автореферат диссертации по металлургии, 05.16.04, диссертация на тему:Разработка и внедрение технологии изготовления отливок из алюминиевых сплавов в условиях массового производства

УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ - УПЙ

Для служебного пользования

экз. N 000094

На правах рукописи

ЖУТАЕВ Леопольд Иванович

РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТЛИВОК ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ В УСЛОВИЯХ МАССОВОГО ПРОИЗВОДСТВА

Специальность 05.16.04 - Литейное производство

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Екатеринбург 1994

Работа выполнена на Уфимском моторостроительном объединении и кафедре "Литейное производство" Уральского государственного технического университета - У1Ш. -

Паучник руководитель - доц., канд.техн.наук Кауфман A.C. ;

• проф., д-р.техн.наук Мысик Р.К. Научный консультант - доц., канд.техн.наук Костина Т.К.

Официальные оппоненты - проф., д-р.техн.наук Иткис З.Я.;

доц., канд.техн.наук Поль В.Б.

Кауфман A.C.

Ведущее предприятие. - НПО "Машиностроительный завод им. Калинина", г. Екатеринбург.

Защита состоится 20 июня ''1994 г. - . . на заседании специализированного совета Д 063.14.01 Уральского государственного технического университета - УПИ по адресу : 620002, г.Екатеринбург, К-2, УГТУ - УПИ, ученому секретарю совета института.

.Автореферат разослан " (у " 1304 Г.- '

Ученый секретарь специализированного совета профессор, доктор технических наук Н. С. Шумаков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. Необходимость совершенствования произ-одственных процессов обусловлена потребностью машиностроения в поучении изделий с повышенными эксплуатационными характеристиками ри снижении металлоемкости механизмов и машин.

Известно, что алюминиевые сплавы обладают благоприятным ссчета-ием технологических, физико-химических и эксплуатационных характе-истик, в связи с чем они широко применяются для изготовления слож-ых отливок. В условиях массового производства особую важность при-Оретают вопросы Еыбора марки сплава, обеспечивающие не только вы-окое качество изделий, но и высокие экономические показатели про-зводства. Качество отливок в значительной степени • определяется одготовкой расплава к литыо, содержанием неметаллических и газовых ключений, структурой сплава и др. • В- связи с этим необходим комп-ексный подход к решения этой проблемы,, включающий изучение физи-еских свойств расплава, условий рафинирования сплавов, природы •сличений в отливках и свойств окисной плены на поверхности жидкого ыава.

Анализ современного состояния проблемы показывает, что, несчот-и на большое количество исследований в этом направлении, имеются грьезные трудности на пути понимания причин, обуславливающих взаи-эдействие всех стадий производства.

Актуальность выбранного направления диссертационной работы утверждается выполнением ее в соответствии с Координационным плазм АН СССР на 1935 - 1990 гг. по решению научной проблемы 2.25.1.5 'азработка теории литейных процессов, обеспечивающих создание и 1звитие высокоэффективных и безотходных технологий с применением

внешних воздействий на жидкий и кристаджзующиися металл", задания 03.05.01 " Изучение влияния температурно- временной обработки жидких сплавов на. качество отливок из алюминиевых сплавов", а также тематическими планами Минавиапрома.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Разработка технологии производства крупногабаритных высококачественных отливок из сплава,АЛ32 в условиях массового производства. При этом возникла необходимость решения следующих задач:

- изучить природу неметаллических включений и особенности их смачивания , жидкими флюсами; ......

- исследовать свойства окисной плены, образующейся на поверхности расплава;

- разработать оптимальные режимы комплексного рафинирования;

- исследовать температурные зависимости физических свойств алюминиевых расплавов и разработать температурные режимы их выплавки.

• МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ. ' Физические свойства алюминиевых расплавов изучали путем измерения кинематической вязкости", плотности на специальных; установках.; Дифференциальный термический анализ проводили на установке ВДТА-8МЗ. ■ Электросопротивление твердых образцов определяли стандартным контактным 4- эондовым методом в интервале температур 10-1000°С в вакууме не ниже.Б-Ю-5 мм рт.ст.

.Электросопротивление неметаллических и шлаковых включений измеряли на установке,смонтированной на базе прибора ПМТ-З.

