| -(1 - ц„р)] + Епр .[я? -(I + дот) + -(1 -Мот>] '

где Я, - наружный радиус матрицы; 112 - внутренний радиус матрицы; Еот ■ модуль упругости материала отливки; Епр - модуль упругости материал! пресс-формы; цот - коэффициент Пуассона материала отливки; Цщ, • коэффициент Пуассона материала пресс-формы. Такое усилие требуется только в момент снятия давления прессования При задержке извлечения отливки и ее охлаждении в пресс-форме усилие извлечения снижается, так как снижается величина натяга вследствие усади отливки.

При получении полых кольцевых отливок поршневым прессование» возникают дополнительные силы трения на поверхности контакта отливки с< стержнем. В этом случае усилие извлечения в момент снятия давлена прессования увеличивается на величину: (Звт = 2я-113 -Н-Гср-Р-

_Еот-(1-цет)-(я1-^) _(19)

Е 0 т • [».1 • (1 - цс т) - Я §-0 ~ И с т)] + Е с т' ^ 2 ' (1 + И о т) + Лз ■ (1 ~ Ц о ,)]' где К3 - радиус стержня; Ес, - модуль упругости материала стержня; ц^-коэффициент Пуассона материала стержня.

Естественно, усилие снятия отливки со стержня по мере развития ее усадки увеличивается, поэтому полые отливки рекомендуется извлекать из пресс-формы немедленно после снятия давления прессования.

Особенно важными вопросы извлечения отливок из пресс-форм становятся при пуансоном прессовании глубокополостных отливок. В этом случае силы трения на поверхностях контакта отливки с пуансоном и матрицей при подъеме пуансона будут иметь разную векторную направленность. В зависимости от того, какие силы окажутся превалирующими, отливка либо удержится в матрице, либо извлечется из нее пуансоном. В первом случае удаление отливки из матрицы осуществляется также, как и сплошной отливки выталкивающим цилиндром. Во втором случае для снятия отливки с пуансона требуется наличие специального съемника, что значительно усложняет конструкцию пресс-формы и может быть оправдано лишь при принципиальной невозможности удержания отливки в матрице. В любом случае при прессовании конкретной отливки должен гарантированно выполняться вариант удаления отливки, предусмотренный разработчиком процесса, а это невозможно без точного учета сил трения.

Для непосредственного измерения усилий извлечения отливки тензометрические датчики устанавливались непосредственно на шток выталкивающего гидроцилиндра и их показания записывались осциллографом. В экспериментах исследовали влияние на усилие извлечения отливки давления прессования, времени выдержки под давлением, времени выдержки в пресс-форме после снятия давления прессования, высоты отливки, а также смазок, используемых при прессовании. Результаты экспериментов подтвердили зависимость величины усилия извлечения от этих параметров. На основе анализа осциллограмм были выданы рекомендации для конкретных типов отливок, обеспечивающие их гарантированное извлечение по предусмотренной технологии.

5. Особенности кристаллизации металлов и сплавов под высоким давлением

В литейном производстве процесс перехода металлов и сплавов из жидкого состояния в\ твердое рассматривается обычно как результат отвода тепла от расплава и понижения его температуры. Однако основным параметром, определяющим состояние вещества, является не температура, а его удельный объем. Это вытекает хотя бы из того обстоятельства, что при

18 I I

температуре кристаллизации и жидкий металл и твердый существуют одновременно и отличаются друг от друга всего лишь разным удельным объемом.

Переход вещества из жидкого состояния в твердое сопровождается, как правило, уменьшением его объема. Таким образом, влияние на кристаллизацию отвода тепла от жидкого металла является косвенным через изменение объема. Это позволяет рассматривать процесс кристаллизации как простой процесс сжатия.

Однако, эффект уменьшения объема можно получить также за счет приложения к жидкому металлу внешнего давления. Проводя изменения объема в непосредственной близости состояния фазового! равновесия, можно вызвать фазовые переходы в металле только за счет приложения давления не изменяя его теплосодержания и температуры. Давление в этом смысле должно быть даже более эффективно, учитывая относительную малость того интервала, в пределах которого вообще возможно изменение объема без нарушения состояния веществ. Роль давления, определяющего состояние вещества наряду с температурой, не учитывается по той причине, что изменение температуры осуществляется технически гораздо легче и в более широких пределах, чем изменение давления. Однако кристаллизацию при прессовании отливок из жидких сплавов можно приближенно рассматривать как процесс, осуществляющийся в результате сжатия жидкого металла вследствие достаточно высоких значений применяемых давлений. Прикладывая к жидкому металлу высокое давление, мы уменьшаем его удельный объем, что равносильно переводу металла в другое тепловое состояние, отвечающее более низкой температуре, так как каждому удельному объему соответствует и определенное тепловое состояние.

