Modifikacija legura. Modifikacija hipereutektičkih aluminij-silicijumskih legura Preporučena lista disertacija
Oni uključuju specijalnu obradu taline kako bi se dobio finozrnati eutektički silicijum u livenoj strukturi. Ova struktura povećava mehanička svojstva odlivaka, uključujući relativno izduženje, a takođe, u mnogim slučajevima, svojstva livenja aluminijumske taline. obično, modifikacija silumina proizvedeno dodavanjem malih količina natrijuma ili stroncijuma.
Suština modifikacije
Suština modifikacije silumina – efekat sadržaja natrijuma na moguće oblike eutektičkog silicijuma u Al Si11 siluminu – prikazana je na slikama 1-4.
Slika 1 - Lamelarna struktura eutektičkog silicijuma.
Uvjeti za stvaranje lamelarnog silicija nastaju u livenim legurama u potpunom odsustvu fosfora ili modificirajućih aditiva, na primjer, natrijuma ili stroncijuma.
Slika 2 - Granularna struktura eutektičkog silicijuma.
Uslovi za formiranje granularne strukture eutektičkog silicijuma nastaju u prisustvu fosfora, ali bez natrijuma ili stroncijuma. Kristali silikona postoje u obliku krupnih zrnaca ili oblata.
A)
b)
Slika 3 - a) “Nemodifikovana” struktura eutektičkog silicijuma;
b) Modifikovana struktura eutektičkog silicijuma.
U "nedovoljnom modificiranom" i, u većoj mjeri, u modificiranom mikrostrukturnom stanju, na primjer, uz dodatak natrijuma ili stroncija, granule se značajno smanjuju u veličini, dobijaju zaobljen oblik i ravnomjerno su raspoređene. Sve to ima blagotvoran učinak na plastična svojstva materijala, posebno na relativno istezanje.
Slika 4 – „Remodifikovana“ struktura.
U slučaju "prekomerne modifikacije", na primjer, prekomjernog sadržaja natrijuma, u strukturi se pojavljuju venaste trake s krupnim kristalima silicija. To znači pogoršanje mehaničkih svojstava silumina.
Modifikacija silumina natrijumom
U siluminima sa sadržajem silicijuma većim od 7%, eutektički silicij zauzima većinu površine metalografskog uzorka. Kod sadržaja silicijuma od 7 do 13%, vrsta eutektičke strukture, na primjer granulirana ili modificirana, značajno utječe na mehanička svojstva materijala, posebno na duktilnost ili istezanje. Stoga, kada je potrebno postići veće relativno istezanje prilikom ispitivanja uzorka, legure aluminija sa sadržajem silicija od 7 do 13% se modificiraju dodavanjem približno 0,0040-0,0100% natrijuma (40-100 ppm).
Modifikacija silumina stroncijumom
U siluminima sa sadržajem silicija od oko 11%, posebno za , stroncij se koristi kao dugotrajni modifikator. Razlika između stroncijuma i natrijuma kao modifikatora je u tome što iz taline izgara mnogo manje od natrijuma. Stroncijum se dodaje u količini od 0,014-0,040% (140-400 ppm). Modifikacija stroncijumom se obično vrši u fazi proizvodnje ingota iz odgovarajućih legura, tako da se modifikacija više ne vrši u livnici. Pri niskim brzinama hlađenja odlivaka, modifikacija stroncijumom je mnogo manje efikasna i stoga se ne preporučuje za upotrebu, na primer, kod livenja u peščanim kalupima.
Osobine obrade modificiranih talina
Kako bi se izbjeglo sagorijevanje stroncijuma, svi tretmani taline, uključujući otplinjavanje, provode se bez upotrebe materijala koji sadrže klor, ali koristeći, na primjer, argon ili dušik. Modifikacija sa stroncijumom ne nestaje ni kada se povratni metal, na primjer, isplativi dijelovi odljevaka, pretopi. Ako je potrebno, gubitak stroncijuma se nadoknađuje dodavanjem matične legure koja sadrži stroncijum, prema uputama dobavljača originalnih svinja napravljenih od modificirane legure.
Re-modifikacija silumina
Budući da natrijum relativno brzo izgara iz taline, naknadna modifikacija silumina natrijumom se mora vršiti u livnici u određenim intervalima. U natrijum-modifikovanim talinama, materijali koji sadrže hlor ne bi trebalo da se koriste u svim operacijama koje uključuju taljenje. Klor reaguje sa stroncijumom i natrijumom, uklanja ih iz taline i na taj način sprečava njegovu modifikaciju.
U početnoj fazi razvoja aluminijskih legura uočeno je da male nečistoće ili posebni aditivi titana (stotine ili desetine procenta) oštro rafiniraju zrno lijevanog aluminija. Godine 1914. K. Schirmeister je objavio članak u kojem je pokazao blagotvorno djelovanje malih dodataka titana na strukturu loma malih aluminijskih ingota. Efekat rafiniranja zrna livenog aluminijuma uvođenjem posebnih aditiva nazvan je modifikacija.
U daljem raširenom radu na modifikaciji aluminijskih legura ustanovljeno je da se, osim titanijuma, zrno aluminijuma prilikom kristalizacije drobi i malim dodatkom cinka, volframa, molibdena, bora, renija, tantala, hafnija, vanadijuma, skandijuma, stroncijum i, u mnogo manjoj meri, gvožđe, nikl, hrom, mangan.
Zbog velikog značaja površinskih pojava u procesima modifikacije, istraživači su pokušali da odrede kriterijume površinske aktivnosti koji bi omogućili odabir modifikatora neophodnih za datu promenu strukture.
Na osnovu eksperimenata A.M. Korolkov je kao kriterijum postavio odnos atomskih zapremina aditiva U d i rastvarač V str. Ako U d > U r, tada je aditiv površinski aktivan. Na osnovu ovog kriterijuma dobio je podatke o proceni aktivnosti pojedinih aditiva aluminijumu u koncentracijama u rasponu od hiljaditih i stotih delova procenta do 10-20%. Pokazalo se da su litijum, kalcijum, magnezijum, kalaj, olovo, antimon i bizmut površinski aktivni prema aluminijumu. Legiranje aluminijuma sa bakrom, hromom, germanijumom i srebrom nije dovelo do primetne promene površinske napetosti.
V.N. Elagin je dokazao da je rafiniranje zrna aluminijuma tokom kristalizacije rezultat posebne interakcije prelaznih metala sa aluminijumom.
U tabeli U tabeli 1.3 prikazani su rezultati koji ilustruju uticaj najjačih modifikatora (titan, tantal, bor, cink) pri livenju aluminijuma A99 u kalup za hlađenje.
Tabela 1.3
Rezultati utjecaja najmoćnijih modifikatora
Prema V.I. Napalkova i S.V. Makhov, struktura čistog aluminijuma i njegovih legura zavisi od mnogih parametara, koji se mogu podeliti u dve grupe. Prva grupa parametara određena je fizičko-hemijskim svojstvima čestica vatrostalnog modifikatora. Uzeti zajedno, ova svojstva su izražena hemijskom prirodom, strukturnim, dimenzionalnim i adsorpcijskim faktorima. U drugu grupu treba uključiti temperaturno-vremenski režim topljenja i livenja legura, koncentraciju modifikatora, brzinu hlađenja ingota i veličinu čestica intermetala i dov.
Prema mehanizmu uticaja na kristalizaciju taline, svi modifikatori se dele u dve klase: nukleaciona i površinski aktivno delovanje, a modifikatori prve klase su najvažniji za prečišćavanje zrna.
Idealan modifikator je čestica koja zadovoljava sljedeće zahtjeve: mora efikasno samljeti zrno u minimalnoj koncentraciji; u talini biti u termički stabilnom i dispergovanom stanju; imaju minimalnu strukturnu razliku sa rešetkom modificirajuće legure; ne gube svoja modifikaciona svojstva tokom pretopljenja. Nijedan od trenutno poznatih modifikatora nema kompletan skup ovih svojstava.
U radu je predstavljen sljedeći mehanizam za modificiranje aluminija i njegovih legura. Kada se modifikatorski element unese u aluminijsku talinu, dolazi do pojave fluktuacijskih pojava koje rezultiraju formiranjem predjezgra čije je stvaranje posljedica prisustva suspendiranih čestica kao što su aluminij oksid, titanov karbid i druge veličine od manje od 1-2 mikrona. Fluktuacijski fenomeni nastaju kao rezultat termičkog prehlađenja taline, čija je veličina određena tipom modifikacionog elementa. Što je veća vrijednost termičkog prehlađenja, veći je broj fluktuacija i veći broj nečistoća prisutnih u talini se aktivira. Modifikaciona sposobnost elemenata određena je interakcijom njihovih valentnih elektrona sa valentnim elektronima aluminijuma. Ova interakcija je posljedica sposobnosti valentnih elektrona dva atoma da se kolektiviziraju i formiraju elektronski plin određen potencijalom jonizacije.
Većina autora napominje da se dodatkom 0,10-0,15% Ti aluminijumu visoke čistoće i 0,07% Ti aluminijumu tehničke čistoće livenom na temperaturama od 690-710°C, postiže primetna modifikacija. Posebno snažno prečišćavanje zrna se uočava pri uvođenju 0,20% Ti ili više.
U radu se ispituje uticaj bora na prečišćavanje zrna, ali se uglavnom dodatak bora koristi za aluminijum koji se koristi u elektroindustriji. R. Kissling i J. Wallas primjećuju da je pri temperaturi topljenja od 690-710 °C najefikasniji dodatak 0,04% B neposredno prije livenja.
U kovanim legurama sistema Al-Mg i Al-Mn, dodatak 0,07% Ti osigurava proizvodnju finozrnate strukture u ingotima livenim kontinuiranom metodom i finozrnaste rekristalizirane strukture u limovima.
M.V. Maltsev i njegove kolege su otkrili najveće rafiniranje zrna u ingotima od aluminijskih kovanih legura pri koncentraciji titana od 0,05-0,10%. Dobivena ovisnost rafiniranja zrna aluminija o koncentraciji titana njima je objašnjena prirodom faznog dijagrama aluminijum-titan. Analiza ove zavisnosti pokazala je da se na krivulji „broj zrna – aditiv“ pojavljuje karakteristična fleksija, čiji je položaj povezan sa formiranjem kristala TiAl 3 pri koncentraciji titana većoj od 0,15%. Najjači uticaj na strukturu aluminijuma primećuje se pri koncentracijama titana od 0,15-0,30%. Kada je sadržaj titana manji od 0,15%, rafinacija zrna aluminija je praktično vrlo mala. To je zbog neravnomjerne raspodjele aditiva u makrovolumenima tekuće legure. Pri koncentraciji titana većoj od 0,30% dolazi do blagog mljevenja, a pri koncentraciji od 0,70% i više zrna aluminija postaju veća. Kod poluproizvoda od modificiranih aluminijskih legura, zbog eliminacije zoniranja u konstrukciji, mehanička svojstva su izglađena, a njihove vrijednosti se povećavaju za 10-20% u odnosu na poluproizvode od modificiranih legura. Kako je utvrdio M.V. Maltsev i njegovi saradnici, finozrnasta struktura aluminijumskog odlivaka dobija se uvođenjem 0,05-0,10% B. Najjače rafiniranje zrna aluminijuma primećuje se sa dodatkom 0,20% B, a uz dalje povećanje koncentracijom bora, zrno ponovo grubo.