" Металлографический анализ микроструктуры выполнен на микроскопе МИМ-10 и "Мэ1з11их". Для идентификации фаз проведен микрорентгено-спектральньй анализ на электронном микроскопе ^-из.

Для. оптимизации параметров процесса рафинирования алюминиевых сплавов применялся метод математического планирования эксперимента.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Установлено, что в отливках сплава АЛ32 имеют

место два вида включений. Первая группа включений имеет низкую твердость и представлена пленообразующйми окислами, а также остатками флюса и других инородных частиц. Вторая группа - крупные включения, имеющие высокую микротвердость и вызывающие повышенный износ режущего инструмента.

С помощью лазерного и' микрорентгеноспектрального анализов, а также измерения микротвердости и электросопротивления выявлено, что крупные включения являются продуктом химического взаимодействия расплава с футеровкой плавильных агрегатов, ее механического разрушения и окисления компонентов сплава. , Установлено, что интерметал-лиды на основе Ре-л1-51-Ш появляются, когда созданы условия для насыщения расплава железом.

Обоснована целесообразность~ защитного микролегирования системы ' цинком с целью увеличения упруголластических свойств плены на по- . верхности расплава и самовосстановления при разрушении.

Результатами комплексных исследований сплава АЛ32 подтверждено ■ существование генетической взаимосвязи его структуры и свойств в жидком и твердом состояниях. Показано, что увеличение максимальной температур^ нагрева расплава в процессе плавки до ~900°С сопровождается 'охрупчиванием закристаллизованного металла вследствие появления в структура отливок игольчатой интерметаллидной фазц РеБШБ. Это, в свою очередь, приводит к резкому снижению прочностных характеристик сплава АЛ32. •

. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ И РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ В'ПРСМДШШННОСТИ Разработана и внедрена технология комплексного рафинирования спАава АЛ32 гля получения сложных фасонных отливок для автомобилестроения в условиях массового производства, обеспечивающая высокий выход годного и минимальный уровень брака по газовым и.-Платовым включениям. а также, негерметичности-водяной рубашки и масломагистрали.

. Разработан и внедрен состав жидкого- рафинирующего флгасг мас.Х: , 28 NaCl, 61 KCl. 3 NaF, 8 NasAlFö. Использованы в технсшс гической цепи (»ЯН-насосы взамен дозаторов ковшевого типа, что по; волило уменьшить■брак отливок по окисным пленам и шлаковым сключ« ниям за счет осавдения включении на стенках канала касоса.

■ При разработке технологии плавки использованы результаты иссл« дования взаимосвязи структуры и свойств сплава АЛ32 в жидком твердом состояниях. Обоснована целесообразность ведения плавидьяо1 процесса при температурах, непревышающих 800°С.

Результаты работы внедрены на Уфимском моторостроительном прс изводственном объединении. Годовой аффект составляет 2687216 тыс руб. (в ценах 1994 г.). •

АПРОВАДИЯ РАБОТЫ.. Материалы диссертации доложены и обсуждены i Всесоюзных, республиканских и отраслевых совещаниях и семинара} "Автоматизация и. прогрессивная технология литья под давление» (Москва,1984 г.); "Высокопрочные цветные металлы" (Москва, 1978 г.; "Развитие и. совершенствование -литья под давлением" (Москва, 1975 г.); "Применение магнитодинамических и-линейных электроприводов б литейном производстве" (Москва, 1984 г:);. "Швьшение качеств; отливок и эффективности специальных..методов литья" (Уфа,1986 г.: "Современные методы производства отливок,- способствующие экономии материальных технико-экономических'ресурсов" (Пермь,1984 г.).

ПУБЛИКАЦИИ. Tío результатам работы имеется' 21 публикация, в ti числе 17 статей. 11 описаний к авторским свидетельствам.

СТРУКТУРА и ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состоит из введ< ния, четырех глав, заключения" и - .приложения, содержит • 184 страниц основного машинописного текста, 44 рисунка, 34 таблица и список : пользованных источников из 175 наименований. •

- 7 -

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

• ■ Материал и методики исследования Одним из ключевых вопросов был выбор марки сплава для отливок, работающих в условиях больших знакопеременных нагрузок и давления и получаемых методом литья под давлением. Опробованы как отечественные марки сплавов (АЛ4, АЛ2, АЛ32), так и зарубежные (Рено, Шкода, А380 (США)). Лучше результаты получены при использовании сплава АЛ32 (ГОСТ 2685-75).

