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
Такие лигатуры оказывают отрицательное наследственное влия-
Рис. 5.5. Микроструктура
валковой лигатуры AlTi5
Рис. 5.6. Микроструктура
валковой лигатуры AlSc2 (×250)
ние при модифицировании магналиев.
а б
Рис. 5.4. Структура чушковой лигатуры AlTi3,5:
а – макроизлом; б – микроструктура
Пример 2. В условиях ЦЛТ кафедры ЛВТ СамГТУ получали мо-
дифицирующие лигатуры AlTi5, AlZr4 и AlSc2 заливкой в валковый
водоохлаждаемый кристаллизатор (υ
~ 103 °С/с).
охл
Предварительно жидкие лигатуры перегревали до 950–1050 °С,
выдерживали 15–20 мин (т.е. осуществляли жидкофазную обработку).
В итоге применяли комбинированную обработку (ЖФО + КрО).
Лигатуры получали в виде ленты толщиной 0,8–1,0 мм.
Микроструктура полученных лигатур – измельчённая, пластинчато-сфероидальная форма интерметаллидов, более равномерное их
распределение, размеры – 15–30 мкм (рис. 5.5, 5.6).
51
Подобные изменения имеют место и в микроструктуре валковой
Технология (состав ШМ)
Содержание (Ti + Zr), %
Механические свойства
σв, МПа
δ, %
Серийная технология
0,18-0,20
238
13,6
ТГИ (КД-лигатуры)
0,16
263
17,8
ТГИ (В-лигатуры)
0,01
271
18,3
По ГОСТ 1583
Ti = 0,05-0,15
не менее
Zr = 0,05-0,2
245
10
лигатуры AlZr4.
Рассмотрим влияние структуры чушковых и микрокристаллических лигатур на свойства популярного магналия АМг6лч (применяется на РКЦ «Прогресс»).
В составе ШМ по серийной технологии – 100 % крупнокристаллические металлы.
В составе ШМ по ТГИ – добавки микрокристаллических лигатур
AlTi и AlZr.
Пример 3. Влияние микрокристаллических лигатур AlTi5
и AlZr4 на механические свойства сплава АМг6лч (табл. 5.2).
Таблица 5.2
Влияние ТГИ на механические свойства магналия (Т4)
Задания
1. Сделать выводы по результатам, приведённым в табл. 5.2.
2. Дать объяснения преимуществам ТГИ.
Обобщённые результаты в виде
и
для ряда Al-сплавов
представлены на рис. 5.7.
Задание. Сделать выводы по результатам, приведённым на
рис. 5.7.
В прил. 3–5 представлены некоторые образцы Al-лигатур, структура и свойства Al и силуминов, полученные в разные годы.
52
1 – АК6М2(К); 2 – АК7ч (К, Т5); 3 – АК8М3ч; 4 – АК12М2 (К); 5 – АМг6лч (К, Т4)
1,4
1,8
2,2
2,6
3
3,4
3,8
4,2
4,6
1,67
2,7
2,83
4,5
1,54
Al-Si
Al-Mg
12345
1
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
1,6
1,15
1,43
1,11
1,47
1,28
Al-Si
Al-Mg
12345
Рис. 5.7. Испытания ТГИ на предприятиях Самарской области:
и
– коэффициенты наследственности для σ
Т4, Т5 – режимы термообработки
и δ; К – литьё в кокиль;
в
5.3. ТГИ в медных сплавах
В работе [30], опубликованной уральскими литейщиками ещё
в 1981 г., приведены уникальные результаты по применению микрохолодильников при получении меди (copper), латуней и бронз.
Что такое микрохолодильники и как их получали?
– Это, во-первых, малые добавки металла идентичные составу
расплава (т.е. это твёрдые добавки, которые плавятся при вводе их
в расплав).
Во-вторых, такие добавки имеют мелкокристаллическую струк-
туру (т.е. их получают специальными способами).