Переход металла в другое тепловое состояние при приложении давления проявляется в изменении температуры его кристаллизации. Количественные расчеты такого изменения обычно выполняются на основе термодинамического анализа по известной формуле Клаузиуса-Клалейрона. Однако экспериментальные данные многих исследователей не подтверждают получаемые при этом расчетные величины. Поэтому в работе предложен другой метод расчета, основанный на дырочной теории плавления ,Я.И. Френкеля. По этому методу зависимость температуры плавления металлов под давлением определяется как

ТР=Т0-

Ч ^суб л >

(20)

где Тр - температура плавления металла под давлением; То - температура плавления металла при отсутствии давления; г - атомный радиус; N0 -число Авогадро; Цувл - теплота сублимации.

Величины Тр, рассчитанные по зависимости (20), весьма близки к экспериментальн ым.

В практике производства отливок в основном приходится иметь дело не с чистыми металлами, а со сплавами. Точный расчет изменения температур плавления под давлением для многокомпонентных сплавов представляет весьма сложную задачу. Однако значительную часть промышленных сплавов условно можно считать двухкомпонентными системами. Для наиболее характерной эвтектической точки такой системы изменение температуры плавления под давлением моя$ет быть рассчитано по зависимости:

ат^Уь-(хр-ха)-у'-(х,>-х1,)-уР-(хь-хв1) <1Р н'--(хр-ха)-н«.(х(1-х1.)-н1,.(х1.-хв) Е'

где а, р и Ь - фазы сплава; V - мольный объем; Н - мольная энтальпия; X -. концентрация второго компонента; Те - температура плавления эвтектики при отсутствии давления.

Изменение температуры плавления является главным фактором, определяющим особенности кристаллизации металлов и сплавов под давлением. Эти особенности, в первую очередь, связаны с возможностью получения мелкозернистой структуры во всем объеме прессуемой отливки. Однако эти возможности могут быть реализованы только при определенных условиях. Каждой температуре жидкого металла, подвергающегося прессованию, соответствует порог давления, ниже которого оно не будет эффективным в отношении измельчения зерна. Возможны два варианта кристаллизации под давлением. В первом температура кристаллизации под давлением остается ниже температуры жидкого металла. Поэтому кристаллизация несмотря на приложенное давление определяется скоростью отвода тепла в пресс-форму и только смещается в область более высоких температур. Измельчения зерна за счет действия давления не произойдет.'

Положение коренным образом меняется, когда температура кристаллизации под давлением становится выше температуры расплава,

подвергающегося прессованию. При этом весь объем расплава оказывается переохлажденным относительно новой температуры, что, естественно вызовет его кристаллизацию. И чем большее давление будет приложено к расплаву или ниже будет температура самого расплава, тем большее переохлаждение будет достигнуто и тем, следовательно, образуется более мелкозернистая структура. Создаются условия для перехода из жидкой фазы в твердую без охлаждения. При этом как бы ни высока была температура жидкого металла с помощью достаточно высокого давления его всегда можно закристаллизовать.

Действие давления на кристаллизацию может быть заметным даже при сравнительно невысоких его значениях, если жидкий металл имеет температуру, близкую к температуру кристаллизации. Еще более ощутимые результаты получаются, если переохладить расплав до температуры ниже равновесной без кристаллизации и затем приложить давление. В этом случае действие давления в отношении измельчения зерна окажется наиболее эффективным.

Установленные закономерности влияния давления на величину зерна были экспериментально подтверждены исследованиями макро- и микроструктур отливок, получаемых при различных температурных и силовых параметрах процесса. Так при давлении в 200 МПа и температуре заливаемого в пресс-форму сплава ЦА4М1 450°С макроструктура представляла из себя сплошную зону крупных столбчатых кристаллов, обычно наблюдаемую при литье в кокиль перегретого металла. IПри снижении температуры заливки до 400°С макроструктура представлена двумя зонами: наружной зоной, сформированной до приложения давления и внутренней сплошной зоной мелких однородных кристаллов.

Наличие четкой границы между этими зонами свидетельствует о резком изменении условий кристаллизации, то есть о переходе всего объема расплава в переохлажденное состояние. '

Для исследования микроструктур отливки из сплава А1 с 8% 81, заливаемого в пресс-форму без перегрева, изготовлялись при различных давлениях прессования с шагом в 20 МПа. Постепенное непрерывное измельчение зерна подтверждает влияние величины давления на достигаемое переохлаждение при кристаллизации. ■

Однако величина приложенного давления при каждой температуре определяет только возможность достижения соответствующего переохлаждения. Чтобы эта возможность превратилась в действительность

необходима еще и определенная скорость набора давления, создающая высокую скорость прохождения интервала переохлаждения. Количество закристаллизовавшегося металла при каждом переохлаждении определяется величиной этого переохлаждения и временем нахождения металла при этом переохлаждении. При малых скоростях прохождения интервала переохлаждения весь расплав успевает полностью закристаллизоваться при незначительных переохлаждениях, так как время пребывания расплава в этой температурной области достаточно для полной кристаллизации. С увеличением скорости прохождения интервала переохлаждения период пребывания расплава при каждом переохлаждении становится недостаточным для завершения процесса кристаллизации и расплав переходит в область более глубоких переохлаждений, где кратковременность его нахождения компенсируется большой скоростью кристаллизации. Поэтому, чтобы достигнуть переохлаждения, определяемого величиной приложенного давления для каждой температуры расплава необходимо создать такую скорость нарастания давления, которая бы превышала скорость кристаллизации в течении всего процесса прессования. В противном случае расплав успеет закристаллизоваться еще до того, как давление достигнет полной величины и ожидаемого измельчения зерна не произойдет.

Влияние давления при кристаллизации сказывается не только на величине зерна, но и на растворимости легирующих элементов в основе сплава. Изменение взаимной растворимости компонентов сплава при переходе его из жидкого состояния в твердое обусловливается так называемой первичной или кристаллизационной диффузией, которая в отличие от обычной диффузии ведет не к выравниванию, а к нарушению однородности сплава. При этом происходит перемещение атомов компонентов сплава на значительные расстояния.

Приложение давления увеличивает вязкость расплава вследствие сокращения свободного объема. Это неизбежно вызывает затормаживание первичной диффузии, которая начинает отставать от скорости кристаллизации. В результате часть легирующего элемента, которая не успела выделиться в процессе кристаллизации из основы сплава, остается в твердом растворе. Очевидно, прикладывая достаточно высокие давления к расплаву, можно вызвать его бездиффузионную кристаллизацию. Дня этого расплав надо сжать таким давлением, при котором скорость роста кристаллов исходного состава

становится больше скорости перераспределения компонентов через границу растущий кристалл-расплав.

Повышение температуры плавления и увеличение растворимости легирующих компонентов под давлением вызывают изменения в диаграммах состояния. Изменения становятся особенно значительными, когда легирующим компонентом является аномальный элемент, температура плавления которого под давлением не повышается, а снижается. Такое положение вызывает смещение эвтектической точки в сторону увеличения концентрации в эвтектике легирующего элемента. Величину этого смещения можно определить по уравнению логарифмики растворимости Шредера, представляющему из себя систему двух уравнений:

где х - мольная концентрация компонента А; (1-х) - мольная концентрация компонента В; Од и Qb - мольные теплоты плавления компонентов А и В; ТА и Тв - температуры плавления компонентов А и В; Т - температура плавления сплава.

Расчеты, выполненные на этой основе для бинарной системы Al-Si, в которой Si является аномальным элементом, показывают, что смещение эвтектической точки происходит в сторону Si на величину 0,002% на 1 МПа прилагаемого давления.

Изменение растворимости легирующих элементов и их эвтектической концентрации приводит согласно правилу, отрезков к тому, что при кристаллизации под давлением увеличивается количество a-фазы в бинарных сплавах при одновременном снижении количества эвтектики. В многокомпонентных сплавах возникает возможность появления новых фаз, что равносильно синтезу новых сплавов.

Помимо влияния на зерновой и фазовый состав давление способствует значительному повышению плотности отливок. Неплотности в структуре отливок, как известно, обусловливаются прежде всего наличием газовых пор, которые образуются вследствие снижения растворимости газов при кристаллизации. Согласно закону Сивертса приложение давления увеличивает растворимость газов в твердом и жидком металлах. Принимая во внимание

(22)

(23)

еличицы давлений, применяемых при прессовании жидких сплавов, юстигаемая растворимость в 30-40 раз превосходит предельную >астворимость газов при атмосферном давлении. Выделения газов при .ристаллизации не происходит и з отливках полностью отсутствует газовая юристость.

При прессовании жидких сплавов отливки практически полностью ;вободны и от усадочной пористости. Имеет место либо прямое ;прессовывание пустот, возникающих в отливке в период кристаллизации, шбо проталкивание жидкого металла в образующиеся поры при ^возможности прямого прессования. С учетом давлений прессования в 180100 МПа, применяемых в процессе, расплав может проникать в поры размером 10 нескольких микрон и заполнять их. Остающиеся незаполненными ликропоры практически не влияют на плотность отливок и их плотность, считывая полное отсутствие газовых пор, становится сравнимой с плотностью 1роката. Такие отливки могут с успехом работать в условиях повышенного ^азового или гидравлического давления. Величина гидравлического давления, зыдерживаемого отливкой, полученной прессованием жидких сплавов, рассчитывается по зависимости:

Рр=-^-Р„р. (24)

См

где Рр - гидравлическое давление; стр - поверхностное натяжение рабочей жидкости; ст„ - поверхностиое натяжение сплава; Рпр - давление прессования.

Для количественной оценки влияния давления прессования на газоусадочные процессы были проведены экспериментальные исследования, в которых определялись плотность и герметичность отливок из узкоинтервальных и широкоинтервальных сплавов, прессуемых различными давлениями. Определение плотности производилось методом гидростатического взвешивания. Для испытаний на гидроплотность из полученных отливок изготовлялись втулки с толщиной стенки Змм, которые и испытывались давлением воды до появления течи. Результаты соответствующих испытаний представлены в таблицах 2 и 3.

Таблица 2

Плотность отливок, прессованных из жидких сплавов

Давление прессования, МПа Плотность, кг/м3

Сплав Al + 2%Si Сплав Al + 8%Si

1 2 3

0 2656 2648

80 2663 2662

100 2668 2668

120 2674 2671

140 2677 2674

160 2679 2675

180 2680 2675

200 2680 2675

Таблица 3

Гидрошютность отливок, прессованных из жидких сплавов

Давление Гидроплотность, МПа

прессования, МПа Сплав Al + 2%Si Сплав Al + 8%Si

1 2 3

0 5 4

'60 6 8,5

80 7 10

100 8 11

120 10 12

140 12,5 12,5

160 12,5 12,5

Из данных таблиц следует, что максимальная плотность у сплавов ш алюминиевой основе достигается при давлениях прессования 160-180 МПа причем эти значения несколько ниже для широкоинтервальных сплавов пс сравнению с узкоинтервальными. Такая же тенденция наблюдается и I отношении гидроплотности, однако методика испытаний не позволил: получить данные по максимальной гидроплотности, так как при давления? воды порядка 12,5 МПа испытуемые образцы начинали терять прочность бе: потери герметичности.

6. Разработка новых технологий прессования и внедрение их в производство

Установление закономерностей прессования жидких сплавов, юдтвержденных экспериментальными и практическими исследованиями, юзволило выработать новые критерии получения отливок этим процессом. Эти критерии позволяют как повысить эффективность существующих радиционных технологий, так и разработать принципиально новые, игачительно расширяющие возможности рассматриваемого процесса и ювышающие качество отливок.

В целях улучшения пропрессовки нижней части отливок, имеющих 5ольшое отношение высоты к диаметру, разработана технология встречного грессопания, в которой давление к отливке прикладывается одновременно и со зтороны пуансона и со стороны донной части. Это достигается установкой матрицы пресс-формы на пружинных элементах, обеспечивающих зозможность ее вертикального перемещения. В результате максимальные цавления прессования прикладываются к верхней и нижней частям отливки, а минимальные к ее середине. Однако минимальные давления прессования в этом случае оказываются вдвое выше тех, которые бы наблюдались в донной части отливки при обычной технологии.

Для отливок с большой площадью горизонтального сечения в случае недостаточной мощности прессового оборудования разработана технология двойного прессования (рис.2), сущность которой заключается в последовательном приложении давления к отливке прессующим и выталкивающим цилиндрами гидропресса. Для этого в нижней части отливки предусматривается прибыльная часть, на которую выталкивающий гидроцилиндр и воздействует.

Верхний прессующий цилиндр в этом случае используется практически только для формообразования отливки, а нижний выталкивающий для создания необходимого давления прессования. Размеры прибыльной части подбираются исходя из усилия выталкивающего цилиндра. Недостатком технологии является некоторое снижение выхода годного, а также необходимость отрезки прибыльной части, что однако вполне компенсируется возможностью получения крупных отливок на гидропрессах небольшой мощности.

Для тонкостенных протяженных отливок, требующих регулирования скоростей движения расплава в каналах пресс-форм, разработана технология

Рис.2.Схема двойного прессования: I - матрица; 2 - пуансон; 3 - толкатель

принудительного заполнения (рис. 3), при которой расплав первоначально заливается не непосредственно в матрицу, а в специальный расположенный под ней металлоприемник, из которого впоследствии и выдавливается в рабочее пространство пресс-формы. Изменяя горизонтальные размеры металлоприемника при неизменной скорости прессования легко получить требуемую скорость течения расплава в каналах пресс-форм.

Разработанная технология позволяет решить еще ряд проблем рассматриваемого процесса. Улучшается однородность строения отливки, так как часть залитого в металлоприемник расплава, успевшая затвердеть за неизбежный промежуток времени до приложения давления, не поступает в рабочую полость пресс-формы, а остается в металлоприемнике в виде пресс-остатка. В нем же реализуются и все ошибки в дозировании расплава, что повышает размерную точность отливок. Необходимость же отделения от отливки пресс-остатка вполне компенсируется преимуществами процесса.

Принцип принудительного заполнения пресс-форм был использован для прессования отливок в многоместной оснастке, что прежде считалось неразрешимой задачей из-за невозможности заливки одинаковых доз металла во все полости, оформляющие отдельные отливки. Под действием же давления прессования расплав из металлоприемника одинаково легко перетекает как в одну, так и в несколько полостей, заполняя их одновременно. Появляется возможность получения прессованием жидкого металла мелких отливок, которые ранее считались неприемлемыми для данного процесса.

Новая технология была применена также для изготовления прессованием жидкого металла сложнополостных отливок, внутренние полости в которых оформлялись разрушаемыми неметаллическими стержнями. Отсутствие осадки отливки в этом процессе исключает поломку таких стержней, работающих только в условиях объемного сжатия. Исследованиями различных материалов установлено, что наилучшие результаты получаются при использовании стержней, изготовляемых из расплавов солей заливкой в металлическую форму. Стержни обладают высокой прочностью и удаляются из отливок растворением в воде. Для установки стержней в пресс-форму разработана конструкция специального захвата; располагающегося до начала прессования вне полости пресс-формы и устанавливающего стержень в необходимое положение в процессе прессования.

Применение разрушаемых стержней совместно с принудительным заполнением пресс-форм практически снимают все ограничения по сложности

е5

Ш

а)

б)

Рис. 3. Принудительное заполнение пресс-формы: 1 - плита; 2- стойка; 3- пружина; 4- металлоприемннк; 5- толкатель; 6- вкладыш; 7- обойма; 8- стойка; 9- нружина; 10- пуансон

отливок, прессуемых из жидких сплавов. Однако в случае сложных наружных сонтуров отливок возникает проблема их извлечения из пресс-форм. Для ее эешения выполнен ряд конструкторских разработок, позволяющих использовать разъемные пресс-формы, раскрытие которых не требует :пециальных механизмов и может осуществляться при использовании стандартных неспециализированных прессов.

Результаты исследований, а также технологические и конструкторские разработки внедрены на предприятиях многих отраслей промышленности. Так на ЛАО (Ленинградское адмиралтейское объединение) и заводе имени A.A. Жданова (г. Ленинград) организовано производство деталей водозапорной арматуры из сплавов на медной основе взамен их изготовления из поковок и проката. На заводе "Точмаш" (г. Владимир) создан специализированный участок прессования жидких сплавов для изготовления деталей из деформируемых алюминиевых сплавов с целью рационального использования отходов кузнечно-штампового производства, отходов от некратности резки проката, а также брака механических цехов. На этой же основе на МП APT (г. Владимир) создано крупное производство автомобильных запасных частей. Процесс прессования жидких сплавов использован в Нижнем Новгороде на АО "Сокол" для производства вырубных штампов из сплавов на цинковой основе, машиностроительном заводе для производства деталей специального назначения, автомобильном заводе для получения деталей дизельного двигателя, заводе радиорелейной аппаратуры (г. Правдинск, Нижегородской области) для изготовления волноводов и других предприятиях. На Горьковском автомобильном заводе впервые в стране и в мире создано автоматизированное производство поршней колесных цилиндров автомобилей из алюминиевого сплава на карусельных автоматах производительностью до 300 отливок в час. Суммарный экономический эффект от внедрения составляет более 2- миллионов рублей в год в ценах 1990 года.

Основные выводы

1. Работа направлена на расширение номенклатуры литых деталей, изготовляемых методом прессования жидких сплавов, в том числе с тонкими стенками большой протяженности при обеспечении плотности и механических свойств на уровне деформируемых сплавов с более высоким коэффициентом использования металла.

2. Исследованиями процесса течения расплава в каналах пресс-форм выявлены закономерности их заполнения для различных конфигураций отливок. Установлено, что характер течения определяется профилем вертикального и горизонтального сечений пресс-форм и скоростью прессования. Разработана методика расчетов основных технологических параметров, обеспечивающих заполняемость тонкостенных протяженных отливок.

3. Для типовых гидравлических прессов с неизменяемой скоростью рабочего хода выведены аналитические зависимости для расчета скоростей и давлений, обеспечивающих заполняемость тонкостенных отливок с толщиной стенки до 1 мм.

4. В целях регулирования скоростей заполнения разработана технология принудительного заполнения пресс-форм, защищенная авторскими свидетельствами №725805 и №79371 1, при которой расплав выдавливается в пресс-форму из расположенного под ней металлоприемника рабочим ходом гидравлического пресса. Необходимые скорости заполнения обеспечиваются горизонтальными размерами металлоприемника, что позволяет регулировать процесс заполнения пресс-форм с целью исключения дефектов заполнения.

5. Аналитически и экспериментально доказано наличие значительных сил трения между отливкой и пресс-формой в период формирования отливки. Установлено, что величина потерь давления прессования, обусловленных силами трения, возрастает с увеличением отношения высоты к горизонтальным размерам отливки и может достигать 30%. Выведены уравнения для расчета сил трения в зависимости от параметров процесса и размеров прессуемой отливки.

6. Выявлена неравномерность распределения давления прессования по- высоте формирующейся отливки, вызванная наличием сил трения. Показано, что снижение давления в направлении удаления от прессующего пуансона подчиняется экспоненциальной зависимости, что может привести к недостаточной пропрессовке нижних слоев высоких отливок.

7. Для улучшения пропрессовки высоких отливок разработана технология встречного прессования, при которой отливка одновременно подвергается прессованию как с верхней, так и с нижней части. Это достигается установкой матрицы пресс-формы на пружинных элементах с возможностью ее вертикального перемещения. В этом случае максимальные давления прессования оказываются в верхней и нижней частях отливки, а минимальные в ее середине, причем их величина вдвое больше, чем в

нижней части при обычном верхнем прессовании. Технология позволяет существенно снизить величину давления прессования, обеспечивающего получения плотных отливок.

Установлена зависимость неравномерности распределения давления в горизонтальных слоях формирующейся отливки от возрастающего сопротивления деформации затвердевшей корки металла. Аналитически определено критическое состояние, при котором центральная зона отливки формируется при отсутствии давления. Определены параметры прессования, предупреждающие возникновение критического состояния. Для повышения давления на центральную зону отливки разработана технология двойного прессования, сущность которой заключается в последовательном приложении давления к отливке прессующим и выталкивающим цилиндрами гидропресса. Конфигурация отливки в этом случае дополняется прибыльной частью, расположенной внизу отливки, на которую и воздействует усилие выталкивающего цилиндра и размеры которой обеспечивают равенство давлений прессования прессующего и выталкивающего цилиндров. Технология позволяет изготовлять крупные отливки на прессах малой мощности.

Э.Проведены исследования по определению усилий извлечений отливок из пресс-форм. Установлено, что причиной, вызывающей эти усилия, являются упругие деформации элементов пресс-форм в процессе прессования. После снятия давления между отливкой и пресс-формой возникает контактное давление и соответствующая ему сила трения,преодоление которой и требует значительных усилий. Выведены аналитические зависимости для расчета величины этих усилий.

1.На основе теоретического анализа и экспериментального исследования процесса кристаллизации металлов и сплавов под давлением установлено, что основной причиной, определяющей структуру отливок, является изменение температуры фазового перехода. Выведены уравнения для расчета величины этого изменения в зависимости от прилагаемого давления для чистых металлов и эвтектических сплавов. Условиями получения мелкозернистой структуры являются величина давления, обеспечивающего достижения температуры фазового перехода, превышающей температуру залитого в пресс-форму расплава, и скорость его создания, превышающая скорость кристаллизации.

12.Устзновлено, что приложение давления в процессе кристаллизацш увеличивает концентрацию легирующих элементов в фазах и изменяет относительное содержание фаз в структуре сплавов, что существенно влияе на механические свойства отливок.

13.Исследовано влияние давления на плотность и гидроплотность отливок и алюминиевых сплавов. Увеличение плотности происходит вследстви! устранения газовой и усадочной пористости. Максимальная плотност достигается при давлении 160-180 МПа и при дальнейшем его повышенш практически не увеличивается.

14.Разработана технология прессования отливок со сложными внутренним] полостями, оформляемыми разрушаемыми стержнями (а.с. №1133027) Стержни изготовляются из расплавов солей литьем в кокиль. Составы соле! защищены авторским свидетельством №466934. Технология основывается н: использовании принципа принудительного заполнения пресс-форм исключающего деформацию отливок в пресс-форме и наличие изгибающш напряжений, которые недопустимы для стержней из неметаллически) материалов.

15.Для сложных отливок, требующих применение разъемных пресс-форм предложен ряд конструктивных решения (а.с. № 457536, а.с. №789232, а.с №1299702), позволяющих осуществлять раскрытие и надежное запиранш пресс-форм с вертикальным разъемом непосредственно рабочим ходом гидравлического пресса без применения дополнительных механизмов, чтс значительно расширяет область применения процесса.

16.С целью получения мелких отливок и повышения производительности процесса разработаны технологии прессования отливок в многоместны* пресс-формах :

- с использованием переливных каналов для выравнивания дозы расплава заливаемого непосредственно в каждую полость пресс-формы (а.с, №806249);

- с выдавливанием расплава в рабочие полости пресс-формы из общегс металлоприемника.

17.Результаты исследований и практических разработок внедрены при производстве отливок широкой номенклатуры на заводах автомобилестроения, судостроения, авиастроения, радиоэлектроники и оборонной промышленности. Суммарный экономический эффект составляет более 2-х миллионов в год в ценах 1988 года.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

.Рыжиков A.A., Марков В.В. Свойства отливок из AI-сплавов, полученных жидкой штамповкой. //Литейное производство. 1966. ,№8. - с.46-47.

!. Рыжиков A.A., Марков В.В. Характер кристаллизации и свойства отливок из цветных сплавов в условиях штамповки жидкого металла. // Новые технологические процессы литейного производства. - Москва: НИИМАШ. 1967. - с.335-339.

I. Марков В.В., Рыжиков A.A. Вопросы кристаллизации сплавов под высоким давлением. // Теплообмен между отливкой и формой. - Минск: Вышейш школа. 1967. - с.71 -74.

к Марков В.В., Рыжиков A.A. Производство биметалла жидкой штамповкой. // Технология машиностроения. 1970. №11.- с. 14-15.

i. Штамповка заготовок из жидких сплавов./ Пименов Н.П., Марков В.В., Антонова Г.М . и др. // Горький: ВНИИМП "Сириус". - 1970. - 217с.

¡. Темянко Л.С., Марков В.В., Натанзон Е.И. Автомат для жидкой штамповки поршней колесных тормозных цилиндров грузовых автомобилей. // Автомобильная промышленность. 1971. №12. - с.23-25. Юшкова З.И., Марков В.В., Пименов Н.П. Исследование растворимости соляных стержней. // Технология производства, научная организация труда и управления. 1972. №2. - с.28-29.

I. Юшкова З.И., Марков В.В., Пименов Н.П. Теплофизические свойства соляных стержней. // Литейное производство. 1973. №3. - с.45. Пименов Н.П., Марков В.В., Любимов И.М. Штамповка заготовок деталей судовых машин из жидкого металла. // Технология судостроения. 1973. №8. -с.20-25.