Технологией предусмотрены две схемы литья: первая из них применяется в случае изготовления отливок методом литья под давлением, вторая - при изготовлении отливок .(например, блок цилиндров) методом литья в механизированный кокиль.

Отбор проб для анализа-неметаллических включений производился по ходу приготовления жидкого металла в: соответствии с ранее указанными двумя технологическими схемами (т.е. в тех местах, где - ' ' . - . i

предполагалось насыщение расплава газами и включениями).

■В, жидком состоянии исследованы температурные зависимости кинематической вязкости и плотности образцов промышленных алюминиевых сплавов АЛЗО и АЛ32 по стандартным методикам. -

Дифференциальный термический анализ' проводили на установке ЗДТА-8МЗ. Образцы помещали в -ячейку из оксида бериллия, в качестве эталона применяли вольфрам. Запись термограмм вели'в режиме охлаждения.

Для измерении электрического сопротивления включений на базе лриСсра ЕМТ-3 изготовили специальное устройство. Необходимо учитывать, что сопротивление оксидных фаз на несколько порядков выше со-1ротивлен"гя интерметаллидов. Поэтому, вместо ипдентора использовали г!глу, жестко связанную с подающим микрометрическим устройством.

Метод оценки свойств:окисной плены,'образующейся на поверхности расплава, основан на явлении тензоэффекта,. который заключается в изменении "электросопротивления проводника под влиянием механической деформации.'..'

Металлографический анализ макроструктуры выполнен на микроскопе МИМ-10 и "Metallux - 11", количественная- оценка объемной, доли структурных составляющих выполнена линейным методом.-Во всех случаях рассчитана ошибка измерения по среднеквадратичному отклонение.:

Исследование природы включений в отливках и свойств окисной плены на поверхности жидкого металла

Анализ качества, отливок "блок.цилиндров" на УМПО показал, что в литейном цехе по негерметичности водяной рубашки и масломагистрали, а также усадочным раковинам,"неспаям и прочим-дефектам брак'составлял в среднем до 8£, в том числе в механическом цехе -3-4Z отливок по шлаковым включениям, газовым раковинам и пористости. ', Кроме того, в мёханическом цехе наблюдалась низкая стойкость режущего инструмента. .;-

. В работе исследована степень насыщения металла включениями в зависимости от времени выдержки, типа футеровки, используемой в. плавильных и раздаточных агрегатах, в условиях технологических схем УМПО.' "•' ■' _ " " "

"В лабораторных условиях, проведены заливки расплава АЛ32 в чугунные тигли, внутренняя поверхность которых покрыта обмазками, соответствующими составам футерэвок.тигля плавильной печи ИАТ-2.5М1, миксера,, раздаточной и газовой печи (табл.1). Выплавку алюминиевого сплава производили в печи сопротивления с графитовым нагревателем, температуру (7б0-780°С) поддерживали ^ с помощью двухпозиционного

нагревателя. Сплав выдерживали в печи от 1 до 4 часов. Заливку в кокиль, подогретый до 160°С, проводили по технологии, действующей на УМПС,

В качестве характеристики загрязненности сплава использовали понятие о среднем значении объемной доли У, занятой включениями (рис.1). Все полученные результаты обработаны методами математичес-

х%

0.2

%1

—Г 1 1 1 1

• о-*

- О — 2 _

©-3

©-4

л ..

в ем ' * - п -

) 1 ( г 1 « 4 <

3 1 2 4

Рис.1. Изменение средней объемной доли V, занятой включениями, от времени а - 760°С): 1,2,3,4 Ч составы обмазок (табл. 1)

<ой статистики. Показано, что время выдержки (т) сплава АЛ32 в жидком состоянии является значимым'фактором для контролируемого параметра (У).

Установлено, что наибольшая интенсивность насыщения включенияи наблюдается при использовании обмазок 1,2,3 составов (табл.1). Пр1 использовании же вксокоглиноземистой обмазки (4-й состав) даже пр! выдержке сплава в жидком состоянии в течение 3 часов существенного насыщения образцов включениями не происходит. Это обстоятельстве характеризует некоторые достоинства футеровки газовой печи (рис.1).

