Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технологии генной инженерии в цветных сплавах. Методическое пособие по практическим занятиям
.pdf
1. В теории и практике литейных процессов сформировалось на-
учное направление – использование структурной наследственности
ШМ для управления качеством и свойствами отливок.
2. Закладка структурной информации осуществляется различ-
ными способами обработки ШМ, которые выделены в специальные
группы.
3. Кафедре МТЛП КПтИ осуществлять координацию научных
исследований и внедрения разработок по данной проблеме на предприятиях города.
Ремарка. Можно считать, что с этого времени в СССР (и в Рос-
сии) стали более глубоко изучать специальные способы воздействий
на ШМ и расплавы.
Пример 2. На III областном научно-техническом семинаре «Наследственность в литых сплавах» (9–10.09, 1987 г.) был представлен
доклад В.И. Никитина, в котором все способы обработки ШМ впервые разделены на шесть групп [11].
1. Поверхностная очистка.
2. Обработка жидкой шихты.
3. Форсированное охлаждение при кристаллизации ШМ.
4. Твердофазная обработка ШМ.
5. Высокотемпературные переплавы ШМ.
6. Производство порошковых ШМ.
Исследования и применение ряда указанных способов послужили
в дальнейшем прообразом создания технологий нового поколения
в производстве литых изделий и позволили осуществить классификацию ССОШМ.
Практическое использование ССОШМ
Современная классификация ССОШМ представлена в разделе 3.1 [3].
Рассмотрим ряд дополнительных практических примеров, демонстрирующих влияние структуры ШМ на свойства Al-сплавов.
21
Пример 3. В структуре отливок из разных Al-сплавов зачастую
наблюдали крупные интерметаллидные фазы, например TiAl3 в сплаве ВАЛ10 (АМ4,5Кд) (рис. 3.1).
Рис. 3.1. Микроструктура (×200) литейного сплава ВАЛ10(Т6):
интерметаллид TiAl3 длиной 2000 мкм
Возникает простой вопрос, как интерметаллид (intermetallic com-
pound) таких огромных размеров появился в структуре термообработанного сплава.
Скопления интерметаллидов обнаруживали в структуре слитков
и проката из Al-деформируемых сплавов. Вопрос такой: «Каково
происхождение интерметаллидов в литейных и деформируемых
сплавах?»
Пример 4. Ещё раз обратимся к технологиям получения чушковых лигатур на Самарском металлургическом заводе. Были проведены эксперименты по получению чушковых лигатур разных толщин.
Некоторые результаты исследования представлены на рис. 3.2.
Задание. Охарактеризовать макро- и микроструктуру чушковых
лигатур разных толщин и дать объяснения.
Уменьшение толщин чушковых лигатур сопровождалось некоторым повышением υ
. Это приводило к незначительному измельче-
охл
нию интерметаллидов. По классификации кристаллизационной обработки ШМ охлаждение в изложнице относится к низким υ
[2, с. 70].
охл
Пример 5. Использовали лигатуру AlTi2,5, закристаллизованную
с высокой υ
(гранулированная) для модифицирования сложнолеги-
охл
рованного деформируемого сплава 1201 (рис. 3.3).
22
г
в
б
а
а
б
в
г
д
Рис. 3.2. Макроструктура (а, б, в) и микроструктура (г, д)
чушковых лигатур AlTi2,5:
а, б, в – толщина 70, 40 и 30 мм
Рис. 3.3. Макроструктура (а, б) и микроструктура (×200, в, г)
круглого сплошного слитка из сплава 1201 диаметром Ø210 мм:
а, в – модифицирование чушковой лигатурой;
б, г – модифицирование гранульной лигатурой
23
Задание. Охарактеризовать макро- и микроструктуру сплава
Siп Si
п
в
б
а
1201, модифицированного традиционной и специальной лигатурами
и дать объяснение.
Пример 6. Использовали гранулы (granule) алюминия марки А7
для модифицирования литейного сплава АК7ч при литье в кокиль
(рис. 3.4).
Рис. 3.4. Микроструктура (×150) сплава АК7ч (литое состояние):
а – исходный сплав (без гранул); б, в – добавки 10 и 20 % гранул Al
Задание. Использовать известный метод секущих и определить
средний размер и число αAl. Сделать выводы.
Пример 7. Актуальной проблемой в литье и металлургии явля-
ется измельчение кристаллов Siп в заэвтектических силуминах. Лигатуру AlSi25 получали заливкой в изложницу (толщина чушки 30 мм)
и кристаллизацией под давлением с повышенной υ
а б
(рис. 3.5).
