автореферат диссертации по металлургии, 05.16.04, диссертация на тему:Совершенствование технологии получения отливок из пористого алюминия

Р Г Б ОД

7 5 поп 1ч";

— «л 11У1! I«V „I

На правах рукописи

МЯГМАРЖАВЫН Баттутс

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ОТЛИВОК ИЗ ПОРИСТОГО АЛЮМИНИЯ

Специальность 05.16.04 - Литейное производство

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Екатеринбург 1996

Работа выполнена на кафедре "Литейное производство' Уральского государственного технического университета

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

доктор технических наук,

профессор

Фурман Е.Л.

доктор технических наук,

профессор

Замятин В.М.

• кандидат технических наук доцент

Барышников Г.П.

Ведущее предприятие - ГО "Уралтрансмаш" (г.Екатеринбург)

Защита состоится "/¿> " 199 6т. в "_" часов

на заседании Специализированного7 совета Д 063.14.01 при Уральском государственном техническом университете по адресу: 620002, г.Екатеринбург, ул.Мира, 19.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уральского государственного технического университета.

Отзыв на автореферат в одном экземпляре, заверенный гербовой печатью, просим направлять по адресу: 620002, г.Екатеринбург, ул.Мира, 19. УГТУ.

Автореферат разослан "/"Г" л^Л^Х. 1995 г.

Ученый секретарь Специализированного совета Д 063.14.01

Шумаков Н.С.

С

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Основная задача прикладной науки - повышение конкурентоспособности промышленной продукции. Это достигается путем повышения надежности и уменьшения себестоимости готовых изделий.

Пористые проницаемые металлы являются высокотехнологичным материалом, находящим применение в пищевой промышленности, авиастроении, станкостроении и других наукоемких отраслях в основном в качестве фильтров. Пористый литой алюминий - наиболее технологичный материал для изготовления фильтров, сочетающий в себе высокую фильтровальную способность с низким гидравлическим сопротивлением и высокой грязеемкостью, высокую коррозионную стойкость, небольшой вес с еысокой прочностью, низкую себестоимость. Есть и другие области применения пористого литого алюминия - глушители шума, тепловые трубы, электроды, демпферы, разделители сред. Все это делает его исключительно конкурентоспособным современным материалом, в перспективе способным занять большую долю рынка пористых металлов.

К сожалению, в настоящее время не существует крупного производства пористого литого алюминия, могущего удовлетворить в полном объеме потребности промышленности даже в фильтрах. Кроме экономических причин неполной востребованности технологии, есть и технологические. Высока доля брака отливок. Это связано с тем, что не разработаны оптимальные режимы процессов заливки и вымывки.

Цель работы.

Выявление причин брака пористых отливок по непропитке и закрытым усадочным раковинам.

Разработка технологических принципов получения качественных отливок и наиболее экономичного температурного режима заливки.

Выявление причин коррозии отливок. Исследование процесса вымывки порообразующего наполнителя из тела отливки и разработка рекомендаций к применению различных способов его ведения 5 зависимости от типа отливок с целью его интенсификации.

Научная новизна.

Выявлено, что причиной закрытых усадочных раковин в пористом литье является неблагоприятное соотношение теплофизи-ческих характеристик композиционной и прибыльной (цельнометаллической части) отливок. Даны рекомендации по реализации принципа направленного затвердевания.

Экспериментально изучена жидкотекучесть чистого алюминия в" капиллярных зазорах порообразующей засыпки (N301). Показано, что основным фактором, определяющим жидкотекучесть, является температура подогрева наполнителя. Выявлены критические точки подогрева наполнителя, ниже которых пропитка не идет. Показано влияние на них фракции используемого наполнителя, температуры заливки расплава и приложенного на расплав давления. Наиболее целесообразно управлять жидкотекучестью расплава путем прогрева наполнителя.