Dodati bor u količini od 0,05-0,10 % u leguri B95 značajno smanjuje veličinu zrna u ingotima, dok je zatezna čvrstoća poluproizvoda sa dodatkom bora veća za 15-20 MPa u odnosu na poluproizvode iz modifikovanih ingota. Unošenje bora u većim količinama od naznačenih dovodi do naglog smanjenja duktilnosti poluproizvoda od legure B95.
Prve eksperimente rafiniranja zrna aluminijumskih legura sa kombinovanim dodacima titana i bora izveli su A. Kibula i njegove kolege iz Britanskog udruženja za istraživanje obojenih metala. U ovom radu, za postizanje optimalnog efekta modifikacije, preporučuju se sledeće koncentracije: 0,01-0,03% Ti i 0,003-0,010% B. Pošto čisti aluminijum ne sadrži nečistoće, najteže ga je modifikovati. Kompanija Cavecchi preporučuje dodavanje 0,0025-0,0075% Ti i 0,0005-0,0015% B čistom aluminijumu, i 0,003-0,015% Ti i 0,0006-0,0003% B aluminijumskim kovanim legurama. Legura se mora uneti samo u primarni aluminijum i dodati u rastop 15-20 minuta pre početka livenja.
Proces modifikacije se zasnivao na A. Kibuli i kasnije M.V. Maltsev, proučavajući rafiniranje zrna u ingotima od legure aluminijuma sa dodatkom titana i zajedno titana i bora, postavio je teoriju nukleacije. Kako je utvrđeno, prilikom kristalizacije legura bez dodataka titanijuma dolazi do prehlađenja čija vrednost dostiže 1-2 °C, dok se pri uvođenju 0,002-0,100% Ti ne primećuje prehlađenje. U ovom slučaju se dobija fino zrnasta struktura preko poprečnog presjeka ingota. Sve je to dalo povoda za vjerovanje da se zrno drobi zbog prisustva jezgri, na kojima počinje kristalizacija taline. Takve čestice mogu biti karbidi, boridi i aluminidi prelaznih metala, koji imaju parametre rešetke koji odgovaraju parametru rešetke čvrstog rastvora aluminijuma (4,04 A).
Prema A. Kibuli, aditiv koji se uvodi kao modifikator mora ispunjavati sljedeće zahtjeve:
- dovoljna stabilnost u rastopljenom aluminijumu na visokim temperaturama bez promene hemijskog sastava;
- tačka topljenja aditiva je viša od tačke topljenja aluminijuma;
- strukturna i dimenzionalna korespondencija između aditiva i aluminijskih rešetki;
- formiranje dovoljno jakih adsorpcionih veza sa atomima modifikovane taline.
Kriterijum za čvrstoću ovih veza, po svemu sudeći, može biti površinski napon na granici čestice taline i čvrste čestice. Što je površinski napon veći, to je čestica gore navlažena tečnom fazom i manja je vjerovatnoća da će se čestica koristiti kao centar kristalizacije. Rad na velikom broju sistema pokazao je da katalitička aktivnost supstrata u odnosu na nukleaciju nije određena vrijednošću podudarnosti rešetke, već kemijskom prirodom supstrata.
Proučavajući industrijsku leguru A1-5TMV koju proizvodi kompanija "Kavekki", autori rada došli su do zaključka da je rafiniranje zrna aluminijumskih legura povezano sa formiranjem TiAl 3 čestica zbog strukturne i dimenzionalne korespondencije njihove rešetke. na rešetku čvrstog rastvora aluminijuma. Kristali titan-diborida i bor-aluminida ne učestvuju u procesu modifikacije, što pokazuju rezultati elektronske mikroskopske analize. Dodatak bora leguri aluminijum-titanijum potiče stvaranje aluminida u koncentracijama
Eksperimenti su pokazali da je maksimalni stepen modifikacije uočen pri omjeru koncentracije titana i bora od 5:1; sa većim ili manjim omjerima, efekat modifikacije se smanjuje. Očigledno, modifikacija se dešava kada preovlađuje titanijum aluminid, iako boridi mogu biti i jezgra tokom skrućivanja aluminijuma. Glavna razlika između ova dva tipa jezgri je u tome što se skrućivanje aluminijuma na titanijum aluminidu odvija bez prehlađenja, dok je za boride potrebno izvesno prehlađenje.
Većina istraživača tvrdi da je učinak modifikacije određen omjerom titana i bora. Dakle, u radu se to objašnjava činjenicom da uvođenje matične legure koja sadrži 2,2% Ti i 1% B u aluminijsku talinu daje isti modifikacioni efekat kao dodavanje matične legure koja sadrži 5% Ti i 1% B. Ali u leguri Al-2,2Ti-lB titanijum aluminid je prisutan u malim količinama ili ga nema, a glavni sastojak je titanijum diborid, koji služi kao jezgro za očvršćavanje aluminijuma. U leguri A1-5Ti-lB, glavni modifikator je titanijum aluminid, čije je jezgro titanijum diborid. Može se akumulirati duž fronta kristalizacije i otopiti ograničenu količinu aluminija. Prema D. Collinsu, titanijum aluminid i drugi intermetalidi koji nastaju kao rezultat peritektičke reakcije su veoma efikasni modifikatori i rafiniraju zrno čak i pri niskim brzinama hlađenja.
Kako J. Morisot ističe, na proces modifikacije u velikoj meri utiču brzina kristalizacije, prisustvo legirajućih komponenti, koje proširuju opseg kristalizacije legure i stvaraju koncentraciono prehlađenje, kao i termičko prehlađenje u talini u blizini međupovršine.
U radu je prikazan sljedeći mehanizam za mljevenje zrna. Prije fronta kristalizacije, talina sadrži dovoljnu količinu primarnih čestica TiB 2, ZrB 2 itd. U leguri Al-Ti-B glavni modifikator je čestica TiB 2 čija je rešetka slična struktura i veličine do aluminijske rešetke. Stvrdnjavanje aluminijuma na česticama titanijum diborida moguće je samo uz prehlađenje od 4,8 °C. Sloj sa povećanom koncentracijom titana formira se u blizini titanovog borida zbog njegove difuzije iz borida. Formiranje sloja sa povećanom koncentracijom titana omogućava objašnjenje zašto omjer titana i bora u matičnoj leguri premašuje odgovarajući stehiometrijski omjer u spoju TiB 2. Faktor veličine između jezgra i baze legure nije odlučujući, barem za boride.
Treba napomenuti da su eksperimentalni podaci o prehlađenju taline u prisustvu modificirajućih aditiva nedosljedni. Rad pokazuje da je prehlađenje u legurama aluminijuma sa 0,3-0,8% Ti samo delić stepena. U ovom slučaju, legure s titanom koji prelazi peritektičku horizontalu karakterizira veće prehlađenje od ekstraperitektičkih.
U radu je provedeno istraživanje utjecaja aditiva titana na prehlađenje aluminija u volumenu od 10 μm 3 pri brzini odvođenja topline od 5-10 °C/min. Dodatak 0,025% Ti smanjio je prehlađenje aluminijuma sa 47 na 16 °C. Na stepen prehlađenja značajno utiče i zapremina taline. Direktno izmjerite temperaturu prehlađene taline i prilagodite brzinu uklanjanja topline kako biste dobili ponovljive rezultate V.I. Danilov preporučuje u zapreminama od 0,25-0,50 cm 3.
Prema japanskom istraživaču A. Ono, razlog za mljevenje primarnih zrna je faktor koji određuje pojavu ravnoosnih kristala. Na primjeru legure Al-Ti pokazano je da samo brzo hlađenje ne dovodi do stvaranja ravnoosnih kristala u zoni brzog hlađenja. Da biste ih formirali, potrebno je promiješati talog. U tom slučaju zaustavlja se rast kristala taloženih na zidovima kristalizatora tokom procesa očvršćavanja. Zbog prehlađenja i promjene koncentracije otopine, rast kristala na stijenci kristalizatora je ograničen, a vlačna naprezanja djeluju u njihovoj osnovi. Kao rezultat, kristali se odvajaju od stijenki kristalizatora i formira se ravnoosna struktura. A. Smatra da u mlevenju zrna glavnu ulogu igra efekat omotavanja baze kristala izraslih na zidovima kristalizatora sa elementima modifikatora; ovo se takođe primećuje kada se uvode modifikatori. Titan obavija baze kristala, što ubrzava njihovo odvajanje od stijenki kristalizatora, a za aluminij je nečistoća koja se selektivno hvata rastućim kristalima. Kao rezultat, uočava se segregacija titana na bazama kristala, što uzrokuje da kristali omotaju i inhibiraju njihov rast. Tako se u studijama usporavanje rasta kristala objašnjava segregacijom otopljenih elemenata tokom procesa skrućivanja i miješanjem taline tokom skrućivanja.
Postoji još jedan originalan način kontrole procesa kristalizacije, posebno odljevaka debelih stijenki, koji je detaljno razrađen u odnosu na livenje čelika. U ovom slučaju, oštro hlađenje taline u cijelom njenom volumenu postiže se unošenjem metalnog praha u mlaz metala tokom livenja u kalup ili drugi kalup. Tokom suspenzijskog očvršćavanja, zbog oštrog hlađenja taline u cijelom volumenu, razvijaju se visoke stope rasta kristala iz mnogih istovremeno formiranih centara kristalizacije. U ovom slučaju se opaža volumetrijska kristalizacija ingota.
Odnedavno se suspenzijsko livenje koristi za uklanjanje stubne strukture, aksijalne poroznosti, segregacije i vrućih pukotina u čeličnim odljevcima. Također će biti testiran kao sredstvo za poboljšanje strukture odljevaka od aluminijskih legura. Prilikom odabira mikrohladnjača preporuča se pridržavati se principa kristalografske korespondencije, odnosno materijal mikrohladnjača mora biti identičan ili po svojim kristalografskim karakteristikama blizak leguri koja se obrađuje. Za najveći efekat potrebno je da temperatura topljenja mikrohladnjača bude bliska temperaturi topljenja legure koja se obrađuje.
