CC BY
34
УДК 669.2/.8-034.7
В. А. Шаломеев, Н. А. Лысенко, В. В. Лукинов, И. Д. Быков, Э. И. Цивирко
РАФИНИРОВАНИЕ МАГНИЕВОГО СПЛАВА МЛ-5 ДЛЯ ОТВЕТСТВЕННОГО АВИАЦИОННОГО ЛИТЬЯ
Аннотация: Разработана и опробована технология рафинирования сплава МЛ-5, обеспечивающая повышение качества авиационного литья за счет получения мелкозернистой структуры отливок и повышения их физико-механических свойств.
Повышение надежности работы авиационных двигателей определяется качеством составляющих его изделий. Поэтому качеству литых деталей для авиации уделяется особое внимание [1].
Для получения ответственного магниевого литья применяют сплавы МЛ-5, МЛ-10 и др., производство которых включает в себя выплавку сплава в индукционных, газовых печах, обработку жидкого расплава флюсом ВИ-2, заливку форм и термическую обработку.
С целью повышения качества ответственных авиационных отливок из сплава МЛ-5, проводили исследования по рафинированию расплава с помощью фильтров, состоящих из различных материалов. Пригодность различных модификаторов в качестве фильтра определяется основными требованиями [2]:
1. Инертность фильтра по отношению к компонентам сплава.
2. Стабильный эффект рафинирования.
3. Возможность легкого дробления и рассева.
4. Достаточная механическая прочность.
5. Низкая стоимость и недефицитность.
Исходя из данных требований, были выбраны
такие материалы фильтра: известняк, магнезит, графит (электродный бой), наиболее широко распространенные в отечественной промышленности. Действие первых двух связано с протеканием следующей реакции:
RCO3 ^ RO + CO2,
(1) (2)
2R + С02 ^ 2ЯЮ + С,
где R - металлическая составляющая.
Образующийся углерод, равно, как и углерод из электродного боя, взаимодействует с алюминием по реакции:
3С + 4А1 ^ А13С4. (3)
Образовавшаяся взвесь карбида алюминия вызывает эффект модифицирования. При этом, мельчайшие кристаллы карбида алюминия образуют ромбоэдрическую слоистую решетку и имеют конфигурацию дигексагональных пирамид (рис. 1). Как видно, основание пирамид в проекции представляет собой правильный шестигранник, подобный
основанию призм, образующихся при кристаллизации сплава. Различие периодов в пределах комплекса составляет 3,5 % [3].
С целью проверки рафинирующего эффекта различных фильтров, готовили металл по стандартной технологии. Предварительно нагретый до температуры 500 °С материал фильтра гранулярностью 10...50 мм. засыпали на сетку съемной литниковой чаши высотой 100 мм (рис. 2), установленной над стояком литейной формы для получения литых образцов. Для сравнения заливали образцы с различными материалами фильтра: 1 вариант - 100 % магнезит, 2 вариант - 100 % графит, 3 вариант - 100 % известняк, 4 вариант - (33 % магнезита + 33 % графита + 33 % известняка). Дополнительно были залиты образцы по серийной технологии - вариант 0 (без фильтра).
В объем исследования входило определение химического состава, изучение микроструктуры и физико-механических свойств образцов.
Рис. 1. Схема сопрягающегося комплекса атомов кристаллической решетки карбида алюминия
© В. А. Шаломеев, Н. А. Лысенко, В. В. Лукинов, И. Д. Быков, Э. И. Цивирко 2006 г. ISSN 1727-0219 Вестникдвигателестроения № 1/2006
Рис. 2. Схема литейной формы с фильтром для получения образцов: 1 - опока, 2 - съемная литниковая чаша с фильтрующим материалом, 3 - полость формы
Временное сопротивление разрыву (сте) и относительное удлинение (8) при комнатной температуре определяли на образцах диаметром 12 мм, тер-мообработанных по режиму Т6 ( закалка с температуры 415±5 °С ( время выдержки 15 часов) - охлаждение на воздухе; старение при температуре 200±5 °С ( время выдержки 8 часов) - охлаждение на воздухе) на разрывной машине Р5. Физическую плотность определяли на аналитических весах AW-21 методом взвешивания образцов в воде и на воздухе.
Микроструктуру изучали методом оптической микроскопии ("№0101 32") на термически обработанных образцах до и после травления в реактиве: азотная кислота - 1 %; уксусная кислота 20 %; дистиллированная вода 19 %; этиленгликоль - 60 %.
Микрорентгеноспектральный анализ структурных составляющих осуществляли на электронном микроскопе "иБМ-63601-А".
Химический состав исследуемого сплава после различных вариантов фильтрации удовлетворяет требованиям ГОСТ 2856-79 и по содержанию основных элементов находится примерно на одном уровне (таблица 1).
Металлографическим исследованием установлено, что структура сплава без фильтрации представляла собой 8-твердый раствор, упрочненный интерметаллидной фазой у (Мд4Ау, с наличием небольшого количества эвтектики 8+у(Мд4Ау и марганцовистой фазы (рис. 3, а).
Фильтрация сплава через магнезит, известняк и графит способствовала измельчению как микрозерна, так и эвтектики [8+у(Мд4А!з)] (рис. 3, б; в; г). Величина зерна в опытных сплавах в ~
2,5......8,5 раз меньше, чем в серийном металле
(вариант 0) - уменьшается от 1-го к 3-му вариан-
ту.
Максимальное измельчение зерна наблюдается при фильтрации по 4-му варианту (33% магнезита + 33 % графита + 33 % известняка). При этом,
величина микрозерна была в ~ 1,5......4,0 раза
меньше, чем при других вариантах фильтрации и более чем в 8 раз меньше размеров зерна серийного металла (рис. 3, д).
Микрорентгеноспектральный анализ показал, что после рафинирования интерметаллидная фаза у(Мд4Ау дополнительно содержит марганец и углерод (рис. 4).
Анализ результатов физико-механических свойств позволил установить, что проведение фильтрации расплава с использованием фильтров (варианты 1......4), повышало как прочностные (сте), так
и пластические (8) характеристики в сравнении с нерафинированным сплавом. Наиболее высокие значения механических свойств получены на образцах, рафинированных фильтром 33 % магнезита + 33 % графита + 33 % известняка (вариант 4) (таблица 2).
Таблица 1 - Химический состав сплава МЛ5 после различных вариантов фильтрации*)
Вариант фильтрации Массовая доля элементов, %
А1 Мп гп Бе
0 8,60 0,20 0,32 0,01
1 8,65 0,26 0,33 0,022
2 8,65 0,26 0,32 0,023
3 8,70 0,29 0,33 0,025
4 8,60 0,31 0,30 0,026
Нормы ГОСТ 2856-79 7,5... 9,0 0,15.0,5 0,2.0,8 < 0,06
* - Массовая доля меди не превышает 0,01 %, кремния - 0,05 %
д
Рис. 3. Микроструктура термообработанного сплава МЛ-5 после фильтрации расплава по вариантам (х200): а - без использования фильтра - 0; б -магнезит -1; в - графит - 2; г - известняк - 3;
д - 33% магнезита + 33 % графита + 33 % известняка - 4
Таблица 2 - Физико-механические свойства сплава МЛ-5 после различных вариантов фильтрации
Вариант рафиниров. Физико-механические свойства при комнатной температуре
а„ МПа 5, % Физическая плотность, г/см3
0 185,0 6,2 1,6858
1 232,0 9,2 1,6980
2 225,0 7,3 1,6753
3 246,0 9,8 1,6876
4 275,0 12,8 1,7067
/55Л/1727-0219 Вестникдвигателестроения № 1/2006
- 141 -
O Mg Al Mn Cu Zn Total
002 1,08 90,4 7,7 0,1 0 0,75 100
003 0,16 19,1 42 37,7 0,78 0,26 100
в
Рис. 4. Состав матрицы (002) и интерметаллидной фазы (003) рафинированного сплава МЛ5
Выводы
1. Опробованы различные фильтрующие материалы для отливок из сплава МЛ-5. Установлено, что применение известняка, графита, и магнезита способствуют измельчению микрозерна и повышению его физико-механических свойств.
2. Опробован комплексный фильтр (33% магнезита + 33% графита + 33% известняка), обеспечивающий более высокие свойства литого сплава МЛ-5.
Список литературы
1. Жеманюк П.Д., Клочихин.В.В., Цивирко Э.И., Драчевский А.Ю. Комплексная проба для оценки качественных показателей магниевых спла-
вов, отлитых под давлением // Новые материалы и технологии в металлургии и машиностроении - Запорожье : ЗНТУ. - №2 - 2002. - С. 41-45.
2. Молчанов М.Д. Модифицирование и исследование процессов фильтрации магниевых сплавов // Исследование процессов литья алюминиевых, магниевых и титановых сплавов: Сб. нучных трудов. - Москва: МАТИ. - 1969в С. 72-86.
3. Шаров М.В. Обработка магниевых сплавов в жидком состоянии // Диссертация. -Москва: МАТИ, 1951.
Поступила в редакцию 20.03.2006 г.
Анотаця: Розроблена i випробувана технолог1я раф1нування сплаву МЛ-5, що забезпечуе п1двищення якостi авiацiйного лиття за рахунок одержання дрiбнозернистоí структури виливкв i пiдвищення Тхн'х фiзико-механiчних властивостей.
Abstract: The technology of refinement of alloy МЛ-5, providing improvement of quality of aviation moulding due to reception of fine-grained structure of cast details and increases of their physicomechanical properties is developed and tested.
