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
Какие ССОШМ можно применить?
Вид элементов ВСП (100 %)
λ, мм
σв, МПа
δ, %
[Н]
Прибыльные части
337
203
2,2
0,31
Коллектор
398
224
3,2
0,27
5 2 4 3 1
Ваши варианты.
– Повторим ещё раз классификацию ССОШМ (5 групп).
Применение жидкофазной обработки ШМ (гр. 1)
Что нужно подвергнуть такой обработке? Предлагайте!
– Прежде всего, переплавка мелких отходов собственного произ-
водства (сплёсы, остатки и др.)
Что включает такая обработка?
– Расплавление (лучше под флюсом), перегрев до 750–800 °С,
рафинирование и разливка в вафельные или водоохлаждаемые изложницы.
Кстати, что это такое – вафельная изложница?
– Переплавке необходимо подвергать и массивные прибыли. По-
чему?
Рассмотрим кратко вариант ЛПС при ЛК (рис. 4.1).
Рис. 4.1. Схема ЛПС при получении отливки
толщиной 10–30 мм:
1 – отливка; 2–5 – элементы ЛПС
Что кристаллизуется в последнюю очередь?
– Прибыльные массивные части ЛПС (см. рис. 4.1, 5). Значит, они
имеют более крупную структуру и содержат больше водорода и оксидов (все загрязнения всплывают вверх, т.е. в прибыль).
Проведены следующие эксперименты: переплавили отдельно
прибыльные части и коллектора от ЛПС при литье в кокиль силуминов АК12М2, АК6М2 и АК9Т.
Было получено следующее (как пример, для сплава АК6М2):
31
Задание. Сделать выводы из этих результатов.
2 1 3
Рис. 4.2. Схема
кристаллизации расплава
с применением
холодильника:
1 – изложница; 2 – расплав;
3 – холодильник
Кристаллизационная и комбинированная обработки (гр. 2 и 5)
Эти способы более доступны и эффективны в реальном произ-
водстве.
Как обеспечить повышение скорости охлаждения (υ
охл
)?
– Некоторые способы приведены в табл. 3.1 (тема № 3).
Известные способы предусматривают расплавление (переплавку),
рафинирование и кристаллизацию с повышенной υ
охл
.
Наиболее доступные способы:
– металлическая изложница с применением медного холодильника (рис. 4.2). Способ применяется в ЦЛТ СамГТУ;
– водоохлаждаемый кокиль (например,
Cu-кокиль);
– водоохлаждаемый валковый кристаллизатор;
– литьём с кристаллизацией под давле-
На многие способы получены авторские свидетельства и патенты.
Необходимо учитывать стоимость ШМ, так как первичные Al,
силумины и Si являются дорогими материалами.
Как можно удешевить стоимость ШМ?
– Рассмотрим следующие варианты ответа на этот вопрос.
Вариант 1
Вместо первичных чушковых силуминов использовать электротехнические отходы Al, которые являются высококачественным ШМ
(это Д-шихта, т.е. Ме обработанный давлением).
Вместо первичного Si применить мелкие отходы Si (например,
порошки). Для этого необходимо получить концентрированную (богатую) мелкокристаллическую лигатуру типа АК15 – АК25. В ЦЛТ
нием, с кристаллизацией в центробежном
поле и др.
32
разработана специальная технология получения таких лигатур (ТИ-
Отходы электротехнического Al
По расчёту со-
става шихты
Мелкокристаллическая лигатура типа AlSi20
Чушковые переплавы мелких и других отходов
ЛВТ-01) – «Получение мелко- и микрокристаллической лигатуры
AlSi20 по низкотемпературной технологии» (2013 г.).
В итоге возможны следующие практические составы ШМ.
Вариант 2
Первичный чушковый силумин (малое количество).
Чушковый переплав мелких отходов (10–30 %).
Чушковый переплав прибылей (10–15 %).
ВСП (стояки, литники, бракованные отливки) – основная масса.
Вариант 3
ВСП (стояки, литники, бракованные отливки) – основная масса.
Доли шихтовых составляющих изменяются в широких пределах
и определяются возможностями реального литейного производства.
Обратим внимание на вариант 3. Здесь практически полное отсутствие первичных ШМ.
В производстве возможны и другие варианты составов ШМ (см.
учебное пособие по дисциплине ТГИЦМ, СамГТУ, 2021).
Известны многие результаты по применению ССОШМ в производстве АК12 и других силуминов [2–6].
Пример 2. Влияние многократных переплавок на технологиче-
ские свойства сплава АК12 (рис. 4.3).
Исходной шихтой служил чушковый силумин СИЛ0. Расплав
рафинировали, кристаллизовали в кокиле. Затем повторно расплавляли и повторяли до 4-х раз эти операции. Таким образом, осуществляли 4-х кратный переплав. Литейные свойства заметно улучшались.
Пример 3. Влияние количества многократного кокильного переплава на свойства сплава АК12 (рис. 4.4). Скорости охлаждения переплава в этом способе невелики ~ 10 °С/с.
33
Количество переплава
λ, мм
δ, %
σв,
МПа
300
5,5
300
280
5 4 210
190
0 2040
60 % ~200
λ, мм
ΣV
ус.р
d,
г/см3
290
270
0,5
0,4
2,68
2,67
0 1 2 3 4
Кратность переплавок
Рис. 4.3. Влияние кратности кокильного переплава шихты
на плотность (d), объём усадочной раковины (ΣV
ус.р
)
и жидкотекучесть (λ) сплава АК12
Рис. 4.4. Влияние количества кокильного переплава (возврата)
Задание. Сделать выводы по результатам, приведённым
на рис. 4.3 и 4.4.
Пример 4. Влияние гранулированного шихтового Al(А7)
на свойства сплава АК12. Состав ШМ:
на предел прочности (σв), относительное удлинение (δ)
и жидкотекучесть (λ) сплава АК12
34
– первичный чушковый Al (А7);
Состав ШМ
σв
δ
dS, г/см3
МПа
Kн %
Kн
Первичные Ме (100 %)
218
1,1
3,6
2,1
2,63
Первичные Ме (95 %)
Добавки гранул (5 %)
240
7,7
2,64
– первичный кристаллический Si;
– гранулированный Al Ø1,5–2 мм (добавка 5 % от массы плавки).
Результаты физико-механических свойств приведены в табл. 4.1.
Таблица 4.1
Влияние шихтовых гранул Al(А7) на свойства сплава АК12
Что следует из этих (и многих других) результатов по сплаву АК12?
– Улучшаются все технологические свойства (λ, ΣV
, εл, содер-
ус.р
жание Н2).
– Повышаются механические свойства (σв – от 170 до 240 МПа;
δ – от 3,5 до 7,7 %).
Следует особо отметить, что, во-первых, расплав не подвергали
обычному (флюсовому) модифицированию и, во-вторых, параметры
плавки не являлись оптимальными.
– Достижение улучшенных свойств сплава приводит к ощутимому снижению брака опытных отливок и повышению ТВГЛ.
При рассмотрении более сложных по химсоставу Al-сплавов задача
по влиянию ССОШМ несколько усложняется. Однако алгоритм её решения близок к рассмотренным примерам по сплаву АК12 (прил. 2).
4.2. Влияние ССОШМ на свойства бинарных сплавов
Ранее в работах [12, 13] изучали влияние структуры некоторых
ШМ на свойства Mg и его сплавов. Наследственное влияние структуры ШМ было установлено и в работах мировых учёных в области
Mg-сплавов (Е.Ф. Эмли, М.В. Чухров).
Mg-(Al, Zn, Mn)
35
В условиях литейной кафедры ВлГУ (г. Владимир) по известной
Состав
сплавов
Свойства сплавов и K
н
1
σв δ НВ
Размер
макрозерна,
мм
МПа
Kн %
Kн
кгс/мм
2
Kн
Mg
120/90
1,33
10/8
1,25
32/30
1,07
2,5/4,5
Mg+1%Al
150/120
1,25
12/11
1,09
39/35
1,11
0,7/1,7
Mg+3%Al
200/160
1,25
15/14
1,07
43/40
1,08
0,28/1,2
Mg+0,5%Zn
150/120
1,25
11,5/11
1,05
38/34,5
1,10
1,45/2,0
Mg+1%Zn
175/155
1,13
13/12,5
1,04
43/40
1,08
0,5/0,85
Mg+3%Zn
200/190
1,05
14/14
1,0
48,5/47,5
1,02
0,2/0,35
Mg+0,3%Mn
135/100
1,35
13/10
1,30
33/31
1,06
2,1/3,3
Mg+0,5%Mn
135/100
1,35
13/10
1,30
33/31
1,06
2,4/2,7
Mg+1%Mn
130/100
1,30
12/9
1,33
33/31
1,06
2,4/4,0
методике исследования структурной наследственности [2, 5] изучали
наследственное влияние структуры шихтовых переплавов на свойства
бинарных сплавов Mg-Al, Mg-Zn, Mg-Mn [14].
Пример 1. Влияние структуры переплавов на структуру и механические свойства бинарных Mg-сплавов (табл. 4.2). Шихтовые расплавы заливали в формы, обеспечивающие разные υ
до 10 °С/с).
Наследственное влияние структуры ШМ
на свойства двойных Mg-сплавов
(от 1
охл
Таблица 4.2
шихты (кокильный переплав); в знаменателе – крупнокристаллической.
зультатов и сделать соответствующие выводы.
от состава сплава Kн существенно изменяются (например, для σв –
1,05–1,35; для δ – 1,04–1,3).
из центральных (главных) закономерностей ЯСН.
Примечание.
1
В числителе свойства сплавов, полученных из мелкокристаллической
Магистрантам рекомендуется провести анализ приведённых ре-
При этом следует обратить внимание на то, что в зависимости
В сплавах на основе Mg также проявляется действие одной
Какой закономерности?
36
– Склонность сплавов к наследованию определяется критериями
Свойство
Т°
зал
, °С
Выдержка
расплава, мин
Значение *
Kн
Прочность,
МПа
700
10
210/170
1,24
60
160/145
1,10
800
10
190/170
1,12
60
160/145
1,10
Пластичность,
%
700
10
6/5
1,20
60
5/4
1,25
800
10
6/4
1,5
60
4/3
1,33
(α и ω), характеризующими взаимодействие основы с компонентами
сплава.
Полученные результаты позволили определить склонность к наследованию структуры Ш марочного промышленного сплава МЛ5.
Методика исследования – аналогична предыдущим экспериментам.
Пример 2. Исследование влияния 2-х видов переплавов и пара-
метров плавки на свойства сплава МЛ5 при литье в кокиль (табл. 4.3).
Таблица 4.3
Влияние структуры шихтовых переплавов на механические свойства
сплава МЛ5 (литое состояние)
Примечание. * В числителе – мелкокристаллический переплав; в знаменателе – круп-
нокристаллический.
Задание. Провести анализ этих результатов и сделать соответствующие выводы.
Рассмотреть вопросы, связанные с выполнением рефератов.
Подготовиться к ответам на контрольные вопросы по теме № 4
(пп. 4.1, 4.2).
Контрольные вопросы по теме № 4 (пп. 4.1, 4.2)
1. Указать 5–6 основных свойств (особенностей) сплава АК12.
2. Какие ШМ необходимы для приготовления сплава АК12 в условиях ЦЛТ
СамГТУ?
3. Как определяется ТВГЛ в производственных условиях?
4. Назовите состав ВСП в производстве Al-литья.
37
5. Чему равняется ТВГЛ при литье Al-сплавов в кокиль?
6. Назовите примерный состав ШМ для приготовления сплава АК12 в произ-
водственных условиях.
7. Какие проблемы имеют место при литье сплава АК12 в кокиль?
8. Что включает ЖФО ШМ?
9. Какие доступные и эффективные ССОШМ применяются в ЦЛТ СамГТУ?
10. Почему прибыльную часть ЛПС рекомендуется переработать? Каким
способом?
11. Назовите примерный практический состав ШМ с учётом использования
отходов литейного цеха.
12. Какие выводы сделаны по результатам, приведённым на рис. 4.3, 4.4?
13. Дайте характеристику вида и структуры гранулированного шихтового Al.
14. Назовите основные свойства, которые улучшаются при использовании
ССОШМ для получения сплава АК12.
15. Назовите имена 2-3 учёных, занимающихся изучением наследственности
в Mg-сплавах.
16. Какие выводы сделаны по результатам анализа данных в табл. 4.2? В табл. 4.3?
4.3. Применение ССОШМ для приготовления
медных сплавов (латуни, бронзы)
Информации в литературе о влиянии ССОШМ на свойства Cu-
сплавов крайне мало.
В первую очередь используем результаты исследований в трудах
семинаров и конференций по наследственности в литых сплавах
(1987–2018 гг.).
Пример 1. Готовили следующие бронзы – БрАЖМц10-3-1,5
и БрАЖН10-4-4 (старые маркировки). Применение переплавов ВСП
и катодной Cu позволило измельчить выделения вторичной α-фазы,
повысить твёрдость и пластичность отливок при литье в кокиль
и центробежным способом [15].
Пример 2. Готовили [16] бронзу БрАЖМц10-3-1,5 и латунь
ЛЦ40С. Состав шихты для бронзы – 100 % отходы горячепрессованной трубы (т.е. это деформированная шихта).
Применяли составы шихты для латуни:
1) 100 % чушковой латуни данной марки;
38
2) 30 % чушковой латуни + 70 % стружки от центробежных
Состав ШМ
σв, МПа
δ, %
НВ, кгс/мм
2
Традиционная технология
460
13,5
114
ТГИ – добавка 30 % КПБС
488
19,0
128
Свойства по ГОСТ 493-79 (не менее)
392
10
100
отливок;
3) 100 % отходов горячепрессованной трубы.
Высокие механические свойства имели кокильные отливки
из шихты, состоящей из 100 % горячепрессованных отходов.
Сплав БрАЖМц10-3-1,5: σв ‒ 658/645 МПа; δ – 36/23, % (в числителе – свойства по ТГИ, в знаменателе – по ГОСТ).
Отмечается, что наследственность Д-шихты сохраняется при высоких перегревах расплава (до 1220 °С).
Задание. Сделать выводы из этих примеров.
Известно, что металлическая стружка, получаемая после механической обработки, обладает определённой структурной информацией.
Почему?
– Снимается мелкокристаллический литейный припуск (корка).
– Оказывается деформационное воздействие.
Пример 3. Готовили бронзу БрА9Ж3Л (современная маркировка)
с использованием традиционной шихты и с добавками 5–50 % кокильного переплава брикетированной стружки (КПБС) [17].
Что представляет КПБС?
– Это шихтовый мелкокристаллический металл, обработанный
комбинированным способом (получение стружки + переплавка
и кристаллизация в кокиле).
Исследования показали, что наиболее высокие механические
свойства при литье в ПГФ получали при добавках в шихту 30 %
КПБС (табл. 4.4).
Таблица 4.4
Влияние состава ШМ на механические свойства БрА9Ж3Л
(литое состояние)
Что следует из этих данных?
– Необходимо сделать выводы и определить Kн.
39
Пример 4. В работе уральских литейщиков [18] исследовали
влияние специальных ШМ на структуру и свойства слитков из разных сплавов: меди М1; латуней Л68, ЛС59-1, ЛО70-1; мельхиора
МНЖМц30-1-1; кадмиевой бронзы БрКд1. Особенность предлагаемых ТГИ – использование внутренних плавящихся холодильников
в виде медных порошков, деформированных обсечек и деформированных трубчатых отходов прессово-волочильного производства.
Ввод таких мелкокристаллических шихтовых добавок приводит к
формированию мелкозернистой структуры слитков и снижению
склонности к образованию горячих трещин (рис. 4.5).
Рис. 4.5. Макроструктура слитков меди марки М1 диаметром 300 мм:
11 – традиционная технология;
12 – ТГИ (с добавкой трубчатых плавящихся холодильников)
К сожалению, авторы не указывают количество вводимых специально обработанных ШМ и не приводят достигаемые механические
свойства Cu и Cu-сплавов.
Возможно, впервые авторы этой работы отмечают влияние наследственных признаков структуры используемых добавок при литье
медных слитков наполнительным и непрерывным способами.
Задание. Дать объяснения по информации из примера 4:
1. Что такое латуни (brass) и бронза (tin bronze)?
2. Объяснить механизм эффективности плавящихся холодильников.
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]