Takođe je moguće uvesti u glavni dio ingota čvrsta tijela istog sastava kao i legura koja se sipa, koja pri topljenju oduzimaju dio topline iz tečnog bunara ingota. E. Sheil je postigao efektivno rafiniranje zrna aluminijumskih legura dodavanjem žice ili trake određene debljine u mlaz izlivene legure. Do ovog trenutka u našoj zemlji V.I. Danilov je detaljno proučavao mehanizam oplemenjivanja zrna u ingotima različitih legura unošenjem sjemenskog materijala.
V.E. Godine 1940. Neumark je predložio korištenje sjemena napravljenog od istog metala kao i talina kako bi se poboljšala struktura ingota. Sjeme je unešeno u obliku komadića ili krhotina u količini od 1-2% u blago pregrijanu talinu prije nego što se izlije u kalup. Utjecaj sjemena na strukturu ingota zavisi od temperature pregrijavanja taline, od temeljitosti miješanja sjemena u talinu i od načina livenja. Čiste metale je teže rafinirati zrna pomoću sjemena nego legure. Važna okolnost je vrijednost površinske napetosti na granici kristal-talina, dakle, što je niža površinska napetost, to je manji rad formiranja kristalnog jezgra i veća je vjerovatnoća da se dobije finokristalni ingot. Mogućnost upotrebe sjemena za određene metale i legure određena je stepenom deaktivacije nečistoća pri pregrijavanju taline. Što je viša temperatura deaktivacije, to je efektniji efekat sjemena na strukturu ingota. Za povećanje temperature korišteno je sjeme koje sadrži malu količinu elementa koji mijenja strukturu ingota: sjeme je napravljeno od aluminija sa 0,5% Ti. Upotreba takvog sjemena dovela je do značajnijeg poboljšanja aluminijske strukture nego kod korištenja titanijskog sjemena.
Istraživanja o rafiniranju strukture legure D16 sa šipkom istog sastava pokazala su da se uvođenjem konstantne količine materijala za punjenje efekat rafiniranja zrna smanjuje s povećanjem temperature u rasponu od 670-720°C. Na višim temperaturama livenja vrlo je malo mljevenja. Povećanje količine dodanog materijala poboljšava pročišćavanje zrna do te mjere da se temperatura livenja smanjuje. Ovi rezultati se u potpunosti slažu sa onima koje je razvio G.F. Balandinove ideje o efektu modifikacije i zasijavanja fragmenata čvrste faze u kristalizirajućoj leguri.
Studije prikazane u radovima uvjerljivo pokazuju nasljedni utjecaj zrnaste strukture ingota od aluminijskih legura na strukturu i svojstva poluproizvoda izrađenih od njih. Budući da su zahtjevi za kvalitetom proizvoda od kovanih aluminijskih legura strogi, vrlo je važno ispravno procijeniti izvodljivost korištenja određene metode modifikacije i pronaći načine za prevazilaženje njenih negativnih aspekata. Veliki izbor aluminijumskih kovanih legura i karakteristika tehnološkog procesa za proizvodnju ingota, kao i širok asortiman poluproizvoda od ovih legura zahtevaju diferenciran pristup izboru metode modifikacije, uzimajući u obzir ograničenja u sadržaju nečistoće, različitu osjetljivost legura na formiranje stupaste strukture i taloženje primarnih kristalizirajućih intermetalnih spojeva. Često je u fabričkoj praksi potrebno pronaći načine za uklanjanje nehomogene ili grube ekviaksijalne strukture ingota. Pitanje optimalne koncentracije i izvodljivosti korištenja jednog ili drugog modifikatora pri lijevanju ingota različitih veličina ne može se smatrati riješenim. Osim toga, naučnici su u potrazi za novim materijalima koji imaju visoku sposobnost modifikacije i imaju hemijski sastav blizak leguri koja se modificira. Takvi materijali se mogu dobiti kombinovanim metodama livenja i oblikovanja metala. Konkretno, predložena je tehnologija za proizvodnju ligaturne trake koja se koristi za modificiranje aluminijskih ingota kako bi se u njima formirala finozrnasta struktura. Ova tehnologija se sastoji u korištenju kombiniranog procesa velike brzine kristalizacije i vruće plastične deformacije rezultirajućeg obratka, što rezultira dodatnim drobljenjem intermetalnih čestica koje nastaju tokom kristalizacije. Osim toga, stvoreni su uslovi za formiranje fino diferenciranih subzrnatih struktura baze ligaturne trake (šip, traka), što predstavlja dodatni modifikujući efekat.
Prema poznatim podacima, najfinije zrno aluminijuma je 0,13-0,20 mm (odnosno, broj zrna na površini od 1 cm 2 preseka je 6000 i 2300) postiže se upotrebom najboljeg Al-Ti-B štapna ligatura kompanije "Cavecchi". Značajna prednost mikrostrukture eksperimentalne matične legure napravljene od legura Al-Ti-B sistema, u odnosu na matičnu leguru štapa iz Cavecchija, bila je dominacija globularne morfologije TiAl 3 čestica manjih veličina i mnogo više. ravnomjerna raspodjela ovih čestica po cijeloj zapremini aluminijske matrice. Pojedinačne čestice u obliku ploče prisutne u strukturi su fragmentirane u blokove čija veličina ne prelazi 10 mikrona. Ova prednost je potvrđena analizom fine strukture eksperimentalne legirane trake (veličina podzrna u poprečnom presjeku kretala se od 0,17 do 0,33 μm, a veličina čestica titanovih diborida 0,036-0,100 μm). Studije fine strukture trake legure pokazale su da kombinacija velike brzine kristalizacije taline i kontinuirane deformacije očvrslog dijela metala formira finu podzrnastu strukturu. Prosječna veličina poprečnog presjeka podzrna je ~0,25 µm.
Dakle, aluminijske ingote modificirane matičnom legurom dobivenom predloženom metodom karakterizira oštro rafiniranje strukture zrna. Kao materijal za traku od legure mogu se koristiti legure Al-Ti-B sistema ili tehnički ili aluminijum visoke čistoće. U posljednjim slučajevima, pri modificiranju aluminijskog ingota, osigurava se rafiniranje zrna uz eliminaciju kontaminacije nečistoćama, uključujući intermetalne spojeve koji uzrokuju pucanje tanke trake (folije) tijekom valjanja.
Upotreba razvijene tehnologije, uključujući topljenje matične legure, pregrijavanje, držanje na temperaturi pregrijavanja i ubrzanu kristalizaciju na površini vodeno hlađenih kristalizacijskih valjaka, koji su korišćeni kao valjaonice, omogućila je kombinovanje kontinuiranih visoko- brza kristalizacija trake sa njenom toplom plastičnom deformacijom u jednom procesu. Rezultati istraživanja o modifikaciji aluminijuma legiranim materijalima dobijenim primenom predložene tehnologije dati su u tabeli. 1.4. Analizirajući ih, može se primijetiti da upotreba legiranih materijala dobivenih tehnologijom kombiniranog livenja i obrade pod pritiskom daje ništa manje modificirajuće djelovanje od upotrebe poznatih legura, na primjer, šipki kompanije Cavecchi. Međutim, upotreba glavne legure Al-Ti-B ne dovodi uvijek do rješavanja proizvodnih problema, jer je prisustvo intermetalnih inkluzija u modifikatoru često praćeno njihovim zadržavanjem u gotovom poluproizvodu, što smanjuje njegovu kvalitetu. .
Upotreba finozrnatih ingota smanjit će količinu gubitaka od defekata (lomovi, pukotine, nehomogenosti na površini folije) i poboljšati kvalitetu proizvoda. S tim u vezi, pokušano je da se dobije i ligaturna traka od tehnički čistog aluminijuma A5 i AVCh razreda (tablica 1.5).
Tabela 1.4
Promjena veličine zrna i broja zrna po 1 cm 2 u uzorcima za ispitivanje alkana nakon modifikacije aluminija, ovisno o količini unesene ligature Al-Ti-B legure
ligatura ligatura |
Original aluminijum, |
Količina titana, % tež. |
Prosječna veličina zrna u uzorku Alkan-test, µm |
Broj zrna na 1 cm 2, kom. |
Stepen rafiniranja zrna nakon držanja taline 5 minuta, puta |
||
nakon držanja taline za |
|||||||
Poznata metoda |
|||||||
Štap prečnika 8 mm od Cavecchi (Al-3Ti-0.2B) |
|||||||
Predložena metoda |
|||||||
Ligatura |
|||||||
Tabela 1.5
Utjecaj trake od legure aluminija na veličinu zrna u aluminijskom ingotu nakon modifikacije
Količina aluminijumske trake, % mas. (klasa aluminijuma) |
Original ingot aluminijuma razreda A7, mikrona |
Prosječna veličina zrna modificiranog aluminija, mikrona |
Broj zrna po 1 cm 2 u modifikovanom aluminijumu, kom. |
|||
1 minut nakon umetanja trake |
7,5 minuta nakon umetanja trake |
|||||
Rezultati istraživanja su pokazali da je broj zrna u modificiranom aluminijumu uporediv sa istim pokazateljima matične legure izrađene od legure Al-Ti-B. To daje osnovu za tvrdnju da je korištenjem metoda velike brzine kristalizacije-deformacije moguće dobiti nove modificirajuće materijale, uključujući i aluminijum.
Upotreba trake kao modifikacionog materijala je tehnološki neisplativa, jer su gotovo sve livničke instalacije opremljene uređajima za dovod matične legure u obliku šipke, pa je hitno potrebno razviti metode za proizvodnju modifikatora koji bi imali tehnološki povoljan oblik i veličine, a također ne bi mijenjali hemijski sastav ingota legure koji su podvrgnuti modifikaciji.
Dakle, za uvođenje u proizvodne tehnologije za proizvodnju deformisanih poluproizvoda sa visokim nivoom mehaničkih svojstava, potrebno je proizvoditi nove modifikacione materijale primenom velike brzine kristalizacije aluminijumske legure u vodeno hlađenim valjcima, u kombinaciji sa toplom deformacijom materijala. metal.
KLASIFIKACIJA LIGATURA I NAČINI NJIHOVE IZRADE
2.1. Zahtjevi za ligature
U livačkoj proizvodnji, legure zauzimaju značajan udeo u zapremini materijala za punjenje: zavisno od hemijskog sastava, do 50% legura. Master legura je međulegura koja sadrži dovoljno veliku količinu legiranog metala koji se dodaje u rastop da bi se dobio potreban hemijski sastav, strukturna i tehnološka svojstva odlivaka i ingota. U pravilu legure za legure aluminija i magnezija sadrže samo jednu legirajuću komponentu, ali ponekad se pripremaju trostruke i četverostruke legure. Sastav složenih legura je odabran na način da se osigura da se željeni hemijski sastav legure dobije u određenim granicama za svaku komponentu legure.
