Формирование структуры и свойств алюминиево- кремниевых сплавов в силовом центробежном поле Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Таблица 1

Средняя плотность серого чугуна

п/п Количество РЗМ, % по массе Масса темптета на воздухе, г Масса темптета в керосине, г Разность масс темплетов, г Средняя плотность, г/см

1 0,02 100,15 86,07 14,03 7,11

2 0,04 101,85 87,66 14,08 7,17

3 0,06 96,24 83,16 13,08 7,19

4 0,08 97,83 84,54 13,29 7,25

Время выдержки расплава в ковше 180 с

В связи с переводом изготовления части деталей во вращающиеся металлические формы исследовали влияние модификатора ФС5-РЗМ20 на склонность РЗМ-чугу-на к отбелу.

Излом клиновидный пробы немодифицированного чугуна сопровождался отбелом по всему сечению. Введение в ковш модификатора в количестве 0,08% (по массе) способствовало полному устранению отбела проб с толщиной острия клина 6 мм.

Точность размеров отливок оценивали величиной постоянных и случайных отклонений от чертежных размеров.

Постоянные отклонения устраняли корректировкой металлической формы.

Случайные отклонения линейных размеров по наружной поверхности укладывались в поле допуска на размер по II классу. Однако размеры отливок по внутреннему диаметру в результате отклонений при дозировании расплава и других причин, вызывающих образование эллипс-ности, имели отклонения от чертежа, укладывающиеся только в пределы III класса точности в 93,2% случаев.

Статистическая обработка результатов измерений внутреннего диаметра показала, что при более строгом дозировании количество размеров, укладывающихся в допуск II класса точности, составило 89%.

Возрастание физико-механических характеристик чугуна, модифицированного РЗМ-лигатурой в силовом центробежном поле, обусловлено повышением плотности сплава по толщине стенок отливки, измельчением графита до Граз 25, снижением пористости.

Полученные итоги являются результатом применения вращения металлической формы и внепечного модифицирования расплава, при которых создаются при постоянной скорости заливки благоприятные условия для ускоренного затвердевания жидкого металла. В таких условиях, как правило, формируется мелкий графит. Замедление затвердевания и прекращение действия лигатуры РЗМ во всех случаях вызывают рост и огрубление включений графита, снижение плотности металла отливки и точности линейных размеров, ускорения износа рабочих поверхностей.

Список литературы

1.Жуков А.А. Некоторые вопросы теории графитизации железоуглеродистых сплавов//Известия вузов. Машиностроение.-1981.- №10. - С. 21.

2.Филинков М.Д., Афонаскин А.В., Савиных Л.М. и др. Влияние РЗМ на плотность и износостойкость серого чугуна //Литейное производство.- 1997.- №5. - С. 27-28.

М.Д. Филинков

Курганский государственный университет, г. Курган

ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ АЛЮМИНИЕВО-КРЕМНИЕВЫХ СПЛАВОВ В СИЛОВОМ ЦЕНТРОБЕЖНОМ ПОЛЕ

При изготовлении отливок во вращающихся литейных формах достигается, как правило, повышение механических свойств литого металла, исключаются многие виды литейных дефектов.

Считают, что повышение механических свойств сплавов в центробежных отливках является следствием специфических условий охлаждения и кристаллизации находящегося в центробежном поле расплава [1]. Например, отмечается увеличение плотности сплава под действием центробежных сил [2], пропитывание рассеянной пористости утяжеленными частицами жидкого металла и удаление неметаллических включений [3], ускоренное охлаждение, проявляющееся в измельчении структуры.

Влияние основных параметров центробежного литья на структуру и механические свойства алюминиевок-ремниевых сплавов, а также качество отливок, получаемых в условиях непрерывного поворота оси вращения литейной формы, исследовано недостаточно и требует более углубленного изучения. Поэтому отсутствие обоснованных данных для разработки оптимальной технологии литья во вращающихся формах затрудняет получение качественных отливок более высокой точности с повышенным уровнем механических свойств.