Таблица 1

Составы обмазок, применяемых для покрытия чугунных тиглей

N Состав обмазки »гас. 2 Промысле шм

аналог

1. Магнезитовый порошок 70 Раздаточные

Шамотный порошок 10 печи

Кидкое стекло (М-2,6; р -1,38 г/см3) 20

Натрий кремнефтористый (сверх 100%) 10-20

от веса жид-

кого стекла

2. Периклаз 28,8 Тигли печей

Шамотный порошок фракции 0,5 мм 25,0 . ЙАТ-2,5 М 1

Шамотный порошок фракции 0¿5-1,0 мм • 30,0

Натрий кремнефтористый . 1,2

Жидкое стекло (М-2,6; р -1,38 г/см3) . .15,0

с'. Шамотный порошок фракции 0,5 мм ч С', Миксер

Глина ' 10

4. Молотый высокоглиноземистый 90 Газовая

кирпич фракции 0,5 мм "... печь

Глина 10

Следует отметить, что при увеличении времени выдержки расплав; до 4 часов наблюдается некоторое снижение' содержания включений Очевидно, происходит естественная седиментация включений в маловяз

ом перегретом расплаве. Это обстоятельство подтверждается, химичес-им анализом (80% . обнаруженных включений А1г0з локализованы в дон-ой части тигля).

Анализ макроструктуры кокильных образцов показал, что в них меются включения: темносерые мелкие (до 100 мкм); '

черно-серые, крупные, рыхлые по структуре, иногда видимые невооруженным глазом;

светлые, имеющие осколочнс-шаровую форму.

Анализ включений темносерого цзета показал, что в них повышение содержание (5 - 10 мас.%) и незначительное количество Мп I мас.7.\. По значениям удельного -электросопротивления (р - 5-)7 Ом-м) и микротвердости (Н„ - 8820 МПа) их можно отнести к шла-звым включениям на основе ЫОг экзогенного типа.

Измерение - электросопротивления крупного включения черно-серого ¡ета показало, что (р- 3-Ю7 Ом-м) оно может быть отнесено к ок-иной фазе, образующейся, в металле в процессе рафинирования. Изменив же мюфотвердости (Ну - 637 МПа) позволяет предположить, что 1нные включения являются окислами А^Оз-МеО (типа шпинели) и 31 Ог-Установлено, что • светлые включения осколочно-'шаровой формы льются интерметаллидаии (Ну-7840 МПа).

Изучение природы включений, в отливках из сплава АЛ32 . позволило .зделить их на два типа: •

- рыхлые неплотные включения невысокой микротвердости (к этом'/ пу относятся крупные инородные образования й включения типа пле-

). Эти включения отрицательно сказываются на механические свойства ливок, но не влияют на износ и поломку режущего инструмента;

- темные и светлые включения с высокой микротвердостью, разли-емые невооруженным глазом, вызывающие повышенный износ режущего

- 12 -

инструмента и поломку его при мехобработке отливки.

Состав включений определяли на микроакализаторе "САМЕСА" МЗ-46. Анализ показал, что в состав почти всех включений входят Мг, А1, Си, Ее. Однако в стливках, отлитых по первой технологической схеме, в значительных количествах присутствуют А1 и Мд. Количество эти; элементов в составе включений и их способность к окислению позволяют считать, что такие включения можно отнести к шлаковым, которьк являются в основном комбинацией'окислов.

При анализе состава твердых включений, обнаруженных в образцах отобранных по второй технологической схеме, обращает на себя внимание повышенное содержание в них железа. Их светлая окраска напоминает интерметаллиды, обнаруженные в лабораторных образцах. Кром( того, в составе включений обнаружено более высокое содержание А1 Мл, Си.

Высокое сродство к.кислороду основных компонентов сплава АЛ32 : ведущая 'роль. • окисной фазы при образовании твердых включений в от ливках вызвали необходимость .исследования свойств окисной плены : расплаве. -

Известно, что рост окисной пленки .на поверхности.расплава сни жает скорость насыщения водородом. Однако окисная пленка из шпинел не защищает расплав от проникновения водорода. Насыщение имеет сту пенчатый характер, связанный с нарушением монолитности (целостное ти) пленки. О монолитности и эластичности пленки судили по сопро тивлению разрыву при динамическом нагруженяи.

