автореферат диссертации по металлургии, 05.16.04, диссертация на тему:Комплексное воздействие на структуру литых заготовок из сложнолегированных латуней

На правах рукописи

КОМПЛЕКСНОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА СТРУКТУРУ ЛИТЫХ ЗАГОТОВОК ИЗ СЛОЖНОЛЕГИРОВАННЫХ ЛАТУНЕЙ

Специальность 05.16.04 - Литейное производство

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Екатеринбург-2005

Работа выполнена на кафедре "Литейное производство и упрочняющие технологии" Уральского государственного технического университета - УПИ.

Научный руководитель;

доктор технических наук, профессор Мысик Р.К.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Вдовин К.Н.

кандидат технических наук, Чухланцев С.Н.

Ведущее предприятие:

'Институт металлургии" УрО РАН

Защита состоится 16 декабря 2005 года в 15.00 часов на заседании специализированного совета Д 212.285.05 при ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет - УПИ» в зале Ученого Совета (ауд. I) по адресу: 620002, г. Екатеринбург, К-2, ул. Мира, 19

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уральского государственного технического университета - УПИ.

Отзывы на автореферат, заверенные гербовой печатью, просим направлять по адресу: 620002, г. Екатеринбург, К-2, ул. Мира, 19, ГОУ ВПО «Уральский государственной технический университет - УПИ»

Автореферат разослан « Щ » _2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, профессор, доктор технических наук

С.В. Карелов

¿¿гзъ з

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы. В настоящее время во многих отраслях промышленности нашей страны, в частности, в автомобилестроении, судостроении, машиностроении широко применяются многокомпонентные латуни, которые помимо цинка могут быть легированы такими элементами как кремний, марганец, железо, алюминий, никель, свинец и др.. Данные сплавы обладают не только высоким уровнем механических свойств, но и такими специальными свойствами как износостойкость, коррозионно-стойкость, кавитационностойкость и т.д., которые обеспечиваются структурой сплава. Последняя, в свою очередь, определяется химическим составом сплава, режимами литья, пластической и термической обработкой. Антифрикционные сложнолегированные латуни, к которым относятся ЛМцКНС 58-3-1,5-1,5-1, ЛМцСКА 58-2-2-1-1, ЛМцАЖКС 70-7-5-2-2-1 и др. используются для изготовления деталей автомобилей и сельскохозяйственной техники, работающих в условиях интенсивного износа при трении, таких как опорные пяты, сферические и плунжерные втулки, роторные диски, кольца синхронизаторов коробок переключения передач. Износостойкость этим сплавам придают р-фаза и выделения избыточной структурной составляющей - интерме-таллидов.

Латунь ЛМцАЖКС 70-7-5-2-2-1 (в дальнейшем ЛМцАЖКС) применятся для изготовления колец синхронизаторов, устанавливаемых в коробки переключения передач переднеприводных автомобилей семейства ВАЗ. Заготовки для получения колец синхронизаторов часто разрушаются на различных стадиях изготовления деталей, не выдерживая прилагаемых к ним нагрузок, либо не обеспечивают установленного нормативными документами ресурса эксплуатации готовых изделий. Чаще всего причинами этого являются несоответствие химического состава, структуры и механических свойств, которые определены техническими условиями. В связи с этим необходимо уточнить требования к фазовому составу, морфологии и количеству интерметаллидов. а также химическому составу сплавов, обеспечивающих необходимый уровень механических и эксплуатационных свойств изделий из этих сплавов.

Цель работы. Комплексное исследование взаимосвязи между структурой, механическими и технологическими свойствами литых заготовок из сложнолегирован-

ных латуней на примере ЛМцАЖКС и ЛМцСЙАр^^-Д^^^тгейшем ЛМцСКА)

библиотека ]

С.Пе

•а

23Й

и их химическим составом, изучение особенностей структурообразования этих сплавов в условиях интенсивного внешнего охлаждения и разработка технологии полунепрерывного литья этих сплавов.

Основное внимание было уделено решению следующих задач:

- сформулировать требования к фазовому составу сплавов, соотношению структурных составляющих, морфологии и количеству интерметаллидов, обеспечивающих необходимый уровень механических и эксплуатационных свойств слож-нолегированных износостойких латуней и изделий из них;

- с целью получения регламентированных структуры и свойств сложнолегиро-ванных латуней изучить влияние легирующих элементов и модифицирующих добавок на морфологию, размеры и количество интерметаллидов в этих сплавах;

- на основании результатов исследования разработать и внедрить промышленную технологию полунепрерывного литья слитков из сложнолегированных латуней, обеспечивающую высокое качество литого и деформированного металла.

Научная новизна. Уточнены требования к объемному содержанию фаз, морфологии и размерам интерметаллидов, содержанию легирующих элементов в сложнолегированных латунях, позволяющих обеспечить необходимый уровень механических и эксплуатационных свойств.

Установлена связь между содержанием кремния, размером и морфологией интерметаллидов в сложнолегированных износостойких латунях.

Уточнена взаимосвязь между матричными аир'- фазами, а также интерметалли-дами и количеством легирующих элементов, в частности, алюминия и кремния.

Выявлена закономерность влияния соотношений Fe/Si и Mn/Si на химический состав интерметаллидов в сложнолегированных латунях, обеспечивающих требуемые эксплуатационные свойства.

Практическая ценность работы. Разработана и опробована технология полунепрерывного литья слитков многокомпонентной антифрикционной латуни ЛМцАЖКС с ужесточением химического состава по содержанию кремния и с использованием лигатуры Ni-Mg-Ce в качестве модификатора. Разработан метод прогнозирования состава интерметаллидов и соотношения структурных составляющих в сложнолегированных латунях в зависимости от химического состава.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались на VI Съезде литейщиков России (г. Екатеринбург, 2003 г.); на IV отчетной конференции молодых ученых ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет - УПИ» (г. Екатеринбург, 2003 г ); на Международной научно - технической конференции, посвященной 90-летию Б.Б. Гуляева (г. С-Петербург, 2004 г.); на VI Международной научной конференции (г. Вроцлав 2004 г); на VII Съезде литейщиков России (г. Новосибирск, 2005 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ, в том числе патент РФ на полезную модель № 45173 «Трубная заготовка для изготовления колец синхронизаторов», патентная заявка на изобретение № 2005119109, приоритет от 20.06.05 «Способ производства лигатуры на основе никеля и магния».

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов по работе и приложения, содержит 169 страниц машинописного текста, 74 рисунка, 34 таблицы и список использованных источников из 114 наименований

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение. Во введении обоснована актуальность выбранной темы диссертационной работы, сформулированы ее основпые цели и задачи, приведены главные научные положения, выносимые на защиту, а также показана практическая ценность результатов исследования.

Глава 1. Состояние вопроса

В данной главе проведен анализ имеющихся в литературе данных, касающихся исследования сложнолегированных антифрикционных латуней, содержащих в структуре помимо матричных избыточную фазу - интерметаллиды, а также включения свинца. Приведены марки, химические составы и свойства сложнолегированных латуней, наиболее часто применяемых в отечественной промышленности, области их применения. В результате сравнения свойств различных материалов установлено, что прочностные и пластические свойства латуней данного класса находятся на уровне свойств оловянных и алюминиевых бронз. Более того, некоторые из них не уступают бронзам по антифрикционным свойствам, а по износостойкости превосходят их.

Рассмотрено влияние легирующих элементов на структуру и свойства латуней. Отмечается, что все элементы, входящие в состав латуней, по их влиянию на смеще-

,ние границ фазовых превращений можно разделить на а-стабилизирующие, р- стабилизирующие и нейтральные, что имеет практический интерес для прогнозирования изменения фазового состава сплава, а значит и его свойств Существует несколько способов воздействия на кристаллизующийся расплав с целью измельчения литого зерна. Одним из таких способов является модифицирование. Модифицирование цветных сплавов различными модифицирующими добавками благоприятно сказывается не только на измельчении зерна сплавов, но и на измельчении вторичных фаз (легкоплавких эвтектик, интерметаллидов). Добавки редкоземельных металлов связывают легкоплавкие эвтектики в тугоплавкие соединения, которые являются дополнительными центрами кристаллизации.

Кроме того, показано, что различными режимами термообработки можно изменять соотношение и размеры как матричных, так и избыточных фаз, и тем самым влиять на прочность, пластичность и твердость сплавов. Ранее установлено, чю кремне-марганцевые латуни достигают максимальных прочностных и пластических свойств после комплексной термообработки, состоящей из закалки и низкотемпературного отпуска. В процессе закалки происходит фиксация высокотемпературной р-фазы, вследствие чего увеличивается прочность и твердость. Последующий отпуск при 200...300 °С приводит к выделению высоко дисперсных частиц а-фазы игольчатой формы, что также увеличивает прочность и твердость латуни.