С этой целью было исследовано влияние скорости вращения литейной формы и поворота в пространстве ее оси, температуры жидкого металла и металлической изложницы на формирование структуры и механических свойств алюминиевокремниевых в центробежных отливках.

Опытные отливки изготавливали по методике [2], которая позволяла изучить влияние технологического фактора при сохранении постоянными общих условий эксперимента.

Температуру заливки сплава выбирали равной 720 - 740°С, температуру, формы - 95 - 110°С, скорость заливки регулировали в пределах 1,5 кг/сек.

Механические свойства сплавов определяли на стандартных образцах диаметром 6 ± 0,02 мм и расчетной длиной 30 мм, вырезанных из экспериментальных отливок.

Применение указанных образцов дало возможность определить предел прочности при растяжении в наружной и внутренней зонах толстостенных отливок.

Анализ полученных данных, приведенных на рис. 1, показывает, что в алюминиевокремниевом сплаве, близком к эвтектическому составу, наиболее высокие значения предела прочности при растяжении получены для образцов, вырезанных из наружной зоны отливок. Сравнение значений прочностных характеристик, полученных при испытании образцов, вырезанных из толстостенных отливок, залитых при различных скоростях вращения формы, показывает, что предел прочности при растяжении для наружной зоны значительно увеличивается с повышением частоты вращения и соответственно уменьшается для внутренней зоны. Рост частоты вращения приводит к возрастанию отношения механических характеристик металла наружной поверхности к внутренней.

Поэтому для получения более равномерных значений механических свойств центробежной отливки по тол-

щине стенки не рекомендуется применение повышенных скоростей вращения. Для алюминиево-кремниевого сплава, близкого к эвтектическому составу, благоприятное сочетание прочностных характеристик по сечению толстостенной отливки имеет место при частотах вращения до 750 об/мин и значениях гравитационного коэффициента на внутренней поверхности для принятых размеров отливок не более 28. Значения частоты вращения менее 450 об/мин и гравитационного коэффициента менее 10 применять не следует в связи с возрастанием разностенности в осевом направлении отливки.

В опытных отливках определяли твердость по Бри-неллю на внутренней и наружной поверхностях.

Установлено, что для толстостенных отливок с возрастанием частоты вращения формы твердость на наружной поверхности несколько увеличивается, в то время как твердость на внутренней поверхности практически не меняется.

догрева формы, скорости заливки и др.

Рис. 1. Изменение механических свойств сплава АЛ2 в зависимости от скорости вращения

О

О -

изменение отношения

в, нар

Ов, вн

НВ„Р

© - изменение отношения нвн

Твердость центробежных отливок заметно превышает соответствующий показатель в отливках из того же сплава, полученных в стационарных формах (песочных и металлических).

Исследование макро- и микроструктуры сплава производили на темплетах, вырезанных из средней по высоте части отливки. Поверхности темплетов со стороны внутренней и наружной стенок отливки шлифовали наждачной бумагой и полировали, после чего подвергали травлению в течение 5 - 10 сек. Травильный раствор готовили из 50 см3 концентрированной соляной кислоты и 25 г хлорного железа, разбавленных 25 см3 воды. Перед употреблением раствор выдерживали в фарфоровой чашке в течение 1 - 2 суток. Шлифы промывали водой и 25% раствором азотной кислоты.

Фотографии макроструктур толстостенных отливок, полученных в различных условиях, приведены на рис. 2

Во всех случаях в структуре обнаруживали а - твердый раствор кремния в алюминии, эвтектику, состоящую из того же а - твердого раствора и кристаллов свободного кремния.

