Повышение механических свойств вторичного силумина АК5М2

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 669. 71
О. Л. СКУЙБ1ДА, I. П. ВОЛЧОК (ЗНТУ, Запоржжя)
П1ДВИЩЕННЯ МЕХАН1ЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ВТОРИННОГО СИЛУМ1НУ АК5М2
Вивчалась ефектившсть рафшувально-модиф1кувально! обробки вторинного алюмшевого сплаву АК5М2. Було розроблено та використано модифкатор складу 0… 20% Na2CO3, 15. 20% SrCO3, 12. 20% SiC, 3.8% Ti, 0,5.2% C, решта S. Отримано покращення показнишв мщносп та пластичносп сплаву.
Изучалась эффективность рафинирующе-модифицирующей обработки вторичного алюминиевого сплава АК5М2. Был разработан и применен модификатор состава 0. 20% Na2CO3, 15. 20% SrCO3, 12. 20% SiC, 3.8% Ti, 0,5.2% C, остальное S. Получено улучшение показателей прочности и пластичности сплава.
The effect of refining-modifying treatment of secondary aluminum alloy АК5М2 was researched. The modifier 10. 20% Na2CO3, 15. 20% SrOOs, 12. 20% SiC, 3.8% Ti, 0,5.2% C, the rest S was worked out and used. The improvement of tensile strength and plasticity of the alloy was obtained.
Постановка проблеми
В виробнищи алюмшевих сплавiв все бшьшого розповсюдження здобувае викори-стання вторинно! сировини. При цьому поряд зi зниженням собiвартостi продукци та покращен-ням еколопчно! ситуаци постае проблема якосп вторинних алюмiнiевих сплавiв, що пов'-язано iз значною забруднешстю шихтових матерiалiв металевими та неметалевими домiшками, а також ефектом металургшно! спадковостi. В результатi структурi вторинних сплавiв на основi алюмiнiю властива крупнозерниспсть, пiдвищена неоднорiднiсть та наявшсть великих скупчень залiзовмiсних iнтерметалiдiв несприятливо! голко- або пластиноподiбноl форми.
Для усунення суттево! рiзницi якостi пер-винних та вторинних сплавiв на основi алюм& gt- нiю важливо забезпечити високу чистоту мате-рiалу вщливок за неметалевими вкрапленнями i сформувати модифшовану структуру, для яко! була б характерна однорщнють та наявшсть подрiбнених кристалiв евтектичного кремнiю, а також залiзовмiсних фаз сприятливо! морфологи.
Аналiз останнiх дослiджень та публжацш
З метою пiдвищення якосп вторинних алюмiнiевих сплавiв використовуеться ряд фiзичних та механiчних методiв впливу на розплав (продування газами, фшьтращя, вiбра-цiйне перемiшування, обробка електричним
струмом, вистоювання в iнертнiй атмосферi або BaKyyMi тощо), причому як найбшьш просп, технологiчнi та eKOHOMi4HO доцiльнi можна розглядати методи рафшування та модифшу-вання.
Сьогоднi як компоненти рафiнyвальних комплексiв та модифiкаторiв й досi широко використовують токсичш та небезпечнi речо-вини, а також застарш й малоефективнi технологи обробки, що позначасться на низькш якостi вторинних алюмiнieвих сплавiв украш-ського виробництва. Таким чином, постала нагальна потреба в yдосконаленнi технолоп-чних процесiв рафiнyвання та модифшування вторинних сплавiв на основi алюмшю з метою пiдвищення рiвня мехашчних та експлуата-цiйних властивостей.
Викладення основного матерiалу
Об'-ектом дослiджень виступав вторинний силумш АК5М2, який застосовуеться для виготовлення середньонавантажених деталей рiзноманiтного призначення, в т. ч. для товарiв культурно-побутового споживання, виробiв електротехшчно! промисловостi та машинобу-дування.