В-третьих, микрохолодильники – это малые добавки специальных ШМ.
И, наконец, в-четвёртых, такие добавки следует классифицировать как мелкокристаллические (или микрокристаллические) модификаторы I рода (зародыши, инокуляторы).
В данной работе микрохолодильники получали из остатков
Cu-сплавов, полученных после горячей деформации (так называемая
обсечка). Следовательно, по известной классификации [2, 5] обсечка
– это деформированная шихта.
53
Пример 1. Применяли 1,0; 1,4; 2,5 и 3,9 % микрохолодильников.
Сплав
Способ обработки
расплава
Количество центров
кристаллизации,
n, м-3ч
-1
Линейная
скорость роста
ц.к., С, м/ч
Л68
Без микрохолодильника
1,01·10
10
1,21·10
-1
Добавка 1,0 % МХ
2,48·10
10
1,31·10
-1
Добавка 4,5 % МХ
6,62·10
12
0,16·10
-1
ЛС 59-1
Без МХ
8,3·10
10
6,06·10
-2
Добавка 1,0 % МХ
1,28·10
11
7,6·10
-2
Добавка 4,5 % МХ
1,86·10
13
5,2·10
-2
Способ обработки
расплава
σв, кгс/мм2
δ, %
Ударная вязкость,
кгс·м/см2
d,
г/см
3
Без МХ
15,5
25,0
12,2
8,928
Добавка 1,4 % МХ
17,6
30,9
19,4
8,935
Добавка 2,5 % МХ
17,2
29,9
20,7
8,922
Добавка 3,9 % МХ
15,8
28,0
21,5
8,933
В табл. 5.3, 5.4 приведены расчётные параметры кристаллизации латуней при использовании микрохолодильников.
Таблица 5.3
Влияние микрохолодильников (МХ) на процесс кристаллизации латуней
Таблица 5.4
Влияние микрохолодильников на физико-механические свойства меди М1
Выполним краткий анализ результатов работы и сделаем общие
выводы:
– Введение малых добавок МХ увеличивает количество ц.к. и линейную скорость их роста.
– Во всех случаях средний размер микрозерна значительно
уменьшается с ведением МХ.
– Физико-механические свойства Cu при всех концентрациях МХ
превышают свойства, получаемые по обычной технологии.
– Максимальные σв, δ и d имеют место при сравнительно малых
добавках МХ (очевидно, 1,0–1,4 %).
54
Таким образом, эти данные в полной мере согласуются со мно-
б
а
гими результатами, полученными при использовании малых добавок
МКП для модифицирования Al-сплавов.
Следовательно, такая технология (применение МХ) классифицируется как технология генного модифицирования Cu-сплавов.
Результаты подобного рода были получены ещё ранее в работе
известного литейщика Г.И. Тимофеева [32]. В работе применили малые добавки «интенсификатора» (термин автора).
Что это такое?
– Это твёрдый металл с близким химсоставом к основному сплаву, полученный быстрым охлаждением или пластической деформацией, например, «трехкратное осаживание его» (по нашей терминологии это Д-шихта, или МКМ).
Пример 2. В ковш с расплавом АЛ3 (устаревшая марка сплава)
при 730 °С за 15–20 мин перед заливкой ввели 4 % «интенсификатора» в виде пластины. Мелкозернистая структура твёрдого интенсификатора приводит к формированию более мелкозернистой структуры в отливке, обладающей разной толщиной (рис. 5.8). Автор отмечает, что такие твёрдые интенсификаторы измельчают литую структуру
и играют роль модификаторов.
Рис. 5.8. Макроструктура отливок из сплава АЛ3 (медистый силумин):
а – обычная технология; б – добавка 4 % интенсификатора (Д-шихты)
Эти результаты полностью согласуются с работами самарских
литейщиков при использовании малых добавок МКП в качестве мелкокристаллических модификаторов для разных Al-сплавов.
55
5.4. Отходы и ТГИ
В производстве сплавов и литых изделий актуальной проблемой
является полное использование отходов собственного производства.
Ещё раз повторим (по В.Н. Иванову [32]), что относится к таким
отходам.
«Отходы собственного производства (металлические), цеховые
отходы, собственный возврат – вторичные материалы, используемые
в шихте для плавки металла. К отходам относятся литники, брак, обнаруживаемый в литейных и обрабатывающих цехах, скрап, стружка».
Используют и такой термин [32]:
«Возврат производства (в.п.) – литники, брак и скрап, образующийся в процессе получения отливок, используемые для переплавки.
В зависимости от вида отливок, марок металла возврат производства
может составлять 20–40 %. К в.п. относят также стружку, которую
используют россыпью или в виде брикетов и пакетов». Возврат (home
scrab, returns).
В металлургическом словаре [33] отсутствует термин «отходы
собственного производства». Имеется термин возврат – «некондиционный продукт производства, возвращаемый на повторную переработку». По смыслу это близко к содержанию термина (в.п.)
по В.Н. Иванову.
Обратимся к политехническому словарю [3].
«Отходы производства – остатки основных и вспомогательных материалов, образовавшихся в производственном процессе – стружка, бракованные детали, …шлаки. Рацион, утилизация отходов одного производства и последующего использования их в качестве сырья в других
производствах снижают себестоимость изготовляемой продукции».
Этот термин включает более широкое толкование и предусматривает использование отходов и из других производств (помимо литейного).
В завершении анализа этих важных терминов обратимся к основному термину при выплавке сплавов – шúхта.
56
Шихта (от нем. schicht) – смесь сырых материалов, подлежащая
переработке в металлургических агрегатах … [32]. В [33, 34] дано
аналогичное толкование.
Видно, что все обсуждаемые термины, во-первых, не могут
включить многообразие металлургических отходов и, во-вторых,
в терминах не учитывается генетическая (структурная) информация,
имеющая место в различных материалах. В указанных литейных терминах отсутствует специфический вид отходов – шлаки.
Анализ имеющейся информации по проблеме ТГИ показывает,
что многие виды нетрадиционных отходов в исходном состоянии или
после специальной обработки приобретают (имеют) положительную
химико-структурную информацию. Применимо к цветным сплавам –
стружка после мехобработки, алюминиевые банки, электротехнические отходы, переработанные шлаки.
Следовательно, прогресс, достигнутый в последнее время в разработке ТГИ, и дальнейшие перспективы их реализации позволяют ис-
ключить многие вторичные шихтовые материалы из перечня (терминологии) отходов производства. Шихтовые материалы, обладающие
положительной химико-структурной наследственностью, следует
включить в число продуктов литейного и металлургического производства. Известно выражение Д.И. Менделеева: «Сжигать нефть – это всё
равно, что топить ассигнациями». А смешивать металлические отходы
– это превратить качественные Ме в … (дайте варианты).
Наиболее успешно решение таких задач реализовано в процессе
рециклинга следующих отходов – электротехнические, баночные
и стружечные [35, 36 и др.].
С учётом многих работ в мировой практике рециклинга Al-отходов предлагается уход от устаревшего термина «вторичный» Al, который ещё иногда воспринимается как «второсортный». Взамен этого
термина предлагается более современное определение такого металла
– «переработанный» Al. С позиции ТГИ это вполне обоснованно, когда качество получаемых Al-сплавов из таких отходов соответствует
(и даже превосходит) характеристики сплавов из первичного Al.
57
5.5. ТГИ при использовании физических способов
Физические
воздействия
Заливка
Отливка
Форма
Расплав
обработки расплавов
Повторим известное.
При изучении ЯСН и разработки ТГИ необходимо учитывать
взаимосвязь физико-химических (и других) процессов в системе
Ш → Р → О.
Влияние ШМ и ТГИ на свойства отливок (литых изделий) изложено в учебном пособии [3].
Общепризнано: расплавы – это основа для получения качественных литых изделий.
Общеизвестны многие модели (теории) расплавов [2–6].
Задание. Назвать основные модели расплавов и их особенности.
Анализ известных моделей позволяет заключить основное:
– расплавы характеризуются (обладают) микронеоднородным
строением;
– при перегреве и физических воздействиях в расплавах происходят структурные превращения.
Что это означает?
– Если на расплавы будут оказаны какие-либо сильные физические воздействия, то в их структуре (строении) и свойствах произойдут определённые изменения.
Эти изменения далее окажут определённое наследственное влияние на процесс кристаллизации и качество литых изделий (рис. 5.9).
Рис. 5.9. Схема взаимосвязи строения расплава и качества отливки
58
Большой вклад в обоснование генетической взаимосвязи свойств
жидких и твёрдых сплавов внесли работы уральской школы металлургов и физиков под руководством Б.А. Баума [37, 38 и др.],
Н.А. Ватолина [39 и др.] и П.С. Попеля [40, 41 и др.].
Рассмотрим несколько ключевых положений из этих (и других)
работ.
Б.А. Баум*
Эффект структурной наследственности обнаруживается при переплаве литых, термообработанных и деформированных образцов. Чем
однороднее по составу и структуре исходные шихтовые материалы, тем
выше вероятность получения из них качественной продукции.
Вопросы микронеоднородности металлических расплавов и
взаимосвязи с твёрдым состоянием выходят из стадии гипотез и
должны учитываться в теории и практике производства сплавов.
Обсуждаемые проблемы:
– Какие черты строения (виды структур) ШМ передаются в процессе плавления расплаву?
– При каких условиях расплав теряет всякую связь с исходными
ШМ?
– Как скажется то или иное строение расплава на процесс кристаллизации и структуру твёрдого сплава?
В работах отмечается, что реальные (т.е. неравновесные) расплавы сохраняют в себе «элементы структуры исходных фаз»
(ЭСИФ).
Эти положения позволили обосновать и разработать основы
термовременнóй обработки жидких сталей различных марок.
К теоретическим выводам из работ школы Б.А. Баума близки результаты исследований, выполненные под руководством академика
РАН Н.А. Ватолина [39 и др.]. Отмечается, что реальные расплавы
обладают устойчивым унаследованным ближним порядком и характеризуются наличием «элементов структурных мотивов» (ЭСМ).
59
П.С. Попель*
2004 г.
Микронеоднородность эвтектического расплава (силумина) унаследована от гетерогенного шихтового слитка. «Генами» (ещё в кавычках) структурной наследственности оказываются дисперсные частицы одной из фаз, которые наследуются от ШМ.
Опыты показали наличие в расплавах частиц от 1 до 100 нм (метод малоуглового рассеяния рентгеновского излучения нейтронов –
SANS). Крупные частицы претерпевают изменения (диспергирование) при термической обработке расплава.
2005 г.
Полученные данные подтверждают сохранение в жидкой фазе
каких-то структурных образований, унаследованных от шихты и возможности изменения их состояния под влиянием тепловых или иных
воздействий.
Перспективными воздействиями, помимо перегрева, могут оказаться УЗО, переменные электромагнитные поля, потоки ионизирующих излучений и др.
2008 г.
В настоящее время имеется все предпосылки для построения теории структурной наследственности и переходу и разработке оптимальных операций при производстве различной металлопродукции.
2018 г.
В расплавах Al-Si даже после их нагрева до 1200 °С существуют
унаследованные от исходной шихты дисперсные частицы разных
размеров, обогащённые Si [42].
Задание. Сделать выводы о развитии структурной (металлургической) наследственности в работах уральских физиков и металлургов.
Большой вклад в создание теории и развитие ЯСН внесли работы
известного литейщика из ВлГУ И.В. Гаврилина [43–45 и др.].
И.В. Гаврилин*
2000 г.
Автором введено понятие структурной единицы (элементы)
жидкого металла (СЕЖ).
60
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]