охл
Рис. 3.5. Микроструктура (×100) лигатуры AlSi25:
а – заливка в чугунную изложницу;
б – кристаллизация под давлением в стальной пресс-форме
Задание. Охарактеризовать структуру лигатуры AlSi25. Использовать метод секущих. Сделать выводы.
24
Приведённые примеры, а также многие результаты исследований,
опубликованные в учебных пособиях [2, 3] и научных изданиях [5, 6],
убедительно свидетельствуют о высокой эффективности ССОШМ
в производстве ЦС.
Эти и другие результаты послужили в дальнейшем основой
(с учётом закономерностей структурной наследственности) создания
технологий нового поколения – ТГИ.
Классификация ССОШМ представлена на рис. 3.1 [3].
Практическое задание. В ЦЛТ ознакомиться и сделать эскизы
ШМ, полученных кристаллизационными способами:
– литьё в изложницу;
– литьё в водоохлаждаемый кокиль;
– литьё в центробежную металлическую форму;
– литьё в водоохлаждаемый валковый кристаллизатор;
– литьё прутков.
Изобразить схематично литейные формы для получения ШМ; вид
(и сечение) получаемых ШМ; микроструктуру ШМ, получаемых кристаллизационными способами.
В качестве дополнительной информации на рис. 3.6 представлены внешний вид (размеры) и микроструктура лигатуры AlTi4, получаемой разными кристаллизационными способами. Следует обратить
внимание на эффективность кристаллизации лигатуры в валковом
кристаллизаторе и в гранулах.
В чушковой двойной лигатуре AlTi4 интерметаллид TiAl3 имеет
форму стержней длиной 200–250 и диаметром (толщиной) 10–12 мкм.
Если такую лигатуру обработать бором (В), то в тройной лигатуре
AlTiB этот интерметаллид кристаллизуется в форме глобулей диаметром 10–12 мкм (А.А. Абрамов, г. Санкт-Петербург).
Использовать табл. 3.1 [3] и определить Kυ по формуле
Kυ= S/V, (3.1)
где S и V – суммарные площадь поверхности и объём кристаллизуемых ШМ.
25
По результатам расчётов определить значения и уровни υ
↓
↓
↓
а
б
в
№
п/п
Способ
кристаллизации
Обозначение
ШМ
Масса
ШМ, кг
S,
см
2
V,
см
3
Kυ,
см
-1
υ
охл
,
°С/с
Уровни
υ
охл
1
Чушка
(изложница)
Ч-шихта
5–15
2
Центробежная
форма
Ц-шихта
2–5
3
Валковый
кристаллизатор
В-шихта
Толщина*
1–2 мм
4
Гранулирование
Г-шихта
(1–6)·10
-5
Al3Ti
Alα
Ø1-3
Гранула
1-3
Лента
30-50
Чушка
и привести их в табл. 3.1.
охл
Рис. 3.6. Внешний вид и микроструктура лигатуры AlTi4(×150):
а – чушковая лигатура; б – валковая лигатура; в – гранулированная лигатура
Таблица 3.1
Параметры кристаллизации ШМ
Примечание.*Приведена толщина полосы, так как масса зависит от её длины
Изложить основные технологические параметры получения ШМ
данными кристаллизационными способами.
26
Следует внимательно ознакомиться и с другими (помимо кристаллизационного способа) ССОШМ и сделать соответствующие выводы об особенностях получения ШМ и их эффективности.
Рассмотреть вопросы (планы, содержание и др.) по выполнению
рефератов.
Подготовиться к ответам на контрольные вопросы по теме № 3.
Контрольные вопросы по теме № 3
1. Когда впервые был сформулирован вывод о выделении способов обра-
ботки ШМ в «особую» группу?
2. Когда и где были сформулированы предложения о разделении способов
обработки ШМ на группы?
3. Как влияют толщины (масса) чушковых лигатур типа AlTi, AlZr и др.
на параметры макро- и микроструктур? Приведите пример.
4. Как появляются крупные интерметаллиды в структуре алюминиевых
(и других) промышленных сплавов. Приведите пример (ы).
5. Как изменяется макро- и микроструктура деформируемого сплава 1201 при
модифицировании гранульной лигатурой? Приведите пример.
6. Как изменяется микроструктура литейного доэвтектического сплава АК7ч
при использовании гранул Al? Приведите пример.
7. Как изменяется микроструктура лигатуры AlSi25 в зависимости от способа
кристаллизации? Приведите пример.
8. Какие способы кристаллизационной обработки ШМ имеются в ЦЛТ кафедры?
9. Как определяется коэффициент скорости охлаждения (Kυ) ШМ?
10. Какие скорости охлаждения достигаются при получении ШМ различными
способами (Ч-, Ц-, В-, Г-шихта)? Приведите примеры по результатам рас-
чётов (см. табл. 3.1).
