LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Технологія металів. Машинобуд. → Підвищення якості сплавів на основі алюмінію шляхом використання електрогідроімпульсної обробки

оптимальну температуру Тр у відповідності з літературними даними і виконаними в нашій роботі експериментами.

Дослідження показали, що для всіх алюмінієвих сплавів, як і для модельного, залежність структурних характеристик від параметрів ЕГІО (W, f, t) якісно однакова, що свідчить про загальність виявлених закономірностей. Найбільший вплив справляє запасена енергія, від якої макро- і мікроструктура змінюються за екстремальним законом (рис.2, а, б). Мінімальний розмір зерна досягається при W = 1,25 ...2,5 кДж.

Такий характер кривих можна пояснити, виходячи з моделі кластерної будови рідкого металу. Як відомо, до певної температури в розплаві зберігається ближній порядок. ЕГІО приводить до зменшення топологічного порядку в розташуванні атомів компонентів, які входять в сплав, і більш рівномірного їх розподілу в розчині. Якісно це аналогічно підвищенню температури розплаву.

Зі збільшенням W розміри кластерів, в межах яких зберігається ближній порядок і які є найбільш імовірними місцями утворення зародків при кристалізації, зменшуються. Перетворенню цих ембріонів в самовільно зростаючі зародки сприяє підвищення енергії окремих атомів під впливом ЕГІО, тобто збільшення флуктуацій енергії. Це компенсує енергетичний програш, пов'язаний з поверхневою енергією кристалика твердого тіла при його виникненні в рідкому металі. Все це приводить до подрібнення зерна як на макро-, так і на мікрорівні. Цьому етапу відповідає низхідний відрізок кривих на рис 2, а, б. Однак при певній енергії відбувається руйнування ближнього порядку, у зв'язку з чим утворення зародка утруднюється, його критичний розмір збільшується і зерно росте.

Залежність пористості від частоти подачі імпульсів також екстремальна з мінімумом при 10 імп /с (рис. 2, в). Збільшення частоти призводить до спінювання металу, що призводить до підвищення пористості.

Як і для сплаву Розе, зеренна структура в меншій мірі залежить від частоти подачі імпульсів і часу обробки. Вплив ЕГІО на метал такий потужний, що вже перші імпульси при оптимальній енергії викликають максимальне подрібнення зерна. Тому оптимальну частоту слід вибирати з точки зору досягнення мінімальної пористості (f = 10 імп / с), а час - з технологічних міркувань, враховуючи масу оброблюваного металу.


ЕГІО позитивно впливає на структурні характеристики і сплаву АК 4 - 1: подрібнюється макро- і мікрозерно, збільшується кількість фази FeNiAl9, яка зміцнює сплав. При цьому вона подрібнюється, що зменшує окрихчення сплаву. Це приводить до суттєвого підвищення властивостей сплаву у литому стані: sв збільшується від 70 МПа в металі без ЕГІО до 130 МПа після ЕГІО, d - від 2,2 до 3,8 %. Це сприятиме підвищенню технологічної пластичності сплаву. Звичайно, подальша деформація і термічна обробка забезпечують значно більше зміцнення і нівелюють роль ЕГІО. Але ці експерименти демонструють, що ефект покращення властивостей під дією ЕГІО характерний не тільки для сплавів системи Al - Si, а має загальне характер.

Після ЕГІО реєструється підвищення розчинності Si в Al, наслідком чого є зменшення кількості евтектичної складової в доевтектичних сплавах і кристалів первинного кремнію в заевтектичному сплаві. Для пояснення цього ефекту використаний термодинамічний аналіз зміни вільної енергії системи Al - Si в процесі кристалізації для рівноважного (без ЕГІО) і метастабільного стану (після ЕГІО).

П'ятий розділ присвячений результатам промислової апробації методу ЕГІО в умовах цеху алюмінієвого литва ВАТ "Завод мастильного і фільтрувального обладнання" (м. Миколаїв). Випробування показали, що оптимальні параметри ЕГІО (W, f), встановлені лабораторними експериментами при обробці малих об'ємів металу, можуть бути розповсюджені на значні маси (до 200 кг). Час обробки при зростанні маси необхідно збільшувати, але він не повинен перевищувати 120 с, щоб запобігти спінювання.

На реальних деталях насоса низького тиску ("кришка" і "стакан") досягнуто поліпшення рідкотекучості і заповнення форми. Пористість зменшилася з 3...4 до 0...1 балу, усунена транскристалізація, підвищена гідрощільність.

ЕГІО дозволяє довести металу, виплавленого з використанням вторинної сировини, до рівня, який регламентується ДСТУ. Так, в сплаві АЛ 9 з кількістю Fe, яка допускається ДСТУ (0,9 %), sв = 150 МПа, d = 1,5 %. При збільшенні вмісту Fe, яке є шкідливою домішкою, до 1,6 % (така кількість цього елементу може бути присутня в сплавах з вторинної сировини) sв знижується до 88 МПа, а d до 0,3 %. Той же сплав після ЕГІО має sв = 147 МПа при d = 1,5 %. Таким чином, застосування ЕГІО може значно поширити використання лому і відходів алюмінієвих сплавів для виготовлення виробів і знизити їх собівартість.

Співставлення ЕГІО з існуючими методами позапічної обробки алюмінієвих сплавів (використання флюсів, ультразвуковий вплив, вакуумування) показало, що ЕГІО є найбільш економічним методом обробки. Питомі витрати при використанні цього методу зменшуються у порівнянні з вакуумуванням більш ніж у 5 разів, з обробкою флюсом - у 3 разів, з обробкою ультразвуком - у 2,5 разів. При цьому рівень властивостей вищий, ніж після обробки ультразвуком і флюсом і наближається до того, який можна одержати після вакуумування.
Використання ЕГІО на ВАТ "Завод мастильного і фільтрувального обладнання" (м. Миколаїв) для виготовлення виробів різних категорій за рахунок зменшення браку дало річний економічний ефект близько 80 тис. грн.



ВИСНОВКИ


1. На підставі систематичних досліджень, виконаних на модельному сплаві і промислових сплавах на основі алюмінію, показана ефективність використання екологічно чистого і економічного методу ЕГІО для підвищення технологічних і експлуатаційних властивостей металу і конструкційної міцності виробів, в тому числі виплавлених з використанням вторинної сировини. Найкращою схемою вводу коливань є обробка у ковші безпосереднім зануренням хвилевода.

2. ЕГІО розплаву приводить до підвищення його рідкотекучості і рівномірності розподілу в ньому елементів, зменшення газонасиченості і пористості, подрібнення макро- і мікрозерна, більшої однорідності в розмірах зерен, підвищення дисперсності евтектики і її виділення в коралоподібній формі, зміни морфології інтерметалідів, які виділяються у компактній формі замість голчастої. Для заевтектичних сплавів має місце подрібнення кристалів первинного кремнію і зменшення його кількості, що аналогічно впливу модифікування. Всі ці фактори сприяють поліпшенню властивостей сплавів.

3. Встановлені загальні закономірності впливу параметррів ЕГІО на структурні характеристики сплавів. Найбільш визначним параметром є запасена енергія W, варіювання якої в інтервалі 0,5...3,75 кДж приводить до екстремальної зміні розмірів макро- і мікрозерна і пористості. Аналогічним чином на пористість впливає частота подачі імпульсів.

4. Екстремальний характер зміни розміру зерен від запасеної енергії W при ЕГІО пояснений з позицій сучасних уявлень про кластерну будову рідкого металу. До певного значення W