В толстостенных отливках структуры наружной и внутренней поверхностей, как правило, отличаются величиной зерна. На наружной поверхности имеется четко выраженная зона мелких кристаллов, в то время как на внутренней поверхности обнаруживаются крупные равноосные зерна. Эта зависимость справедлива для всех исследованных условий получения отливок (частоты вращения, температуры заливки металла, температуры по-

в г

Рис. 2. Структуры сплава АЛ2 в центробежной отливке: а - наружная поверхность при п = 750/мин; б - внутренняя поверхность при п = 750 об/мин; в - наружная поверхность при п = 1200 об/мин; г - внутренняя поверхность при п = 1200 об/мин.

Размер зерна в наружной и внутренней зонах отливки менялся в зависимости от особенностей технологии получения литых заготовок. Например, увеличение скорости вращения формы способствовало некоторому росту зерна на внутренней поверхности и значительному измельчению на внешней. Вследствие ускоренной кристаллизации сплава во вращающихся формах формирующаяся структура отливок получалась более плотной и мелкозернистой.

Следовательно, изменением частоты вращения формы можно управлять структурой сплавов, затвердевающих в центробежных формах, их механическими свойствами, а также пористостью в наружных и внутренних слоях отливки.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ И ВЫВОДЫ

Выполненными исследованиями установлена зависимость между технологическими параметрами и механическими характеристиками отливки. Возрастание прочностных свойств сплава в наружных слоях толстостенных отливок с увеличением частоты вращения формы обусловлено повышением однородности сплава по толщине стенки, измельчением зерна в поверхностном слое, снижением пористости. На внутренней поверхности механические свойства при этом понижаются, что обусловлено увеличением пористости, укрупнением зерна.

Полученные результаты объяснялись тем, что с увеличением частоты вращения формы при постоянной скорости заливки создаются более благоприятные условия для ускоренного затвердевания кристаллизующейся области поступающих в форму горячим металлом. В таких условиях кристаллизации формируется мелкое зерно,

СЕРИЯ «ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ», ВЫПУСК 3

77

повышается плотность и уменьшается ликвация компонентов сплава. Внутренние слои отливки кристаллизуются в условиях, когда скорость затвердевания существенно снижается и в форму прекращается поступление горячего жидкого металла. При этом ухудшается питание кристаллизующегося слоя, что вызывает увеличение пористости. При замедленном охлаждении растет размер зерна. Все это приводит к понижению механических свойств внутреннего слоя толстостенных отливок.

Анализ результатов исследования дает возможность сделать следующие выводы:

1. При центробежном литье толстостенных отливок с поворотом в пространстве оси вращения литейной формы обеспечивались повышенные механические свойства (НВ, ав) по сравнению со стационарными отливками. Механические свойства в наружной зоне отливки получаются выше, чем во внутренней зоне, отличаясь по толщине стенки. Увеличение частоты вращения формы способствует возрастанию этих различий.

2. Структура отливок из сплавов АЛ2 и АЛ9 состояла из зерен а - твердого раствора и эвтектики. Размер зерен и дисперсность эвтектики зависят от условий кристаллизации и охлаждения отливок. Замедление затвердевания во всех случаях вызывает рост зерна и огрубление эвтектики.

Увеличение частоты вращения формы сопровождалось повышением плотности и понижением пористости в наружной зоне отливки и уменьшением плотности, повышением пористости во внутренней зоне. Возможность поражения отливок пористостью при центробежном литье значительно уменьшилась.

Список литературы

1. Филинков М.Д., Поручиков Ю.П. Влияние условий затвердевания во

вращающихся формах на улучшение качества отливок: Сб

«Прогрессивная технология литейного производства». - Горький,

1989.

2. Поручиков Ю.П., Филинков М.Д. Влияние технологических факторов

на усадочные процессы в сплаве АЛ2 и его механические

свойства при центробежном литье: Сб. «Усадочные процессы в

сплавах и отливках». -Киев: Изд-во «Наукова Думка», 1990.

3. Сварика А.А. Центробежное литье мелких бронзовых втулок. -

М.Машгиз, 1970.