Выявлено, что причиной интенсивной коррозии отливок является неполное удаление порообразущего наполнителя. Исследованы возможные режимы вымывки. Показано, что вымывать отливку в диффузионном режиме невозможно. Исследованы различные варианты реализации конвективного режима вымывки. Показано, что вымывка свободным потоком эффективна для отливок с тонкой стенкой. Изучено образование микрозазоров между гранулой порообразующе-го наполнителя и расплавом, благодаря чему возможно ведение вымывки под давлением сквозь тело отливки.

На защиту выносятся

- технологические принципы производства пористого литья без закрытых усадочных раковин;

- температурный режим заливки;

■ - технологические основы вымывки порообразущего наполнителя;

- целесообразность применения различных способов вымывки.

"Практическая значимость результатов работы.

Результаты работы позволили значительно увеличить выход годного.' Снижен брак"по закрытым усадочным раковинам. Исследования жидкотекучести расплава в порообразующей засыпке позволили снизить" расход электроэнергии. Сравнительные испытания, проведенные'на Заводе "Композит",выявили, что фильтроэлементы,

наготовленные в рекомендуемом термическом режиме имеют большую полноту и тонкость очистки.

Выявлена необходимость вымывки парообразующего наполнителя срззу же после охлаждения отливки - исключается возможность складирования невымытых отливок.

Рекомендации по интенсификации вымывки позволили повысить скорость и качество этой стадии их изготовления.

Апробация работы и публикации. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технической конференции "XXI Гагаринские чтения", секция " Современные материалы и технология их обработки при изготовлении летательных аппаратов".

Содержание диссертации изложено в четырех публикациях.

Объем и структура работы.

Диссертация состоит из введения, трех глав, общих выводов, списка литерзтуры и приложений. Изложена на 108 страницах, включая 81 страницу машинописного текста, 18 рисунков и 21 таблицу. В списке литерзтуры 74 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 1.Состояние вопроса и задачи исследования.

Суть метода получения пористых литых изделий заключается в заливке расплава в засыпку из впоследствии экстрагируемого наполнителя. Процесс производства включает три основные стадии: нагрев пороообразователя для обеспечения достаточной жид-котекучести расплава, заливка расплава под давлением и экстрагирование порообразователя из тела отливки. Основной проблемой, отмечаемой всеми исследователями, является получение изделий с прогнозируемым размером пор.

Из зарубежных исследований в этом направлении наибольший интерес представляют работы японских ученых. Порообразутощзя засыпка подвергается ими спеканию в металлических формах, используемых одновременно для заливки. Так как при заливке используется давление порядка 30 атм, то конфигурация пор в готовом изделии является зеркальным отражением спеченного соляного каркаса, что дает возможность манипулировать размером пор

5

путем изменения времени спекания. Однако этот способ не нашел широкого применения ввиду короткого срока' службы металлических форм и длительного производственного цикла.

Технология производства пористых материалов, разрабатываемая на кафедре "Литейное производство" УПИ состоит в использовании для инициации пропитки вакуумирования порообразующей засыпки. Металлические формы используются только для заливки, что значительно увеличивает срок их службы и позволяет, существенно сократить парк форм. Нагрев порообразователя производится' не в формах, а в специальных печах.

Вследствие приведенных особенностей технологии, поры представляют собой не точный зеркальный отпечаток соляного каркаса. Зерна порообразователя имеют точечный контакт между собой, а в месте контакта из-за несмачивания расплавом порообразователя образуется воздушная манжета. Были выведены зависимости, позволяющие на основе анализа капиллярного взаимодействия в системе расплав-зерно порообразователя-воздушная манжета регулировать минимальный радиус пор в готовом изделии. Проведенное моделирование пористой литой структуры позволило прогнозировать эксплуатационные свойства изделий (табл.1).

Таблица 1

Основные свойства пористого литого алюминия

минимум максимум

Пористость, 7= 60 85

Максимальный радиус пор,мм 0,1 1,5

Минимальный радиус пор,мм 0,02 0,4

Коэффициент проницаемости,1СГ10м2 2 20

Фильтрационая способность,мкм 5 -

Предел прочности на сжатие, МПа 20

Относительное удлинение, % 4 12

Несмотря на:'все преимущества, технология не получила широкого" распространения из-за низкого выхода годного. Для пористого литья характерны следующие виды брака: закрытые усадочные раковины (рис ,1а) и непропитка (рис.16). Механизм об-

6

Рис.1а. Усадочные раковины Рис.16. Непропитка

разования этих видов брака и возможности его устранения пока не исследованы. Они связаны с термическим режимом изготовления отливок.

В настоящее время исследован только гидравлический режим изготовления пористых отливок и связанные с ним виды брака. Не исследован термический режим изготовления отливок. Одним из самых узких мест в процессе изготовления отливок из пористого алюминия является вымывка. занимающая основную часть производственного цикла.Необходимо рассмотреть возможности интенсификации процесса вымывки, брак, связанный с неверным ведением этого процесса.

2.Особенности возникновения брака пористых отливок и методы его предотвращения.

Для получения качественных отливок без усадочных дефектов необходима реализация принципа направленного затвердевания, при котором прибыльная часть отливки затвердевает позднее композиционной. Достичь этого сложно, поскольку температурс-водность композита расплав-порообразователь существенно ниже, чем прибыльной (цельнометаллической) части отливки. Тепловой поток при затвердевании идет практически только по металлу, т.к. тепловое сопротивление засыпок весьма велико, а теплопроводность неорганических солей на порядок меньше,чем у металлов.

Таким образом, композит расплав-порообразователь обладает меньшей температуропроводностью, чем расплав. Поэтому при изо-

7

термическом ведении процесса композит расплав-порообразователь ййляется термическим 'узлом . Для того, чтобы этого избежать и ■обеспечить питание отливки из прибыли, i необходимо, чтобы начальные условия для затвердевания были неизотёрмические, т.е. в момент окончания процесса пропитки температура композиционной части отливки была ниже прибыльной.1 Для ; этого требуется, чтобы температура порообразователя была по возможности низке. Возможности ее уменьшения определяются жидкотекучестью расплава в капиллярных зазорах порообразователя.

В настоящее время не существует удовлетворительного аналитического описания процесса вынужденной неизотермической пропитки засыпок расплавом, поэтому был проведен эксперимент по определении жидкотекучести. -расплава:•

Жидкотекучесть расплава изучалась в условиях, максимально приближенных к производственным на представленной на рис.2 установке..

Использовался технически, чистый алюминий АВО, порообразователь - NaCl. Отличие экспериментальной установки от производственной заключалось .в термостатировании металлической, формы с порообразователем в печи сопротивления (1). Экспериментальная форма (2) имеет диаметр 22 мм и длину 150 мм. Такие небольшие размеры необходимы для предотвращения спекания порообразователя в процессе термоста-тирования. Термопары в засыпке (3) фиксировали температуру подогрева порообразователя.

Жидкотекучесть зависит от свойств и начальных температур заливаемого металла и формы, размера и профиля заливаемого канала, скорости движения металла. В;опытах использовались

8'

Рис.2. Установка для определения жидкотекучести

одинаковые расплав и материал формы, поэтому их свойства не являются исследуемыми факторами.

У пористых отливок размер заливаемого канала определяется фракцией используемого порообразователя, которая задается исходя из необходимых эксплуатационных свойств отливки. Скорость течения металла определяется приложенным на расплав давлением, от которого также зависит минимальный радиус пор в готовом изделии. Таким образом фракционный состав порообразователя и приложенное на расплав давление есть параметры варьирования, но не оптимизации.

Факторы, оптимизации которых посвящен поставленный эксперимент - температура заливки и подогрева порообразователя.

Приложенное на расплав давление определяется, с одной стороны, технологией вакуумирования, то есть не может превышать 1 атм, а с другой стороны, прочностью оксидной пленки, образующейся на поверхности раздела расплав-порообразователь перед заливкой , что составляет как минимум 0,2 атм. Был принят диапазон варьирования 0,4-0,8 атм.

Верхняя граница варьирования температуры заливки определяется температурой плавления порообразователя 802 С. При превышении этой температуры перед заливкой может произойти расплавление пограничного расплаву слоя порообразователя, что сделает заливку невозможной. Нижняя граница варьирования температуры определяется температурой ликвидус расплава, что составляет для чистого алюминия 660,7°С. Принимаем исходя из реальных производственных условий 700"С.

Возможно три варианта соотношения температуры расплава и порообразователя:

1. Температура порообразователя выше температуры расплава. " В таком случае композиционная ( расплав-порообразователь) часть отливки всегда будет термическим узлом. Поэтому нет необходимости в экспериментальной реализации этого варианта.

2. Температура порообразователя ниже температуры заливки, но выше температуры ликвидус расплава. В таком варианте градиенты температур определяются конкретными значениями температур к размеров прибыльной и цельнометаллической части, но вероятность того, что из-за значительно более высокой скорости охлаждения прибыльной части композиционная часть до затвердева-

9

ниЯ расплава станет термическим уелом весьма высока. Реализация этого варианта также не проводилась.

'3." Температура порообразователя ниже температуры ликвидус расплава - наиболее благоприятный вариант, рассмотренный в представленной работе.

''Нижний"предел температуры подогрева наполнителя не определяется технологическими соображениями. Примем его 420°С.

Планируемый эксперимент проводится по трем факторам, имеющим недискретный характер: приложенному на расплав давлению, температуре заливки и подогрева порообраэователя. По каждой фракции порообразователя планируемый эксперимент проводится отдельно. Таким образом в процессе планирования эксперимента было реализовано четыре матрицы ( по количеству фракций ) полного факторного эксперимента типа 23 из восьми опытов - вариантов.

При реализации матрицы планирования была принята следующая система кодирования параметров варьирования и оптимизации: Х1-Таал»°С, температура заливки; Х2-Тс;°С, температура подогрева порообразователя; хз-Р, атм, приложенное на расплав давление; У1-У4 - глубина пропитки, мм для фракции 0,2-0,315 мм, 0,315-0,63 мм, 0,63-1 мм, 1-1,5 мм соответственно. "*" обозначает полную пропитку всего образца, т.е. проба не показательна. Матрица планирования и результаты ее реализации приведены в табл.2.

Таблица 2.

Матрица планируемого эксперимента

N Тэал XI Тс Х2 Р хз У1 72 УЗ У4

1 700 ' -1 420 -1 0,4 -1 1 2 2 4

2 800 420 -1 0,4 -1 1 2 6 6

3 700 -1 660 +1 0,4 -1 а а * а

4 800 +1' 660 +1 0,4 -1 * а * а

5 700 -1 420 -1 0,8 +1 5 5 8 10

6 800 +1 420 -1 0,8 +1 6 4 13 15

7 700 -1 660 +1 0,8 +1 * а а а

8 800 +1 660 +1 0,8 +1 а а а а

п а 1 Си • 0 • ' 540 0 0,6 0 с и 7 13 100;

Результаты реализации планируемого эксперимента не выявили критических точек, из-за небольших размеров пробы не удалось получить достаточно данных для получения уравнения регрессии, причем видно, что это связано с температурой подогрева порооб-разователя. Полученные значения откликов при нижнем пределе температуры подогрева порообразователя, очевидно связаны с прогревом порообразующей засыпки расплавом до вакуумирования, что подтверждается увеличением отклика с ростом размера зерна порообразователя и соответственным повышением теплопроводности засыпки.Был проведен дополнительный (прикидочный) однофакторный планируемый эксперимент для уточнения диапазона варьирования температуры подогрева наполнителя при следующих постоянных факторах: температура заливки ТЭал-750°С, приложенное на расплав давление Р-0,4 атм (табл.3).

Таблица 3

Матрица планируемого эксперимента для корректировки диапазона варьирования температуры подогрева порообразователя.

N фазы Тс 71 72 73 74

1 500 3 7 9 50

580 19 104 * *

2 527 10 12 80

553 15 42 120

3 562 22 73

571 81 *

4 607 120

634 *

5 457 20

484 32

По уточненным данным диапазона варьирования температуры подогрева порообразователя был проведен планируемый экспе-

римент и получены уравнения регрессии:

71 - - 0.025ТзалТсР +15.781ТаалР + 0.014ТзалТс +

+ 15.55ТСР - 7.74Т3ал " 6.083ТС - 9464.577Р + 3407.773

72 - " 0.014ТзалТоР + 0.018ТэалТс + 7.864ТзалР +

+ 8.694ТСР - 9.562ТЭал --9.383ТС - 4746.751Р + 4880.197

11

УЗ - - О.ОаТэалТсР +0.021ТзалТо +11.й88ТаалР + + 15.919Т0Р - 12.095Таал - 13.999ТС -8889.605Р + 7570.462 \ У4 - - 0.004ТаалТсР + 0.0044ТзалТо +1.883ТаалР " - 3.247Т0Р - 1.947Тзал ~ 2.388Т0 - 1502.235Р + 1054.094 По полученным уравнениям регрессии видно, что все факторы и межфакторные взаимодействия значимы. Поэтому для определения степени влияния температуры заливки расплава и приложенного на расплав давления был проведен расчет по полученным уравнениям регрессии при одном переменном факторе (исследуемом) и прочих постоянных (рис.3-5).

Полученные экспериментальные данные показывают, что на глубину пропитки оказывают влияние все исследованные факторы, перечисленные далее по степени влияния:

У. ми У,мм

420 500 $80 Т*,»С 540 560 580 ТЧ*С

Рис.3: Зависимость жидкотеку-чести от температуры подогрева наполнителя:

1-йч-0,2-0,315 мм;

2-114-0,315-0,63 ММ;

3-<1ч-0,63-1 мм;

4-Йч-1-1,5 мм

Рис.4: Зависимость жидкотеку-чести от температуры заливки: 1-Та-700°С; 2-Та-?50°С; 3-Т3-800°С

- температура порообрааователя;

- температура заливки расплава;

- перепад давления при пропитке

Были получены критические температуры подогрева порообра-зователя, ниже которых пропитка не идет.Для очень мелких фракций порообразователя критическая температура сильно выражена

- глубина пропитки в этих точках резко растет. Для более крупных фракций глубина пропитки меняется достаточно плавно и ярко выраженных критических точек нет, что связано с конечной скоростью теплообмена в системе расплав-гранула порообразова- Рис.5.Зависимость жидкотеку-теля. На завершенность теплооб- чести от приложенного на рас-мена также оказывает влияние плав давления:

давление , приложенное на 1-Р-0.4 атм; расплав. При большем приложен- 2-Р-0.8 атм ном давлении, а , следовательно, и скорости течения расплава теплообмен менее совершенен и глубина пропитки больше. Однако возможности повышения жидкоте-кучести путем увеличения приложенного на расплав давления весьма невелики (в рамках используемой технологии в пределах 1 атм). Отсутствие "нулевой жидкотекучести", по-видимому связано с прогреванием расплавом пограничного слоя порообразователя, т.е. пропитку до 15 мм можно считать нулевой жидкотекучестью.

В технологических целях из-за несовершенства производственной термометрической аппаратуры необходимо выдерживать температуру порообразователя на 20-30°С выше критической точки. Из рис.4 видно, что 10 градусов прогрева порообразователя для жидкотекучести обладают таким же действием, как 40 градусов прогрева расплава. Так как теплоемкости порообразователей и расплавов примерно равны, в целях экономии энергозатрат рекомендуется проводить заливку при минимально возможной температуре. Рекомендуемое соотношение температуры заливки и подог-

13

рева порообраеователя приведено на рис.6 Рекомендации по иего-говлению крупногабаритных отливок без:усадочных дефектов, позволили существенно повысить выход:годного., >

Одной из основных областей применения пористых металлов являются фильтроэлементы. Ранее изготавливаемые фильтроэлемен-ты для очистки топлива и масел имели в верхней части отливки многочисленные мелкие усадочные дефекты, что отрицательно сказывалось на полноте и тонкости очистки.Изготовление заготовок для фильтров в предложенном в термическом режиме позволило исключить дефекты.Испытания опытных образцов фильтровальных материалов, изготовленных по ре-' комендуемой технологии (образцы 4-^6), и образцов, залитых в изотермическом режиме ( образцы 1-3), были проведены на заводе "Композит" Полученные результаты испытаний сведены в таблицу 4. Анализ полученных данных показывает, что в отливках, изготовленных с превышением температуры подогрева порообразова-теля имеются внутренние усадочные дефекты, благодаря чему они имеют меньшее гидравлическое " сопротивление. Отливки, изго- Рис.6. Оптимальное соотноше-товленные в,, рекомендуемом тер- ние температуры заливки и по-мическом режиме,- имеют полноту догрева порообразователя:т отсева- и- тонкость очистки на 1-йч-0,2-0,315.мм; 30-50% выше и: могут .применяться 2-<Зч-0,315-0,63 мм; как :аналог более тонкой филь- 3-с1ч-0,63-1 мм; тровальной бумаги.. - 4-<1ч-1-1,5 мм

г/. Причиной-брака по непропитке кроме переохлаждения засыпки может быть нарушение герметичности формы, спекание порообразователя в процессе подогрева. Для недопущения спекания: порообразователя необходимо подвергать его механическому, воздействию ранее, чем величина контактного перешейка-достигнет размера воздушной манжеты, которая будет образовываться при заливке.

14

170 ¡90 вЮ 63 О Ъ.'С

Таблица 4

Испытания фильтроэлементов из пористого алюминия

N образца Время пролива Полнота отсева Тонкость отсева, мкм с % Средняя Номинальная

1 10 46 12 37

2 10 46 12 37

3 12 57 11 37

4 14 69 8 12

5 12 66 10 12

6 15 75 7 12

При механическом воздействии нарушается фракционная однородность засыпки. Поэтому оптимальным способом нагрева порообра-зователя являетс-я нагрев потоком газа.

З.Вымывка порообразователя.

При разработке математической модели вымывки следует постулировать форму пористой отливки. Такой формой примем бесконечную пластину, поскольку размер пористой стенки любого изделия всегда как минимум на порядок меньше его габаритного размера. Таким образом, математическая модель принимает одномерную форму.

Вымывка порообрааователя из тела отливки является заключительной стадией изготовления пористого литого изделия. От качества проведения вымывки зависит срок его службы. При недостаточно полном удалении порообразователя из тела отливки происходит реакция в присутствии паров воды:

А13++ЗОН"-А1(ОН)3 с образованием нерастворимого гидроксида алюминия, забивающего поры. В ходе реакции разрушается оксидная пленка, предохраняющая отливку от коррозии, что приводит к ее быстрому разрушению. Поэтому при изготовлении пористого литого изделия нужно быть уверенным, что вымывка произведена полностью, т.е. в отливке не осталось порообразователя.

15

С другой стороны, при длительном ведении процесса вымывки происходит опять-та же реакция, что делает дальнейшую вымывку невозможной.; -

Таким'образом, длительность процесса вымывки должна быть достаточной для полного удаления порообразователя, но не слишком продолжительной во избежание закупорки пор нерастворимым гидроксидом.

Была исследована возможность ведения процесса вымывки в диффузионном режиме. Для расчетов была выведена зависимость эффективного коэффициента диффузии через пористое литье Бп от минимального радиуса пор г, радиуса зерна порообразователя 1?, координационного числа N. пористости засыпки П:

оглг N (1-П)-г-0

- 0П--•

2 I?

В результате расчетов, подтвержденных экспериментальными данными, было выявлено, что вымывка в диффузионном режиме крайне нецелесообразна. Например, для вымывки слоя в 5 мм (обычная толщина для фшгьтроэлементов ) при самых лучших условиях необходимо затратить 312 дней!

Ведение процесса в конвективном режиме возможно при организации вынужденной конвекции растворителя у поверхности отливки. Практически это осуществляется установкой вымываемой отливки под свободную струю .

Ведение процесса вымывки в конвективном режиме во внутреннем обьеме отливки возможно из-за образования циркуляционной зоны, в этой зоне возникает конвективное движение жидкости и идет интенсивный массообмен с потоком, омывающим наружную поверхность отливки, благодаря чему процесс вымывки идет в интенсивном режиме. Для оптимизации вымывки необходимо определить величину циркуляционной зоны. В этих целях были проведены ¡эксперименты по определению зависимости толщины раствореннного слоя от времени (рис.7). Отмечена прямая зависимость величины циркуляционной зоны от проницаемости отливки. "" Поскольку вымывка под'струей производится с обеих сторон стенки вымываемой отливки, то толщину изделия, при которой вымывка в потоке эффективна, можно определить по эмпирическому выражению:Ь-к-10"7,где к-коэффициент проницаемости отливки,м2.

16

Сущность способа вымывки порообрааователя ив тела отливки состоит в закреплении ее в герметичную обечайку, в которую подается вода под давлением. Благодаря.наличию микрозазора между частицами порообразователя и металлом отливки вода протекает сквозь тело отливки.При этом поддерживается конвективный режим вымывки.

Экспериментальное исследование величины микрозазора проводилось путем измерения скорости пропитки керосином невымытой цилиндрической отливки, погруженной на 1 мм в кювету с керосином.

Скорость пропитки фиксировалась виауально. Рассчитанный из полученных данных размер микрозазора подтвердил его усадочное происхождение.

Экспериментально зафиксировать кинетические закономерности вымывки под давлением невозможно, поскольку различные участки отливки вымываются крайне неравномерно. Это может быть связано с неравномерной усадкой. Технологическая трудность ведения процесса вымывки под давлением состоит в необходимости изготовления дополнительной оснастки - обечаек, что в условиях мелкосерийного производства невыгодно. Кроме того, при изготовлении отливок сложной конфигурации вымывка " Рис.7. Зависимость толщины под давлением затруднена. В це- растворенного слоя от времени: лях совершенствования процесса 1-к-2 Ю-10 м2/с; вымывки было предложено иэго- 2-к-4 Ю-10 м2/с; тавливать гранулы порообразова- З-к-6 Ю-10 мг/с теля в виде окатышей из более мелкой фракции. В таком случае вымываемый раствор остается концентрированный, а поток значительно возрастает. Отливки сложной конфигурации благодаря применению окатышей порообразователя полностью вымываются в кинетическом режиме.

;гг. ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

-г Пористые отливки - высокотехнологичный материал, сочетающий^ себе высокую пористость й проницаемость, высокую фильтрующую способность, возможность изготовления изделий любых размеров и конфигурации с минимальными затратами труда и сырьевых материалов. Они могут успешно конкурировать со спеченнымы пористыми металлами и в перспективе занять основную долю рынка аналогичной продукции.

,. 1. Анализ литературы показал, что в настоящее время разработаны-некоторые аспекты производства пористого литья: разработана технологическая схема, исследован гидравлический режим изготовления отливок, решена задача изготовления изделий с заранее заданными свойствами.

2. Основной причиной, затрудняющей широкое внедрение пористого литья, является низкий выход годного. Наиболее характерными видами брака для: пористого литья являются закрытые усадочные раковины и недолив (непропитка). Для-уменьшения этих видов брака необходимо исследовать термический режим изготовления пористых отливок.

3... Из технологических операций производства пористого литья до сих пор не исследована вымывка порообразователя из тела отливки. Процесс вымывки необходимо проводить как можно тщательней во избежание коррозии готового изделия, но в тоже время как можно быстрее, поскольку образующийся нерастворимый гидроксид алюминия закупоривает поры и делает продолжение процесса невозможным.

4. Выявлено, что причиной образования усадочных раковин в пористой отливке является перегрев порообразователя. Для определения минимально возможной температуры подогрева наполнителя, обеспечивающей получение качественных отливок, проведен полный факторный эксперимент по определению жидкотекучести расплава в зависимости от температуры подогрева наполнителя, температуры заливки расплава и приложенного на расплав давления для каждой фракции порообразователя. Показано, что для каждой фракции порообразователя существуют критические точки подогрева, ниже которых пропитка не идет. Выявлено, что все изученные факторы и межфакторные взаимодействия оказывают су-

18

щественное влияние на жидкотекучесть алюминия в капиллярных зазорах порообразующей засыпки, однако наиболее сильнодействующим фактором является температура подогрева порообрааователя. Показано, что оптимальным температурным режимом заливки является незначительный перегрев порообразователя над температурой нулевой жидкотекучести (на 20-30 °0). Практическое применение полученных результатов позволило повысить качество фильтрации через пористые алюминиевые фильтры.

5. Причиной брака по непропитке кроме переохлаждения засыпки может быть нарушение герметичности формы, спекание порообразователя в процессе подогрева. Для недопущения спекания порообразователя необходимо подвергать его механическому воздействию ранее, чем величина контактного перешейка достигнет размера воздушной манжеты, которая будет образовываться при заливке. При механическом воздействии нарушается фракционная однородность засыпки. Поэтому оптимальным способом нагрева порообразователя является нагрев потоком газа.

6. Выявлено, что вымывка отливок в диффузионном режиме нецелесообразна. Приведены различные способы организации конвективного режима ведения процесса. Вымывка под струей возможна только для отливок с тонкой (до 1 см) стенкой. Вымывка под давлением возможна благодаря усадочному микрозазору между металлом и зерном порообразователя для любых отливок, но требует дорогостоящей оснастки. Наиболее технологично применение в качестве порообразователя окатышей из пылевидного порообразователя, что позволяет существенно интенсифицировать процесс вы-мывки.

Содержание диссертации изложено в четырех публикациях:

1.Е.Л.Фурман, А.Б.Финкелыптейн, Мягмаржавын Баттугс. Расчет коэффициентов проводимости пористого литого материала.// Труды научно-технической конференции " Современные аспекты металлургии получения и обработки металлических материалов. Екатеринбург :УГТУ, 1995. С. 92.

2.Е.Л.Фурман, А.Б.Финкелыптейн, Мягмаржавын Баттугс. Температурный режим изготовления пористых отливок.//Повышение качества отливок. Екатеринбург:УГППУ, 1996. С.65-66.

3.Е.Л.Фурмая, А.Б.Финкельштейн, Мягмаржавын Баттугс. Снижение брака пористого литого алюминия по однородности

19

свойств. //Повышение качества отливок. Екатеринбург .-УГППУ, 1996.С.66-67.

4.Причины и методы предотвращения усадочных дефектов в пористых-литых заготовках/Е.Л.Фурман, А.В.Финкельштейн, А.В.Чечулин, Мягмаржавын Баттугс. //Прогрессивные технологические процессы и подготовка кадров для литейного производства. Екатеринбург: УГППУ, 1996. С.148-152. - г