Плавлення сплаву АК5М2 здiйснювали в електричнш печi опору пiд шаром стандартного флюсу (15% KCl, 45% NaCl, 40% AlF3), який захищав метал вiд окислення i забезпечував часткове очищення розплаву вщ розчинених газiв. Флюс додавали у кшькост 2% вщ маси
© Скyйбiда О. Л., Волчок I. П., 2010
розплаву, зшмаючи його шсля введення модифшатора. Для пiдвищення рiвня мехаш-чних властивостей вторинного силумшу АК5М2 нами було розроблено i запатентовано модифкатор складу 10… 20% Na2CO3, 15… 20% S1CO3, 12. 20% SiC, 3.8% Ti, 0,5.2% C, решта S. Присадки модифшатора (0,1% вiд маси сплаву) вводили при тeмпeрaтурi 720 ± 10 °C за допомогою ливар-ного дзвоника. Метал витримували в шамотному тигeлi при тeмпeрaтурi 720 ± 10 °C про-тягом 5 хв., пiсля чого вщливали зразки для aнaлiзу макро- та мшроструктури, а також випробувань мexaнiчниx властивостей. Зразки пiддaвaли тeрмiчнiй обробцi за режимом Т5 (на^вання до (525±5) °С, витримка 4 год, гартування з наступним старшням при (175±5) ° С протягом 8 год).
Наявшсть у флюш, що використовувався, хлориду нaтрiю, хлориду калда i фториду aлюмiнiю обумовили утворення на повeрxнi розплаву захисно1 плiвки, вилучення твердих частинок неметалевих вкраплень та часткову дeгaзaцiю розплаву. Натрш та кaлiй, зменшую-чи поверхневий натяг рщкого металу на поверхш кристaлiв, що ростуть, сприяли отриманню тонкодифeрeнцiйовaноi структури. Сполука AlF3 сприяла зменшенню натягу на меж подiлу метал-флюс та збiльшeнню ступе-ня рaфiнувaння. Також фторид алюмшю забезпечував розчинення плiвки оксиду алюм& gt- нiю, а хлориди нaтрiю та калда знижували ix температуру плавлення. Використання сумiшi xлоридiв та фтористо'- солi привело до змщ-нення плiвки на повeрxнi сольового розплаву та збшьшення крайового кута змочування.
Оскшьки одне лише рaфiнувaння часто не дозволяе досягти бажаного шдвищення якостi сплaвiв, виготовлених iз вторинно'-'- сировини, пiсля флюсового рaфiнувaння здшснювали опeрaцiю модифiкувaння.
В рiдкиx сплавах Al-Si юнують мшроне-однорiдностi — гетерофазш комплекси aтомiв крeмнiю, як знаходяться в динaмiчнiй рiвно-вaзi з оточуючим розплавом та характеризуются ненаправленими ковалентними зв'-язками Si-Si. В процес кристaлiзaцii силумiнiв формуються грубоголчaстi евтектики, пeрвиннi кристали кремшю ростуть у виглядi пластин з розвиненими гранями, що викликае окрихчу-вання сплaвiв. Атоми aлюмiнiю евтектики a-Al — P-Si е акцепторами, тодi як атоми
крeмнiю — донорами. Кристатзащя евтектики характеризуеться максимальною локалiзацiею електронно'-'- густини за напрямком зв'-язюв Si-Si. Зaлiзовмiснi фази за звичайних температур кристатзаци мають грубокристaлiчну будову, викликають погiршeння мехашчних властивостей, особливо плaстичностi. Зaлiзо-вмюним фазам властивий ковалентний тип мiжaтомниx зв'-язкiв, що обумовлюе ix напра-влeнiсть при кристaлiзaцii.