Длительное время литые заготовки из сложнолегированных латуней отливались наполнительным способом литья, при этом не обеспечивались требуемые плотность слитков и выход годного. Преимущества полунепрерывного способа литья этих сплавов очевидны Рассмотрены дефекты, возникающие в слитках при полунепрерывной разливке этих сплавов я возможные причины их появления В результате выполненного литературного обзора сформулированы задачи диссертационной работы.

Глава 2. Методики исследования

Для проведения работы использованы как методики по ГОСТ, так и оригинальные. Перечислены материалы и оборудование, использованные для проведения лабораторных и промышленных экспериментов. Приведена применявшаяся в работе методика статистической обработки результатов исследования химического состава, структуры и механических свойств сплавов. Представлены методики металлографического

исследования с использованием комплекса, состоящего из микроскопа Polivar-Met, видеокамеры SANYO, подключенной к ЭВМ с установленной программой SIAMS 600 При проведении микрорентгеноспекгрального анализа структурных составляющих сложнолегированных л ату ней использованы микроанализаторы САМЕВАХ и PHILIPS. Приведены основные способы оценки качества полунепрерывнолитых слитков. Подробно описана методика определения триботехнических характеристик пары трения "кольцо синхронизатора - шестерня КПП". С целью определения линейного и весового износа колец синхронизаторов и коэффициента трения испытания проводились на специальном стенде, оснащенном измерительным оборудованием, по строго определенньм режимам: осевая нагрузка на синхронизатор - 250 Н, максимальная частота вращения вала электродвигателя - 1700 об/мин, число циклов синхронизации - 5000.

Глава 3. Влияние химического состава и режимов термообработки латуни ЛМцАЖКС на ее структуру и свойства

Морфологический ряд интерметаллйдов сплава ЛМцАЖКС крайне разнообразен В результате многочисленных лабораторных и промышленных исследований интер-металлиды были разделены на:

- игольчатые длиной 60. .150 и более мкм, часто имеющие в цешральной части включения а-фазы в виде «стержня».

- округлые, часто вырастающие до конгломератов;

- лепестковой формы (слияние нескольких мелких округлых частиц);

- дендритные игловидные, располагающиеся под углом 20...90° к оси трубной заготовки;

- пленочные, располагающиеся по границам зерен.

- розеточные (слияние нескольких игольчатых частиц)

Рассмотрен комплекс требований, регламентирующий структуру и механические свойства полуфабрикатов из исследуемых латуней. Сравнение отечественных нормативных документов с их зарубежными аналогами показало, что первые предусматривают более жесткие требования по прочности и твердости материалов.

Известно, что латунь ЛМцАЖКС в литом состоянии содержит в структуре матричные а- и р'- фазы, а также выделения свинца и избыточной фазы - интерметалли-

дов. В прессованном состоянии после искусственного старения фиксируются а-фаза, мелкодисперсная вторичная смесь (он(3')> интерметаллиды и свинец Структура с неравномерно распределенными интерметаллидными частицами в объеме металла, получаемая при литье, сохраняется практически всегда и в прессованной заготовке и в готовых кольцах синхронизаторов. Размеры частиц избыточной фазы в слитках колеблются от 2 до 500 мкм и более! В процессе прессования длинные игольчатые интерметаллиды разрушаются, а их обломки располагаются вдоль оси прессования. Частицы округлой, розеточной и других форм не разрушаются при обработке давлением. Установлено, что интерметаллиды крупнее 120 мкм нежелательны, поскольку в случае выхода на поверхность изделия возможно их разрушение и выкрашивание, вследствие чего снижается износостойкость данного изделия.

Установлено, что объемное содержание интерметаллидов должно составлять 12... 18 об. %, а содержание а-фазы не более 60 об. %. С целью прогнозирования структурных составляющих латуни ЛМцАЖКС и для обсуждения результатов экспериментов использовалась диаграмма состояния Си-2п и коэффициенты эквивалентности Гийе. Был разработан метод расчета фазового состава латуни, при этом использовались результаты микрорентгеноспектрального анализа фазовых составляющих (табл. 1-3). Микрорентгеноспекгральные исследования с применением микроанализатора САМЕВАХ (рис. 1) были проведены с целью изучения'состава структурных составляющих сложнолегированных латуней, в том числе и для выяснения причин формирования нежелательно крупных интерметаллидов в латуни ЛМцАЖКС.

Установлено, что состав интерметаллидов различен. Причем, отличаются по составу не только различные по морфологии и размерам интерметаллиды, но и, в большинстве случаев, даже в пределах одной частицы наблюдаются зоны, отличающиеся по содержанию того или иного компонента (табл. 1). Например, все крупные интерме-таллидные частицы в центральной части в значительной степени обогащены железом, а их периферийный слой - марганцем. Кремний достаточно равномерно распределен по всему объему этой фазы. Мелкие избыточные выделения, располагающиеся внутри матричных фаз, практически не содержат железа. В связи с этим состав всех крупных интерметаллидов можно условно описать стехиометрической формулой (Мп, Ре)х81у, а мелких - Мпх81у. Подобное строение, по всей видимости, связано с условиями форми-

Таблица 1

Характеристики интерметаллидов в сложнолегированной латуни ЛМцАЖКС

№ Метод исследования Форма интер-металлида Место анализа Содержание, мас.% Ко: ВД >ффи-1ент ности П/Э!

Мп Ре Всего связ М

1 химический - - 16,6 38,5 16.8 71,9 2,32

2 Рентгенос-пектральный (САМЬВАХ) крупный конгломерат основа частиц 23,1 17,7 48,8 89,6 0,77

темная прослойка 18,4 15,1 65,2 98,6 0,82

дендритные по всему сечению частиц 27,7 65,6 4,7 95,0 2,66

крупные иглы основа частиц 22,8 41,5 31,4 95,7 1,82

центр частиц 23,8 32,9 37,3 94,0 1,38

лепестковые по всему сечению частиц 23,1 25,4 49,7 98,2 1.10

округлые мелкие по всему сечению частиц 22,7 27,6 45,2 95,6 1,22

округлые крупные по всему сечению частиц 15,0 27,2 52.9 95,1 1,81

пленочные по всему сечению частиц 26,0 26,0 38.0 90,0 1,00

ро «точные центр частиц 22,8 41,6 31,4 95,8 1,82

периферийная часть частиц 24,7 65,6 4.7 95,0 2,66

периферия всех частиц 25,0 63,0 5,0 93,0 2,52

Таблица Средний химический состав а-фазы в сложнолегированной латуни ЛМцАЖКС

Место выделения а-фазы Содержание элементов, мас.%

Си ¿п Мп А1 Ре 81

Основа сплава: зерна 15 .30 мкм 78,3 13,5 3,5 3,8 0,2 0,2

Мелкодисперсные выделения внутри (а+Р')-фазы 74,8 14,3 3,5 6,1 0,2 0,4

выделения внутри крупных интерметаллидов 70,2 13,7 7,1 3,9 3,7 0,5

Таблица 3

Средний химический состав (а+Р')-фазы в сложнолегированной латуни ЛМцАЖКС

Форма выделений (а+р )-фазы Содержание элементов, мас.%

Си '¿л Мп А1 Ре

Колонии между зернами а-фазы; мелкодисперсное строение, характерное для структурных составляющих, выделяющихся в результате старения 73,4 15,2 3,7 7,2 0,1 0

Распределение химических элементов Ре, Мп, 81 по сечению интерметаллидов

(х2000)

б в

а - кр\пны\ игловидных, б - мелких иг говидных. в - дендритных иповидных

Рис 1

ропания частиц при кристаллизации и охлаждении сплава Вероятно, 'железистая ' основа крупных интерметаллидов начинает формироваться еще в жидко-твердом ити даже в жидком состоянии и за время кристаллизации успевает вырасти до значительных размеров Мелкие же частицы и, по-видимому, внешний спой крупных частиц-формируются уже в закристаллизовавшемся металле по причине уменьшения растворимости марганца и кремния в матричных фазах при снижении температуры

Исследование структуры в литом и прессованном состояниях, а также дифференциально-термический анализ, проведенный О.С Кузьминым, позволили описать предполагаемый механизм фазовых превращений, происходящих в процессе кристаллизации расплава латуни ЛМцАЖКС в условиях интенсивного охлаждения в кристаллизаторе и при последующем охлаждении в твердом состоянии

По всей видимости, кристаллизация ЛМцАЖКС начинается при температуре 961 °С с выпадения из жидкого расплава первичных кристаллов Р-фазы. При этом на границах Р-фазы происходит обогащение расплава легирующими элементами, а именно Бе, Мп, 81, что облегчает образование в интервале кристаллизации новых и развитие унаследованных от шихтовых материалов и сохранившихся в расплаве зародышей избыточной фазы на основе силицидов (Ге, Мп)х8ц Кристаллизация расплава заканчивается ири температуре солидус 889 °С с фиксацией в структуре сплава исходной |3-фазы, по границам которой располагаются "железистые" ингерметал.шды Такая структура сохраняется вплоть до 780. 800 "С. При дальнейшем охлаждении в интервале температур 800.. 700 °С происходит распад Р-фазы по схеме. [3—»а+Р+Мг^Ц

Необходимо отметить, что выпавшие в этом температурном интервале ингерме-таллиды в отличие от первичных практически не содержат железа и предположительно выделяются не только в виде самостоятельной структурной составляющей, но и в виде внешнего слоя уже сформировавшихся ранее в интервале кристаллизации интер-металлидов, а - Твердый раствор формирует отдельную фазу. Таким образом, в указанном температурном интервале можно выделить следующие структурные составляющие: а+р+(Ре, Мп)581з+Мп581з.

Охлаждение в интервале температур 700...500 °С обеспечивает полное растворение Р-фазы, в результате чего структура приобретает вид:а+(Ре, Мп)58!3+Мп58!1.

В связи с уменьшением растворимости цинка в меди последующее охлаждение (ниже 500 °С) сопровождается выпадением вторичной (низкотемпературной) Р-фазы При температурах ниже 480...460 °С происходит образование упорядоченного Р' -твердого раствора. При 330 °С последними затвердевают включения свинца, вследствие чего в процессе медленного охлаждения при комнатной температуре фиксируется структура, состоящая из: а+Р'+(Ре, Мп)5$Ь,+Мп581з+РЬ

Именно такая структура фиксируется в слитках и в прессовых заготовках При проведении искусственного старения прессовых заготовок в зернах Р'-фазы выпадает игольчатая а-фаза, в результате чего их твердость по Виккерсу увеличивается с НУ=150...170 до НУ=170...190.

Результаты микрорентгеноспектрального анализа позволили сделать вывод, что измельчить интерметаллиды в литом состоянии можно за счет уменьшения содержа-

ния в сплаве кремния, как основного интерметаллидообразующего элемента Однако в этом случае возникает опасность снижения объемной доли интермсталлидов, в результате чего может ухудшиться износостойкость колец синхронизаторов.

С целью изучения влияния содержания кремния в латуни ЛМцАЖКС на морфологию и размер интерметаллидов отлиты лабораторные слитки из этого сплава, содержание кремния в которых изменялось от 0,13 до 2,7 мас.%. Металлографическим анализом этих слитков установлено, что объемная доля интерметаллидов находится в прямой зависимости от содержания кремния в сплаве, если содержание его не превышает 2,2 мас.% (рис. 2).

Зависимость объемной доли интерметаллидов от содержания кремния в сплаве

ж

0 0,5 1 1.5 2 2,5 3

Содержание кремния, мае %

Рис.2

Последующее увеличение содержания кремния до 2,7 мас.% не приводит к росту объемной доли интерметаллидов. Постоянство объемной доли интерметаллидов можно объяснить тем, что избыточный кремний идет на легирование матричных а- и р'-фаз, но размеры интерметаллидов определяются содержанием кремния в сплаве. Установлено, что чем больше кремния, тем крупнее интерметаллиды. Следует отметить, что в сплаве с содержанием кремния > 1,6 мае. % в основном наблюдаются игольчатые интерметаллиды. Для измельчения интерметаллидов необходимо ограничить содержание кремния в сплаве до 1,7...2,3 мае. %, не снижая их объемную долю ниже регламентируемых 12 об. %.

Исследование твердости лабораторных слитков позволило установить, что более высокое содержание 1фемния в сплаве (>2,3 мас.%) приводит к увеличению его твердости до НУ=260. При содержании кремния в сплаве от 0,13 до 0,50 мас.% происходит небольшое увеличение твердости. Это связано с ростом в сплаве объемной доли и размеров интерметаллидов, а в интервале от 0,5 до 2,2 мас.% кремния твердость уве-

личивается незначительно, потому что размер интерметаллидов и среднее расстояние между ними существенно не увеличиваются. С увеличением количества кремния в сплаве от 2,2 до 2,7 мас.% начинают появляться крупные интерметаллиды игольчатой морфологии. Начинается резкий рост твердости сплава, связанный с легированием матричных фаз кремнием за счет вытеснения его из соединения (Mn, Fe)5Si3.

Металлографическое исследование промышленных слитков, проведенное с использованием микроскопа МИМ-10, свидетельствует о том, что при содержании кремния 1,7...2,3 мас% количество аномально крупных конгломератов интерметаллидов уменьшилось на 70% по сравнению со слитками, в которых содержание кремния превышало 2,3 мас.%, но в слитках с содержанием кремния 1,7.. 2,3 мас.%, в структуре наблюдаются игольчатые интерметаллиды размером значительно больше 120 мкм. Это обусловлено тем, что скорость кристаллизации в данном случае значительно меньше, чем в лабораторных слитках и увеличить ее не представляется возможным. В связи с этим предпринята попытка измельчить интерметаллиды за счет модифицирования. Глава 4. Модифицирование сложиолегированных латуней Выполнен анализ эффективности применения модифицирования цветных сплавов с целью измельчения зерна и вторичных фаз, на основании которого произведен выбор модификаторов для латуней ЛМцАЖКС и ЛМцСКА.

Отлиты лабораторные слитки диаметром 50 мм и высотой 300 мм с использованием следующих модификаторов: лигатур Fe-B, Fe-Ti, Mg-Ce, Ni-Mg-Ce, мишметал-ла и ниобия, при этом менялось содержание введенных модификаторов от 0,01 до 0,30 мас.%. Анализ полученных результатов показал, что наибольший эффект с точки зрения измельчения литого зерна и интерметаллидов наблюдается при введении в расплав лигатур Mg-Ce и Ni-Mg-Ce в количестве 0,06 мас.%. Мшфоструюура слитков сплава ЛМцАЖКС без модифицирования и с модифицированием лигатурой Ni-Mg-Ce представлена на рис. 3. Микрорентгеноспектральный анализ, выполненный на микроанализаторе PHILIPS, показал повышение концентрации магния в центре интерметаллидов (рис. 4). Результаты металлографического анализа свидетельствуют о том, что размер литого зерна латуни ЛМцАЖКС уменьшился с 1,8 до 0,8 мм, на 30% уменьшился средний размер интерметаллидов, длина игольчатых интерметаллидов составила 40-140 мкм. Металлографический анализ слитков латуни ЛМцСКА показал,

что в слитках, модифицированных лигатурой \lg-Ce в количестве 0,3 мас.%, до полутора раз меньше литое зерно, чем в немодифицированных.

Микроструктура сплава ЛМцАЖКС (х200)

а - контрольный образец; б - с введением лигатуры никель-магний-иерий в количестве 0,06 мас.%

Рис.3

Выбор лигатуры №-М§-Се в качестве модификатора латуни ЛМцАЖКС обусловлен следующим' во-первых, никель обеспечивает достаточно высокую степень усвоения магния и церия, во-вторых, магний является хорошим раскислителем и связывае! серу, которая относится к нежелательным примесям в медных сплавах, поскольку, располагаясь по границам зерен в виде легкоплавкой эвтектики, ослабляет межзерен-ные связи и способствует охрупчиванию сплава при деформации И, наконец, церий так же, как и магний, взаимодействуя с серой, кислородом, висм> юм и сурьмой, образует тугоплавкие соединения, которые являются дополнительными центрами кристаллизации.

Из слитков вырезаны образцы для испытаний механических свойств Установлено, что временное сопротивление разрушению при растяжении сплава ЛМцАЖКС увеличилось на 40%, а относительное удлинение возросло с 2 до 10%. Твердость сплавов увеличилась незначительно (на 4-6%). Следует отметить, что при модифицировании сплавов ЛМцАЖКС и ЛМцСКА наблюдалось выравнивание свойств по поперечному сечению слитков.

