Вы здесь

Наукові та технологічні засади модифікування ливарних алюмінієвих сплавів азотом і азотовмісними тугоплавкими частинками

Автор: 
Могилатенко Володимир Геннадійович
Тип работы: 
Дис. докт. наук
Год: 
2005
Артикул:
0505U000497
99 грн
(320 руб)
Добавить в корзину

Содержимое

РОЗДІЛ 2
МАТЕРІАЛИ, ОРИГІНАЛЬНІ Й СТАНДАРТНІ МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ
2.1. Вибір і характеристика матеріалів для дослідження.
Постійно зростаюча потреба техніки в легких і міцних алюмінієвих сплавах значно
випереджає можливості нарощування об’єму виробництва первинного алюмінію. З
іншого боку, збільшення кількості брухту і відходів вимагає їхньої переробки.
Дефіцит алюмінію може бути значною мірою покритий збільшенням виробництва
сплавів із брухту і відходів, причому головним чином ливарних (АК7, АК9, АК12,
АК5М2, АК8М та ін.). Однак, їхнє широке використання обмежується низькими
характеристиками міцності через підвищений вміст домішок взагалі і заліза
зокрема. Дослідження проводили на алюмінії А99, сплавах АК12, АК7, АК9, АК5М2,
АК8М, КС740, АМ4,5Кд із регламентованим і підвищеним вмістом заліза.
Відповідно до поставлених в роботі задач для дослідження обрані промислові
ливарні алюмінієві сплави:
- АК12 (АЛ2), АК7, АК7 (АЛ9), АК9– сплави на основі систем Al-Si та Al-Si-Mg
мають високу рідкотекучість, не проявляють схильності до утворення гарячих
тріщин, мають знижену лінійну усадку і використовуються для виготовлення литтям
складних деталей; виливки із всіх сплавів можуть використовуються без термічної
обробки; виливки із сплаву АК12 можуть підлягати відпуску за режимом Т2;
виливки із сплавів АК7, АК7 (АЛ9) і АК9 можуть зміцнюватися термічною
обробкою;
- АК5М2, АК8М (АЛ32) – сплави на основі системи Al-Si-Cu-Mg, мають високу
рідкотекучість, підвищену міцність при кімнатній і підвищеній температурах і
використовується для виготовлення виливків корпусів приладів, що працюють при
температурах до 473 К, голівок двигунів внутрішнього згоряння; ці сплави
зміцнюються термічною обробкою;
- КС740 – заевтектичний сплав системи Al-Si, має низький коефіцієнт об’ємного
розширення і обмежене використання - для одержання поршнів литтям у кокіль;
виливки з цього сплаву підлягають відпуску;
- АМ4,5Кд це високоміцний сплав, що використовується для виготовлення деталей
фюзеляжу, крил, систем керування літальних апаратів литтям у разові піщані
форми; виливки з цього сплаву підлягають зміцнюючій термічній обробці; в даний
час для сплаву АМ4,5Кд за допомогою традиційних способів обробки досягнуті одні
з вищих показників механічних властивостей серед ливарних сплавів.
Окрім цього дослідження проводили на модельних багатокомпонентних силумінах
різного складу (Si - 4...12%, Mg - 0,2...1%, Cu - 1...8%, Zn - 0,2...1,2%, Fe -
0,5...1,5%, Mn - 0,2...1%, алюміній - інше), для виплавлення яких
використовували сплави: АК12ч, АК9, АК7, АК5М2, АК7ч, алюміній А99 та А995,
магній Мг90 і лігатур подвійного переплаву алюміній - залізо (10% заліза),
алюміній-марганець (10% марганцю), алюміній - мідь (32% міді), алюміні-й
кремній (31% кремнію), алюміній - титан (4,92% титану).
Для вивчення взаємодії азоту з алюмінієвими сплавами з азото-водневої газової
суміші промислові сплави занадто складні, що не дозволяє робити однозначні
висновки про дифузійні процеси. У зв'язку з цим, дослідження взаємодії азоту з
рідкими алюмінієвими сплавами проводилися на модельних об'єктах, у якості яких
були обрані розплави Al-Si, Al-Cu, Al-Mn і Al-Ti. Такий набір елементів
обумовлений тим, що кремній - це основний легуючий єлемент силумінів, а мідь,
марганець і титан можуть бути присутніми як домішки, так і як елементи
основного легуючого комплексу.
У якості дисперсних тугоплавких частинок використовували TiN, Ti(CN), TiC,
Si3N4, AlN. Усі порошки мали розмір частинок не більше за 5·10-7 м і були
одержані плазмохімічним синтезом.
2.2. Технологія проведення дослідних плавок
Дослідні плавки ливарних алюмінієвих сплавів АК12, АК7, АК9, АК5М2, АК8М, КС740
проводилися шляхом переплаву чушок стандартного хімічного складу в шахтній печі
опору типу СШОЛ у чавунному тиглі місткістю 3 і 10 кг (плавки сплаву АК8М
проводили також у індукційній печі ІАТ-0,4 у графітовому тиглі). Попередньо
тигель фарбували складом: 30 гр. оксиду цинку, 65 гр. рідкого скла, 25 гр.
меленого азбесту на 1 літр води для зменшення розчинення в розплаві заліза з
тигля. Температура контролювалася хромель-алюмелевою термопарою з приладом типу
КСП.
По ходу плавки відбиралися наступні зразки:
- на хімічний аналіз - заливанням у стандартний ріжковий кокіль;
- на механічні іспити - заливанням у піщану форму або в кокіль.
У нагрітий до 773 К тигель завантажувалися шихтові матеріали. У рідкий і
перегрітий до 1003+5 К розплав уводилися дисперсні тугоплавкі частинки нітридів
або карбонітридів. Після 10-и хвилинної витримки модифікованого дисперсними
частинками рідкого металу у печі при тій же температурі розплаву здійснювалося
його розливання.
Модельні сплави для проведення експериментів готували в індукційній печі з
графітовим тиглем і обдувом дзеркала метала аргоном. Спочатку розплавляли
алюміній і перегрівали його до 1173...1200 К. Потім вводили легуючі елементи.
Витримували метал у рідкому стані при тій же температурі протягом 15...20
хвилин при перемішуванні розплава до повного розчинення легуючих елементів.
Після закінчення розчинення температуру знижували до температури 1000...1020 К.
Заливання розплаву здійснювалося в циліндричний чавунний кокіль діаметром 10
мм. Склад сплавів визначали хімічним методом.
Дослідні плавки високоміцного ливарного алюмінієвого сплаву АМ4,5Кд проводилися
в печі САТ-0,16 з чавунним тиглем місткістю 160 кг. Перед кожною плавкою
внутрішню поверхню тигля фарбували наступним складом: 30 гр. оксиду цинку, 65
гр. рідкого скла, 25 гр. меленого азбесту на 1 літр води. Робочий інструмент
для плавки і розливання виготовлений з титанового сплаву ОТ4.
Вихідними шихтовими матеріалами бул