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
383
50
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.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

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).

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

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.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

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-