Микроструктура сплава ЛМцАЖКС с введением лигатуры Ni-Mg.Ce и химический состав фазовых составляющих

Мц 1 00 00 ! 00 00

1 Л! 06 13 39

! 1 00 00 00 00

| Мп I 03 м 10,7-

| Гс 00 39 '0041

VI 00 2Х 00 28

1 Си "5 57 69 8Х

> 7п ОС ; и,,

1 рь | 00 63 00 18

Элемент МЧС. чт. %

Щ 00 39 00 72

41 00 76 01 25

А 24 18 38 42

Мп 22 47 1826

Ье 49 76 39 77 I

/V, 00 00 00 00 |

Си 01 94 01 37

7п 00 23 | 00 16

РЬ 00 27 | 00 06 |

I Чц 1 00 30 Е5ЕЯ1 00 73

| А1 ¡04 63 10 22

А'| 1 00 > 1 00 65 ^

Мп 03 11 03 38

00 54 00 57

\| 00 34 00 35

Си 76 89 72 11

2п 12 81 11 67

РЬ 01 08 00 31

Крестиком обозначены: а) а+р'-фаза, б) интерме1аллид, в) а-фаза

Рис.4

Глава 5. Опытно-промышленное опробование техноло! ии плавки и литья слитков латуни ЛМцАЖКС

В промышленных условиях на установке полунепрерывно! о литья отлиты слитки из латуни ЛМцАЖКС диаметром 214 мм в глухой кристаллизатор с рассредоточенным вюричным охлаждением со скоростью литья 3.5 м/ч Сплав готовился в индукционной канальной печи. Химический состав сплава, определенный на приборе ЗРЕСТЯОЬАВ Б следующий (мае %). Си-69,8. Мп-6,9, А1-5.4; Ре-1,7, 81-1,9, РЬ-0.85. N¡-0,025; 8п-0,063: 7п-ост.

В разливочную коробку был введен модификатор Ni-Mg-Ce с размером частиц 20-30 мм в количестве 0,06 % от массы сплава. Температура расплава составляла 1150'С. Из опытных слитков вырезаны темнлеты для металлографического исследования, проведенного с использованием комплекса, состоящего из микроскопа Polivar-Met, видеокамеры SANYO, подключенной к ЭВМ с установленной программой SIAMS 600. Установлено, что в структуре слитков, отлигых с введением в расплав лигатуры Ni-Mg-Ce, средний размер интерметаллидов на 25-30% меньше, чем в контрольных слитках (рис. 5). Средний размер интерметаллидов оценивался по Scp1/2.

Микроструктура промышленных слитков латуни ЛМцАЖКС и результаты металлографического исследования

zi 400 мкм

<Ч>

* л

«"Ш/" Л'

Число частиц, шт 69

1 Площадь частиц в, мкм

1 Минимальное значение 5МИН 1,06

! Максимальное значение 8макс 10072,74

Среднее значение Scp

I 675,97 |

J__I

Число частиц, шт 132 j

Площадь частиц S, мкм2 1

Минимальное значение SM„„ 0,53 1

Максимальное значение S„aicc 6665.191

Среднее значение Scp 361,12 j

а - контрольный слиток, б - с введением лигатуры №-М§-Се в количестве 0,06 мае. %

Рис. 5

Из ранее выполненных работ известно, что износостойкость л ату ней данного класса определяется количеством упрочняющей Р'-фазы (смесью (а+Р')-фаз в состаренной латуни ЛМцАЖКС), а также размером и количеством интерметаллидов в их структуре. Поскольку количество последних в исследуемом сплаве достигает 20% и

более, и дальнейшее увеличение их количества может привести к его охрупчиванию, то приемлемыми способами увеличения износостойкости материала является получение в его структуре большего объема (а+(3')-фазы и уменьшение размеров интерметал-лидов.

Известно, что одним из самых сильных ^-стабилизирующих элемешов в латунях является алюминий. Введение всего лишь 1% А1 эквивалентно введению 4...6 мас.% Тп. Результаты микрорентгеноспекгрального исследования согласуются с этими данными: (ш р')-фаза отличается от а-фазы большим содержанием А1 и Zn (табл. 2 и 3).

Расчеты, проведенные с использованием метода Гийе, показывают, что сдвш пределов содержания А1 с 4,7...5,7 (ТУ 48-0814-90-96) до 6,0 мас.% увеличивает цинковый эквивалент с 33,1...38,9 % до 35,5...41,3 %. При этом согласно диаграмме состояния Си-7.п в первом случае существует большая вероятность получения в структуре латуни однофазной матрицы, упрочняемой лишь выделениями интерметаллидов. Эти теоретические предположения полностью подтверждаются фактическими данными: до 50 % колец синхронизаторов, изготовленных из металла, выплавленного в соответствии с ТУ 48-0814-90-96, имели содержание алюминия на уровне 4,5...5,0 мас.%. Следствием этого стало полное отсутствие (а+|3')-фазы в структуре деталей, в результате чего кольца имели низкую твердость НУ=160...180 вместо необходимой ТГ\'= 180...220. В случае увеличения содержания алюминия до 6 мае. % получение нежелательной структуры менее вероятно.

Стендовые испытания опытных колец синхронизаторов, изготовленных из полуфабрикатов с повышенным содержанием алюминия, показали, что повышение содержания алюминия с 4,7...5,7 до 6,0 мае. % приводит к повышению твердости колец синхронизаторов с НУ=160...180 до НУ=180...220 за счет повышения содержания (а+р> фазы и снижению износа в 1,5...2,0 раза. На рис. 6 показана зависимость величины износа кольца синхронизатора от твердости сплава ЛМцАЖКС, построенная на основании экспериментальных данных.

На основании проведенных исследований изменены технические условия ТУ 48-0814-90-96 на новые ТУ184550-106-033-99, в которых содержание алюминия увеличено до 6,0 мас.%.

Зависимость величины износа колец синхронизаторов от твердости сплава

ЛМцАЖКС

- 0.3

8 £

£ 0.2 «

3 И

« 0.1 я

й

о

В дальнейшем работа была направлена на изучение возможности повышения эксплуатационных свойств деталей из сложнолегированных латуней при помощи комбинированной термической обработки. С этой целью образцы колец синхронизаторов из латуни ЛМцЛЖКС подвергались различным вариантам термической обработки (закалка, отжиг, старение и отпуск). Полученные данные свидетельствуют о том, что в результате закалки от температур 800...880 °С (выдержка 1 час) фиксируется структура, состоящая из (5-фазы, незначительного количества а-фазы (1...3 об. %) и измельченных, по сравнению с прессовым состоянием, интерметаллидов. Подобная структура обеспечивает твердость НУ=230...250 против НУ=130...140 в исходном (прессованном) состоянии. Последующий отпуск (300 °С, 4 ч) сопровождается увеличением объема мелкодисперсной а-фазы (до 5...7 об. %), которая располагается по границам зерен р-фазы, вследствие чего твердость материала увеличивается до НУ=300..,350.

При закалке с более низких температур (750...800 °С) в структуре также фиксируется р-фаза, по границам которой в виде прослоек выпадает от 7 до 10 об. % а-фазы. Размеры интерметаллидов аналогичны размерам интерметаллидов в исходном прессованном состоянии. Такая структура обеспечивает твердость НУ=200..220. В результате отпуска (300 °С, 4 ч) увеличивается количество а-фазы (до 15...20 об %), твердость также возрастает до НУ=290...300.

Твердость НУ Рис.6

При последующем понижении температуры закалки до 700...730°С в сплаве фиксируется обычное трехфазное состояние - а+р+интерметаллиды. Содержание Р-фазы снижается до 40...50 об. %. Твердость металла не превышает НУ=170..190. Последующий отпуск приводит к измельчению структуры. Твердость увеличивается до НУ=200...230.

Как видно из приведенных выше данных при проведении термообработки вполне возможно добиться получения в готовых изделиях твердости в широком диапазоне от НУ=200 до НУ~350, вследствие чего можно существенно увеличить их износостойкость.

Выводы по работе

1. Сформулированы требования к фазовому составу сплава ЛМцАЖКС, обладающему необходимыми механическими и эксплуатационными характеристиками: морфология а-фазы игольчатая, ее содержание не должно превышать 60 об.%, интерметаллиды должны быть равномерно распределены по сечению слитка, их морфология должна быть игольчатой с длиной игл 40... 120 мкм, размер округлых интерметаллидов не должен превышать 60 мкм.

2. Лабораторные исследования выявили влияние кремния на структуру и свойства фазовых составляющих латуней. В слитках сплава ЛМцАЖКС с содержанием кремния 2,3-2,7 мас.% отмечается наличие игольчатых интерметаллидов, происходит резкий рост их среднего размера, по мере роста силицидных частиц увеличивается расстояние между ними. При этом происходит огрубление структуры и игольчатые интерметаллиды вырастают размером порядка 1мм. Объемная доля интерметаллидов прямо пропорционально зависит от содержания 1фемния в латуни ЛМцАЖКС, если его содержание находится в диапазоне 1,7...2,3 мас.%. Увеличение содержания кремния свыше 2,3 мас.% не приводит к увеличению объемной доли интерметаллидов, так как кремний связывает все количество марганца и железа в стехиометрическом соотношении, а остальное количество кремния, по-видимому, переходит в матричные фазы. Микрорентгеноспектральное исследование структурных составляющих сшива подтвердило обоснованность влияния кремния на размер и морфологию интерметаллидов. При этом необходимо отметить, что объемная доля интерметаллидов снижается незначительно и колеблется

от 15 до 22 об.% в зависимости от химического состава латуни, что очень важно с точки зрения сохранения износостойкости материала.

3. Установлено, что модифицирование сложнолегированных латуней лигатурами Бе-И, Ре-В, М§-Се, Ni-Mg-Ce, мишметаллом и ниобием является эффективным способом измельчения литого зерна, интерметаллидов и выравнивания твердости по сечению слитков Предпочтение отдано лигатуре №-М§-Се в связи с лучшим усвоением М£ и Се, а также доступностью этого модификатора. Проведенные лабораторные и промышленные эксперимента позволили установить, что модифицирование необходимо проводить при температуре расплава 1150-1180'С, количество модификатора должно составлять 0,04-0,06 % от массы расплава.

4. При увеличении содержания алюминия в сплаве ЛМцАЖКС 70-7-5-2-2-1 в структуре происходит увеличение объемной доли упрочняющей (а+р')-фазы, вследствие чего возрастает стойкость изготавливаемых из этого материала деталей-колец синхронизаторов против трения износа. На основании этих данных, подтвержденных промышленными испытаниями, при замене старых ТУ 48-0814-90-96 на новые ТУ 184550-106-033-97 в химические составы сплавов были внесены изменения: в латуни ЛМцАЖКС 70-7-5-2-2-1 увеличено содержание алюминия с 4,7...5,7 до 6,0 мас.%.

5. Опытно-промышленное испытание показало, что понижение содержания (менее 2,3 мае. %) практически не сказывается на количестве упрочняющей (а+(3')-фазы, но в то же время удается на 70 % снизить количество аномально крупных интерметаллидов с размером частиц, намного превышающих 120 мкм. Модифицирование сплава ЛМцАЖКС 70-7-5-2-2-1 лигатурой Ni-Mg-Ce позволило повысить однородность свойств сплава по сечению слитка, а также добиться уменьшения размера литого зерна более, чем в 2 раза, уменьшения среднего размера интерметаллидов на 27-30% и равномерного их распределения по сечению слитка.

6. Результаты исследования положены в основу разработки, технологии плавки и полунепрерывного литья слитков из сложнолегированных латуней. Разработан технологический регламент плавки и литья, позволяющий получать литые заготовки и изделия из них с высоким уровнем механических и служебных свойств.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Котов Д.А., Мысик Р.К., Брусницын C.B., Еремин A.A., Кузьмин О.С., Тропотов A.B. Изучение влияния кремния на микроструктуру сложнолегирован-ной латуни ЛМцАЖКС 70-7-5,5-2-2-1 / Труды VI Съезда литейщиков России. Т. 1. Екатеринбург. 2003. С. 229-231.

2. Котов Д А, Мысик Р.К , Брусницын C.B. Влияние содержания кремния на морфологию и объемную долю силицидов в латуни ЛМцАЖКС 70-7-5-2-2-1 / Научные труды VI отчетной конференции молодых ученых ГОУ ВПО «УГТУ-УПИ». Екатеринбург. 2003.С. 43-47.

3. Котов Д.А., Кузьмин О.С., Тропотов A.B., Брусницын C.B. Влияние содержания кремния на морфологию и объемную долю силицидов в сложнолегированных ла-тунях / Сборник трудов РГППУ «Протрессивные технологические процессы и подготовка кадров для литейного производства». Выпуск 5. Екатеринбург. 2003.

4. Котов Д.А., Мысик Р.К., Брусницын C.B., Еремин A.A., Кузьмин О.С., Тропотов A.B. Изучение влияния кремния на микроструктуру сложнолегирован-ной латуни ЛМцАЖКС 70-7-5,5-2-2-1 // Литейщик России. 2004. №3. С. 22-24.

5 Kotov D.A., Mysik R К., Tropotov A.V., Brusnitsyn S.V., Demakov V.N. Analysis of silicon influence on microstructure of high-alloy brass Cu70Mn7A15Fe2Si2Pbl / Archives of foundry. Polish academy of sciences branch katowice foundiy commission Volume 4. №11. T. 2. Kotowice. 2004. p. 134-137

6 Мысик P.K., Котов Д.А., Брусницын C.B. Модифицирование лагу ни ЛМцАЖКС 70-7-5-2-2-1 как способ измельчения интерметаллидов / Сборник трудов СПб ГПУ «Всероссийская научно-практическая конференция, посвященная 90-летию со дня рождения Б.Б. Гуляева». Санкт-Петербург. 2004. С. 104-105.

7 Котов Д.А., Мысик Р.К., Брусницын C.B. Модифицирование кремнемарганцевых латуней / Научные труды VII отчетной конференции молодых ученых ГОУ ВПО «УГТУ-УПИ». Екатеринбург. 2004. С. 46-48

8. Брусницын C.B., Мысик Р.К., Котов Д.А., Титова А.Г. Модифицирование сложнолегированных латуней // Литейщик России. 2005. №1. С.17-19.

9. Мысик Р.К., Брусницын C.B., Котов Д.А., Титова А.Г., Лащенко Д.Д Модифицирование латуни ЛМцАЖКС 70-7-5-2-2-1 как способ повышения механических

свойств / Труды УП съезда литейщиков России. Т. 2. Новосибирск. 2005. С. 307-311.

10. Котов ДА., Мысик Р.К., Еремин А.А, Волков МИ., Жукова Л.М. Прогнозирование фазового состава сложнолегированных латуней // Литейщик России. 2005. №9. С.17-21

11. Патент РФ на полезную модель № 45173 от 25.11.04 г. «Трубная заготовка для изготовления колец синхронизаторов»

12. Патентная заявка на изобретение № 2005119109, приоритет от 20.06.05 «Способ производства лигатуры на основе никеля и магния»

Екатеринбург Тираж 100 экз.

Ризография Подписано в печать Заказ№:Щ_03. i i. 100S

Ризография НИЧ ГОУ ВПО УГТУ - УПИ 620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19

05-22649

РНБ Русский фонд

2006-4 26233

Введение

1. Состояние вопроса

1.1. Химический состав, свойства и область применения сложнолегированных кремнемарганцевых латуней

1.2. Влияние легирующих элементов на структуру и свойства кремнемарганцевых латуней

1.3. Модифицирование медных сплавов

1.3.1. Влияние технологических факторов на величину дендрита

1.3.2. Модифицирование легкоплавких эвтектик в медных сплавах

1.3.3. Физико-химические свойства РЗМ и термодинамические параметры соединений РЗМ с примесями в латуни

1.4. Термообработка сложнолегированных латуней

1.5. Проблемы получения качественных литых заготовок из кремнемарганцевых латуней при полунепрерывном литье

1.6. Задачи исследования

2. Методики исследований

2.1. Оборудование и материалы, использованные в работе

2.2. Методика обработки статистических данных

2.3. Металлографическое исследование микроструктуры литых и прессованных заготовок

2.3.1. Подготовка образцов из прессовых труб к количественному анализу

2.3.2. Подготовка аппаратуры

2.3.3. Измерения, вычисления, обработка данных

2.4. Исследование качества слитка

2.5. Методика определения триботехнических характеристик пары трения "кольцо синхронизатора - шестерня КПП" 49 2.5.1. Порядок проведения испытаний

3. Влияние химического состава и режимов термообработки латуни ЛМцАЖКС 70-7-5-2-2-1 на ее свойства и структуру

3.1. Требования, предъявляемые к структуре и механическим свойствам латуни ЛМцАЖКС 70-7-5-2-2

3.2. Сравнительный анализ морфологии и размеров интерметаллидов сплава DIEHL 470 (производства фирмы ZF, Германия) и его аналога ЛМцАЖКС (производства ОАО «РЗ ОЦМ» и ОАО «КЗ ОЦМ»)

3.3. Исследование макро - и микроструктуры сложнолегированных латуней в литом и деформированном состояниях

3.4. Исследование распределения элементов по структурным составляющим в кремнемарганцевых латунях

3.5. Прогнозирование изменения фазового состава сложнолегированных кремнемарганцевых латуней

3.6. Термообработка прессовых заготовок из сложнолегированных латуней

3.7. Схема возможных фазовых превращений, происходящих при охлаждении сложных латуней

3.8. Влияние кремния на морфологию и размеры интерметаллидов

3.8.1. Анализ слитков сплава ЛМцАЖКС с различным содержанием кремния (0,13 . 2,7 мас.%)

3.9. Выводы по третьей главе

4. Модифицирование медных сплавов

4.1. Терминология и классификация

4.2. Анализ процессов упрочнения металлов

4.3. Обоснование выбора модификаторов

4.4. Модифицирование сложнолегированных латуней

4.4.1. Исследование структуры и свойств латуней ЛМцСКА, ЛМцАЖКС

4.4.2. Изучение механических свойств латуни ЛМцАЖКС модифицированной лигатурой Ni-Mg-Ce

4.5. Выводы по четвертой главе

5. Опытно-промышленное опробование технологии плавки и литья слитков латуни ЛМцАЖКС

5.1. Металлографическое исследование слитков с введением модификатора Ni-Mg-Ce и различным содержанием кремния

5.2. Влияние содержания алюминия на структуру и свойства сплава ЛМцАЖКС

5.3. Анализ изменения микроструктуры сплава ЛМцАЖКС в процессе получения колец синхронизаторов

5.4. Износостойкость и металлографические аспекты износа колец синхронизаторов

5.5. Влияние термической обработки на микроструктуру и свойства колец синхронизаторов из латуни ЛМцАЖКС

5.5.1. Влияние температуры нагрева под штамповку на структуру и свойства

5.5.2. Влияние старения на твердость сплава ЛМцАЖКС

5.6. Выводы по пятой главе 155 Выводы по работе 156 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 158 ПРИЛОЖЕНИЕ

Актуальность темы

В настоящее время, во многих отраслях промышленности нашей страны, в частности, в автомобилестроении, судостроении, машиностроении широко применяются латуни специального назначения. Эти сплавы помимо меди и цинка могут содержать в своем составе такие элементы как кремний, марганец, железо, алюминий, никель, свинец и ряд других. За счет достаточно большой степени легирования в латунях формируется определенная структура, обеспечивающая необходимый уровень не только механических, но и специальных свойств, к которым относятся износостойкость, коррозионностойкость, кавитационностойкость и т.д. Например, многокомпонентные кремнемарганцевые латуни ЛМцКНС 58-3-1,5-1,5-1, ЛМцСКА 58-2-2-1-1, ЛМцАЖКС 70-7-5-2-2-1 благодаря сложной структуре, состоящей из матричных а- и Р'-фаз, выделений интерметаллидов и свинца, обладают высокими антифрикционными свойствами и поэтому используются в основном для производства деталей, работающих в условиях интенсивного трения. Срок эксплуатации подобных изделий будет зависеть во - первых, от соотношения матричных структурных составляющих, во-вторых, от количества, размеров и равномерности распределения интерметаллидов, в - третьих, от качества заготовок, из которых они изготовлены. Необходимо отметить, что одной из основных проблем, относящихся к латуни ЛМцАЖКС 70-7-5-2-2-1, является структурная проблема, поскольку химический состав, теплофизические и другие свойства этого сплава способствуют формированию неблагоприятной структуры при кристаллизации, а именно крупных (вплоть до 500 мкм и более) интерметаллидов, неравномерно распределенных по объему металла.

По мнению специалистов ОАО «АвтоВАЗ», наибольшую износостойкость блокирующим кольцам синхронизаторов придают интерметаллиды, имеющие форму игл или пластин длиной до 20 мкм. Однако, на сегодняшний день, по ряду объективных причин, главной из которых является недостаток достоверных сведений о механизме образования интерметаллидных частиц при кристаллизации расплава, получить необходимые размеры интерметаллидов не удается. Существующая технология полунепрерывного литья создает такие условия кристаллизации слитков, которые способствуют формированию в них крупных интерметаллидов. Ухудшает ситуацию тот факт, что зачастую эти частицы образуют достаточно крупные скопления, нарушая тем самым равномерность своего распределения в объеме матричных фаз. Недостатки литой структуры сохраняются и в прессованных полуфабрикатах и, как уже отмечалось выше, самым неблагоприятным образом влияют на технологические и эксплуатационные свойства латуни.

На основании вышеизложенных фактов можно сделать вывод о том, что задача поиска какого-либо способа измельчения интерметаллидных частиц непосредственно в процессе литья слитков является в настоящее время чрезвычайно важной и актуальной.

Цель работы.

Комплексное исследование взаимосвязи между химическим составом, структурой, механическими и технологическими свойствами заготовок из сложнолегированных латуней (на примере ЛМцАЖКС 70-7-5-2-2-1 и ЛМцСКА 59-3,5-2,5-0,5-0,4), изучение особенностей структурообразования этих сплавов в условиях интенсивного внешнего охлаждения и на основе выполненных исследований - разработка технологии их полунепрерывного литья. Основное внимание было уделено решению следующих задач: -исследованию макро- и микроструктуры сложнолегированных латуней ЛМцАЖКС 70-7-5-2-2-1 и ЛМцСКА 59-3,5-2,5-0,5-0,4 в литом и деформированном состоянии;

-изучению химического состава фазовых составляющих и исследованию влияния легирующих элементов на структуру и свойства латуней;

-изучению влияния структурных составляющих на механические, технологические и эксплуатационные свойства антифрикционных латуней, а также определению оптимального соотношения различных фаз для достижения требуемого сочетания свойств этих материалов;

-поиску методов управления размерами интерметаллидных частиц с целью увеличения износостойкости материалов;

-разработке технологических режимов плавки и полунепрерывного литья слитков из ЛМцАЖКС 70-7-5-2-2-1 (далее по тексту просто ЛМцАЖКС). Научная новизна.

Уточнены требования к объемному содержанию фаз, морфологии и размерам интерметаллидов, содержанию легирующих элементов в сложнолегированных латунях, позволяющие обеспечить необходимый уровень механических и эксплуатационных свойств.

Установлена связь между содержанием кремния, размером и морфологией интерметаллидов в сложнолегированных износостойких латунях.

Уточнена взаимосвязь между матричными а и Р'- фазами, а также интерметаллидами и количеством легирующих элементов, в частности, алюминия и кремния.

Выявлена закономерность влияния соотношений Fe/Si и Mn/Si на химический состав интерметаллидов в сложнолегированных латунях, обеспечивающих требуемые эксплуатационные свойства. Практическая ценность работы.

Разработан и внедрен технологический регламент полунепрерывного литья слитков многокомпонентной антифрикционной латуни ЛМцАЖКС с ужесточением химического состава по кремнию и применением модифицирования.

Автор выражает огромную благодарность за помощь в проведении работ по данной теме: Л.М. Жуковой, М.И. Волкову, к.т.н. Д.Д. Лащенко, к.т.н. А.Г. Титовой, к.т.н. О.С. Кузьмину, А.С. Овчинникову, к.т.н. В.В. Воронину, В.В. Артюшову, Ю.В. Рязанцеву и другим работникам ОАО «РЗ ОЦМ».

1. Состояние вопроса

6. Результаты исследования положены в основу разработки технологии плавки и полунепрерывного литья слитков из сложнолегированных кремнемарганцевых латуней. Разработан технологический регламент плавки и литья латуни ЛМцАЖКС с использованием лигатуры Ni-Mg-Ce в качестве модификатора, позволяющий получать литые заготовки и изделия из них с высоким уровнем механических и служебных свойств:

-температура расплава в печи во время модифицирования - 1150-1180°С; -модифицирование производится в разливочной коробке печи перед отливкой слитка путем ввода лигатуры в количестве 0,06 мас.% от массы металла в печи и перемешиванием расплава в течение 1-2 минут; -скорость литья слитков диаметром 214 мм - 3,5-4 м/ч;

-высота кристаллизатора - 400 мм.

1. Г.Б. Гершман, В.В. Котов, В.А. Ткаченко и др. Применение антифрикционных кремниймарганцовистых латуней взамен бронз // Цветные металлы. 1985.№ 11. С. 64-66.

2. Ефремов Б.Н., Юшина Е.В./Оценка влияния легирующих элементов на фазовый состав двухфазных латуней // Металлы. 1987. № 2. С. 89-91.

3. К.В. Варли, Н.В. Еднерал, А.И. Лейкин и др. Структура и свойства латуни ЛМцСКА 58-2-2-1-1 после упрочняющей термической обработки / МиТОМ, 1978.-№6.-С. 34-37.