В работе изучены свойства одаской плены на жидком сплаве АЛ32 Такое исследование прежде всего.необходимо как для оценки возмоя ности насыщения расплава водородом, так и взаимодействия сплава компонентами фшоса. Методической основой такого исследования йви лось явление тензоэффекта, • заключающееся в изменении злектросопрс

. тивления проводника под влиянием механической деформации.

Исследована зависимость изменения нагрузки на пленку, покрывающую зеркало сплава АЛ32 без добавок и с введением легирующих доба-еок в сплав, от времени (рис.2,а). Установлено, что на чистом сплаве АЛ32 время устойчивости плены под нагрузкой (ху) невелико и со -¿тавляет 4с. Затем следует ее прорыв при нагрузке Р - 10.94-10-3 Н. Низкое значение ту свидетельствует, по-видимому, о наличии пор и трещин в пленке, которые явились концентраторами напряжений и способствовали разрыву пленки в этих местах.

Значительный интерес представляют • упругопластические свойства плены. При измерении деформации плены под нагрузкой наблюдается небольшой отрезок кривой, когда пленка растягивается без увеличения нагрузки. 1 Этот факт свидетельствует о способности плены к пластическому течению (рис.2,6).

Последующее существенное изменение.'деформации-плены происходит при незначительном изменении нагрузки, которое заканчивается проры- . вом. В результате многократно выполненных экспериментов сделали вывод о том, что сформировавшаяся на расплаве АЛ32 плена обладает'за-метными упругими свойствами-и незначительной способностью к пластическому течению. Однако ее низкая устойчивость' и слабая способность к течению перед прорывом свидетельствует о несовершенстве.ее структуры, т.е. о наличии трещин и пор, через которые к жидкому металлу может проникать Еодород иа атмосферы рабочего пространства газовой печи. . • .

В связи с этим встала задача повышения упругопластических свойств плены за счет введения легирующих добавок в сплав. Следует заметить, что вводимые добавки не должны ухудшать свойств сплава, и прежде всего, механических. -

Рис.2. Прочностные (а> и упругопластические (б> свойства окисной плены на поверхности расплава: 1-АЯ32 + 0,3 тсЛ Се; 2-АЛ32 + 0,3 мае.-? ; 3-АЛ32 0,3 шсЯ ; 4-АЛ32 + 0,3 тс.% ; 5-АЛ32 без добавок ■

В качестве добавок опробованы цирконий, лантан, церий, гадолиний и цинк. Большинство из этих элементов вводили в виде лигатур. При выборе микродобавки руководствовались поверхностной активностью, скоростью диффузии ее в поверхностном слое, а также принималось во внимание сродство к кислороду и способность давать сплошную пленку, которая определяется известным соотношением Пиллинга -Бедворта. При этом молярный объем окисла Умео должен быть больше объема одного моля металла Уме , т.е. и должно быть > 1.

При введении 0,18 ыас.7. 2г в сплав замечено, что прорыв происходит при большой нагрузке, , а время ее устойчивости (ту) возрастает. Ее эластичность также существенно возрастает, что определяется более протяженным нелинейным участком на кривой е - Р по сравнению с таковы^ для сплава АЛ32 без добавок. Этот участок характеризует способность плены к длительному пластическому течению вплоть до ее прорыва. При этом. наблюдается быстрая восстановиюсть плены на расплаве, которая выражается в залечивании трещин и быстром восстановлении ее упругих свойств после прорыва. Следует отметить модифицирующее влияние циркония на расплав. ^ .

Введение окислов гем не дало предполагаемых результатов, хотя их отличает высокая химическая активность,' а и > 1, Наилучшие характеристики устойчивости'и прочности плены обнаружены при введении в расплав лигатуры, содержащей церий. Они превосходят значения т у и е . полученные на пленках сплава АЛ32* без добавок (рис.2).

Достаточно стабильные результаты по прочности и эластичности плены на сплаве АЛ32 получены при введении 0,2 мас.% 1п. При этом положительное воздействие окислов окиси цинка на свойства плены заключаются в ее сравнительно быстрой восстановимости (рис.2).