11. Изложить общую классификацию ССОШМ.
27
Тема № 4. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ССОШМ
В ПРОИЗВОДСТВЕ ЦВЕТНЫХ СПЛАВОВ
4.1. Основы эффективного применения ССОШМ
для получения силумина АК12
Необходимо представить химический состав и основные свойства
сплава по ГОСТ.
Указать основные характеристики сплава:
– легирующие элементы и примеси;
– способы литья;
– достигаемые механические свойства;
– применение термообработки и др.
Рассмотреть особенности сплава:
– сплав содержит только один ЛЭ (10–13 %Si);
– сплав эвтектического типа (изобразить диаграмму состояния);
– сплав может содержать различные примеси (Fe, Cu, Zn и др.)
в сумме от 2,1 до 2,7% (с учётом способа литья);
– сплав широко применяется практически для всех способов ли-
тья (от ЛПФ до ЛПД);
– сплав имеет невысокие механические свойства в литом состоянии;
– сплав термически не упрочняется;
– при литье в песчаные формы и кокиль сплав подвергается мо-
дифицированию;
– сплав имеет хорошие литейные свойства.
Задание. Представить диаграмму состояния Al-Si и привести ос-
новные параметры (свойства) сплава с учётом предлагаемых особенностей.
Какие варианты состава ШМ можно применить для приготов-
ления АК12?
– Рассмотрим два варианта.
1. В условиях опытного производства, например, в ЦЛТ СамГТУ.
Какие ШМ можно применить?
– Чушковый первичный Al (марки А5-А7) и кристаллический
первичный Si (марки Кр0 – Кр3).
28
Следовательно, состав шихты самый простой.
Какой состав?
– Al чушковой – 88–89 %;
– Si кристаллический – 11–12 %.
Однако при таком составе ШМ возникают серьёзные проблемы.
Какие проблемы?
– Трудности (Т°, время) введения тугоплавкого Si в легкоплав-
кий Al.
– Получение крупнокристаллической структуры сплава.
Используют ли такой состав ШМ на практике?
– Конечно, нет! А почему?
Дать объяснения.
2. В производственных условиях литейного цеха.
Металлурги производят, а литейщики получают и применяют
чушковые силумины марок СИЛ0 – СИЛ3.
Эти материалы по химическому составу полностью соответст-
вуют химсоставу сплава АК12.
Следовательно, чушковые силумины по технологическому на-
значению являются предварительными сплавами.
Как получить сплав АК12 из СИЛ0?
– Нужно просто переплавить СИЛ0 и довести его до рабочего со-
стояния (рафинирование, модифицирование).
Какой состав ШМ в этом случае?
– Чушковый СИЛ0 – 100 %.
Применяется ли такой состав ШМ на практике?
Ваши варианты ответов.
– Конечно, нет!
Почему?
– В литейном цехе всегда накапливаются различные виды ВСП
(scrap rate).
Назовите основные виды отходов и объёмы ВСП.
Объёмы ВСП определяют один из самых важных показателей ли-
тейной технологии.
29
Какой показатель?
– Технологический выход годного литья (ТВГЛ).
Как определяется ТВГЛ?
– Ответ:
, (4.1)
где М
– масса годных отливок; М
отл
– масса всей шихты (металло-
м.ш.
завалка), необходимой для получения годных отливок.
Что включает М
м.ш.
?
– Все виды ШМ, поступающих в плавку, т.е. какое-то количество
первичного чушкового силумина; какое-то количество ВСП.
Что входит в состав ВСП?
– Масса металла на все элементы ЛПС.
– Переплав мелких отходов (сплёсы, остатки, стружка и др.).
– Бракованные отливки из литейного и механического цехов
(в зависимости от уровня технологии и способа литья – 2–10 % и более).
Доля ВСП, например, при крупном литье в кокиль может состав-
лять до 40–60 % (принимаем – 50 %).
Пример 1. Масса годных отливок – 100 кг. Доля ВСП с учётом
брака – 55 %, следовательно, масса М
составит – 155 кг.
м.ш.
Определяем ТВГЛ = 100/155 · 100 % = 64,5 %.
Это достаточно высокий ТВГЛ.
Определим типовой (традиционный) состав ШМ для получения
годных отливок при ЛК (без учёта угара):
– чушковый первичный силумин СИЛ0 – 45 %.
– ВСП (разные виды отходов) – 55 %.
Практика показывает, что в реальном производстве литейщики
сталкиваются с двумя проблемами:
– выпады по механическим свойствам;
– высокий брак литья (газоусадочные дефекты, трещины, незаливы).
Рассмотрим практическое применение ССОШМ для повышения
качества сплава АК12.
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]