0.Пименов Н.П., Марков В.В. Основные технологические операции процесса штамповки заготовок из жидких цветных сплавов и его параметры. // Вопросы судостроения. 1973. №1. - с.78-80.

1.Штамповка заготовок деталей типа гаек из жидких цветных металлов/ Пименов Н.П., Марков В.В., Любимов И.М. и др. // Технология судостроения. 1974. №6. - с.55-57.

2.Штамповка тонкостенных заготовок типа стакана из жидкого сплава марки Ал2/ Лукоянов П.П., Пименов Н.П., Марков В.В. и др. // Вопросы судостроения. 1975, №5. - с.31-37.

13.Map ко в B.B. Разъемные формы для жидкой штамповки. // Литейное производство. 1975. №4. - с.ЗЗ.

М.Темянко Л.С., Марков В.В. Автоматическая смазка пресс-формы при жидкой штамповке. // Литейное производство. 1975. №8. - с.41-42.

15.Использование нижнего цилиндра гидропресса для жидкой штамповки мелких деталей/ Марков В.В., Швецова Л.С., Белявский Г.И., Малов А.Г. // Технология производства, научная организация труда и управления. 1975. №9. - с.26-27.

16.Марков В.В. Пресс-формы для жидкой штамповки. // Литейное производство. 1976. №7. - с.27.

17.Марков В.В., Белявский Г.И. Двойное прессование при жидкой штамповке. // Литейное производство. 1976. №3. - с.41.

18.Марков В.В., Белявский Г.И. Жидкая штамповка мелких деталей в многогнездной пресс-форме. // Технология производства, научная организация труда и управления. 1976. №12. - с.21-22.

19.Пирязев В.П., Марков В.В., Белявский Г.И. Жидкая штамповка сплошных фасонных деталей. П Литейное производство. 1978. №1. - с.21.

20.Штамповка заготовок из жидких сплавов. - Аршанский Ш~Я., Цукуров O.A., Марков В.В. и.др. - Москва: НИИМАШ. 1978. - 48с.

21.Марков В.В. Влияние давления на температуру плавления эвтектических сплавов. // Повышение качества отливок и слитков. - Горький. Межвузовский сборник трудов. 1979. Вып.1. - с. 75-79.

22.Марков В.В., Белявский Г.И. Получение образцов для механических испытаний штамповкой из жидких сплавов. // Литейное производство. 1979. №12.-С.18.

23.Получение лопаточных колес жидкой штамповкой/ Белявский Г.И., Марков В.В., Тимофеев Г.И. // Литейное производство. 1980. №3. - с.34.

24.Марков В.В. О влиянии трения между отливкой и формой на потери усилий при жидкой штамповке. //Литейное производство. 1981. №4. - с.19.

25.Белявский Г.И., Марков В.В. Заполняемость форм при жидкой штамповке. II Литейное производство. 1981. №5. - с.21.

26.Белявский Г.И., Марков В.В. Штамповка из жидкого металла мелких заготовок. II Технология и организация производства. 1981. №5. - с.32-33

27.Марков В.В., Гейко И.В. Экспериментальное определение сил трения при жидкой штамповке. // Литейное производство. 1983. №1. - с.35-38.

28.Марков В.В. Принудительное заполнение пресс-форм при жидкой штамповке. // Тезисы докладов II Всесоюзного научно-технического съезда литейщиков. - Москва: НИИ информации. 1983. - с.319-321.

29.Получение мелких деталей методом штамповки из жидких сплавов/ Белявский Г.И., Швецова Л.С., Марков В.В., Пирязев В.П. // Автомобильная промышленность 1983. №4. - с.32-33.

30.Изготовление тонкостенных отливок жидкой штамповкой/ Гейко И.В., Швецова JI.C., Белявский Г.И., Марков В.В. // Литейное производство. 1984. №1. - с.20.

31. Технология жидкой штамповки втулок/ Марков В.В., Гейко И.В., Рыбаков Н.П. и.др. // Литейное производство. 1984. №5. - с.37.

32.Марков В.В., Гейко И.В. Силовые характеристики при жидкой штамповке. // Управление строением отливок и слитков. - Горький. Межвузовский сборник трудов. 1984. - с. 122-127.

33.Потери усилия прессования при литье под давлением и жидкой штамповке/ Чувагин Н.Ф., Марков В.В., Гейко И.В. и др. // Литейное производство. 1985. №10.-с.23-24.

34.Марков В.В., Гейко И.В., Белявский Г.И. Определение усилий выталкивания отливок из формы при жидкой штамповке. // Литейное производство. 1986. №10. -с.20-21,

35.Марков В.В., Гейко И.В., Чувагин Н.Ф. Распределение сжимающих напряжений в отливках, прессуемых из жидких сплавов. // Управление строением отливок и слитков. - Горький. Межвузовский сборник трудов. 1986. - с.84-90.