Potreba za korištenjem legura uzrokovana je niskom brzinom rastvaranja vatrostalnih komponenti u njihovom čistom obliku u tekućem aluminiju i magnezijumu, kao i povećanjem stupnja apsorpcije lako oksidiranih legirajućih elemenata. U većini legura aluminijuma i magnezijuma legirajuća komponenta je u obliku kristala intermetalnih jedinjenja, u nekim legurama magnezijuma - u obliku malih čestica u čistom obliku. Uzimajući u obzir prirodu distribucije komponente u legiranim materijalima i brzinu njenog rastvaranja u talini aluminijuma ili magnezijuma, moguće je dobiti zadati sadržaj legirajuće komponente u leguri dodavanjem određene količine legure u legure. čvrstog punjenja ili direktno u talinu. Važno svojstvo legure je značajno niža tačka topljenja od vatrostalne komponente. Zahvaljujući tome, legure na bazi aluminija ili magnezija ne moraju se pregrijati na visoke temperature, što rezultira smanjenjem gubitka osnovnog i legiranog metala. Upotreba legura s elementima niskog taljenja omogućava smanjenje gubitaka potonjih uslijed isparavanja i oksidacije. Uz pomoć legura, mnogo je lakše uvesti u taljenje elemente koji imaju tačku taljenja koja se oštro razlikuje od glavne taline, imaju visoku elastičnost pare i lako se oksidiraju na temperaturama pripreme taline, kao i u slučajevima kada unošenje legirajućeg elementa direktno u talinu praćeno je jakim egzotermnim efektom, što dovodi do značajnog pregrijavanja taline, ili kada je isparavanje legirajućeg elementa praćeno ispuštanjem toksičnih para u radioničku atmosferu.
Budući da je matična legura međulegura, ne postoje zahtjevi za mehaničkim svojstvima. Ali zbog njegovog unošenja u velikim količinama u glavnu talinu, nasljednog utjecaja materijala punjenja na strukturu odljevaka i ingota, kao i povećanih zahtjeva za kvalitetom odljevaka i poluproizvoda, postavlja se niz zahtjeva. nametnuti na ingote legure:
1. Dovoljno niska tačka topljenja legure, koja će osigurati minimalnu temperaturu aditiva elementa, koja je 100-200°C iznad temperature likvidusa. Niska temperatura likvidusa legure doprinosi brzom rastvaranju legirajućeg elementa i njegovoj ravnomjernoj raspodjeli po volumenu taline, posebno pod uvjetom dovoljno intenzivnog i ravnomjernog miješanja potonjeg. Samo legure Al-Cu, Al-Si sistema imaju temperaturu likvidusa blisku ili nižu od temperature topljenja baze, kao što slijedi iz tabele. 20.
Temperatura likvidusa preostalih legura kontinuirano raste sa povećanjem sadržaja vatrostalne legirajuće komponente u njima.
Sa ekonomskog stanovišta, bolje je imati legure sa visokim sadržajem legirajuće komponente zbog uštede radnog prostora za skladištenje legure, vozila, potrošnje primarnog aluminijuma i njegovog otpada. Budući da se trenutno legure pripremaju uglavnom u reverberacijskim pećima od čistih metala, sadržaj titana, cirkonija i hroma u talinama je obično 2-5%. Sa većim sadržajem ovih metala u legurama, potrebna je vrlo visoka (1200-1400 °C) temperatura. Sa povećanjem sadržaja komponenti u matičnoj leguri, uz postojeću organizaciju njenog livenja u ingote, formiraju se grube akumulacije intermetalnih jedinjenja, čije otapanje zahteva dodatno vreme zadržavanja legure ili povećanje temperature potonje. .
2. Ravnomjerna raspodjela legirajućih elemenata po poprečnom presjeku svinje. Da bi se izbjegao heterogeni hemijski sastav svinja, potrebno je dobro promiješati talinu prije livenja, a samo livenje mora biti obavljeno što je brže moguće. Heterogena distribucija elementa kod svinja može biti posljedica dva razloga. Prvo, niska brzina skrućivanja svinje, i drugo, nejednaka distribucija elementa u tekućoj leguri prije livenja. Zauzvrat, heterogeni sastav tekuće legure ovisi o razlici u gustoći faznih komponenti legure. U legurama magnezija, u kojima je legirajući element obično prisutan u čistom obliku, ovaj faktor djeluje stalno. u aluminijumu se segregacija intermetalnih jedinjenja po gustini razvija kada temperatura legure padne ispod njenog likvidusa.
3. Nisko isparavanje i oksidacija legirajućeg elementa pri uvođenju u talog iz legure.
4. Lako drobljenje svinja od master legure na male komade za preciznije vaganje punjenja; istovremeno, ligatura mora biti dovoljno tehnološki napredna tokom livenja. Na primjer, povećanje sadržaja mangana u dvostrukoj matičnoj leguri za više od 15% dovodi do pucanja svinje, što otežava njen transport i skladištenje.
1 Sadašnje stanje teorije, tehnologije i opreme za proizvodnju materijala od legura šipki
1.1 Teorijska osnova modifikacije
1.2 Modifikacija aluminijskih legura
1.3 Metode za izradu ligatura
1.4 Procjena modifikacione sposobnosti ligature
1.5 Metode i oprema za proizvodnju materijala od legure šipki od aluminijuma i njegovih legura
1.6. Utjecaj strukture legiranih materijala na modificirajuće djelovanje pri lijevanju ingota od aluminijske legure
1.7 Zaključci i ciljevi istraživanja
2 Materijali, metode istraživanja i oprema
2.1 Eksperimentalni plan
2.2 Materijali za izradu modifikatora
2.3 Tehnologija i oprema za proizvodnju modificirajućih materijala
2.4 Metode za obradu modificirajućih materijala
2.5 Metode za proučavanje modificirajućih materijala
2.6 Materijali i metode istraživanja za proučavanje modifikacione sposobnosti štapova dobijenih SLIPP metodom
3 Modeliranje mehanizma modifikacije i dobijanje tehnologije za proizvodnju legiranih materijala na osnovu njega
3.1 Procesi topljenja i kristalizacije iz perspektive kinetičke energije atoma i klasterske strukture tekućine
3.2 O ulozi klasterske strukture tečnosti u procesima modifikacije
3.3 Modeliranje procesa rastvaranja modificirajuće šipke u aluminiju
3.4 Zaključci
4 Studije strukture modificiranih materijala dobivenih SLIPP metodom
4.1 Makro- i mikrostrukturne studije poluproizvoda i međuproizvoda kombinovanih procesa livenje-valjanje-prešanje
4.2 Proučavanje temperature početka rekristalizacije štapa od aluminijuma 93 dobijenog SLIPP metodom
4.3. Proučavanje utjecaja količine unesene modifikacione šipke i načina tehnološke modifikacije na veličinu zrna u 96 aluminijskih ingota
4.4 Zaključci
5 Proučavanje modifikacione sposobnosti šipki u industrijskim uslovima
5.1 Proučavanje modifikacione sposobnosti šipki pri livenju serijskih ingota od legura V95pch i
5.2 Proučavanje modifikacione sposobnosti šipki pri livenju serijskih ingota od ADZ legure
Preporučena lista disertacija
Termofizička svojstva aluminijskih legura i njihova upotreba za prilagođavanje tehnoloških režima za proizvodnju presovanih poluproizvoda 2000, Kandidat tehničkih nauka Moskva, Olga Petrovna
Razvoj i savladavanje tehnologije za modifikaciju aluminijumskih legura složenim legurama na bazi tehnogenog otpada 2006, kandidat tehničkih nauka Kolchurina, Irina Yurievna
Unapređenje sastava i tehnologije modifikacije aluminijumskih legura na bazi sistema Al-Cu-Mg, Al-Zn-Mg-Cu i Al-Li 2009, kandidat tehničkih nauka Smirnov, Vladimir Leonidovič
Proučavanje obrazaca i razvoj tehnoloških principa vanpećne modifikacije strukture ingota od aluminijske legure primjenom akustične kavitacije 2012, doktor tehničkih nauka Bočvar, Sergej Georgijevič
Proučavanje strukture i modifikacione sposobnosti ternarnih legura na bazi aluminijuma dobijenih obradom njihovih talina niskofrekventnim vibracijama 2013, kandidat hemijskih nauka Kotenkov, Pavel Valerievič
Uvod u disertaciju (dio apstrakta) na temu „Proučavanje mehanizma modifikacije aluminijumskih legura i obrazaca formiranja strukture pri proizvodnji legiranih materijala metodom brze kristalizacije-deformacije“
Relevantnost rada. Struktura i svojstva deformisanih poluproizvoda od aluminijuma i njegovih legura u velikoj meri zavise od kvaliteta ingota, koji je određen oblikom, veličinom zrna i unutrašnjom strukturom. Tanka unutrašnja struktura i finozrnasta struktura povećavaju duktilnost tokom vruće deformacije i poboljšavaju svojstva, stoga je za dobijanje visokokvalitetnih proizvoda od aluminijskih legura vrlo važno ispravno procijeniti izvodljivost korištenja metode modifikacije i pronaći načine za savladati njegove negativne aspekte.
Trenutno metode za modificiranje aluminijskih legura još uvijek nisu savršene. Nije uvijek moguće postići stabilan proces mljevenja zrna, osim toga, modificirani ingoti su kontaminirani modifikatorskim materijalom. Stoga je potraga za dovoljno efikasnim modifikatorima još uvijek u toku. Najrasprostranjeniji aditivi u praksi modifikacije aluminijskih legura su titan i bor, na primjer, u obliku legura sistema AI-Ti-B, Al-Ti i drugih. Praktično iskustvo u korištenju legura šipki različitih proizvođača pokazalo je da se najfinije zrno aluminija (0,13-0,20 mm) postiže korištenjem Al-Ti-B legure kompanije Kavekki, ali njeno korištenje dovodi do povećanja cijena poluproizvoda. U tom smislu hitan je zadatak potraga za novim modifikatorima koji imaju visoku modifikacionu sposobnost uz mogućnost očuvanja kemijskog sastava legure nakon njenog uvođenja, proučavanje strukture i svojstava dobivenih poluproizvoda.
Cilj rada. Svrha ovog rada je unapređenje kvaliteta aluminijumskih poluproizvoda na osnovu proučavanja procesa homogene modifikacije i njegove praktične implementacije korišćenjem materijala dobijenih kombinovanim metodama brze kristalizacije i deformacije.
Za postizanje ovog cilja riješeni su sljedeći zadaci:
Proučavanje strukturnog stanja modificiranog metala;
Proučavanje utjecaja potpunosti rekristalizacije u modifikatorskoj šipki na procese modifikacije;
Proučavanje efikasnosti modifikacije u zavisnosti od tehnologije proizvodnje modifikatorske šipke;
Istraživanje strukture šipki i međuproizvoda kombinovanih procesa livenja i valjanja-prešanja;
Proučavanje uticaja tehnoloških parametara modifikacije na njenu efikasnost;
Ispitivanje u industrijskim uslovima modifikacione sposobnosti šipki proizvedenih kombinovanom metodom livenja i valjanja-presovanja (SLIPP).
Za odbranu se dostavljaju:
Naučno obrazloženje mehanizma homogene modifikacije;
Skup tehničko-tehnoloških rješenja koja osiguravaju stvaranje nove tehnologije modifikacije za proizvodnju ingota od aluminija i njegovih legura;
Rezultati teorijskih i eksperimentalnih istraživanja za utvrđivanje osnovnih zahtjeva za temperaturno-deformacijske uslove procesa proizvodnje šipki i dimenzionalne karakteristike zone deformacije;
Obrasci formiranja strukture u proizvodnji legiranih materijala velikom brzinom kristalizacije-deformacije;
Metoda za proizvodnju modificirajućih materijala.
Naučna novina rada.
1. Predložen je i naučno utemeljen novi mehanizam za modifikaciju aluminijumskih legura, zasnovan na homogenom formiranju kristalizacionih centara koji nastaju na osnovu razvijene fino diferencirane podzrnaste strukture šipke modifikatora.
2. Eksperimentalno je dokazano da je aluminijumska šipka proizvedena po SLIPP tehnologiji efikasan modifikator koji poboljšava kvalitet proizvoda od aluminijskih legura rafiniranjem zrnaste strukture bez kontaminacije njihovog hemijskog sastava supstancama iz šipke modifikatora.
3. Utvrđeni su optimalni omjeri tehnoloških parametara za proizvodnju modificirajućih šipki sa fino diferenciranom podzrnastom strukturom i tehnologija za modificiranje ingota korištenjem istih, na osnovu kojih su kreirane metode za proizvodnju visokokvalitetnih ingota.
4. Prvi put su sprovedena istraživanja strukture metala u kristalizaciono-deformacionim zonama tokom implementacije kombinovanog procesa livenja i valjanja-presovanja, što je omogućilo utvrđivanje osnovnih zahteva za temperaturno-deformacione uslove. procesa i dimenzionalnih karakteristika zone deformacije, koje čine osnovu za izradu instalacija za dobijanje regulisane podzrnaste strukture šipke.
Praktični značaj rada.
1. Razvijen je tehnološki proces za proizvodnju šipki sa stabilnom ultra-finom podzrnatom strukturom i utvrđeni su tehnološki parametri ovog procesa.
2. Na osnovu upotrebe metode kombinovanog livenja i valjanje-presovanja dobijeno je novo tehničko rešenje uređaja zaštićeno patentom RF br. 2200644 i kreirana eksperimentalna laboratorijska instalacija SLIPP.
3. Razvijena je nova metoda za modificiranje aluminijskih legura.
4. U uslovima industrijskog preduzeća TK SEGAL doo, na osnovu patentiranog tehničkog rešenja, kreirana je i implementirana kombinovana jedinica za obradu metala za proizvodnju modifikacione šipke.
5. Industrijsko ispitivanje tehnologije modifikacije za proizvodnju industrijskih ingota obavljeno je u Metalurško-proizvodnom udruženju Verkhne-Saldinsky (VSMPO).
Predstavljeni rad je realizovan u okviru programa „Naučna istraživanja visokog obrazovanja u prioritetnim oblastima nauke i tehnologije” (odeljak „Proizvodne tehnologije”), grant br. 03-01-96106 Ruske fondacije za osnovna istraživanja, grant br. NSh-2212.2003.8 predsjednika Ruske Federacije za podršku mladim ruskim naučnicima i vodećim naučnim školama, regionalnim naučnim i tehničkim programima Komiteta za nauku i visoko obrazovanje Uprave Krasnojarskog teritorija „Stvaranje mini -postrojenje za proizvodnju dugih proizvoda (proizvodi od žičane šipke i profila) od aluminijuma i legura bakra”, kao i po ugovorima sa preduzećima JSC „Verkhne-Salda Metalurško proizvodno udruženje” i DOO „TK SEGAL”.
Slične disertacije u specijalnosti "Nauka o metalu i termička obrada metala", 05.16.01 šifra VAK
Proučavanje obrazaca formiranja strukture pri polukontinuiranom lijevanju, složenoj modifikaciji, deformaciji i termičkoj obradi eutektičkih silumina u cilju dobivanja tankozidnih cijevi, valjanih proizvoda i žice 2006, kandidat tehničkih nauka Gorbunov, Dmitrij Jurijevič
Razvoj tehnologije za proizvodnju Al-Ti i Al-Ti-B modificirajućih legura na bazi SHS procesa 2000, kandidat tehničkih nauka Kandalova, Elena Gennadievna
Istraživanje i razvoj modifikatora, kaljenih iz tekućeg stanja, i tehnologije za modifikaciju hipoeutektičkih silumina u cilju dobijanja visokokvalitetnih odlivaka za transportno inženjerstvo 2011, kandidat tehničkih nauka Filippova, Inna Arkadjevna
Oblikovanje strukture i plastičnost velikih ingota i ploča od legure aluminija 7075 2004, kandidat tehničkih nauka Dorošenko, Nadežda Mihajlovna
Uticaj obrade aluminijumskih talina elastičnim niskofrekventnim vibracijama na strukturu i svojstva livenog metala 2006, Kandidat hemijskih nauka Dolmatov, Aleksej Vladimirovič
Zaključak disertacije na temu „Nauka o metalu i termička obrada metala“, Lopatina, Ekaterina Sergeevna
4.4 Zaključci
Eksperimentalna istraživanja strukture modificirajućih materijala dobivenih SLIPP metodom, kao i njihove modifikacione sposobnosti, omogućila su nam sljedeće zaključke.
1. Visoka brzina kristalizacije-deformacije uzrokuje povećanje gustine dislokacija, razvoj dinamičkih procesa oporavka i rekristalizacije, uslijed čega metal kristaliziran na valjcima tijekom valjanja poprima djelomično prekristaliziranu strukturu. Daljnjim presovanjem stvaraju se povoljni uslovi za odvijanje dinamičkih procesa poligonizacije u metalu, što rezultira deformacijom stabilne podzrnaste strukture materijala, što onemogućava razvoj rekristalizacije u gotovoj šipki nakon završetka deformacije i uz naknadno brzo zagrevanje do dovoljno visoke temperature.
2. Temperature početka i kraja rekristalizacije za šipke aluminijuma klase A7 dobijene SLIPP metodom su respektivno jednake TrH = 290 °C, TrK = 350 °C. Ovo je za 40-70 °C više od temperature rekristalizacije aluminijske šipke dobivene tradicionalnom tehnologijom valjanja presjeka, što ukazuje na stabilniju podzrnastu strukturu šipke dobivene SLIPP metodom.
3. Maksimalni efekat modifikacije postiže se uvođenjem 3-4% modifikatorske šipke prečnika 5-9 mm u tečni aluminijum, a temperatura rastopljenog aluminijuma u trenutku modifikacije treba da bude u rasponu od 700-720°C. °C. Da bi se dobila homogena finozrnasta struktura po cijelom poprečnom presjeku ingota, potrebno je držati najmanje 5 minuta i promiješati rastop nakon unošenja modificirajućeg materijala.
5 ISTRAŽIVANJE MODIFIKCIJSKIH ŠIPKA U INDUSTRIJSKIM USLOVIMA
SPOSOBNOSTI
Od naučnog interesa bilo je ponašanje novog modifikacionog materijala u uslovima industrijske proizvodnje pri livenju serijskih ingota od date legure aluminijuma. U tu svrhu, korištenjem gore navedene tehnologije i uz korištenje optimalnih temperaturnih i energetskih parametara, proizvedena je serija šipki promjera 9 mm od A7 aluminija.
U Metalurškoj proizvodnoj asocijaciji Verkhne-Saldinsky izveden je pilot test (Dodatak B).
5.1 Proučavanje modificirajuće sposobnosti šipki pri lijevanju serijskih ingota od legura V95pch i 2219
Da bi se procijenila sposobnost modificiranja A7 aluminijskih šipki proizvedenih metodom SLIPP i uporedila s modifikatorima koji se koriste u Metalurško-proizvodnom udruženju Verkhne-Saldinsky (VSMPO), izliveno je nekoliko varijanti talina za svaku od legura V95pchi 2219.
Opcija 1 - modifikacija sa Al-Ti, Al-5Ti-lB legurom;
Opcija 2 - ligatura Al-Ti, Al-5Ti-lB; modifikator A7;
Opcija 3 - modifikator A7; Al-Ti ligatura;
Opcija 4 - modifikator A7.
Modificirajući aditivi su uvedeni u talinu neposredno prije izlivanja u kalupe. Proučavane su makrostruktura i mehanička svojstva.
Proučavanje makrostrukture pokazalo je da je uvođenje novog modificirajućeg materijala u leguru V95pch u obliku šipke A7 pripremljene metodom SLIPP, zajedno sa Al-Ti legurom (Slika 5.1 a, d); Al-Ti-B (Slika 5.1 b, e) i bez legura (Slika 5.1 c, f) omogućio je dobijanje prilično homogene guste, sitnozrnate, podzrnate strukture, ravnoosne strukture. Jasno je da je korištenje samo A7 štapa kao modifikatora poželjnije sa stanovišta kvalitete rezultirajuće makrostrukture.
Analiza makrostrukture pokazala je da legura 2219 modificirana štapom A7 ima ujednačenu finozrnu strukturu (slika 5.2 b, d). Koncentrične tamnosive pruge na uzdužnom presjeku ingota nastale su zbog nekvalitetnog obrezivanja šablona.
Slika 5.1 - Makrostruktura (xl) ingota prečnika 52 mm legure V95pch: a, b, c - uzdužni presjek, d, e, f - poprečni presjek; a, d - modifikovani A 7 i Al-Ti; b, e - modificirani A7, Al-Ti i AI-Ti -B; c, e - modificirani A7.
Slika 5.2 a, c prikazuje strukturu legure 2219. Makrostruktura ingota ima jednoliku fino zrnatu strukturu. Uporedni opis makrostruktura šablona modifikovanih samo štapom A 7 (slika 5.2 b, d) i legurama Al-Ti i Al-Ti-B (slika 5.2 a, c) pokazuje identitet njihove zrnaste strukture, što nam omogućava da sudi o izgledima novog modifikacionog materijala - šipke od aluminijuma A7, napravljenog kombinovanim livenjem i valjanjem - presovanjem. u g
Slika 5.2 - Makrostruktura (xl) ingota prečnika 52 mm legure 2219 a, b uzdužni presek; c, d poprečni presjek; a, b - modificirani Al-Ti i Al-Ti-B; b, d - modificirani A7.
Određivanje razine mehaničkih svojstava provedeno je na sobnoj temperaturi (20 °C) na uzorcima izrađenim od makrošablona legura V95pch i 2219. Rezultati ispitivanja su dati u tabeli 5.1.