Выполненные исследования.позволили сделать предположение, что существует оптимальное / значение л ,, которое позволяет определить

... - 16 -

целесообразность микролегирования сплава тем или иным компонентом с точки зрения формирования на поверхности расплава плены.с необходимыми упругопластическими и прочностными свойствами. Коэффициент и должен быть-больше 1 и меньше 2,5 (1< и < 2,5).

В результате.рекомендуется*введение таких элементов, как 1х, Се,. .2X1 для формирования прочной и эластичной плены,."предохраняющей сплав от насыщения, водородом и являющейся барьером для проникновения продуктов раскисления в расплав.

Разработка и внедрение промышленной технологии производства

.алюминиевых отливок с целью увеличения выхода годного деталей автомобильного двигателя "Москвич - 412"

В связи с тем, что к' большинству отливок предъявляются повышенные требования по герметичности и прочности, возникает необходимость создания технологического процесса, обеспечивающего этй условия. .."••'■'•'-.•".'.'' ' ' " ■

В результате проведенных исследований .сделан выббр сплава для сложных отливок сплава АЛ32 в-условиях массового производства, разработаны составы флюсовых композиций, определены наиболее оптимальные технологические схемы изготовления отливок.

. При разработке и окончательном'. выборе состава жидкого флюса для рафинирования алюминиевых сплавов полагали:

- значения межфазного -натяжения должны быть более низкими. Нижний предел этой величины определяется возможностью отделения флюса от металла, но не должен быть ниже 310 мДж/м2;

- температура плавления флюсов должна" быть-минимальна;

- компоненты, образующие солевую систему, не. должны быть дефицитны и не должны снижать -качества металла при.", возможном переходе

- 17 -

компонентов флгасй в жидкий металлический сплав;

- процесс рафинирования не должен существенно загрязнять атмосферу цеха.

Состав предложенного жидкого флюса (в мас.%: МаС1-28, КС1-31, МаГ-З. МазА1Гб-8) защищен авторским свидетельством на изобретение.

При использовании рекомендованного режима рафинирования изготовлена опытно-промышленная партия отливок "блок цилиндров". Вырезаны образцы для механических испытаний. Результаты испытаний показали, что только в четырех отливках из 100 обнаружены твердые неметаллические включения, что, очевидно, связано с открытым переливом металла. .Применение ИГО в-сочетании с предложенной технологией рафинирования позволило заметно снизить содержание включений в металле. Использование в качестве рафинирующей фазы жидких флюсовых композиций позволило интенсифицировать процесс рафинирования металла, что исключительно вакно в условиях массового производства.

С целью оптимизации существующего температурно-временного режима выплавки проведены комплексные,исследования структуры и свойств сплава ,АЛ32 в жидком и твердом состояниях. Изучены температурные зависимости кинематической вязкости и плотности расплава АЛ32. Ш анализа политерм физических свойств определены температурные интервалы структурных прзвращений, протекающих в расплаве при нагреве и эхлаждении. Йсследовано . влияние' максимальной температуры нагрева расплава в процессе выплавки на структуру и свойства кокильных от-нивск. Установлено, что повышение температуры нагрева сплава в жидком состоянии до 875°С приводит к увеличению объемной доли фазы ?е31А15 в структуре отливок и соответственно к снижению уровня их механических свойств. Определены интервалы и механизм многостадий-гай кристаллизации сплава АЛ32. На основании результатов исследова-1ия сделано заключение о том, что максимальная температура нагрева

- Таблица 2

Виды и размер брака за период освоения отливок "блок цилиндров"

Место обнаружения брака

Вид дефекта

год, процент брака

1982

1992

Блок под давлением

Литейный цех

Механический цех.

негерметичность водяной рубашки 1,80 0,80

негерметичность масломагистрали• 1,84 1,03

усадочные раковины 0,23 0,24

неспаи 0,32 0,30

прочие дефекты 0,45 0,10

ИТОГО 4,64 ' 2,47

цех. шлаковые включения 0,20 0,09

газовые ракозины 1,52 0,87

негерметичность 1,08 0.72

пористость 0,52 0,15

прочие дефекты 0,05 0,09

ИТОГО

3,37 1,82

ВСЕГО

8,01 4,29

Кокильный блок

Литейный цех

Механический цех

усадка , . 0,59 0.17

несяай'. -0,51 0,005

газовая раковина 1,00 0.29

■негерметичкость 0,01 0,04

ИТОГО • 2,11 0,55

Тазовые раковины . ' 1,62 0,25

негерыетичность. 1,01 0,38

пористость 0,59 0,11

прочие . 0,53 0,03

ИТОГО 3,75 0,77

ВСЕГО

5,86 1,32

сплава АЛ32 в процессе выплавки не должна превышать 780-800°С.

Виды и размер брака в период освоения технологии отливки "блок цилиндров" представлены в табл. 2.

Изучение причин образования.окисных и шлаковых включений, их природы, поиск совершенных методов обработки расплава, совершенствование технологического режима литья позволили создать и внедрить качественно новую технологию изготовления отливок из сплава АЛ32 в условиях массового производства с целью обеспечения качества получаемых изделий.

Экономический эффект от внедрения результатов работы только на УМЕЮ составил 2687316 тыс. руб. (в ценах 1994 года).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ -

. С целью получения методом литья под давлением крупногабаритной отливки "блок цилиндров" без дефектов газо-усадочного характера на различных технологических , режимах было опробовано шесть.сплавов, включая АЛ4, Рено, Шкода.'." Лучшие результаты' получены . на сплаве АЛ32. Однако в условиях массового производства возник ряд вопросов, связанных с- химическим составом этого сплава и его особенностями:

- склонность' к образованию мелких пор и газовых раковин; >

- повышенная агрессивность по.отношению к элементам футеровки печных агрегатов за счет присутствия магния. ■ •

В результате исследования температурных зависимостей физических свойств(кинематическая вязкость,' плотность, ДТА) расплавов АЛ32 разработаны обоснованные температурные режимы их выплавки. Изучение природы неметаллических включений позволило разработать новый состав флюса, а также оптимальные режимы, комплексного рафинирования сплавов в условиях массового производства. Выполненные лабораторные и промышленные эксперименты позволили сделать следующие выводы:

1.Анализ результатов лазерного и микрорентгеновского анализо! крупных неметаллических включений в отливках из сплава АЛ32, а также металлографический анализ шлифов отливок, дополненные измерениями микротвердости, электросопротивления, свидетельствуют о том, чтс по всей технологической депочке обеих схем, включая перелив в раздаточный ковш, выявляются включения окскдшк фаз - продукты химического взаимодействия расплава с футеровкой плавильных агрегатов, ее механического разрушения и окисления компонентов сплава.

Кроме того, насыщению включениями всех типов способствует низкое качество шихтовых материалов, содержащих повышенное количеств! железа; наличие большого количества открытых переливов; длительно! выстаивание расплавов в раздаточных • печах без рафинирования и : ковшах после рафинирования.

2. Обоснован выбор солевых систем для рафинировочных флюсов учетом, специфики производства.' Показано, что предпочтительным точки зрения свойств и экологии.является флюс, содержащий НаС1, КС и НаГ.На основании выполненных исследований предложена и внедрена производство технология комплексного рафинирования сплава АЛ32' использование жидкого флюса в ковше и заливка сплава.в пресс-форму помощью МДН. • - .

3. Установлено, что в результате введения циркония или цер* продолжительность устойчивости (Ту) и способность плены к течем перед прорывом возрастает,' Эти элементы наилучшим образом воздейс тьуют на ее упругопластические- свойства. Для защитного микролегщх вания рекомендован цинк.. Плена в этом случае приобретает спосо( ность самозалечиваться при .прорыве, что привело к снижению бра] отливок по герметичности.

4. Результаты исследования свойств сплава АЛ32 в жидком состо: нии свидетельствуют о его микронеоднородном строении. Определе:

температурные интервалы структурных превращений в расплаве, протекающих при нагреве вблизи 800 , 880, ■•' 1010 и 1150°С; при охлаждении вблизи 700°С. •

Изучено-влияние температуры нагрева расплава АЛ32 на структуру и свойства кокильных отливок. Полученные экспериментальные результаты позволяют говорить о возможности управления структурой и механическими свойствами отливок путем воздействия на жидкий металл. Определены интервалы и предложен механизм многостадийной кристаллизации сплава.

Показано, что максимальная температура нагрева сплава АЛ32 при выплавке не должна превышать 780-800°С. Это обусловлено тем, что дальнейшее повышение температуры нагрева расплава приводит к увеличению объемной доли игольчатой фазы FeSlAls в структуре кокильных отливок и соответственно к снижению уровня их механических свойств.