36.Марков В.В., Гейко И.В., Белявский Г.И. Жидкая штамповка сложных деталей с принудительным заполнением рабочих полостей пресс-форм. // Современные технологические процессы получения высококачественных отливок, повышения стойкости литейной оснастки и режущего инструмента. - Чебоксары. 1987. - с.56-57.

37.Марков В.В., Гейко И.В., Чувагин Н.Ф. Получение литых колец синхронизаторов. // Литейное производство. 1987. №9. - с. 17.

38.Жидкая штамповка деталей из деформируемых сплавов/ Килин В.М., Маслов Н.Т., Марков В.В. и др. // Литейное производство. 1988. №3. - с.21-22.

39.Использование вторичных сплаиов при жидкой штамповке/ Тимофеев Г.И., Святов В.В., Чувагин Н.Ф., Марков В.В. и др. // Цветная металлургия. 1989. №10. -с.42-43.

40.Марков В.В., Гейко И.В., Чувагин Н.Ф. Встречное прессование отливок из жидких сплавов. // Управление строением отливок и слитков. - Горький. Межвузовский сборник трудов. 1989. - с.74-77.

41.Марков В.В. Удаление отливок из пресс-форм при жидкой штамповке. // Управление строением отливок и слитков. - Нижний Новгород. Межвузовский сборник трудов. 1997. - с.78-82.

42.A.C. СССР. № 466934 от 26.07.73. Стержневая смесь для изготовления растворимого стержня/ Юшкова З.И., Марков В.В., Пименов Н.П.

43.А.с. СССР. № 457536 от 15.11.73. Устройство для открывания и закрывания конусных матриц/ Пименов Н.П., Марков В.В.

44.А.С. СССР. № 725805 от 10.05.77. Штамп для жидкой штамповки/Марков В.В., Белявский Г.И.

45.A.c. СССР. № 789232 от 23.10.78. Пресс-форма для штамповки из жидкого металла/ Марков В.В., Белявский Г.И., Тимофеев Г.И.

46.А.С. СССР. № 79371 1 от 01.03.79. Штамп для штамповки из жидкого металла/ Тимофеев Г.И., Марков В.В., Белявский Г.И.

47.А.С. СССР. № 806249 от 07.03.79. Многогнездная пресс-форма для штамповки из жидкого металла/ Марков В.В., Белявский Г.И.

48.A.C. СССР. № 854577 от 11.11.79. Пресс-форма/ Тимофеев Г.И., Марков В.В., Белявский Г.И. и др.

49.А.С. СССР. № 854578 от 11.11.79. Способ штамповки лопаточных колес/ Тимофеев Г.И., Марков В.В., Белявский Г.И. и др.

50.А.С. СССР. № 954167 от 18.12.79. Пресс-форма для штамповки из жидкого металла/ Марков В.В., Белявский Г.И.

51.A.c. СССР. № 1091995 от 15.11.82. Пресс-форма для литья с кристаллизацией под давлением/ Марков В.В., Белявский Г.И., Гейко И.В.

52.A.C. СССР. № 1 133027 от 28.02.83. Пресс-форма для жидкой штамповки полых отливок/ Петрова Э.Г., Рыбаков Н.П., Марков В.В. и др.

53.А.с. СССР. № 1142218 от 18.04.83. Пресс-форма для жидкой штамповки/ Пименов Н.П., Марков В.В., Антонова Г.М.

54.А.С. СССР. № 1560384 от 15.08.84. Пресс-форма для литья с кристаллизацией под давлением/ Марков В.В., Савинова Е.Г., Белявский Г.И.

5.А.С.. СССР. № 1296293 от 30.01.85. Пресс-форма для жидкой штамповки/ Пименов Н.П., Марков В.В., Антонова Г.М.

S.A.C. СССР. № 1299702 от 07.06.85. Пресс-форма для жидкой штамповки отливок/ Петрова Э.Г., Марков В.В.

7.А.С. СССР. № 1387284 от 28.10.85. Способ изготовления литых заготовок бурового инструмента/ Быченков Е.И., Марков В.В., Белоусов H.H. и др.

В.А.с. СССР. № 1560385 от 28.06.86. Способ жидкой штамповки биметаллических отливок/ Марков В.В., Белявский Г.И., Савинова Е.Г.

Э.А.с. СССР. № 1770065 от 28.11.89. Способ литья с кристаллизацией под давлением отливок со сквозными отверстиями и устройство для его осуществления/ Марков В.В., Святов В.В., Савинова Е.Г.

1 Патент РФ. № 2043854 от 08.01.91. Пресс-форма для литья с кристаллизацией под давлением/ Марков В.В., Святов В.В., Савинова Е.Г.

1.Патент РФ. № 2070475 от 24.05.94. Пресс-форма для литья под давлением/ Марков В.В., Швецов В.Д., Спасская М.М. и др.

Ъдп.к печ . 15.12.98. формат 60x84 1/16 . Бумага офсетная. 'ечать офсетная. Уч-изд.л. 2,0. Тираж 80.. экз. Заказ №•!■ ипография НГТУ. 603600, Н. Новгород, ул. Минина, 24.