Научная статья на тему 'Особенности изменения параметров микроструктуры и теплового расширения силуминов в зависимости от содержания в них кремния'

Особенности изменения параметров микроструктуры и теплового расширения силуминов в зависимости от содержания в них кремния Текст научной статьи по специальности «Общие и комплексные проблемы технических и прикладных наук и отраслей народного хозяйства»

CC BY
319
46
Поделиться
Ключевые слова
СИЛУМИНЫ / КРЕМНИЙ / МИКРОСТРУКТУРА / ТЕМПЕРАТУРНЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ ЛИНЕЙНОГО РАСШИРЕНИЯ

Аннотация научной статьи по общим и комплексным проблемам технических и прикладных наук и отраслей народного хозяйства, автор научной работы — Попова М. В., Кибко Н. В.

Исследовано влияние содержания кремния (3, 5, 7, 11 и 15 %) на параметры микроструктуры и температурный коэффициент линейного расширения силуминов. Установлено, что изменение содержания кремния в силуминах позволяет диспергировать структурные составляющие и увеличивать объемную долю эвтектики. Показано эффективное влияние повышения содержания кремния в силуминах с 5 до 15 % на снижение температурного коэффициента линейного расширения и устранение аномалии теплового расширения

Похожие темы научных работ по общим и комплексным проблемам технических и прикладных наук и отраслей народного хозяйства , автор научной работы — Попова М.В., Кибко Н.В.,

Features of parameter changes of a silumin microstructure and thermal expansion depending on the content of silicon

The influence of the silicon content (3, 5, 7, 11 and 15 %) on the parameters of a silumin microstructure and temperature coefficient of linear expansion has been investigated. As a result of the research it has been established that the change of the silicon content in silumin allows to disperse structural components and increase a volume fraction of an eutectic. The effective influence of increase of the silicon content in silumins from 5 to 15 % for decrease in temperature coefficient of linear expansion and elimination of anomaly of thermal expansion is shown.

Текст научной работы на тему «Особенности изменения параметров микроструктуры и теплового расширения силуминов в зависимости от содержания в них кремния»

УДК 669.715.017

М.В. Попова, Н.В. Кибко

Сибирский государственный индустриальный университет

ОСОБЕННОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ МИКРОСТРУКТУРЫ И ТЕПЛОВОГО РАСШИРЕНИЯ СИЛУМИНОВ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ СОДЕРЖАНИЯ В НИХ КРЕМНИЯ

Благоприятное сочетание литейных, механических и ряда эксплуатационных свойств позволяет применять силумины в машино-, авиа-и приборостроении. Свойства сплавов А1 - Si зависят от их микроструктуры, которая определяется химическим составом, условиями плавки (в том числе обработки шихты и расплава), кристаллизации и термической обработки.

Актуальной проблемой для промышленности остается разработка легких сплавов с низким температурным коэффициентом линейного расширения (а). Как известно [1 - 7], основным легирующим элементом, который оказывает значительное влияние на снижение удельного веса спалавов А1 - Si и коэффициент а, является кремний.

Целью работы являлась качественная оценка формы структурных составляющих и оценка количественных параметров микроструктуры силуминов с различным содержанием кремния (размеров выделений первичного и эвтектического кремния, дендритов а-твердого раствора).

В работе проведено исследование влияния содержания кремния на температурный коэффициент линейного расширения силуминов.

В расплав алюминия вводили кристаллический кремний в количестве 3, 5, 7, 11 и 15 %.

Металлографические исследования проводили на оптическом микроскопе OLYMPUS GX51 с программным обеспечением компании СИАМС, диапазон увеличения 100 - 1000. Для определения температурного коэффициента линейного расширения использовали дилатометр Шевенара.

Металлографический анализ позволил установить, что структура силумина, содержащего 3 % кремния, представляет собой дендриты размером 62 - 415 мкм а-твердого раствора, между которыми располагается мелкодисперсная эвтектика с частицами эвтектического кремния размером 0,5 - 2,4 мкм (рис. 1, а). Наблюдаются поры небольшого (13,4 - 124,0 мкм) размера.