5. Внедрение модернизированной технологии изготовления отливок "блок цилиндров" в литейном цехе УМПО позволило полностью отказаться от изготовления этой детали литьем в кокиль, резко снизить брак отливок по негерметичности, раковинам, шлаковым включениям и по-лучть значительную экономию средств.

. Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах: •

1. Влияние условий плавки на загрязненность включениями отливок из сплава'АЛ32 пои литье в кокиль/ А.-С. Кауфман, Л.И.Жутаев, й.В.Го-

V .. ■

карев, В.В.Хлынов, Е.А.Шумилов // Литейное-производство. 1981. N 6. С. 13-Ч.

2. Рафинирование сплава АЛ32 легкоплавкими флюсами/ A.C. КауФман. Л.И.Жутаев, В.В.Хлынов, Ж.В.Токарев // Литейное производство. [982. £ П. С.7-9.

3. Ефименко В.П., Бычков Ю.П., Жутаев Л.И. Алюминиевый сплав из лома и отходов/^Литейное производство. 1982. N7. С. 34.

- 4. Кауфман A.C..Токарев Н.В..Жутаев Л.И. О природе включений в отливках из сплава АЛ32 при литье под давлением // Авиационная промышленность. 1981. N 2. С. 42-43.

5. Особенности формирования крупных включений при индукционной плавке алюминиевых сплавов / A.C. Кауфман. К. В. Токарев, Л.И. Жута-ев, М.Г. Камандинов // Литейное производство. 1934. N 3- с- 13-14.

6. Кауфман A.C..Токарев Е.В.,Жутаев Л.И. О возможности замены сплава из первичного алюминиевого сырья для моторных отливок // Цветные металлы. 1986. N 7. С.82.

7. Механизированные робототехнические комплексы литья под давлением на базе дозатора МДН-6А и робота "Циклон-5"/ Ю.Ф. Игнатенко,

B.Н. Богданов. Л.И. Жутаев, P.A. Прокудин // Литейное производство. 1987. Н 1. С. 28-29.

Э. Улучшение структуры и свойств литых легированных A1-S1 сплавов ..путем воздействия на их расплавы / Л.И.Жутаев, Э.И.Сутягина, Р.К.Мысик и.Др. // Тезисы докл. 1-й Украинской конференции "Структура И. физические. свойства неупорядоченных систем". Львов, 19S3.

C. 86.

.9. Исследование взаимосвязи жидкого и твердого состояний- алюминиевого сплава/Л.И.Жутаев, Е.Е.Третьякова, Р.К.Мысик, Б.А.Баум//Ли-тейное производство.- 1994. М 3. .-

10. A.c. 841385. Литейный • сшав' на основе алюминия/А.А.Баранов, ¡О.Б.Бычков, Л.И.Жутаев и др. -Открытой публикации не подлежит.

И. A.c. 1217905, МКИ С 22 В 9/10, С 22 С 1/06. Флюс для рафинирования алюминиевых сплавов / А.С.Кауфман, Ж.В.Токарев, Л.И.Жутаев и др. N 3780061; Заявл. 13.08..'/84; Опубл.15.03. 66. Бюл. N 10.

12. A.c. 1118703, МКИ С 22 В 9/10, С 22 С 1/06. Способ рафинирования сплавов на основе алюминия / А.С.Кауфман, Ж.В.Токарев, Л.И.Жутаев и др. N3368523; Заявл. 23.12. 81; Опубл. 15.10. 84. Бпл.Ы 38.

13. A.c. 1269500. Смазка для пресс-форм литья / Паславский Я.В., Паляница Х.В., Шутаев Л.И. и др. ¡Открытой публикации не подлежит.

одписанб в печать 13.05.94' • Формат 60x84 I/I6

¡гыага . . Плоская печать Тсл.п.л. 1,39

изд.л. 1,05 Tapas 100 Заказ I Бесплатно •

Редакциошо-ЕздательскЕЙ отдел ЛТУ-УШ . 620002, Екатеринбург, УГТУ-УШ, 8-й учебный корпус этапрпнт УПУ-УШ. 620002, Екатеринбург, УГТУ-УНИ, 8-й уч.корпус