ZAKLJUČAK
1. Proučavanje procesa homogene modifikacije i implementacija ovog procesa korišćenjem materijala dobijenih velikom brzinom kristalizacije-deformacije pružila je mogućnost poboljšanja kvaliteta aluminijumskih ingota rafiniranjem zrnaste strukture bez kontaminacije njihovog hemijskog sastava modifikatorskim supstancama.
2. Predlaže se mehanizam modifikacije, baziran na idejama o klaster strukturi metala u tekućem kristaliziranju, u kojem se homogeno formiranje kristalizacijskih centara događa na osnovu razvijene fino diferencirane podzrnaste strukture štapića modifikatora koji se rastvara u modificiranom rastopiti. Formiranje klasterske strukture tečnosti tokom topljenja čvrstog metala direktno je povezano sa početnom zrnastom i podzrnastom strukturom topljenih kristala; struktura podzrna daje veći broj klastera, a samim tim i veći broj jezgara tokom kristalizacije. Zbog toga je neophodno da šipka za modifikovanje ima stabilnu strukturu podzrna za efikasno prečišćavanje zrna.
3. Tehnologija kombinovanog livenja i valjanja-presovanja obezbeđuje proizvodnju modifikacionih šipki sa podzrnastom, fino diferenciranom strukturom neophodnom za efektivnu modifikaciju ingota.
4. Utvrđeni su optimalni omjeri tehnoloških parametara za proizvodnju modificiranih šipki i tehnologije modifikacije ingota pomoću njih. Da bi se dobila nerekristalizovana šipkasta struktura, temperatura rastopljenog metala tokom livenja ne bi trebalo da pređe 720 °C. Najveći efekat modifikacije postiže se uvođenjem 3-4% šipke modifikatora prečnika 5-9 mm u kristalizirajući ingot, a temperatura taline u trenutku modifikacije treba da bude u rasponu od 700-720 ° C. Da bi se dobila homogena finozrnasta struktura po cijelom poprečnom presjeku ingota, potrebno je držati najmanje 5 minuta i promiješati rastop nakon unošenja modificirajućeg materijala.
5. Na osnovu metode kombinovanog livenja i valjanja-presovanja, predloženo je novo tehničko rešenje uređaja i izrađena eksperimentalna laboratorijska instalacija SLIPP-a. Utvrđeni su osnovni zahtjevi za temperaturno-deformacijske uslove i dimenzionalne karakteristike zone deformacije, koje čine osnovu za izradu instalacija za dobijanje regulirane podzrnaste strukture šipke.
6. Ispitivanje tehnologije modifikacije za proizvodnju industrijskih ingota u Metalurško-proizvodnom udruženju Verkhne-Saldinsky (VSMPO) pokazalo je da modifikacija aluminijumskom šipkom dobijenom SLIPP metodom dovodi do proizvodnje homogene finozrnate strukture legure aluminijuma. ingoti.
7. U uslovima industrijskog preduzeća TK SEGAL doo, na osnovu patentiranog tehničkog rješenja razvijena je i implementirana kombinovana instalacija za obradu metala za proizvodnju modifikacione šipke.
Spisak referenci za istraživanje disertacije Kandidat tehničkih nauka Lopatina, Ekaterina Sergejevna, 2005.
1. Bondarev, B.I. Modifikacija deformabilnih aluminijskih legura Tekst. / B.I. Bondarev, V. I. Napalkov, V. I. Tararyshkin. - M.: Metalurgija, 1979. -224 str.
2. Gračev, S.V. Fizička metalurgija Tekst: Udžbenik za univerzitete / V.R. Baraz, A.A. Bogatov, V.P. Shveikin; Ekaterinburg: Izdavačka kuća Uralskog državnog tehničkog univerziteta UPI, 2001. - 534 str.
3. Fizička metalurgija. Fazne transformacije. Metalografski tekst. / Uredio R. Kahn, vol. II. M.: Mir 1968. - 490 str.
4. Danilov, V.I. Neka pitanja kinetike kristalizacije tečnosti. / IN AND. Danilov // Problemi metalurgije i fizike metala: zbornik. naučnim tr. /M.: Metallurgizdat, 1949. P. 10-43.
5. Fridlyander, I. N. Aluminijske deformabilne strukturne legure Tekst. / I. N. Fridlyander. M.: Metalurgija, 1979. - 208 str.
6. Dobatkin, V.I. Ingoti od aluminijskih legura Tekst. / IN AND. Dobatkin. M.: Metallurgizdat, I960. - Sa. 175.
7. Gulyaev, B. B. Livnički procesi Tekst. / B.B. Gulyaev. M.: Mašgiz, I960. - Sa. 416.
8. Winegard W., Chalmers V. "Trans. Amer. Soc. Metals", 1945., v. 46, str. 1214-1220, ilustr.
9. Kanenko H. "J. Japan Inst. Metals", 1965, v. 29, br. 11, str. 1032-1035D1.
10. Turnbull D., Vonnegut B. "Industr. and End. Chem." 1925, v. 46, str. 1292-1298, ilustr.
11. Korolkov, A. M. Livačka svojstva metala i legura Tekst. / A.M. Korolkov. M.: Nauka, 1967. - str. 199.
12. Elagin, V.I. Legiranje deformabilnih legura aluminijuma sa prelaznim metalima. /IN AND. Elagin. -M.: Metalurgija, 1975.
13. Napalkov, V.I. Legiranje i modifikacija aluminijuma i magnezijuma Tekst. / V.I. Napalkov, S.V. Makhov; Moskva, "MISIS", 2002.
14. Kissling R., Wallace J. “Ljevaonica”, 1963, br. 6, str. 78-82, ilustr.
15. Cibula A. "J. Inst. Metals", 1951/52, v. 80, str. 1-16, ilustr.
16. Reeve M. "Indian Const. News", 1961, v.10, br. 9, str. 69-72, ilustr.
17. Novikov, I. I. Vruća lomljivost obojenih metala i legura Tekst. / I.I. Novikov. M.: Nauka, 1966. - str. 229.
18. Maltsev, M.V. Savremene metode za poboljšanje strukture i fizičko-mehaničkih svojstava obojenih metala. / M.V. Maltsev. M.: VINITI, 1957.-str. 28.
19. Maltsev, M. V. Modifikacija strukture metala i legura Tekst. / M. V. Maltsev. M.: Metalurgija, 1964. - str. 213.
20. Cibula A. “Ljevački obrt I.”, 1952, v. 93, str. 695-703, il.
21. Sundguist V., Mondolfo L. "Trans. Met. Soc. AIME", 1960, v. 221, str. 607-611, il.
22. Davies I., Dennis I., Hellawell A. "Metalurg. Trans", 1970, br. 1, str. 275-279, ilustr.
24. Collins D. - "Metalurg. Trans." 1972, v. 3, br. 8, str. 2290-2292, il.
25. Moriceau I. “Metallurgia ital.”, 1970, v.62, br. 8, str. 295-301, ilustr.
26. Naess S., Berg O. "Z. MetallKunde", 1974, Bd 65, br. 9, s. 599-602, il.
27. Cisse J., Kerr H., Boiling G. - "Metalurg. Trans." 1974, v. 5, br. 3, str.633-641, ilustr.
28. Danilov, V.I. Izabrana djela Tekst. / IN AND. Danilov. Kijev, Naukova dumka, 1971. 453.
29. Ohno A. - "Trans. Iron and Steel Inst. Jap.", 1970, v. 10, br. 6, str. 459-463, ilustr.
30. Ryzhikov, A. A. Tekst. / A. A. Ryzhikov, R. A. Mikryukov // Livnica, 1968. br. 6. - str. 12-14.
31. Scheil E. - "GieBerei, tech. n. wies. Beihefte", 1951, Hf. 5, S. 201-210, ilustr.
32. Neimark, V.E. Tekst. / V. E. Neimark // Fizičke i kemijske osnove proizvodnje čelika: knj. / M.: Izdavačka kuća Akademije nauka SSSR, 1957. - P. 609-703.
33. Pat. 4576791 SAD Ligatura Al-Sr-Ti-B Tekst. / prema klasi od 22c 21/00 od 27.02.84.
34. A. s. 1272734 SSSR, MKI S 22 S 21/00. Metoda za dobijanje ligature A1-B Tekst., publ. 22.02.83.
35. A. s. 1302721 SSSR, MKI S 22 S 1/02. Metoda za dobijanje ligature A1-B Tekst., publ. 20.05.85.
36. A. s. 618435 SSSR, MKI S 22 S 1/03. Sastav za legiranje aluminijuma borom Tekst., publ. 04/09/80.
37. Belko, S. Yu. O interakciji jedinjenja bora koji sadrže kiseonik sa solima aluminijuma i fluora. / S. Yu Belko, Napalkov V. I // TLS (VILS), 1982. - br. str. 20-23.
38. Prutikov, D. E. Kinetika legiranja aluminijuma sa borom iz kriolit-oksidnog fluksa Tekst. / D. E. Prutikov, V. S. Kotsur // Izv. Univerziteti Obojena metalurgija, 1978. br. 2. - Str. 32 - 36
39. Krušenko, G. G. Modifikator za legure aluminijuma Tekst. / G. G. Krušenko, A. Justrov // Izv. Univerziteti Obojena metalurgija, 1983. -№10.-P. 20-22.
40. A. s. 908936 SSSR, MKI S 25 S 3/36. Metoda za proizvodnju legure A1-B u aluminijumskom elektrolizeru Tekst, publ. 18.03.80.
41. Shpakov, V.I. Iskustvo u dobijanju legure A1-B u aluminijumskom elektrolizeru. / V. I. Shpakov, A. A. Abramov // Izv. Univerziteti Obojena metalurgija, 1979. br. 14. - Str. 36 - 38.
42. Abramov, A. A. Unapređenje tehnologije proizvodnje legure A1-B u elektrolizeru. / A. A. Abramov, V. I. Špakov // Izv. Univerziteti Obojena metalurgija, 1978. br. 14. - str. 22 - 23.
43. Altman, M.V. Metalurgija livenih aluminijskih legura Tekst. / M. V. Altman. M.: Metalurgija, 1972. - str. 287.
44. Aplikacija 55-51499 Japan Metoda proizvodnje Al-Ti legure za mljevenje zrna Tekst. / prema klasi s22s 1/02 od 28.01.78.
45. Nerubaschenko, V.V., Priprema aluminijskih legura u elektroliznim kupkama Tekst. / V.V.Nerubaščenko, A.P.Krymov // Obojeni metali, 1980.-br. 47-48.
46. Nerubaschenko, V.V. Utjecaj zajedničkog unošenja titana i bora na strukturu ingota i poluproizvoda. / V.V.Nerubašenko, V.I.Napalkov // TLS (VILS), 1974. br. - str. 33-35.
47. Napalkov, V. I. Ligature za proizvodnju legura aluminijuma i magnezijuma Tekst. / V. I. Napalkov, E. I. Bondarev. - M.: Metalurgija I, 1983.
48. Napalkov, V.I. Priprema legura A1-B i Al-Ti-B Tekst. / V.I. Napalkov // TLS (VILS), 1974. br. - str. 12-14.
49. Aplikacija 55-36256 Japana Metoda za proizvodnju legure koja sadrži Ti i B Tekst. / prema klasi od 22 od 1/02 od 19.09.80.
50. Pat. 4298408 SAD Ligatura Al-Ti-B Tekst. / prema klasi od 22 od 21/00 od 01/07/80.
51. Nikitin, V.I. Studija kvaliteta legura aluminijumskih legura Tekst. / V. I. Nikitin, M. N. Nonin // TLS (VILS), 1982. br. 6. - str. 15-17.
52. Kadysheva, G. I. Proučavanje modificirajućeg efekta tečne Al-Ti legure iz elektrolizera u pripremi aluminijskih legura Tekst. / G. I. Kadysheva, M. P. Borgoyakov // TLS (VILS), 1981. br. 6. - str. 13-17.
53. Malinovsky, R. R. Modifikacija strukture ingota od aluminijske legure Tekst. / P. R. Malinovsky // Obojeni metali br. 8, 1984.-P. 91-94.
54. Silaev, P.N., Rafiniranje strukture aluminijumskih legura sa šipkom od master legure tokom procesa livenja. / P. N. Silaev, E. I. Bondarev // TLS (VILS), 1977. br. 5. - str. 3-6.
55. Kolesov, M. S. O rastvorljivosti legure Al-Ti-B u aluminijumu Tekst. / M. S. Kolesov, V. A. Degtjarev // Metali, 1990. - br. 5. str. 28-30.
56. Schneider, A. Kvalitativni zahtjevi za Al-Ti-B leguru za modificiranje aluminijuma Tekst. / A. Schneider // Aluminij -1988-64.- br. 1.- str. 70-75.
57. Napalkov, V.I. Utjecaj kombiniranih dodataka Ti i B na rafiniranje zrna u aluminijskim legurama. Modifikacija silumina Tekst. / V. I. Napalkov, P. E. Khodakov. Kijev, 1970.
58. Savremene metode upotrebe legura u industriji aluminijuma Tekst. // TLS (VILS), 1972. br. 11-12. - str. 69-70.
59. Iones G. P., Pearson I. Metallurgical Transactions, 1976, 7B, br. 6, str. 23-234.
60. Bondarev E.I. Perspektive razvoja proizvodnje matičnih legura za aluminijumske legure Tekst. / E.I. Bondarev, V.I. Napalkov // Obojeni metali, 1977. br. - str. 56.
61. Teplyakov, F.K. O mehanizmu nastanka intermetalnih jedinjenja i njihovoj transformaciji u procesu pripreme i upotrebe legura Al-Ti-B i Al-Ti. / F.K. Teplyakov, A.P. Oskolskikh // Obojeni metali, 1991.-№9.-P. 54-55.
62. Istraživački rad br. 000270. Razvoj industrijske tehnologije za proizvodnju modificirane legure i legure od legure Al-Ti-B Tekst. / KraMZ, 1983.
63. Kancelson, M. P. Jedinice za livenje i valjanje za proizvodnju žičane šipke od obojenih metala Tekst. / M. P. Kancelson. M.: TsNIITEItyazhmash, 1990.
64. Korolev, A. A. Mašinska oprema valjaonica crne i obojene metalurgije Tekst. / A. A. Korolev. - M.: Metalurgija, 1976.
65. Chernyak, S. N. Valjanje aluminijumske trake bez ingota Tekst. / S. N. Chernyak, P. A. Kovalenko. M.: Metalurgija, 1976.
66. Gildenhorn, M. S., Kontinuirano presovanje cijevi, profila i žica primjenom Conform metode Tekst. / M. S. Gildengorn, V. V. Selivanov // Tehnologija lakih legura, 1987. br. 4
67. Kornilov V.N. Kontinuirano presovanje sa zavarivanjem aluminijskih legura Tekst. / V. N. Kornilov. - Izdavačka kuća Krasnojarskog pedagoškog instituta, 1993.
68. Pat. 3934446 SAD, B 21 B 21/00. Metode i uređaji za proizvodnju žice Tekst. / S. W. Lanham. R. M. Rogers; 27.01.1976.
69. Klimko, A.P. Utjecaj strukture legiranih materijala na modificirajuće djelovanje pri lijevanju ingota od aluminijske legure Tekst. / A.P.Klimko, A.I. Grishechkin, B.S. Biront, S.B. Sidelnikov, N.N. Zagirov // Tehnologija lakih legura. - 2001. br. 2. - P.14-19.
70. Pshenichnoe, Yu P. Identifikacija fine strukture kristala Tekst. / Yu. Pshenichnoe: Directory. M.: Metalurgija, 1974. - 528 str.
71. Panchenko E.V. Metallography Laboratory Text. / E. V. Panchenko, Yu A. Skakov, B. I. Creamer, P. P. Arsentiev, K. V. Popov, M. Ya. Doktor tehničkih nauka, prof. B. G. Livšits. M.: Metalurgija 1965. - 440 str.
72. Krušenko G. G. O mehanizmu uticaja elastičnih vibracija na legure aluminijum-silicijum Tekst. / G. G. Krušenko, A. A. Ivanov // „Livnica“, Moskva, 2003. br. 2. - str. 12-14.
73. Lopatina, E. S. Modeliranje mehanizma modifikacije Tekst. / E. S. Lopatina, A. P. Klimko, V. S. Biront, //Napredni materijali, tehnologije, dizajn, ekonomija: zbirka. naučnim tr. / ed. IN.
74. B.Statsury; GUTSMIZ, Krasnojarsk, 2004. str. 53-55.
75. Arčakova, 3. N. Struktura i svojstva poluproizvoda od legura aluminijuma Tekst. / 3. N. Archakova, G. A. Balakhontsev, I. G. Basova. M.: Metalurgija, 1984. - 408 str.
76. Sidelnikova, E. S. (Lopatina E. S.) Proučavanje modificirajuće sposobnosti štapićaste ligature dobivene SLIPP metodom na industrijskim ingotima Tekst. / E. S. Sidelnikova, A. P. Klimko, V.
77. S. Biront, S. B. Sidelnikov, A. I. Grishechkin, N. N. Zagirov // Napredni materijali, tehnologije, strukture, ekonomija: zbirka. naučnim tr. / ed. V. V. Statsury; GATSMIZ, Krasnojarsk, 2002. P. 157159.
78. Krušenko, G. G. Uticaj pregrijavanja na fizička i mehanička svojstva aluminijuma Tekst. / G.G. Krušenko, V.I. Špakov // TLS (VILS), 1973. br. 4.- str. 59-62.
79. Krušenko, G. G. Kontinuirano livenje ingota korišćenjem tečnog aluminijuma i legura Tekst. / G. G. Krušenko, V. N. Terehov, A. N. Kuznjecov // Obojeni metali br. 11, 1975. str. 49-51.
80. Krušenko, G. G. Priprema deformabilnih legura korišćenjem tečnih komponenti tokom polukontinualnog livenja ingota Tekst. / G.G. Krušenko // Melts br. 2, 2003. str. 87-89.
81. Akt implementacije pilot postrojenja SPP-400
82. Proračun ekonomske efikasnosti pilot postrojenja1. SPP-4001. POTVRĐUJEM:
83. Na^a?shti^;finansijsko upravljanje1. I.S. Burdin 2003
84. PRORAČUN EKONOMSKE EFIKASNOSTI od uvođenja postrojenja za kombinovanu preradu aluminijumskih legura
85. Kao rezultat implementacije postrojenja za kombinovanu preradu aluminijumskih legura, dobijen je sledeći ekonomski efekat.
86. Ukupan godišnji ekonomski efekat će tada biti 15108000 + 277092000 = 292200000 rubalja.
87. Dakle, ekonomski najpovoljnija je upotreba kombinovane jedinice za obradu legura tipa Amgb, dok je trošak proizvodnje smanjen za skoro 2 puta.
88. Vodeći ekonomista SH SEGAL LLC ^Go^^ou.Rozenbaum V.V.
89. Program rada za ocenjivanje modifikacionih šipki dobijenih tehnologijom kombinovanog livenja i valjanje-kompresije
90. ODOBRAVA zamjenik generalnog direktora1. I. GRIIECHKIN t?^ ~7002 1. PROGRAM rada na procjeni modifikacione sposobnosti šipki dobijenih SL i Sh1 pri lijevanju ingota od legure V95 pch i 2219
91. NN 1Š * Naziv rada > Izvođač Napomena o završetku
92. Priprema materijala za punjenje za proizvodnju legura V95 pch i 2219 u laboratorijskim uslovima VE5 pch - 3 grejanja ■ - 2219 - 3 pecanja JSC VSMPO radionica 1 naučni centar jun 2002.
93. N: Predmet Sadržaj rada Izvođač Oznaka završenosti
94. Proučavanje lijevanih talina po zapremini: makrostruktura (poprečna) - mikrostruktura (uopšti izgled, veličina zrna); - mehanička svojstva na sobnoj temperaturi (Gb,Go2,6,i|I) - JSC VSMPO ^NTC Krasnojarsk, jun 2002.
95. Analiza i generalizacija rezultata istraživanja dobijenih od strane JSC.VSMPO STC Krasnojarsk JULI 2002.
96. Registracija zaključka JSC VSMPO Krasnojarsk jula 2002.
Napominjemo da su gore predstavljeni naučni tekstovi objavljeni samo u informativne svrhe i da su dobijeni putem prepoznavanja originalnog teksta disertacije (OCR). Stoga mogu sadržavati greške povezane s nesavršenim algoritmima za prepoznavanje. Nema takvih grešaka u PDF datotekama disertacija i sažetaka koje dostavljamo.
N. E. Kalinina, V. P. Beloyartseva, O. A. Kavac
MODIFIKACIJA LIVANJA ALUMINIJUMSKIH LEGURA SA PRAŠKASTIM SASTAVIMA
Prikazan je utjecaj dispergiranih vatrostalnih modifikatora na strukturu i svojstva lijevanih aluminijskih legura. Razvijena je tehnologija za modifikaciju aluminijskih legura sistema L!-81-Md sa modifikatorom praha silicijum karbida.
Uvod
Razvoj novih komponenti raketne i svemirske tehnologije postavlja zadatak povećanja strukturne čvrstoće i otpornosti na koroziju livenih aluminijskih legura. Ukrajinske lansirne rakete koriste silumine aluminijum-silicijumskog sistema, posebno legure AL2, AL4 i AL4S, čiji je hemijski sastav dat u tabeli 1. Legure AL2 i AL4S se koriste za livenje kritičnih delova koji čine jedinicu turbopumpe raketnog motora. Strani analozi domaćih silumina su legure 354, C355 sistema A!-B1-Si-Md, legure 359 sistema A!-B1-Md i A357 sistema A!-B1-Md-Be, koje se koriste za livenje kućišta za elektronske jedinice i sisteme za navođenje raketa.
Rezultati istraživanja
Poboljšanje mehaničkih i livenih karakteristika aluminijskih legura može se postići uvođenjem elemenata modifikatora. Modifikatori za livene aluminijske legure podijeljeni su u dvije fundamentalno različite grupe. Prva grupa uključuje tvari koje stvaraju visoko dispergiranu suspenziju u talini u obliku intermetalnih spojeva, koji služe kao supstrat za nastale kristale. U drugu grupu modifikatora spadaju površinski aktivne tvari, čiji se učinak svodi na adsorpciju na površinama rastućih kristala i na taj način inhibira njihov rast.
Modifikatori prve vrste za legure aluminijuma uključuju elemente I, 2g, B, Bb, koji su uključeni u sastav proučavanih legura u količinama do 1% po masi. U toku su istraživanja o upotrebi vatrostalnih metala kao što su BS, H11, Ta, V kao modifikatori prve vrste Modifikatori druge vrste su natrij,
kalijum i njihove soli koje se široko koriste u industriji. Obećavajući pravci uključuju upotrebu elemenata kao što su Kb, Bg, Te, Fe kao modifikatora druge vrste.
Novi pravci u modifikaciji livenih aluminijskih legura se sprovode u oblasti upotrebe modifikatora praha. Upotreba ovakvih modifikatora olakšava tehnološki proces, ekološki je prihvatljiva i dovodi do ravnomjernije raspodjele unesenih čestica po poprečnom presjeku odljevka, što povećava svojstva čvrstoće i karakteristike duktilnosti legura.
Treba istaći rezultate istraživanja G.G. Krušenko. Modifikator praha bor karbid B4C uveden je u sastav legure AL2. Kao rezultat, postignuto je povećanje duktilnosti sa 2,9 na 10,5% uz povećanje čvrstoće sa 220,7 na 225,6 MPa. Istovremeno, prosječna veličina makrozrna smanjena je sa 4,4 na 0,65 mm2.
Mehanička svojstva hipoeutektičkih silumina uglavnom zavise od oblika eutektičkog silicija i višekomponentnih eutektika, koji imaju oblik „kineskih znakova“. U radu su prikazani rezultati modifikovanja legura sistema A!-B1-Cu-Md-2n sa česticama TiN titanijum nitrida veličine manje od 0,5 mikrona. Studija mikrostrukture pokazala je da se titanijum nitrid nalazi u aluminijumskoj matrici, duž granica zrna, u blizini silicijumskih pločica i unutar faza koje sadrže gvožđe. Mehanizam uticaja dispergovanih TiN čestica na formiranje strukture hipoeutektičkih silumina tokom kristalizacije je da se glavnina njih frontom kristalizacije istiskuje u tečnu fazu i učestvuje u mlevenju eutektičkih komponenti legure. Proračuni su pokazali da prilikom upotrebe
Tabela 1 - Hemijski sastav
Vrsta legure Maseni udio elemenata, %
A1 Si Mg Mn Cu Zn Sb Fe
AL2 baza 10-13 0,1 0,5 0,6 0,3 - 1,0
AL4 8,0-10,5 0,17-0,35 0,2-0,5 0,3 0,3 - 1,0
AL4S 8,0-10,5 0,17-0,35 0,2-0,5 0,3 0,3 0,10-0,25 0,9
© N. E. Kalinina, V. P. Beloyartseva, O. A. Kavac 2006
formiranje čestica titanijum nitrida veličine 0,1-0,3 mikrona i kada je njihov sadržaj u metalu oko 0,015 tež.%. distribucija čestica je bila 0,1 µm-3.
U publikaciji se razmatra modifikacija legure AK7 sa dispergovanim vatrostalnim česticama silicijum nitrida 813^, čime se postižu sledeća mehanička svojstva: stB = 350-370 MPa; 8 = 3,2-3,4%; HB = 1180-1190 MPa. Kada se čestice titanijum nitrida uvode u leguru AK7 u količini od 0,01-0,02% tež. privremena vlačna čvrstoća se povećava za 12,5-28%, relativno rastezanje se povećava za 1,3-2,4 puta u odnosu na nemodificirano stanje. Nakon modifikacije legure AL4 dispergovanim česticama titanijum nitrida, čvrstoća legure je porasla sa 171 na 213 MPa, a relativno istezanje sa 3 na 6,1%.
Kvalitet ljevačkih sastava i mogućnost njihove proizvodnje zavise od niza parametara, a to su: kvašenje dispergirane faze talinom, priroda dispergiranih čestica, temperatura dispergovanog medija i načini miješanja metala. rastopiti se prilikom unošenja čestica. Dobra kvašenje dispergirane faze postiže se, posebno, uvođenjem površinski aktivnih metalnih aditiva. U ovom radu proučavali smo uticaj aditiva silicijuma, magnezijuma, antimona, cinka i bakra na asimilaciju čestica silicijum karbida frakcije do 1 mikrona tečnim aluminijumom razreda A7. BYU prah je uveden u rastop mehaničkim mešanjem na temperaturi taline od 760±10 °C. Količina unesenog aluminijuma iznosila je 0,5% mase tečnog aluminijuma.
Antimon donekle otežava apsorpciju primijenjenih BYU čestica. Elementi koji proizvode legure eutektičkog sastava (B1, 2p, Cu) sa aluminijumom poboljšavaju apsorpciju. Ovaj efekat očigledno nije povezan toliko sa površinskom napetosti taline, već sa kvašenjem SC čestica talinom.
Serija eksperimentalnih taljenja aluminijumskih legura AL2, AL4 i AL4S, u koje su uvedeni modifikatori praha, izvedena je u Državnom preduzeću PA "Južni mašinostroitelni zavod". Topljenje je obavljeno u indukcijskoj peći SAN-0,5 sa livenjem u kalupe od nerđajućeg čelika. Mikrostrukturu legure AL4S prije modifikacije čine grubi dendriti α-čvrste otopine aluminija i α(D!)+B1 eutektika. Modifikacija sa silicijum karbidom BS
omogućilo je značajno rafiniranje dendrita a-čvrste otopine i povećanje disperzije eutektika (sl. 1 i sl. 2).
Mehanička svojstva legura AL2 i AL4S prije i poslije modifikacije prikazana su u tabeli. 2.
Rice. 1. Mikrostruktura legure AL4S prije modifikacije, x150
Rice. 2. Mikrostruktura legure AL4S nakon modifikacije B1S, x150
Tabela 2 - Mehanička svojstva
Legura Metoda livenja Vrsta termičke obrade<зВ, МПа аТ, МПа 8 , % НВ
AL2 Chill T2 147 117 3,0 500
AL2, modificiran 8Yu Chill 157 123 3,5 520
AL4S Chill T6 235 180 3,0 700
AL4S, modificiran 8Yu Chill 247 194 3.4 720
U ovom radu proučavan je uticaj temperature na stepen asimilacije vatrostalnih čestica T1C i B1C. Utvrđeno je da se stepen asimilacije čestica praha taline AL4S naglo mijenja s temperaturom. U svim slučajevima, maksimalna apsorpcija je uočena na temperaturi specifičnoj za datu leguru. Tako je maksimalna asimilacija Tiu čestica postignuta na temperaturi taljenja
700......720 °C, na 680 °C apsorpcija se smanjuje. At
Kada temperatura poraste na 780......790 °C, apsorpcija TI opada za 3....5 puta i nastavlja da opada sa daljim povećanjem temperature. Slična ovisnost asimilacije o temperaturi taline dobivena je za BU, koja ima maksimum na 770 °C. Karakteristična karakteristika svih zavisnosti je oštar pad apsorpcije pri ulasku u dvofazno područje kristalizacionog intervala.
Ujednačena distribucija dispergovanih čestica silicijum karbida u talini se obezbeđuje mešanjem. Sa povećanjem vremena miješanja, stepen apsorpcije dispergiranih čestica se pogoršava. Ovo ukazuje da se čestice koje su inicijalno asimilirane talinom naknadno djelimično uklanjaju iz taline. Pretpostavlja se da se ovaj fenomen može objasniti djelovanjem centrifugalnih sila koje potiskuju strane raspršene čestice, u ovom slučaju BS, prema stijenkama lončića, a zatim ih dovode na površinu taline. Stoga, tokom topljenja, miješanje se nije vršilo kontinuirano, već je periodično nastavljeno prije odabira dijelova metala iz peći.
Na mehanička svojstva silumina značajno utiče veličina čestica unesenog modifikatora. Mehanička čvrstoća legura za livenje AL2, AL4 i AL4S raste linearno kako se veličina čestica modifikatora praha smanjuje.
Kao rezultat teorijskog i eksperimentalnog
Eksperimentalnim studijama razvijeni su tehnološki režimi za proizvodnju visokokvalitetnih livenih aluminijskih legura modificiranih vatrostalnim česticama praha.
Istraživanja su pokazala da kada se dispergovane čestice silicijum karbida uvedu u legure aluminijuma AL2, AL4, AL4S, struktura silumina se menja, primarni i eutektički silicijum se drobi i poprima kompaktniji oblik, veličina zrna a-čvrste materije rastvor aluminijuma se smanjuje, što dovodi do povećanja karakteristika čvrstoće modifikovanih legura za 5-7%.
Bibliografija
1. Fridlyander I.N. Metalurgija aluminijuma i njegovih legura. - M.: Metalurgija, 1983. -522 str.
2. Krušenko G.G. Modifikacija aluminij-silicijumskih legura sa praškastim aditivima // Materijali II Sveuničke znanstvene konferencije "Obrasci formiranja strukture legura eutektičkog tipa." - Dnjepropetrovsk, 1982. - P. 137-138.
3. Mikhalenkov K.V. Formiranje strukture aluminija koji sadrži dispergirane čestice titanovog nitrida // Procesi livenja. - 2001. -№1.- P. 40-47.
4. Chernega D.F. Utjecaj dispergiranih vatrostalnih čestica u talini na kristalizaciju aluminija i silumina // Livnička proizvodnja, 2002. - br. 12. - str. 6-8.
Primljeno kod urednika 6. maja 2006.
Dato je ulivanje dispergovanog vatrostalnog modifikatora1v u strukturu tog power-east! Livarnih aluminijuma1n1evih legure1v. Tehnološka modifikacija legure aluminijuma u sistemu Al-Si-Mg završena je modifikatorom u prahu silicijum carb1d.
Dat je utjecaj finih vatrostalnih modifikatora na strukturu i svojstva ljevačkih aluminijskih legura. Razvijena je tehnologija modifikacije aluminijumskih legura sistema Al-Si-Mg modifikatorom praha karbidom silicijuma.