Повышение содержания кремния в силумине до 5 % способствует росту дендритов а-твердого

раствора до 120 - 1433 мкм и устранению пористости (рис. 1, б).

При легировании сплава кремнием в количестве 7 % наблюдаются диспергирование дендри-тов а-твердого раствора до 77 - 549 мкм, увеличение частиц эвтектического кремния в незначительной степени (до 0,5 - 4,0 мкм) и повышение объемной доли эвтектики по сравнению с силумином, содержащим 5 % кремния (рис. 1, в). Введение в расплав алюминия 7 % кремния вызывает порообразование в силумине; размер пор гораздо больше (42 - 393 мкм), чем при легировании кремнием в количестве 3 %.

Повышение содержания кремния до эвтектического и заэвтектического составов способствует еще большему увеличению объемной доли эвтектики.

При легировании алюминия кремнием в количестве 11 % наблюдаются диспергирование эвтектического кремния (0,3 мкм), рост дендри-тов а-твердого раствора до 86 - 865 мкм при уменьшении их объемной доли и увеличение размера пор до 200 - 428 мкм (рис. 1, г). Повышение содержания кремния с эвтектического до заэвтектического состава способствует появлению в структуре первичных кристаллов кремнистой фазы в местах скопления дендри-тов а-твердого раствора и участков слабо модифицированной эвтектики, а также устранению пористости (рис. 1, д, е).

Изменение количества кремния, содержащегося в силуминах, оказывает влияние на величину и характер изменения температурного коэффициента линейного расширения (рис. 2).

Введение в алюминий 3 и 5 % кремния способствует возникновению аномалии теплового расширения в интервале температур испытания 250 - 350 °С. Увеличение содержания кремния до 7 - 15 % устраняет аномалию и уменьшает значение а в интервале температур испытания 50 - 450 °С. Наименьшие значения температурного коэффициента линейного расширения (а50 - 250 °С = 1540-6 град-1) наблюдаются у силуминов с наибольшим (15 %) содержанием кремния.

Рис. 1. Микроструктура силуминов с содержанием кремния 3 % (а), 5 % (б), 7 % (в), 11 % (г), 15 % (д, е)

Выводы. Повышение содержания кремния в силуминах способствует уменьшению объемной доли твердого раствора и размера дендритных ветвей, а также увеличению объемной доли эвтектики дисперсного строения. При изменении содержания кремния с 3 до 15 % уменьшается средний размер частиц эвтектического кремния с 0,5 - 2,4 до 0,2 - 1,9 мкм.

Рис. 2. Влияние содержания кремния на температурный коэффициент линейного расширения силуминов: о - 3 %; • - 5 %; Д - 7 %; ▲ - 11 %; □ - 15 %

Максимальная степень диспергирования кремния в составе эвтектики до 0,3 мкм наблюдается у сплава А1 - 11 % Si. При содержании кремния 15 % в структуре сплава присутствуют частицы кремнистой фазы. Между численными характеристиками параметров микроструктуры и величиной температурного коэффициента линейного расширения существует корреляция: общее снижение значений а связано с уменьшением размеров структурных составляющих. Повышение содержания кремния в сплаве до 7 % и более устраняет аномалию теплового расширения и способствует снижению а в интервале температур испытания 50 - 450 °С. Наименьшие значения температурного коэффициента линейного расширения наблюдаются у сплава А1 - 15 % Si (а50 _ 250 °С = 15-10-6 град-1), что существенно ниже значений а сплава А - 3 % Si (а50 - 250 °С = 22-10-6 град-1).

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. С т р о г а н о в Г.Б., Р о т е н б е р г В.А., Г е р ш м а н Г.Б. Сплавы алюминия с кремнием. - М.: Металлургия, 1977. - 272 с.