4. Титарев Н.Я., Митина Л.И., Мироненко Э.И. Влияние марганца и кремния на свойства и структуру износостойкой латуни // Известия ВУЗов. Цветная металлургия. 1982. №2. С. 105-110.

5. Титарев Н.Я., Мороз В.Я., Мелах А.Г. Структура и механические свойства латуни типа ЛМцСК после упрочняющей термической обработки / МиТОМ. -1986. № 11. С. 41-44.

6. Титарев Н.Я. Получение прессованных полуфабрикатов из литейной латуни ЛМцСК и их свойства// Цветная металлургия. 1987. № 3. С. 72-75.

7. Курбаткин И.И, Пружинин И.Ф., Тишков А.А. Влияние состава на структуру и свойства сложных латуней, применяемых в автомобильной промышленности // Цветные металлы. 1994. № 3. С. 44-46.

8. И.И. Курбаткин, И.Ф. Пружинин, В.И. Фалкон и др. Влияние химического состава и режимов обработки на механические и эксплуатационные свойства кремнисто-марганцовистых латуней/ // Цветные металлы. 1996. № 9. С. 60-63.

9. Патент Японии № 51-41569, №41-49333. Износостойкий медный сплав.

10. Патент США № 3.337.335. Износостойкая латунь, содержащая свинец, кремний и марганец (РЖ, Металлургия. 1968. № 10).

11. Патент Австралии № 448406. Латунь для трубопроводов высокого давления (РЖ, Металлургия. 1975. № 11).

12. К.В. Варли, В.Р. Даржаев, Н. Рашков и др. Структурные изменения в сложнолегированной латуни ЛАНКМц в результате комбинированной обработки // Известия ВУЗов. Цветная металлургия, 1986. № 3. С. 97-100.

13. Пикунов М.В., Десипри А.И. Металловедение. М.: Металлургия. 1980. С.256

14. Патент Японии № 51-5980, № 47-12000. Прочный, вязкий и износостойкий сплав (РЖ, Металлургия. 1977. № 2).

15. Патент ГДР № 159552. Бронза.

16. Баранов А.А., Мироненко Э.И., Титарев Н.Я. О влиянии кремния на структуру и свойства вторичной латуни ЛС // Известия ВУЗов. Цветная металлургия. 1977. № 1. С. 121-124.

17. Головочев В.А., Комаров Н.А. Высокопрочные биметаллические соединения. Л.: Машиностроение. 1974. С. 192.

18. Титарев Н.Я., Демченко П.И. Структура и свойства непрерывнолитых прутков и труб из латуни ЛМцСК // Цветные металлы. 1992. № 7. С. 66-68.

19. Кузьмин О.С. Разработка технологи полунепрерывного литья кремнемарганцевых износостойких латуней, применяемых в автомобилестроении. Диссертация на соискание ученой степени к.т.н.-Екатеринбург. 1999. С.78-88

20. Головешко В.Ф. Опыт ЛПО «Красный выборжец» по интенсификации процесса литья меди и медных сплавов в свете реализации программы «Интенсификация-90». Л.: ЛДНТП. 1986. С 28.

21. Мальцев М.В. Модифицирование структуры металлов и сплавов. М.: Металлургия. 1964.214 С.

22. Ливанов В.А., Елагин В.И. Факторы, воздействующие на структуру полунепрерывнолитых слитков из цветных сплавов. М.: Металлургия. 1980. С 178-201

23. Кинне Г. Вишхарев А.Ф., Кряковский Ю.В., Явойский В.И. Вопросы теории и применения редкоземельных металлов. М.: Наука, 1964. С. 204-208.

24. Неймарк В.Е. Сб. Редкоземельные элементы в сталях и сплавах. М.: Металлургиздат. 1959. С. 231-246.

25. Хансен М. Структуры двойных сплавов. М: Металлургиздат, 1962. С 1487.

26. К.В. Варли, В.Р. Даржаев, З.М. Иедлинская и др. Распад пересыщенного твердого раствора в латуни ЛАНКМц // Известия ВУЗов. Цветная металлургия. 1976. №5. С. 101-104.

27. Б.Н. Ефремов, В.К. Портной, В.Н. Федоров и др. Проявление структурной сверхпластичности у дисперсионно твердеющей латуни ЛАНКМц 75-2-2,5-0,50,5 // Известия ВУЗов. Цветная металлургия. 1984. № 6. С. 75-79.

28. Варли К.В. Даржаев В.Р. Рашков Н.И. др. / София: Металлургия. 1980. № 2. С. 14-17.

29. Специальные способы литья / Справочник. Под общей редакцией академика АН УССР В.А. Ефимова. М.: Машиностроение. 1991. - 734 с.

30. Добаткин В.И. Непрерывное литье и литейные свойства сплавов. Оборонгиз. 1948. часть 3. С. 154.

31. Горшков Е.И. Литье слитков цветных металлов и сплавов. М.: Металлургиздат. 1952. С.416.

32. Евтеев Д.В., Колыбалов И.А. Непрерывное литье стали. М.: Металлургия. 1984. С.200.

33. Рутес B.C., Гуглин Н.Н, Евтеев Д.П и др. Непрерывная разливка стали в сортовые заготовки. М.: Металлургия. 1967. С. 145.

34. Бочвар А.А., Добаткин В.И. О температурной кривой начала линейной усадки бинарных сплавов // Изв. АН СССР, ОТН. 1945. № 1-2.

35. Бочвар А.А., Свидерская З.А. О разрушении отливок под действием усадочных напряжений в период кристаллизации в зависимости от состава // Изв. АН СССР, ОТН. -. 1947.№ 3. С.349-354.

36. Рутес B.C., Аскольдов В.И., Евтеев Д.П и др. Теория непрерывной разливки. М.: Металлургия. 1971. С.295.

37. Баландин Г.Ф. основы теории формирования отливки. М.: Машиностроение.1979. С.335.

38. В.И. Тутов, А.Н. Крутилин, И.В. Земсков и др. Влияние технологических параметров на стабильность процесса непрерывного литья // Цветные металлы.1980. №10. С.34-36

39. Кац A.M. Формирование трещин и оптимальное температурное поле слитка при непрерывном литье // Цветные металлы. 1981. № 4. С. 69-72.

40. Кац A.M., Шадек Е.Г. Теплофизические основы непрерывного литья слитков цветных металлов и сплавов. М.: Металлургия. 1983. С.203 .

41. Кац A.M. Пути повышения производительности при непрерывном литье слитков горячеломких сплавов. М.: ЦНИИЦветмет экономики и информации. 1982. С.48.

42. В.Ф. Головешко, A.M. Кац, В.В. Кандарюк и др. Влияние условий вторичного охлаждения на теплоотвод и формирование слитка в кристаллизаторе // Цветные металлы. 1982.№3. С. 63-65.

43. Головешко В.Ф., Кац A.M., Шадек Е.Г. и др. Цветная металлургия. Бюл. НТИ. 1981. № 10. С.33-35.

44. В.Ф. Головешко, A.M. Кац, А.Г. Володина и др. Влияние скорости потока воды на отвод тепла в кристаллизаторе // Цветные металлы. 1972. № 12. С. 72-73.

45. Бахтиаров Р.А. Покровская Г.Н., Краева Т.М. Интенсификация полунепрерывного литья слитков алюминиевых бронз // Цветные металлы. 1973. № 9. С. 50-54.

46. Буров А.В. Исследование влияния термического сопротивления рубашки кристаллизатора на характер затвердевания и качество поверхности цилиндрических слитков латуни JI 62. Автореферат диссертации на соискание ученой степени к.т.н. Москва. 1971. С.20.

47. Дмитриева Г.С., Шлепцов В.Ф., Головешко В.Ф. Трещинообразование при полунепрерывном литье плоских слитков меди // Цветные металлы. 1971. № 5. С.75-78.

48. Владимиров В.А. Тепловые режимы непрерывной разливки меди // Литейное производство. 1998. № 3. С. 71-72.

49. Головешко В.Ф., Соколов Б.Л. Некоторые особенности формирования твердой корки слитка в кристаллизаторе // Цветные металлы. 1986. №4. С. 68-69

50. ГОСТ 859-78. Медь. Марки. Введен с 10.02.78 взамен ГОСТ 859-66. Ограничение срока действия снято 21.10.91. Издательство стандартов. 1995. С.5.

51. ГОСТ 11069-74 (СТ СЭВ). Алюминий первичный. Марки. Введен с 01.01.75 взамен ГОСТ 11069-64. Ограничение срока действия снято 07.09.92. Издательство стандартов. 1975. С.6.

52. ГОСТ 3640-94. Цинк. Технические условия. Введен в действие с 01.01.97 взамен ГОСТ 3640-79. Издательство стандартов. 1996. С.8.

53. ГОСТ 2169-69. Кремний технический. Технические условия. Введен в действие с 16.10.69 взамен ГОСТ 2169-43. Срок действия продлен до 01.01.97. Издательство стандартов. 1992. С.6.

54. ГОСТ 6008-90 (СТ СЭВ 497-89). Марганец металлический и марганец азотированный. Технические условия. Введен в действие с 01.07.91 до 01.07.96 взамен ГОСТ 6008-82.- Издательство стандартов. 1992. С.6 с.

55. ГОСТ 849-97. Никель первичный. Технические условия. Введен в действие с 01.07.98 взамен ГОСТ 849-70. Издательство стандартов. 1998. 5 с.

56. ГОСТ 3778-77. Свинец. Технические условия. Введен в действие с 01.07.79. Цветные металлы и сплавы, ч 1. 1994. С. 169-181.

57. ГОСТ 1639-78. Лом и отходы цветных металлов и сплавов. Общие технические условия. Введен в действие с 01.01.78 взамен ГОСТ 1639-73. Издательство стандартов. 1982. С.48.

58. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся ВТУЗов. М.: Наука. 1980. 978 с.

59. Салтыков С.А. Стереометрическая металлография. М.: Металлургия. 1976. 272 с.

60. Чернявский К.С. Стереология в металловедении. М.: Металлургия. 1977. С. 280.

61. Двойные и многокомпонентные системы на основе меди. Справочник Институт металлургии им. А.А. Байкова Ан СССР. М.: Наука. 1979.

62. Мальцев М.В. Металлография промышленных цветных металлов и сплавов. М.: Металлургия. 1970. С.369 .

63. Гельд П.В., Сидоренко Ф.А. Силициды переходных металлов четвертого периода. М.: Металлургия. 1971.

64. Фоминых С.И. Совершенствование технологии получения литых заготовок из антифрикционных кремнемарганцовистых латуней. Диссертация на соискание ученой степени к.т.н. Екатеринбург. 1998.

65. Тихонов Б.С., Тяжелые цветные металлы и сплавы. Справочник. Том 1, М: ЦНИИЭИцветмет, 1999. С. 121-122.

66. Гаврилин И.В. Что дают исследования строения жидких сплавов для практики литья // Литейное производство. 1988. №9. С. 3-4.

67. Крушенко Г.Г. Повышение свойств алюминиево-кремниевых сплавов путем их обработки в жидком состоянии // Свойства расплавленных металлов. М.: Наука, 1974. С. 78-82.

68. Ухов В.Ф., Ватолин Н.А., Гальчинский Б.Р. Межчастичное взаимодействие в жидких металлах. М.: Наука, 1974. 192 с.

69. Арсентьев П.П., Коледов Л.А. Металлические расплавы и их свойства. М.: Металлургия, 1976. 376 с.

70. Марч Н.Г., Тоси М. Движение атомов жидкости / пер. с англ. М.: Металлургия, 1980. 296 с.

71. Уббелоде А.Р. Расплавленное состояние вещества / Пер. с англ. М.: Металлургия, 1982. 376 с.

72. Нехендзи Ю.А. Стальное литье. М.: Металлургиздат, 1948. 767 с.

73. Жидкая сталь / Б.А. Баум, Г.А. Хасин, Г.В. Тягунов и др. М.: Металлургия, 1984. 208 с.

74. Френкель Я.И. Кинетическая теория жидкости. Л.: Наука, 1976. 592 с.

75. Вилсон Д.Р. Структура жидких металлов и сплавов / Пер. с англ. М.: Металлургия, 1972. 247 с.

76. Бабаскин Ю.З. Структура и свойства литой стали. Киев: Наукова думка, 1980. 240 с.

77. Архаров В.И. Исследование по диффузии и внутренней адсорбции в металлах и сплавах // Труды института физики металлов. УФАН СССР. 1955. Вып. 16. С. 7.

78. Затуловский С.С. Суспензионная разливка. Киев: Наукова думка, 1981. 260 с.

79. Ермолаев К.Н., Вертман А.А., Самарин A.M. О механизме модифицирования металлов // Свойства расплавленных металлов. М.: Наука, 1974. С. 70-74.

80. Шульте Ю.А. Неметаллические включения в электростали. М.: Металлургия, 1964 . 207 с.

81. Гаврилин И.В., Ершов Г.С., Каллиопин И.К. О выборе рациональных модификаторов для стали. // Изв. вузов. Черная металлургия. 1974. №10. С. 135-141.

82. Вишкарев А.Ф., Близнюков С.А., Явойский В.И. Теоретические основы комплексного раскисления стали. // Влияние комплексного раскисления на свойства стали. М.: Металлургия, 1982. С. 4-11.

83. Природа неметаллических включений в крупных слитках модифицированной стали для энергомашиностроения Ю.Я. Скок, В.А. Ефимов, Е.Д. Таранов и др. // Влияние комплексного раскисления на свойства сталей. М.: Металлургия, 1982. С. 97-105.

84. Жуков А.А. Добровольский И.И. Электронные конфигурации в чугунах, содержащих кремний, медь, ванадий // Прогрессивные технологические процессы в литейном производстве. Омск: ОмПИ, 1982. С. 107-112.

85. Гольдштейн Я.Е., Мизин В.Г. Модифицирование и микролегирование чугуна и стали. М.: Металлургия, 1986. 272 с.

86. Барий в ресульфурированной кальциевой стали А.Я. Заславский, З.Ф. Гусева, Т.А. Комисарова и др. // Способы повышения эффективности применения легирующих, раскислителей и модификаторов. Тез. всесоюз. науч.-техн. семинара. 1984. С. 30-31.

87. Лунев В.В. Эффективность модифицирования электростали РЗМ и ЩЗМ для отливок ответственного назначения // Прогрессивные технологические процессы в литейном производстве. Омск. 1981. С. 36-46.

88. Афтадилянц Е.Г., Бабаскин Ю.З. Влияние модифицирования добавками азота и ванадия на структуру и свойства среднеуглеродистой стали // Литейное производство. 1981. №12. С. 14-15.

89. Ершов Г.С., Черняков В.А. Строение и свойства жидких и твердых металлов. М.: Металлургия, 1978. 231 с.

90. Столофф Н.С. Влияние легирования на характеристики разрушения // Разрушение металлов. / Пер. с англ.; под ред. M.JI. Бернштейна. М.: Металлургия, 1976. Том 6. С. 11-85.

91. Сабуров В.П. Разработка и внедрение технологии суспензионного модифицирования стали и никелевых сплавов. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Омск. ОмПИ, 1991. 506 с.

92. Флеминге М. Процессы затвердевания / Пер. с англ.; Под ред. А.А. Жукова и Б.В. Рабиновича. М.: Мир, 1977. 424 с.

93. Голиков И.Н., Масленков С.Б. Дендритная ликвация в сталях и сплавах. М.: Металлургия, 1977 . 224 с.

94. Сабуров В.П. Выбор модификаторов и практика модифицирования литейных сплавов. Омск: ОмПИ, 1984 . 94 с.

95. Гуляев Б.Б. Теория литейных процессов. Л.: Машиностроение, 1976. 320 с.

96. Гаврилин И.В. Плавление и кристаллизация металлов и сплавов. Владимир: Владимир, гос. ун-т., 2000. 260 с.

97. Turnbull D. Theory of catalyses nucleation by surfange patehes J. Chem. Phys. 1952, 20, №8 p. 411-418.

98. Чалмерс Б. Теория затвердевания. М.: Металлургия, 1968. С. 248.

99. Баландин Г.Ф. Формирование кристаллического строения отливок. М.: Машиностроение, 1973. С. 297.

100. Рыжиков А.А. Теоретические основы литейного производства. М.: Машгиз, 1971. С. 322.

101. Григорович В.К. Электронное строение и термодинамика сплавов железа. М.: Наука, 1970. 400 с.

102. Tiller W., Takahashi Т. // Acta metallurgica/ 1969, 17, N4. p. 483.

103. Воздвиженский B.M. Прогноз двойных диаграмм состояния М.: Металлургия, 1975. 260 с.

104. Отчет института Гипроцветметобработка "Совершенствование технологий производства труб из кремнисто-марганцовистой латуни для АВТОВАЗа".

105. Колачев Б.А. и др. Технология термической обработки цветных металлов и сплавов. М, Металлургия. 1992, с. 272.