При виборi компонeнтiв модифiкaторa керувалися нeобxiднiстю управлшня процесом кристaлiзaцii евтектики i нeйтрaлiзaцii основноi шкiдливоi домiшки таких сплaвiв — зaлiзa. Для отримання сприятливоi структури та морфо-логii кристaлiзaцiйниx утворень перевагу вщда-вали елементам-модифшаторам, якi змiнюють ковалений зв'-язок мiжaтомноi взaемодii на металевий ненаправлений. Для шдвищення тривалосп модифiкувaльного ефекту та сутте-вого покращення якостi мaтeрiaлу використо-вували модифiкaтори як I-го, так i II-го роду.
Присутш у склaдi модифiкaторa сiркa та карбонати натрда i стронцiю забезпечували додатковий рафшувальний вплив на розплав, забезпечивши ефективне видалення розчине-ного водню за адсорбцшним i флотацшним мexaнiзмaми. Сiркa обумовила компактнють, рiвномiрний розподiл та сприятливу морфо-логiю зaлiзовмiсниx фаз. Нaтрiй та стронцш викликали втрату нaпрaвлeностi та мeтaлiзaцiю зв'-язкiв мiжaтомноi взaемодii, що позначилось на подрiбнeннi та коагуляцп кристaлiв крeмнiю. Накопичуючись на фронт кристал& gt- зaцii, нaтрiй та стронцш забезпечили коопера-тивний рiст евтектичних фаз та модифiкувaння евтектики, змшюючи морфологiю евтектичного крeмнiю з плaстинчaтоi на стрижньову, а також шдвищуючи його диспeрснiсть. Срiблястий грaфiт вадгравав роль модифiкaторa II-го роду, створюючи додaтковi центри зародкоутворення та шдвищуючи стутнь подрiбнeння структур-них складових. Сполука Al3Ti, яка утворю-валась при введенш титану, сприяла вини-кненню донорно-акцепторних зв'-язкiв мiж атомами модифшатора та aлюмiнiю, i, вщпо-вщно, модифiкувaнню a-твердого розчину. Ультрадисперсний карбщ крeмнiю забезпечував зменшення довжини дендриив першого порядку. Частинки SiC накопичувались перед фронтом кристалiзацii та забезпечували пере-охолодження, збiльшeння кшькосп i змен-
шення розмiрiв, а також змiну форми евтек-тичних складових алюмiнieвого сплаву на бшьш компактну.
Аналiз макроструктури показав суттеве подрiбнення зерна при використанш флю-
сового рафiнування та наступного модиф& gt- кування запропонованим комплексом в пор& gt- вняннi з одшею лише рафiнувальною обробкою (рис. 1).
б
Рис. 1. Макроструктура зразшв з1 сплаву АК5М2 тсля терм1чно! обробки за режимом Т5 (х2):
а — тсля обробки флюсом, б — тсля флюсового рафшування та модифжування
В структурi зразюв пiсля флюсового рафiнування (рис. 2, а) були присутш великi за розмiром поодинокi кристали первинного крем-нiю, пластинчатi витягнутi видiлення евтек-тичного кремнiю, а також окремi видiлення iнтерметалiдних фаз на тлi алюмiнiевого твердого розчину. Кристатчний кремнiй в алюм& gt- нiевiй матриц був розташований нерiвномiрно та характеризувався широким дiапазоном роз-мiрiв частинок.
Пюля оброблення флюсом та модифша-тором структура набула однорiдностi та тонко! диференщаци (рис. 2, б). Пюля плавлення пiд шаром флюсу та модифшування в ковшi структурш складовi значно подрiбнились, зменшилась вщстань мiж ними, зросла компак-тнють форми, знизилась об'-емна кiлькiсть ш-терметалiдних фаз, що врештi-решт позначи-лось на збiльшеннi запасу мщносп та пласти-чностi сплаву АК5М2.
У випадку дрiбнодисперсних штермета-лщних фаз та модифiкованого евтектичного кремшю, рiвномiрного розподiлу надлишкових вкраплень в структур^ магiстральна трiщина
сильно розгалужуеться, що обумовлюе високу енергоемнiсть процесу руйнування матерiалу. Якщо крупнi частинки крихких iнтерметалiдiв розмiщуються у виглядi суцiльних ланцюжкiв по межам зерен, то сплав мае низью значення пластичност та мiцностi. У тому випадку, коли вони рiвномiрно розподшяються за об'-емом сплаву АК5М2 у виглядi компактних вкраплень, що спостериалося пiсля модифшувально! обробки, мехашчш властивостi пiдвищуються. Компактнiсть вкраплень штерметалщних фаз позначаеться на пiдвищеннi показниюв мщ-ностi та пластичностi в порiвняннi з голчастими та пластинчатими частинками, навт якщо останнi розподшяються лише по тшу зерна. Ц явища пов'-язанi з легким зародженням та розвитком трщин вздовж та поряд з межами зерен, що мають видшення надлишкових фаз, та витягнених частинок друго! фази.
Ефективнють використання запропоновано-го модифiкатора шдтверджуеться результатами механiчних випробувань (табл. 1). При двосту-пеневому обробленнi флюсом та модифша-тором спостерiгаеться зростання показникiв
а
мехашчних властивостей в порiвняннi з одно-кратним обробленням флюсом: границi мщ-ностi при розтягу орв на 11%, границ мiцностi при стисненш осв на 15,5%, вщносного подовження ф на 24,3%, вщносного осадження е на 17, 4%.
б
Рис. 2. М1кроструктура зразшв з1 сплаву АК5М2 шсля терм1чно! обробки за режимом Т5 (х750):
а — тсля обробки флюсом, б — тсля флюсового рафшування та модифжування
Висновки та перспективи подальших дослщжень
Спiльне використання стандартного флюсу та розробленого модифшатора в порiвняннi з одшею лише флюсовою обробкою привело до суттевого подрiбнення зерна вторинного силу-мiну АК5М2, диспергування та диференщаци структурних складових, зменшення об'-емно! частки залiзовмiсних iнтерметалiдiв та збшь-
шення! х компактностi, покращення показниюв мiцностi та пластичностi.
Таблиця 1
Результати експериментальних досл1джень дп модифшатора на механ1чн1 властивост1 сплаву АК5М2
Вид обробки Випробування на розтяг Випробування на стиснення
арв, МПа ф, % О в, МПа е, %
Плавления тд флюсом 157,5 3,5 361,6 37,6
Плавлення тд флюсом та модифтування в ковш1 174,6 4,4 417,6 44,2
Б1БЛ1ОГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК
1. Системный поход к качеству литья и препараты для эффективной печной и внепечной обработки сплавов на основе алюминия [Текст] / С. П. Задруцкий [и др.] // Литье Украины. -
2005. — № 2. — С. 29−38.
2. Немененок, Б. М. Комплексное модифицирование промышленных силуминов [Текст] / Б. М. Немененок // Литейное производство. -1999. — № 3. — С. 22−23.
3. Виробництво алюмшевих сплаыв з рудно! та вторинно! сировини [Текст]: навч. поабник / за ред. Т. М. Нестеренко. — К.: Вища шк., 2007. — 207 с.
4. Наследственное влияние происхождения шихтовых металлов на качество алюминиевых сплавов в условиях АО «АвтоВАЗ» [Текст] / И. М. Скрипников [и др.]. — (Наследственность в литейных сплавах) // Литейное производство. — 2000. — № 10. — С. 2−3.
5. Кольчурина, И. Ю. Разработка и освоение технологии модифицирования алюминиевых сплавов комплексными лигатурами на основе техногенных отходов [Текст]: дис. … канд. техн. наук / И. Ю. Кольчурина. — Новокузнецк,
2006. — 221 с.
6. Концепция модульных технологий получения качественных отливок из алюминиевых сплавов [Текст] / С. П. Королев [и др.] // Литейное производство. — 2002. — № 8. — С. 14−18.
Надшшла до редколегп 15. 04. 2010.
Прийнята до друку 28. 04. 2010.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой