Комплексный процесс модифицирования и фильтрационного рафинирования литейных сплавов алюминия

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 621. 745. 5:669. 715
Ю. В. Гребнев, В. Ф. Жаркова, О. С. Окопный
КОМПЛЕКСНЫЙ ПРОЦЕСС МОДИФИЦИРОВАНИЯ И ФИЛЬТРАЦИОННОГО РАФИНИРОВАНИЯ ЛИТЕЙНЫХ СПЛАВОВ АЛЮМИНИЯ
Волгоградский государственный технический университет
(e-mail: mitlp@vstu. ru)
Приводятся результаты исследования структуры и механических свойств литейных сплавов алюминия после обработки комплексным модифицирующе-рафинирующим флюсом и фильтрационного рафинирования расплава через многослойные фильтры из стеклоткани КС 11-ЛА.
Ключевые слова: модифицирующий флюс, фильтрационное рафинирование, стеклоткань, неметаллические включения, шлаковые и газовые раковины.
There are the results of the research the structure and mechanic properties of aluminum casting alloys after treatment by complex modifier and refiner gumboil and filtration refining of alloy per sandwich filters glass cloth KC 11-LA.
Keywords: modifier gumboil, filtration refining, glass
Одним из наиболее эффективных процессов модифицирования литейных алюминиевых сплавов является процесс обработки расплава при сливе жидкого металла из плавильной печи в разливочный ковш. Струя жидкого металла хорошо замешивает модификатор в расплав, способствует протеканию химических реакций по всему объему металла. Обработка алюминия путем присадки модификатора на струю жидкого металла повышает его механические свойства на 20… 30%. Процесс протекает быстро, за 3.5 минут вместо 15. 25 минут по традиционной технологии. Температура процесса модифицирования снижается до 720. 740 °C вместо 840. 860 °C. Расход модификатора снижается в 1,5. 2,0 раза.
Процесс модифицирования литейных алюминиевых сплавов путем присадки активных реагентов непосредственно на струю металла, сливаемого из плавильной печи, имеет один существенный недостаток. В отдельных случаях часть модификатора не успевает всплыть и вместе с жидким металлом попадает в полость литейной формы, снижает герметичность и уровень конструкционной прочности отливки. Резко возрастает брак по шлаковым раковинам.
Для снижения негативных факторов технологического процесса модифицирования в заводской практике используют длительную выдержку металла в ковше перед разливкой по формам. При этом сплав перегревают на 100. 180 °C выше технологически необходимой температуры разливки, что приводит к повышенным энерго- и трудозатратам, способствует значительному насыщению металла газами.
Целью настоящей работы является разработка энергоэффективного технологического процесса повышения качества алюминиевых
cloth, non-metallic inclusions, slag and gas blebs.
отливок путем совмещения модифицирования жидкого металла в разливочном ковше с процессом фильтрационного рафинирования фильтрами из стеклоткани КС 11-ЛА.
Материалы и методика эксперимента
В качестве материала для исследований были выбраны широко распространенные в промышленности литейные алюмокремниевые сплавы АК9ч и (АЛ4) и АК7ч (АЛ9), производимые в соответствии с требованиями ГОСТ 1583–93 «Сплавы алюминиевые литейные». Сплавы АК9ч и АК7ч обладают хорошими литейно-технологическими свойствами, но весьма склонны к образованию газовой пористости. Из этих сплавов получают ответственные, конструкционно-сложные, тонкостенные детали, работающие при температурах не выше 200 °C.
В качестве модификатора использовалась модифицирующе-рафинирующая смесь солей следующего состава: 25% NaF, 12% KCl, 63% NaCl. Этот модификатор отвечает составу тройной эвтектики в системе NaF-KCl-NaCl с температурой плавления 606 °C [Альтман, Н. Б. Плавка и литье сплавов цветных металлов / М. Б. Альтман, А. А. Лебедев, Н. В. Чухров. -М.: Металлургиздат, 1963. — 524 с.].
Модификатор перед употреблением тщательно перемалывался и перемешивался, помещался в электрошкаф и медленно нагревался до температуры 570. 590 °C. Раскаленный модификатор равномерно высыпают на струю сливаемого в ковш жидкого металла с температурой 730−740 °С. Расход модификатора 1,5.. 2,0% к весу жидкого металла.
После слива металла его выдерживали под слоем модифицирующего флюса 3.5 минут. Модификатор снимали с поверхности расплава и металл разливали по формам.
В качестве фильтров для жидкого металла использовались блоки из двух слоев стеклоткани марки КС 11-ЛА с ячейкой 1,71, 7 мм с промежуточным слоем между ними из стеклоткани с ячейкой 2020 мм. Для придания жесткости блоку стеклоткань пропитывалась жидким стеклом и просушивалась при температуре 220. 240 °C (рис. 1).