2. Б е л о в Н.А., С а в ч е н к о С.В., Х в а н А.В. Фазовый состав и структура силуминов. - М.: МИСИС, 2008. - 282 с.

3. З о л о т о р е в с к и й В.С., Б е л о в Н.А. Металловедение литейных алюминиевых сплавов. - М.: МИСИС, 2005. - 376 с.

4. Водород и свойства сплавов алюминия с кремнием / В.К. Афанасьев, И.Н. Афанасьева, М.В. Попова и др. - Абакан: Хакасское кн. изд-во, 1998. - 192 с.

5. А ф а н а с ь е в В.К., Г о р ш е н и н А.В., С т а р о с т и н а М.А. Особенности влияния малых добавок кремния на линейное расширение алюминия // Изв. вуз. Черная металлургия. 2010. № 6. С. 88, 89.

6. А ф а н а с ь е в В.К., Г о р ш е н и н А.В., С т а р о с т и н а М.А. Об аномалиях линейного расширения алюминия марки А7 // Изв. вуз. Черная металлургия. 2010. № 8. С. 53, 54.

7. П о п о в а М.В., К р и в и ч е в а Н.В., К о п ы т ь к о А.А. Влияние малых добавок легкоплавких элементов на коэффициент линейного расширения алюминия // Изв. вуз. Черная металлургия. 2009. № 8. С. 27, 28.

© 2013 г. М. В. Попова, Н.В. Кибко Поступила 19 сентября 2013 г.

УДК 669.162.142

А.А. Одинцов1, В.А. Долинский2 1ЕВРАЗ Объединенный Западно-Сибирский металлургический комбинат 2Сибирский государственный индустриальный университет

ОПЫТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРОФИЛАКТИРОВАННОГО ИЗВЕСТЬЮ ЖЕЛЕЗОРУДНОГО КОНЦЕНТРАТА В АГЛОМЕРАЦИИ*

Проблема обеспечения железорудным сырьем для аглофабрики ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК» существует с момента пуска агломашин в 1967 - 1971 гг. По проекту основным поставщиком железорудного сырья для аглопроизводства «ЕВРАЗ ЗСМК» был Коршуновский ГОК. Однако в период снижения объема производства горно-металлургическим комплексом России в 1990-х гг. и сменой собственника на Коршуновском ГОКе ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК» было вынуждено приобретать железорудное сырье у ряда ГОКов России (Кузнецкого, Михайловского, Стойленского, Оленегорского, КМАруда, Лебединского, Высокогорского, Бакальского), а также Казахстана (Лисаковского, Соколовско-сарбайского).

В условиях финансово-экономического кризиса 2008 - 2010 гг. возросла актуальность сокращения издержек, существенную долю которых на металлургических предприятиях составляют затраты на сырье. Использование местного железорудного сырья (ОАО «Евраз-руда») для ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК» создало

В работе принимали участие А.И. Шенцов, Н.Г. Дячок, А.Д. Шарига, В.К. Николаев.

предпосылки для достижения синергетического эффекта предприятий ЕВРАЗА.

Сокращение, а затем и ликвидация доменного производства на ОАО «НКМК» в 2007 -2009 гг. привело к перепрофилированию Аба-гурского филиала с обогатительноагломерационного в обогатительное и соответствующему увеличению поставок на ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК» железорудного концентрата. Для отгрузки абагурского концентрата в зимний период времени в 2003 г. была проведена реконструкция аглоучастка № 2 с установкой сушильного барабана (проектная производительность 408 тыс. т/год). Однако в зимний период времени мощности сушильного барабана не позволяли перерабатывать весь влажный концентрат. Для решения проблемы транспортировки влажного концентрата в зимний период времени (2007 - 2008 гг.) было решено профилактировать его от смерзаемости раствором хлористого кальция (СаС12).

Ввиду повышенной влажности материала разгрузка и транспортировка профилактиро-ванного концентрата на ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК» приводила к дестабилизации работы подающих конвейеров, забивке течек и т.п. На агло-