CC BY
97
ов = 381, о0,2 = 178 МПа, 5 = 15 %. Выдержки при температуре нагрева под закалку более 10 мин приводили к уменьшению ов.
В литом состоянии механические свойства отливок из исследованного сплава были следующими: ов = 234 МПа, о0,2 = 135 МПа, 5 = 4,5 %.
Таким образом, наиболее эффективным режимом термической обработки тонкостенных отливок из немодифицированного сплава Л1Б17М§0,3, изготовленных способом ЛКД, является режим Т6*5: нагрев в течение 2 мин до 540 °Р, выдержка 5 мин, охлаждение в воде при 20 °Р и старение при 160 °Р, 4 ч, охлаждение на воздухе.
Литература
1. Кристаллизация металлов и сплавов под давлением. - 2-е изд./ Батышев А.И.: М.: Металлургия, 1990. - 144 с.
2. Влияние скоростей охлаждения и течения расплава на структуру отливок при литье с кристаллизацией под давлением / Станчек Л., Батышев А.И., Ванко Б., Седлачек Е.: М.Литейное производство, 2011, № 3. - с. 14-20.
3. Поверхностное упрочнение отливок в процессе их производства/ И.М. Абачараев, А.Р. Юсупов, Н.К. Санаев: Известия МГТУ «МАМИ», 2010, №1, с. 83-85.
Пуансонное прессование затвердевающих отливок из силуминов
д.т.н. Батышев А.И.1, д.т.н. Батышев К.А.1, 2 11 к.т.н. Л. Станчек , к.т.н. Смолькин А.А. , к.т.н. Шрамко Т.Я .
1 Университет машиностроения, г. Москва 8 (495) 683-9972. ([email protected]).
2Институт технологии и материалов Словацкого технического университета,
г. Братислава, Республика Словакия.
8-10-421-264-36-80-73 ([email protected]).
Аннотация. Приведены сведения о тепловых процессах, происходящих в формирующихся отливках типа стакана из силуминов при литье с кристаллизацией под давлением (пуансонное прессование), об их структуре и механических свойствах.
Ключевые слова: отливка, литьё, давление, тепловые процессы, свойства.
Литьем с кристаллизацией под давлением (ЛКД), используя схему пуансонного прессования [1...3], изготовляют втулки, отливки типа стакана, заготовки корпусных деталей и поршней.
При пуансонной схеме прессования расплав 3 (рисунок 1) свободно заливают в матрицу 2, смонтированную на столе гидравлического пресса, и затем под действием выступающей части пуансона 1 выдавливают вверх до полного заполнения рабочей полости пресс-формы. Отливка 5 затвердевает под давлением прессующего пуансона.
а 5
Рисунок 1. Схема пуансонного прессования при ЛКД: а - перед внедрением пуансона; б - выдержка под давлением; 1 - пуансон; 2 - матрица; 3 - расплав; 4 - затвердевшая корка; 5 - отливка
Особенностью схемы пуансонного прессования является то, что пуансон своей выступающей частью вначале соприкасается с расплавом 3 и вытесняет его выше уровня заливки.
Пуансон не соприкасается с вертикальной коркой 4, образовавшейся до его внедрения в не-затвердевший сплав. Таким образом, формообразование (оформление контуров) отливки 5 частично происходит при заливке расплава в матрицу и выдержке в ней до подхода пуансона, а заканчивается после внедрения последнего в расплав.
Опыты проводили на отливках типа стакана с наружным диаметром 60 мм, высотой 60 мм и толщиной стенки 5, 10, 15 и 20 мм, изготовляемых из алюминия А7, алюминиевых сплавов АК7ч (АЛ9), АК12 (АЛ2) и АК18.
Температуру формирующихся отливок измеряли термопарами типа КТХА-С (ГОСТ 23847-79) с наружным диаметром стальной оболочки 1,5 мм и незащищенным спаем (ХА-проволока диаметром 0,2 мм).
На рисунке 2 приведена схема установки термопар в полости пресс-формы при изготовлении отливки толщиной 15 мм. Термопары 7 закрепляли в пуансоне 6, а термопару 4 - в кольце съемника 2 таким образом, чтобы они измеряли температуру в поперечном сечении вертикальной стенки формирующейся отливки в точках, отстоящих от рабочей поверхности матрицы 2 на расстояниях 3, 6, 9 и 12 мм (рисунок 2, а), или на разных уровнях по высоте (рисунок 2, б), но на одинаковом расстоянии (9 мм) от рабочей поверхности матрицы. Показания всех термопар и датчика давления (тензометрической месдозы, смонтированной в прессующем пуансоне) записывали на ленте светолучевого осциллографа НО 43.1 или компьютера в координатах «измеряемый параметр - время».
Рисунок 2. Схемы установки термопар в полости пресс-формы: а - по высоте стенки;
б - по поперечному сечению стенки; 1 - нижняя плита; 2 - матрица; 3 - кольцо съемника; 4, 7 - термопары; 5 - промежуточное кольцо; 6 - пуансон; 8 - толкатель
Алюминий и сплавы на его основе переплавляли в графитошамотных тиглях вместимостью 0,9 кг, не дегазировали и не рафинировали. Непосредственно из тигля расплавы заливали в матрицу пресс-формы, установленную и закрепленную на столе гидравлического пресса Д2430Б с номинальным усилием 1 МН. Были приняты следующие режимы литья и прессования: температура заливки на 60.. ,80°С превышала температуру ликвидус (кристаллизации) сплава; температура матрицы 60...120°С; температура пуансона 20.40° С; время выдержки расплава в матрице до внедрения пуансона 3.4 с; давление прессования 150±10 МПа; время прессования (выдержки под давлением) 1,0.1,5 с на 1 мм толщины стенки. Рабочие поверхности матрицы и пуансона смазывали минеральным маслом.
Отливки затвердевали под нарастающим давлением. Анализ графиков охлаждения показал, что по высоте стенки отливки из сплава АК12 во время затвердевания имеет место температурный перепад от 40...50°С (в момент затвердевания в зоне, расположенной на расстоянии 22 мм от верхнего торца), до 140...150°С (для аналогичного момента времени в зоне, расположенной на расстоянии 45 мм от верхнего торца).
К моменту извлечения отливки из матрицы перепад температур по высоте стенки снижается до 85°С. Время затвердевания стенки увеличивается при переходе от верхнего торца (5 мм от торца) к зоне теплового центра (45 мм от верхнего торца). Следовательно, вертикальная стенка затвердевает с определенным интервалом по времени (для отливки с толщи-
Серия 2. Технология машиностроения и материалы. ной стенки 15 мм из сплава АК12 он составляет 3 с). Как было показано выше, тепловой центр смещается к наиболее массивной зоне отливки - месту перехода от вертикальной стенки ко дну. И не исключено, что определенном соотношении между толщинами дна и вертикальной стенки в тепловом центре могут образоваться дефекты усадочного происхождения (усадочная пористость); последнее наиболее вероятно при недостаточном давлении прессования и нерациональных тепловых режимах литья.
Изучение изменения температуры по сечению вертикальной корки показало, что имеет место довольно большой температурный перепад и по толщине стенки. Если в момент окончания формообразования отливки его величина мало изменяется в зависимости от толщины стенки (Хот) и состава сплава, находясь в пределах 30...40°С, то в момент окончания затвердевания он заметно повышается (таблица 1). При этом чем больше содержание кремния в силумине (при постоянной толщине стенки отливки) и толще стенка (при постоянном составе сплава), тем больше величина температурного перепада (51) по толщине стенки. Поэтому при принятых режимах литья можно говорить о последовательном характере затвердевания отливок.
Таблица 1
Температурные перепады ($), время затвердевания (13) отливок и значения коэффициентов затвердевания при росте корки со стороны матрицы и пуансона (К\, К2)
Металл, сплав Хот, мм 5, °С Хз, с К1/ К2, мм/с2
А7 10 110.118 5,0.5,2 0,205/ 1,033
АК7ч (АЛ9) 10 120.125 5,5.5,7 0,160/ 0,661
АК18 10 125.130 6,1.6,5 0,102/ 0,448
АК12 (АЛ2) 5 - - 0,625/ 0,625
10 120.125 5,7.6,0 0,170/ 0,580
15 130.135 6,7.7,1 0,170/ 0,420
20 150.153 8,0.8,3 0,170/ 0,320
С увеличением толщины стенки и содержания кремния в силуминах время затвердевания отливок возрастает (см. таблица 1), хотя и не очень значительно. Если увеличение времени затвердевания отливок с увеличением толщины стенки связано с общим ростом теплосодержания, то с повышением содержания кремния в силуминах происходит изменение теп-лофизических свойств сплава, главным образом, его теплоаккумулирующей способности.
Кривые охлаждения позволили построить графики продвижения фронта затвердевания в формирующейся отливке как со стороны матрицы, так и со стороны пуансона. В общем случае это параболические зависимости типа: х = К х2 ; где: х - толщина корки, мм; К - коэффициент затвердевания, мм/с , значения которого приведены в таблице 1; х - время, с.
Из таблицы 1 видно, что значения коэффициента затвердевания при росте корки со стороны матрицы меньше, чем при росте ее со стороны пуансона. Изменение режимов литья и прессования (особенно температуры пресс-формы и температуры заливаемого расплава) может привести к некоторому изменению характера затвердевания отливки, включая перепады температур, время и коэффициент затвердевания отливки.
Тепловой центр по сечению вертикальной стенки смещен к пуансону (при толщине стенки 10, 15 и 20 мм). У отливок с толщиной стенки 5 мм он расположен практически на одинаковом расстоянии от наружной и внутренней поверхностей.
Исследование микроструктуры отливок показало, что она изменяется (для одного и того же сплава) при увеличении толщины стенки и по высоте стенки одной и той же толщины. Так, расстояние между осями дендритов второго порядка йп возрастает от 30 до 40 мкм (сплав АК7ч) и от 25 до 32 мкм (сплав АК12) при увеличении толщины стенки от 5 до 20 мм, при этом величина йп незначительно (на ~5 мкм) изменяется по толщине стенки (при переходе от наружной поверхности к внутренней). В верхних зонах стенки величина как правило, меньше, чем в нижних; это различие достигает 10.15 мкм. Например, в отливках с толщиной стенки 5 мм в верхних зонах величина йп = 20 мкм, в нижних - 35 мкм (сплав АК7ч),
а с толщиной стенки 20 мм - соответственно 25 и 40 мкм. В отливках из сплава АК12 это различие меньше: 25 мкм (верхние зоны) и 30 мкм (нижние зоны) при толщине стенки 5 мм; 25 мкм (верхние зоны) и 35 мкм (нижние зоны) при толщине стенки 20 мм.
Твердость отливок находится в пределах: 70.. .100 НВ (сплав АК7ч), 70.. .120 НВ (сплав АК12) и 105.140 НВ (сплав АК18).
Прочностные и пластические характеристики отливок с толщиной стенки 10 мм определяли на нестандартных образцах, вырезанных из вертикальных стенок и сохранивших с двух сторон литую поверхность; их размеры следующие: длина 55.60 мм, толщина 9.10 мм. Результаты испытаний приведены в таблице 2.
Таблица 2
Механические свойства отливок с толщиной стенки 10 мм (литое состояние)
Сплав а0,2,МПа Он, МПа 5, %
АК7ч 55,2 183,4 8,6
АК12 50,6 206,7 4,5
АК18 67,0 165,1 1,4
Проанализирована удаленность места разрушения разрывных образцов от нижнего
торца отливки. Известно [1], что при пуансоном прессовании возможно образование спаев, распространяющихся от наружной поверхности вглубь стенки отливки по уровню заливки расплава в матрицу пресс-формы. В проведенных опытах для отливок с толщиной стенки 10 мм этот уровень соответствовал 38±3 мм от дна матрицы (и, следовательно, от нижнего торца отливки), а толщина дна была 10±3 мм. Разрыв образцов происходил на следующем расстоянии от нижнего торца отливки: 23 мм (сплав АК7ч), 13 мм (сплав АК12) и 21 мм (сплав АК18). Видно, что разрыв происходил не по уровню заливки расплава в матрицу, что косвенно свидетельствует об отсутствии в них спаев, указанных выше.
Выводы
1. Установлены закономерности затвердевания отливок из силуминов при пуансоном прессовании. Показано, что с увеличением толщины стенки от 5 до 20 мм возрастает время затвердевания отливок, что приводит к незначительному укрупнению структуры в целом и отдельных ее составляющих;
2. Даже при отсутствии дегазирующей и рафинирующей обработки расплава механические свойства отливок, прессованных при затвердевании, выше требований ГОСТ 1583-93.
Литература
1. Кристаллизация металлов и сплавов под давлением. 2-ое изд./ Батышев А.И.: М.: Металлургия, 1990. - 144 с.
2. Штамповка жидкого металла: Литье с кристаллизацией под давлением /А.И. Батышев, Е.М. Базилевский, В.И. Бобров и др.; под ред. А.И. Батышева: М.: Машиностроение, 1979. - 200 с.
3. Литьё с кристаллизацией под давлением/ Батышев К.А.: М.: Изд-во МГОУ, 2009. - 167 с.
Тангенциальная компенсация крутильных колебаний заготовки в технологической системе комбинированной режуще-деформирующей
обработки
к.т.н. Анкин А.В., Чебышев А.И.
Университет машиностроения 8 (495) 223-05-34, [email protected] Аннотация. В статье рассмотрены подходы к моделированию технологических процессов и устройств для режуще-деформирующей обработки нежестких валов с дополнительными контурами связи.
Ключевые слова: комбинированная обработка, нежесткий вал, колебания, контур связи, режущий модуль, крутильные колебания, расчетная модель