Рис. 1. Фильтрующий блок из стеклоткани КС 11- ЛА
Использование фильтрующих блоков позволяет эффективно рафинировать расплав от шлаковых и неметаллических включений, не ухудшая процесс заполнения формы жидким металлом.
Образцы металла для металлографических исследований и механических испытаний вырезались из отливок «крышка шестеренчатого насоса», и залитых в песчано-глинистую форму. Схема вырезки образцов представлена на рис. 2. Исследовались отливки, залитые модифицированным металлом и металлом без модифици-рующе-рафинирующей обработки.
Рис. 2. Схема вырезки образцов металла из отливки «крышка шестеренчатого насоса»
Металлографические исследования проводились на микроскопе «№орЬо1& gt-21» при увеличениях х100 и х200. Определялось влияние модифицирования и рафинирования на дисперсность а-81-эвтектики. Также определялся балл газовой пористости модифицированного и не-модифицированного металла по методике, приведенной в ГОСТ 1583–93.
Испытания механических свойств проводились на коротких разрывных образцах. Образцы 06 мм и длиной 10 = 30 мм изготавливались в соответствии с требованиями ГОСТ 1497–84 «Методы испытания на растяжение».
Результаты металлографических исследований и механических испытаний металла, полученного по действующей и экспериментальной технологиям, сравнивались между собой и служили критерием качества технологии комплексного модифицирования и фильтрационного рафинирования литейных алюминиевых сплавов.
Результаты и их обсуждение
Исследование газовой пористости металла отливок из сплава АК9ч и АК7ч в исходном состоянии свидетельствует о значительном насыщении металла газами. В соответствии с ГОСТ 1583–93 металл, отобранный до модифицирования и фильтрационного рафинирования, может быть отнесен к четвертому или даже пятому баллу «Шкалы пористости алюминиевых сплавов (рис. 3, а). После совмещенного процесса модифицирования и фильтрационного рафинирования газовая пористость в образцах отсутствует или соответствует первому баллу (рис. 3, б). Отливки, залитые модифицированным и фильтрованным металлом, успешно выдержали гидроиспытания при 80 атм.
Исследование микроструктуры сплавов алюминия до модифицирования и рафинирования характеризуется крупнозернистым строением эвтектики а-81, неоднородным ее распределением по объему металла. Отдельные включения эвтектики а-81 имеют игольчатое строение, что приводит к снижению механических свойств металла и эксплуатационных свойств отливок (рис. 4, а). Модифицирование тройными солями приводит к заметному улучшению а-81 эвтектики и ее равномерному распределению по объему металла. В модифицированном металле отсутствуют включения эвтектики игольчатой формы (рис. 4, б).
в г
Рис. 3. Газовая пористость образцов сплавов АК9ч и АК7ч:
I — сплав АК9ч- II — сплав АК7ч- а — исходное состояние- б — после модифицирования и фильтрационного рафинирования
I
в г
Рис. 4. Микроструктура сплавов АК9ч и АК7ч (*100):
I — сплав АК9ч- II — сплав АК7ч- а — исходное состояние- б — после модифицирования и фильтрационного рафинирования
Испытание механических свойств подтвердили данные металлографических исследований о положительном влиянии процесса комплексного модифицирования и фильтрационного рафинирования на свойства литейных алю-
В изломах образцов из немодифицирован-ного и нерафинированного металла визуальным осмотром выявляются отдельные неметаллические включения, которые наряду с крупнозернистой структурой а-81 эвтектики приводят к снижению механических свойств. Металл отливок после комплексной обработки модифицирующим флюсом и фильтрационного рафинирования полностью соответствовал требованиям ГОСТ 1583–93 по уровню механических свойств.
Анализ брака отливок «Корпус шестеренчатого насоса» и «Крышка шестеренчатого насоса» после внедрения совмещенного процесса
миниевых сплавов. Наиболее заметно повысились пластические свойства сплавов — на 2530%. Прочностные характеристики металла возросли всего на 5−8% (см. таблицу).
модифицирования и фильтрационного рафинирования показал снижение брака заготовок на 0,6% по причине «шлаковая раковина».
Выводы
1. Совмещенный процесс модифицирования и фильтрационного рафинирования литейных алюминиевых сплавов легко осуществляется в производственных условиях, обеспечивая снижение энерго- и трудозатрат.
2. Комплексная обработка сплавов Ак9ч и АК7ч модифицирующим флюсом с последующим рафинированием повышает их пластические свойства на 25. 30%.
Механические свойства литых алюминиевых сплавов
Марка сплава Состояние сплава Механические свойства *
Временное сопротивление разрыву, МПа Относительное удлинение, % Твердость, НВ
АК9ч Исходное 165 1,9 54
После модифицирования 176 2,5 52
АК7ч Исходное 172 1,8 58
После модифицирования 180 2,4 56
Примечание. В таблице приведены значения результатов испытаний девяти плавок сплава АК9ч и семи плавок АК7ч.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой