Invenția se referă la metalurgie, în special la turnătorie, și poate fi utilizată pentru a produce piese turnate din aliaje de aluminiu în scopuri generale de construcție de mașini. Scop: prin introducerea de noi componente și modificarea raportului de componente ale amestecului modificator pentru prelucrarea topiturii, obținerea de piese turnate de etanșeitate sporită cu rezistență și ductilitate ridicate. Esența invenției: după topirea încărcăturii, în topitură se introduce un amestec modificator care conține elemente care formează carburi și nitruri și suma oxizilor de aluminiu și cupru în raport de 30 - 70: 0,1 - 0,5 și alcalii și/ sau metale alcalino-pământoase și compușii acestora. Amestecul de modificare este introdus într-o cantitate de 0,02 - 0,20% în greutate din încărcătură. Raportul dintre oxizi de aluminiu și cupru este de 100: 0,01 - 0,98. 2 salarii, 2 mese.

Invenția se referă la metalurgie, mai precis la turnătorie, și poate fi utilizată pentru a produce piese turnate din aliaje pe bază de aluminiu de înaltă calitate, în special de etanșeitate ridicată. Pentru a obține piese turnate din aliaje pe bază de aluminiu de înaltă calitate, rafinarea și modificarea sunt utilizate folosind diferite gaze și modificatori de compoziție complexă. Acest lucru complică și crește costul tehnologiei, nu permite optimizarea întregului complex de caracteristici fizice și mecanice și înrăutățește fabricabilitatea. Sunt cunoscute următoarele metode de modificare a aliajelor de aluminiu. Metoda de producere a aliajelor sistemului aluminiu-titan-bor implică modificarea cu fluoruri ale metalelor alcaline titan și bor, la care se adaugă 2-10% în greutate fluoruri de oxid de aluminiu sub formă de pulbere (Cererea japoneză nr. 55-51499, clasa C 22C 1/02). Această invenție îmbunătățește caracteristicile de rezistență ale pieselor turnate, totuși, etanșeitatea pieselor turnate este insuficientă, iar metoda nu este economică. Există o metodă cunoscută de modificare a unui aliaj de aluminiu-titan, care implică introducerea borului în topitură sub formă de pulbere ultrafină de hexaborură de lantan (ed. St. N 1168622, clasa C 22 C 1/06, 1983). Metoda oferă un efect de modificare îmbunătățit, reducând în același timp costul, dar etanșeitatea pieselor turnate este nesatisfăcătoare. Există o metodă cunoscută de prelucrare a siluminilor hipereutectice, care constă în modificarea cu un amestec care include, % în greutate: fosfor 7-13, cupru 45-70, suma fierului și clorului 2,5-8, restul sunt deșeuri de producție de fosfor. conţinând sodiu, potasiu, calciu, siliciu, oxigen (autor St. N 687853, clasa C 22 C 1/06, 1977). Dezavantajul acestei metode este ductilitatea scăzută și etanșeitatea pieselor turnate datorită conținutului crescut de cupru și fosfor. Există o metodă cunoscută pentru producerea pieselor turnate din aliaje de aluminiu, inclusiv utilizarea pulberilor ultrafine de sfenă-zircon (un amestec de oxizi de zirconiu, niobiu și titan) pentru a modifica topitura (vezi jurnalul „Foundry”, nr. 4, 1991, p. . 17). Această metodă mărește rezistența și ductilitatea pieselor turnate, dar etanșeitatea acestora rămâne la un nivel nesatisfăcător, deoarece oxizii și produsele interacțiunii lor utilizați în această soluție tehnică sunt aproape complet localizați în interiorul boabelor (subgranule) și nu au un efect benefic asupra starea limitelor de cereale. Cea mai apropiată ca esență tehnică și problema de rezolvat este o metodă de rafinare și modificare a aliajelor de aluminiu, inclusiv tratarea topiturii cu un amestec de săruri de fluorură de potasiu și clorură de potasiu împreună cu fluorura de sodiu și/sau criolitul de sodiu în cantitate de 2-3 % din greutatea topiturii (ed. Sf. N 899698, clasa. C 22 C 1/06, 1982. Această metodă simplifică tehnologia și reduce costurile de rafinare și modificare, totuși, etanșeitatea pieselor turnate rămâne scăzută, deoarece nu are loc rafinarea intensivă a cerealelor, deoarece este implementat mecanismul de modificare de tip II, adică din cauza inhibării creșterii cerealelor, mai degrabă decât a creșterii numărului de centre de cristalizare. Baza invenției este sarcina: prin utilizarea unui nou set de componente în compoziție și concentrație pentru a modifica aliajele pe bază de aluminiu, pentru a obține piese turnate cu etanșeitate ridicată, menținând în același timp rezistența și ductilitatea crescute. Problema este rezolvată în așa fel încât în ​​metoda propusă de modificare a aliajelor de aluminiu, inclusiv topirea încărcăturii și introducerea unui amestec modificator, a unui amestec de elemente care formează carbură și nitrură, suma oxizilor de aluminiu și cupru într-un raport de elemente și oxizi de 30-70:0,1- este utilizat ca agent de modificare.0,5 și metale alcaline și/sau alcalino-pământoase și compușii acestora în cantitate de 0,02-0,20% din greutatea încărcăturii. Oxizii de zirconiu, titan, niobiu, hafniu și tantal sunt utilizați ca elemente care formează carburi și nitruri. Criolitul este utilizat ca metale alcaline și/sau alcalino-pământoase și compușii acestora. Raportul dintre oxizi de aluminiu și cupru este 100:0,01-0,98. O analiză comparativă cu soluții tehnice cunoscute (analogi și un prototip) ne permite să concluzionam că metoda revendicată de modificare a aliajelor de aluminiu diferă prin aceea că: elemente care formează carburi și nitruri, oxizi de aluminiu și cupru, elemente alcaline și/sau alcaline. sunt utilizate ca amestec modificator metale pământești și compușii acestora; componente: elementele formatoare de carburi și nitruri și suma oxizilor de aluminiu și cupru sunt luate în raport de 30-70: 0,1-0,5, metale alcaline și/sau alcalino-pământoase și compușii acestora - restul; amestecul modificator este introdus într-o cantitate de 0,02-0,20% din greutatea încărcăturii; oxizii de aluminiu și oxizii de cupru sunt luați în raport de 100:0,01-0,98. Unele componente - elemente care formează carburi și nitruri, oxizi de aluminiu, metale alcaline și alcalino-pământoase și compușii acestora - sunt cunoscute din nivelul de tehnologie existent (analogi și prototip), totuși, în soluția tehnică propusă sunt introduse ca parte a alte componente (compoziție calitativă nouă) și în alte rapoarte (raport cantitativ nou). Efectul ridicat al modificării cu un amestec de elemente care formează carbură și nitrură, suma oxizilor de aluminiu și cupru, metale alcaline și/sau alcalino-pământoase și compușii acestora se explică prin faptul că în topitura pe bază de carbură și nitrură -elemente formatoare, după disociarea oxizilor, se formează compuși intermetalici de dispersie coloidală precum Al x Me y, care în timpul procesului de cristalizare asigură rafinarea structurii metalice, unii oxizi de aluminiu, în compoziție apropiată stoechiometrică, acționează similar. Compușii de cupru joacă un rol major în formarea structurii, submicrostructurii și, în consecință, a complexului de proprietăți fizico-mecanice, tehnologice și operaționale ale pieselor turnate și aliajelor pe bază de aluminiu: în primul rând, oxizi de siliciu și, parțial, sulfuri de cupru, care se formează în topitură, sunt responsabile de o rafinare semnificativă a structurii, în timp ce lichidus se deplasează spre temperaturi mai ridicate, dinamica cristalizării crește - multe incluziuni nedorite într-o formă foarte dispersă sunt localizate în interiorul boabelor zdrobite.În al doilea rând, compușii de cupru. cum ar fi CuAl 2 și o compoziție mai complexă sunt eliberate din soluția solidă de-a lungul limitelor de cereale. Datorită unei creșteri semnificative a suprafeței intergranulare datorită rafinării granulelor și a localizării uniforme a acestor precipitate dispersate, se asigură o scădere a concentrației tensiunilor cu creșterea simultană a densității și etanșeității turnării în ansamblu. Introducerea amestecului de modificare este mai mică de 0,02 % în greutate. amestecul nu dă efectul dorit în ceea ce privește nivelul de etanșeitate și alte caracteristici, iar depășirea limitei superioare de 0,20% în greutate din amestec duce la o scădere a ductilității pieselor turnate. Limitele raportului dintre componentele amestecului de modificare sunt determinate de următoarele considerații: atunci când raportul elementelor care formează carbură și nitrură și suma oxizilor de aluminiu și cupru este mai mic de 30:0,5, numărul de centre de cristalizare este insuficientă pentru a asigura nivelul adecvat al proprietăților de turnare; dacă raportul depășește mai mult de 70:0,1, aliajul devine fragil din cauza unui număr excesiv de incluziuni intergranulare. Odată cu pierderea ductilității, etanșeitatea scade, pe măsură ce discontinuitatea în zonele apropiate de limită crește. Când raportul dintre oxizi de aluminiu și oxizi de cupru este mai mare de 100:0,01, influența fazelor secundare scade brusc, deoarece oxizii și alți compuși de cupru sunt realizati în întregime sub formă de incluziuni formate în topitura deasupra lichidului și nu au o efect pozitiv asupra structurii și proprietăților pieselor turnate, iar dacă acest raport este mai mic de 100:0,98, numărul de faze secundare localizate de-a lungul limitelor de cereale crește atât de mult încât apar discontinuități în locurile de precipitare și etanșeitatea acestor piese turnate scade. EXEMPLU În conformitate cu calculul încărcăturii, componentele au fost încărcate în vigelul unui cuptor cu rezistență de 250 de kilograme EST-250 pentru a produce aliajul de aluminiu AK7ch (AL9). După topirea încărcăturii și reglarea fină a topiturii conform compoziției sale chimice, topitura la o temperatură de 650-780 o C se tratează cu un amestec modificator, introducându-l sub „clopot” cât mai aproape de fundul creuzet. Tratamentul se efectueaza pana la sfarsitul barbotarii, dupa care se indeparteaza clopotul si se indeparteaza zgura de pe suprafata topiturii.In acest fel s-au topit o serie de calduri in care cantitatea de amestec modificator introdus si compoziția sa a variat.Pentru comparație, una dintre călduri a fost modificată cu flux într-o cantitate de 2,5% în greutate, preparat dintr-un amestec deshidratat zdrobit de fluorură de potasiu cu clorură de potasiu în raport de 2:3 în greutate, precum și sodiu. fluorura si criolitul de sodiu in parti egale.Fluxul s-a aplicat pe suprafata topiturii la o temperatura finala de 720-740oC si s-a amestecat cu metalul;dupa mentinere 10-15 minute s-a indepartat zgura.Aliajul rezultat. avea o compoziție chimică, % în greutate: mangan 0,46-0,52; cupru 0,18-0,21; zinc 0,28-0,32; magneziu 0,2-0,4; fier 1,2-1,8, plumb 0,03-0,05; staniu 0,008-0,012-7 siliciu; Rest.S-au efectuat încercări de proprietăți mecanice pe probe din lingouri, obținute sub formă de metal, conform metodelor standard.Hidrotestele au fost efectuate la o presiune de 5 kgf/cm 2 pe piese de tip „roată de pompă”, produse de turnare prin injecție. Rezultatele testelor pentru probe și piese turnate din aliaj AK7ch (AL9) după diferite opțiuni de modificare sunt date în tabel. 1 și 2. Analiza rezultatelor obținute arată că probele și turnările de piese modificate prin metoda revendicată, cu rezistență și ductilitate ridicate, au o densitate semnificativ mai mare, iar în părți - etanșeitate. Dacă, în comparație cu metoda prototipului, metoda revendicată crește etanșeitatea turnării de mai mult de două ori; în comparație cu tehnologia în serie - de patru până la șase ori. Metoda propusă poate fi utilizată în turnătorii de fabrici de mașini și producția specializată de piese turnate din aliaje de aluminiu cu cerințe sporite de etanșeitate.

Revendicare

1. METODĂ DE MODIFICARE A ALIEJURILOR DE ALUMINIU, inclusiv topirea încărcăturii și introducerea unui modificator în topitură în prezența criolitului, caracterizată prin aceea că se utilizează ca modificator cu un amestec de elemente care formează carbură și nitrură și oxizi de aluminiu și cupru. raportul de elemente și oxizi de 30 - 70: 0,1 - 0,5 și metale alcaline și/sau alcalino-pământoase și compușii acestora într-o cantitate de 0,02 - 0,20% din greutatea aliajului, iar raportul de oxizi de aluminiu și cupru este de 100: 0,01 - 0,98. 2. Procedeu conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că oxizii de zirconiu, titan, niobiu, hafniu, tantal, individual sau în orice combinaţie, sunt utilizaţi ca elemente formatoare de carburi şi nitruri. 3. Procedeu conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că criolitul este utilizat ca metale alcaline şi/sau alcalino-pământoase şi compuşii acestora.

Unele aliaje, în timpul cristalizării normale, au proprietăți mecanice reduse în piese turnate ca urmare a formării unei macro- sau microstructuri aspre, cu granulație grosieră. Acest dezavantaj este eliminat prin introducerea de mici aditivi din elemente special selectate, numiți modificatori, în topitură înainte de turnare.

Modificarea (modificarea) este operația de introducere a aditivilor în metalul lichid, care, fără a modifica semnificativ compoziția chimică a aliajului, afectează procesele de cristalizare, rafinează structura și măresc semnificativ proprietățile materialului turnat. Modificarea aditivilor poate fie rafina macrogranul sau microstructura, fie poate afecta ambele aceste caracteristici simultan. Modificatorii includ, de asemenea, aditivi speciali adăugați la metale pentru a transforma componentele fuzibile nedorite în compuși refractari și mai puțin nocivi. Un exemplu clasic de modificare este modificarea siluminilor hipoeutectice (până la 9% Si) și eutectice (10-14% Si) cu aditivi de sodiu în cantitate de 0,001-0,1%.

Structura turnată a siluminilor nemodificate constă din dendrite dintr-o soluție α-solidă și eutectică (α + Si), în care siliciul are o structură aspră, asemănătoare unui ac. Prin urmare, aceste aliaje au proprietăți scăzute, în special ductilitate.

Introducerea unor mici adaosuri de sodiu în silumini rafinează brusc eliberarea de siliciu în eutectic și face ramurile dendritelor soluției α mai subțiri.

În acest caz, proprietățile mecanice cresc semnificativ, prelucrabilitatea și susceptibilitatea la tratament termic se îmbunătățesc. Sodiul este introdus în topitură înainte de turnare fie sub formă de bucăți metalice, fie cu ajutorul sărurilor speciale de sodiu, din care sodiul este transformat în metal ca urmare a reacțiilor de schimb ale sărurilor cu aluminiul topiturii.

În prezent, în aceste scopuri sunt utilizate așa-numitele fluxuri universale, care realizează simultan un efect de rafinare, degazare și modificare asupra metalului. Compozițiile fluxurilor și principalii parametri de prelucrare vor fi dați în detaliu la descrierea tehnologiei de topire a aliajelor de aluminiu.

Cantitatea de sodiu necesară pentru modificare depinde de conținutul de siliciu în silumin: la 8-10% Si, este necesar 0,01% Na, la 11-13% Si - 0,017-0,025% Na. Cantitățile excesive de Na (0,1-0,2%) sunt contraindicate, deoarece acest lucru nu are ca rezultat măcinarea, ci, dimpotrivă, îngroșarea structurii (supra-modificare) și proprietățile se deteriorează brusc.

Efectul de modificare se menține atunci când este ținut înainte de turnarea în forme de nisip timp de până la 15-20 de minute și la turnarea în forme metalice - până la 40-60 de minute, deoarece sodiul se evaporă în timpul ținerii pe termen lung. Controlul practic al modificării este de obicei efectuat prin apariția unei fracturi a unei probe cilindrice turnate de-a lungul unei secțiuni transversale echivalente cu grosimea turnării. O fractură uniformă, cu granulație fină, mătăsoasă cenușie indică o modificare bună, în timp ce o fractură grosieră (cu cristale de siliciu lucioase vizibile) indică o modificare insuficientă. La turnarea siluminilor care conțin până la 8% Si în forme metalice care favorizează cristalizarea rapidă a metalului, nu este necesară introducerea de sodiu (sau se introduce în cantități mai mici), deoarece în astfel de condiții structura este granulată și fără un modificator.

Siluminii hiperutectici (14-25% Si) sunt modificați cu aditivi de fosfor (0,001-0,003%), care rafinează simultan precipitarea primară a siliciului liber și a siliciului în eutectic (α + Si). Cu toate acestea, la turnare, trebuie luat în considerare faptul că sodiul conferă și unele proprietăți negative topiturii. Modificarea determină o scădere a fluidității aliajelor (cu 5-30%). Sodiul crește tendința siluminilor la saturație cu gaz, determinând interacțiunea topiturii cu umiditatea matriței, ceea ce face dificilă obținerea de piese turnate dense. Datorită unei modificări a naturii cristalizării eutecticului, are loc o modificare a contracției. În siluminul eutectic nemodificat, contracția volumetrică se manifestă sub formă de cochilii concentrate și în prezența sodiului - sub formă de porozitate fină împrăștiată, ceea ce face dificilă obținerea de piese turnate dense. Prin urmare, în practică este necesar să se introducă cantitatea minimă necesară de modificator în silumin.

Un exemplu de rafinare a macrogranuleței (macrostructurii) primare a aliajelor prin aditivi este modificarea aliajelor de magneziu. Structura obișnuită de turnare nemodificată a acestor aliaje este granulată cu proprietăți mecanice reduse (10-15%). Modificarea aliajelor ML3, ML4, ML5 și ML6 se realizează prin supraîncălzirea aliajului, tratarea cu clorură ferică sau materiale care conțin carbon. Cea mai comună este modificarea cu aditivi care conțin carbon - magnezit sau carbonat de calciu (cretă). La modificarea unui aliaj, se introduce cretă sau marmură (cretă sub formă de pulbere uscată și marmură sub formă de firimituri mici în cantitate de 0,5-0,6% din masa încărcăturii) în topitura încălzită la 750- 760 folosind un clopoțel în doi sau trei pași °.

Sub influența temperaturii, creta sau marmura se descompune în funcție de reacție

CaCO 3 → CaO + CO2

CO2 eliberat reacţionează cu magneziul conform reacţiei

3Mg + CO 2 → MgO + Mg(C) .

Se crede că carbonul eliberat, sau carburile de magneziu, facilitează cristalizarea din multe centre, rezultând rafinarea cerealelor.

Practica folosirii modificatorilor pe alte aliaje a arătat că o creștere a proprietăților datorită măcinarii granulelor primare turnate se observă numai dacă microstructura aliajului este rafinată simultan, deoarece forma și numărul componentelor microstructurii determină în mare măsură rezistența. proprietățile materialului. Influența modificatorilor depinde de proprietățile și cantitatea acestora, de tipul aliajelor modificate și de vitezele de cristalizare a turnării. De exemplu, introducerea zirconiului într-o cantitate de 0,01-0,1% în bronzul de staniu rafinează foarte mult granulația primară a aliajului. La 0,01-0,02% Zr, proprietățile mecanice ale bronzurilor de staniu cresc semnificativ (pentru BrOC10-2 θ b și δ cresc cu 10-15%). Odată cu o creștere a cantității de modificator peste 0,05%, se menține rafinamentul puternic al macrogranulelor, dar proprietățile scad brusc ca urmare a îngroșării microstructurii. Acest exemplu arată că fiecare aliaj are propriile cantități optime de modificatori care pot avea un efect benefic asupra proprietăților, iar orice abatere de la acestea nu dă efectul pozitiv dorit.

Efectul modificator al aditivilor de titan asupra aliajelor de aluminiu prelucrate, cum ar fi duraaluminiul (D16) și altele, apare doar la rate semnificative de solidificare. De exemplu, la viteze normale de solidificare pentru turnarea semi-continuă a lingourilor, aditivii modificatori de titan rafinează boabele turnate, dar nu îi modifică structura internă (grosimea axelor dendritei) și în cele din urmă nu afectează proprietățile mecanice. Cu toate acestea, în ciuda acestui fapt, se folosește un aditiv de titan, deoarece structura turnată cu granulație fină reduce tendința aliajului de a forma fisuri în timpul turnării. Aceste exemple indică faptul că numele „modificare” nu poate fi înțeles ca o creștere generală a proprietăților unui material. Modificarea este o măsură specifică pentru eliminarea unuia sau altul factor nefavorabil, în funcție de natura aliajului și de condițiile de turnare.

Natura inegală a efectului adăugărilor mici de modificatori asupra structurii și proprietăților diferitelor aliaje și influența multor factori externi asupra procesului de modificare explică într-o anumită măsură absența în prezent a unei explicații unificate general acceptate a acțiunii modificatorilor. . De exemplu, teoriile existente de modificare a siluminilor pot fi împărțite în două grupuri principale - modificatorul modifică fie nuclearea, fie dezvoltarea cristalelor de siliciu în eutectic.

În teoriile primului grup, se presupune că nucleele de siliciu eliberate din topitură în timpul cristalizării sunt dezactivate datorită adsorbției de sodiu pe suprafața lor sau pe suprafața cristalelor primare de aluminiu. Teoriile celui de-al doilea grup iau în considerare solubilitatea foarte scăzută a sodiului în aluminiu și siliciu. Se presupune că din această cauză, sodiul se acumulează în stratul de lichid din jurul cristalelor de siliciu atunci când eutecticul se solidifică și, prin urmare, împiedică creșterea lor din cauza suprarăcirii. S-a stabilit că în aliajul modificat eutecticul este suprarăcit cu 14-33°. În acest caz, punctul eutectic se deplasează de la 11,7% la 13-15% Si. Cu toate acestea, punctul de topire al eutecticului când este încălzit după cristalizare în aliajul modificat și nemodificat este același. Acest lucru sugerează că are loc o suprarăcire adevărată și nu o simplă scădere a punctului de topire prin adăugarea unui modificator. Într-adevăr, faptele de măcinare a eutecticului de silumin în timpul turnării la răcire și a răcirii rapide indică faptul că aceasta poate fi doar o consecință a suprarăcirii crescute și a unei rate de solidificare crescute, la care difuzia siliciului pe distanțe lungi este imposibilă. Datorită suprarăcirii, cristalizarea se desfășoară foarte repede, din multe centre, din cauza aceasta, se formează o structură dispersată.

În unele cazuri, se crede că sodiul reduce energia de suprafață și tensiunea interfacială la interfața aluminiu-siliciu.

Modificarea boabelor turnate (macro) este asociată cu formarea în topitură înainte de cristalizare sau în momentul cristalizării a numeroase centre de cristalizare sub formă de nuclee refractare, constând din compuși chimici ai modificatorului cu componente din aliaj și având parametri structurali de rețea similari la structura aliajului care se modifică.

N. E. Kalinina, V. P. Beloyartseva, O. A. Kavac

MODIFICAREA ALIEJURILOR DE ALUMINIU DE TURNARE CU COMPOZIȚII DE PULBERE

Este prezentată influența modificatorilor refractari dispersi asupra structurii și proprietăților aliajelor de aluminiu turnate. A fost dezvoltată o tehnologie pentru modificarea aliajelor de aluminiu ale sistemului L!-81-Md cu un modificator de pulbere de carbură de siliciu.

Introducere

Dezvoltarea de noi componente ale tehnologiei rachetelor și spațiale pune sarcina de a crește rezistența structurală și rezistența la coroziune a aliajelor de aluminiu turnate. Vehiculele de lansare ucrainene folosesc silumini ale sistemului aluminiu-siliciu, în special aliaje AL2, AL4 și AL4S, ale căror compoziții chimice sunt prezentate în tabelul 1. Aliajele AL2 și AL4S sunt folosite pentru turnarea pieselor critice care alcătuiesc unitatea turbopompă a unui motor rachetă. Analogii străini ai siluminilor domestice sunt aliajele 354, C355 ale sistemului A!-B1-Si-Md, aliajele 359 ale sistemului A!-B1-Md și A357 ale sistemului A!-B1-Md-Be, care sunt utilizate. pentru turnarea carcaselor pentru unități electronice și sisteme de ghidare rachete.

Rezultatele cercetării

Îmbunătățirea caracteristicilor mecanice și de turnare ale aliajelor de aluminiu poate fi realizată prin introducerea de elemente modificatoare. Modificatorii pentru aliajele de aluminiu turnate sunt împărțiți în două grupuri fundamental diferite. Primul grup include substanțe care creează o suspensie foarte dispersă în topitură sub formă de compuși intermetalici, care servesc drept substrat pentru cristalele rezultate. Al doilea grup de modificatori include agenți tensioactivi, al căror efect este redus la adsorbție pe fețele cristalelor în creștere și, prin urmare, inhibă creșterea acestora.

Modificatorii de primul fel pentru aliajele de aluminiu includ elementele I, 2g, B, Bb, care sunt incluse în compoziția aliajelor studiate în cantități de până la 1% în greutate. Cercetările sunt în curs de desfășurare privind utilizarea unor metale refractare precum BS, H11, Ta, V ca modificatori de primul tip. Modificatorii de al doilea tip sunt sodiul,

potasiu și sărurile lor, care sunt utilizate pe scară largă în industrie. Direcțiile promițătoare includ utilizarea unor elemente precum Kb, Bg, Te, Fe ca modificatori de al doilea fel.

Noi direcții în modificarea aliajelor de aluminiu turnate sunt urmărite în domeniul utilizării modificatorilor de pulbere. Utilizarea unor astfel de modificatori facilitează procesul tehnologic, este prietenoasă cu mediul și duce la o distribuție mai uniformă a particulelor introduse pe secțiunea transversală a turnării, ceea ce crește proprietățile de rezistență și caracteristicile de ductilitate ale aliajelor.

De remarcat rezultatele cercetărilor lui G.G. Kruşenko. Modificatorul de pulbere carbură de bor B4C a fost introdus în compoziția aliajului AL2. Ca rezultat, s-a obținut o creștere a ductilității de la 2,9 la 10,5% cu o creștere a rezistenței de la 220,7 la 225,6 MPa. În același timp, dimensiunea medie a macrogranulelor a scăzut de la 4,4 la 0,65 mm2.

Proprietățile mecanice ale siluminilor hipoeutectice depind în principal de forma siliciului eutectic și a eutecticilor multicomponent, care au forma de „caractere chinezești”. Lucrarea prezintă rezultatele modificării aliajelor sistemului A!-B1-Cu-Md-2n cu particule de nitrură de titan TiN cu dimensiuni mai mici de 0,5 microni. Un studiu al microstructurii a arătat că nitrura de titan este localizată în matricea de aluminiu, de-a lungul granițelor granulelor, lângă plachetele de siliciu și în interiorul fazelor care conțin fier. Mecanismul de influență a particulelor de TiN dispersate asupra formării structurii siluminilor hipoeutectice în timpul cristalizării este că cea mai mare parte a acestora este împinsă de frontul de cristalizare în faza lichidă și participă la măcinarea componentelor eutectice ale aliajului. Calculele au arătat că atunci când se utilizează

Tabelul 1 - Compoziția chimică

Calitatea aliajului Fracția de masă a elementelor, %

A1 Si Mg Mn Cu Zn Sb Fe

AL2 Baza 10-13 0,1 0,5 0,6 0,3 - 1,0

AL4 8,0-10,5 0,17-0,35 0,2-0,5 0,3 0,3 - 1,0

AL4S 8,0-10,5 0,17-0,35 0,2-0,5 0,3 0,3 0,10-0,25 0,9

© N. E. Kalinina, V. P. Beloyartseva, O. A. Kavac 2006

formarea particulelor de nitrură de titan cu o dimensiune de 0,1-0,3 microni și când conținutul lor în metal este de aproximativ 0,015% în greutate. distribuţia particulelor a fost de 0,1 µm-3.

Publicația discută modificarea aliajului AK7 cu particule refractare dispersate de nitruri de siliciu 813^, în urma căreia se obțin următoarele proprietăți mecanice: stB = 350-370 MPa; 8 = 3,2-3,4%; HB = 1180-1190 MPa. Când se introduc particule de nitrură de titan în aliajul AK7 într-o cantitate de 0,01-0,02% în greutate. rezistența temporară la tracțiune crește cu 12,5-28%, alungirea relativă crește de 1,3-2,4 ori față de starea nemodificată. După modificarea aliajului AL4 cu particule dispersate de nitrură de titan, rezistența aliajului a crescut de la 171 la 213 MPa, iar alungirea relativă a crescut de la 3 la 6,1%.

Calitatea compozițiilor de turnătorie și posibilitatea producerii acestora depind de o serie de parametri, și anume: umecbilitatea fazei dispersate de către topitură, natura particulelor dispersate, temperatura mediului dispersat și modurile de amestecare a metalului. se topesc la introducerea particulelor. O bună umectabilitate a fazei dispersate se realizează, în special, prin introducerea de aditivi metalici activi de suprafață. În această lucrare, am studiat efectul aditivilor de siliciu, magneziu, antimoniu, zinc și cupru asupra asimilării particulelor de carbură de siliciu din fracția de până la 1 micron de către aluminiul lichid de grad A7. Pulberea BYU a fost introdusă în topitură prin amestecare mecanică la o temperatură de topire de 760±10 °C. Cantitatea de aluminiu introdusă a fost de 0,5% în greutate aluminiu lichid.

Antimoniul afectează oarecum absorbția particulelor de BYU administrate. Elementele care produc aliaje de compoziție eutectică (B1, 2p, Cu) cu aluminiu îmbunătățesc absorbția. Acest efect aparent este asociat nu atât cu tensiunea superficială a topiturii, cât cu umecbilitatea particulelor SC de către topitură.

O serie de topituri experimentale ale aliajelor de aluminiu AL2, AL4 și AL4S, în care au fost introduși modificatori de pulbere, a fost efectuată la Întreprinderea de Stat PA „Yuzhny Mashinostroitelny Zavod”. Topirea a fost efectuată într-un cuptor cu inducție SAN-0,5 cu turnare în matrițe din oțel inoxidabil. Microstructura aliajului AL4S înainte de modificare constă din dendrite grosiere ale soluției α-solide de aluminiu și eutecticul α(D!)+B1. Modificare cu carbură de siliciu BS

a făcut posibilă rafinarea semnificativă a dendritelor soluției a-solide și creșterea dispersiei eutecticului (Fig. 1 și Fig. 2).

Proprietățile mecanice ale aliajelor AL2 și AL4S înainte și după modificare sunt prezentate în tabel. 2.

Orez. 1. Microstructura aliajului AL4S înainte de modificare, x150

Orez. 2. Microstructura aliajului AL4S după modificarea B1S, x150

Tabelul 2 - Proprietăți mecanice

Calitatea aliajului Metoda de turnare Tip de tratament termic<зВ, МПа аТ, МПа 8 , % НВ

AL2 Chill T2 147 117 3,0 500

AL2, modificat 8Yu Chill 157 123 3,5 520

AL4S Chill T6 235 180 3,0 700

AL4S, modificat 8Yu Chill 247 194 3,4 720

În această lucrare a fost studiat efectul temperaturii asupra gradului de asimilare a particulelor refractare T1C și B1C. S-a stabilit că gradul de asimilare a particulelor de pulbere de către topitura AL4S se modifică brusc cu temperatura. În toate cazurile, absorbția maximă a fost observată la o temperatură specifică unui aliaj dat. Astfel, asimilarea maximă a particulelor Tiu a fost realizată la temperatura de topire

700......720 °C, la 680 °C absorbția scade. La

Când temperatura crește la 780......790 °C, absorbția TI scade de 3......5 ori și continuă să scadă odată cu o creștere suplimentară a temperaturii. O dependență similară a asimilării de temperatura de topire a fost obținută pentru BU, care are un maxim la 770 °C. O trăsătură caracteristică a tuturor dependențelor este o scădere bruscă a absorbției la intrarea în regiunea cu două faze a intervalului de cristalizare.

Distribuția uniformă a particulelor de carbură de siliciu dispersate în topitură este asigurată prin agitare. Odată cu creșterea timpului de amestecare, gradul de absorbție al particulelor dispersate se înrăutățește. Aceasta indică faptul că particulele asimilate inițial de topitură sunt ulterior îndepărtate parțial din topitură. Probabil că acest fenomen poate fi explicat prin acțiunea forțelor centrifuge, împingând particule străine dispersate, în acest caz BS, spre pereții creuzetului, iar apoi aducându-le la suprafața topiturii. Prin urmare, în timpul topirii, agitarea nu a fost efectuată continuu, ci a fost reluată periodic înainte de a selecta porțiuni de metal din cuptor.

Proprietățile mecanice ale siluminilor sunt afectate semnificativ de mărimea particulelor modificatorului introdus. Rezistența mecanică a aliajelor de turnare AL2, AL4 și AL4S crește liniar pe măsură ce dimensiunea particulelor modificatorilor de pulbere scade.

Ca urmare a celor teoretice și experimentale

Studiile experimentale au dezvoltat regimuri tehnologice pentru producerea aliajelor de aluminiu turnate de înaltă calitate modificate cu particule de pulbere refractară.

Studiile au arătat că atunci când particulele dispersate de carbură de siliciu sunt introduse în aliajele de aluminiu AL2, AL4, AL4S, structura siluminilor este modificată, siliciul primar și eutectic este zdrobit și ia o formă mai compactă, dimensiunea granulelor soluției a-solide. de aluminiu scade, ceea ce duce la o creștere a caracteristicilor de rezistență ale aliajelor modificate cu 5-7%.

Bibliografie

1. Fridlyander I.N. Metalurgia aluminiului și aliajele sale. - M.: Metalurgie, 1983. -522 p.

2. Kruşenko G.G. Modificarea aliajelor aluminiu-siliciu cu aditivi sub formă de pulbere // Materiale ale Conferinței științifice a II-a Uniune „Modele de formare a structurii aliajelor de tip eutectic”. - Dnepropetrovsk, 1982. - P. 137-138.

3. Mihailenkov K.V. Formarea structurii aluminiului care conține particule dispersate de nitrură de titan // Procese de turnare. - 2001. -№1.- P. 40-47.

4. Chernega D.F. Influența particulelor refractare dispersate în topitură asupra cristalizării aluminiului și siluminului // Producția de turnătorie, 2002. - Nr. 12. - P. 6-8.

Primit de redactor la 6 mai 2006.

Se dă infuzia de modificator refractar dispers1v în structura acelei puteri-est! Livarnyh aluminiu1n1evih aliaj1v. Modificarea tehnologică a aliajului de aluminiu în sistemul Al-Si-Mg a fost finalizată cu un modificator de pulbere de siliciu carb1d.

Este dată influența modificatorilor refractari fini asupra structurii și proprietăților aliajelor de aluminiu de turnătorie. Este dezvoltată tehnologia de modificare a aliajelor de aluminiu ale sistemului Al-Si-Mg prin carbura modificatoare de pulbere de siliciu.

În stadiul inițial de dezvoltare a aliajelor de aluminiu, sa observat că impuritățile mici sau aditivii speciali de titan (suțimi sau zecimi de procent) rafinează puternic granulația aluminiului turnat. În 1914, K. Schirmeister a publicat un articol în care a arătat efectul benefic al micilor adaosuri de titan asupra structurii de fractură a lingourilor mici de aluminiu. Efectul de rafinare a granulelor de aluminiu turnat prin introducerea de aditivi speciali a fost numit modificare.

În lucrările ulterioare pe scară largă privind modificarea aliajelor de aluminiu, s-a constatat că, pe lângă titan, boabele de aluminiu sunt zdrobite în timpul cristalizării prin mici adaosuri de zinc, wolfram, molibden, bor, reniu, tantal, hafniu, vanadiu, scandiu, stronțiu și, într-o măsură mult mai mică, fier, nichel, crom, mangan.

Datorită importanței mari a fenomenelor de suprafață în procesele de modificare, cercetătorii au încercat să determine criterii pentru activitatea de suprafață care să permită selectarea modificatorilor necesari pentru o anumită modificare a structurii.

Pe baza experimentelor lui A.M. Korolkov a propus raportul dintre volumele atomice ale aditivului ca criteriu U dși solvent V p. Dacă U d > U r, atunci aditivul este activ la suprafață. Pe baza acestui criteriu, a obținut date privind evaluarea activității anumitor aditivi la aluminiu la concentrații cuprinse între miimi și sutimi de procent până la 10-20%. S-a demonstrat că litiul, calciul, magneziul, staniul, plumbul, antimoniul și bismutul sunt activi la suprafață față de aluminiu. Aliarea aluminiului cu cupru, crom, germaniu și argint nu a condus la o schimbare vizibilă a tensiunii superficiale.

V.N. Elagin a demonstrat că rafinarea granulelor de aluminiu în timpul cristalizării este rezultatul unei interacțiuni speciale a metalelor de tranziție cu aluminiul.

În tabel Tabelul 1.3 prezintă rezultatele care ilustrează influența celor mai puternici modificatori (titan, tantal, bor, zinc) la turnarea aluminiului A99 într-o matriță de răcire.

Tabelul 1.3

Rezultatele influenței celor mai puternici modificatori

Potrivit lui V.I. Napalkova și S.V. Makhov, structura aluminiului pur și aliajele sale depinde de mulți parametri, care pot fi împărțiți în două grupuri. Primul grup de parametri este determinat de proprietățile fizico-chimice ale particulelor modificatoare refractare. Luate împreună, aceste proprietăți sunt exprimate prin natura chimică, factori structurali, dimensionali și de adsorbție. Al doilea grup ar trebui să includă regimul temperatură-timp al aliajelor de topire și turnare, concentrația modificatorului, viteza de răcire a lingoului și dimensiunea particulelor intermetalului și dov.

Conform mecanismului de influență asupra cristalizării topiturii, toți modificatorii sunt împărțiți în două clase: nucleare și acțiune activă de suprafață, iar modificatorii de primă clasă sunt cei mai importanți pentru rafinarea cerealelor.

Modificatorul ideal este o particulă care îndeplinește următoarele cerințe: trebuie să măcine eficient boabele la o concentrație minimă; în topitură să fie într-o stare termic stabilă și dispersată; au diferență structurală minimă cu rețeaua aliajului de modificare; nu-și pierde proprietățile modificatoare în timpul topirii. Niciunul dintre modificatorii cunoscuți în prezent nu are întreaga gamă a acestor proprietăți.

Lucrarea prezintă următorul mecanism de modificare a aluminiului și a aliajelor acestuia. Atunci când un element modificator este introdus în topitura de aluminiu, apar fenomene de fluctuație, ducând la formarea unui pre-nucleu, a cărui formare se datorează prezenței particulelor în suspensie, cum ar fi oxid de aluminiu, carbură de titan și altele cu dimensiunea de mai puțin de 1-2 microni. Fenomenele de fluctuație apar ca urmare a suprarăcirii termice a topiturii, a cărei amploare este determinată de tipul elementului modificator. Cu cât valoarea suprarăcirii termice este mai mare, cu atât este mai mare numărul de fluctuații și cu atât este mai mare numărul de impurități prezente în topitură. Capacitatea de modificare a elementelor este determinată de interacțiunea electronilor lor de valență cu electronii de valență ai aluminiului. Această interacțiune se datorează capacității electronilor de valență ai doi atomi de a se colectiviza pentru a forma un gaz de electroni determinat de potențialul de ionizare.

Majoritatea autorilor notează că prin adăugarea a 0,10-0,15% Ti la aluminiul de înaltă puritate și 0,07% Ti la aluminiul turnat cu puritate tehnică la temperaturi de 690-710 ° C, se realizează o modificare vizibilă. Rafinarea granulelor deosebit de puternică se observă cu introducerea a 0,20% Ti sau mai mult.

Lucrarea examinează efectul borului asupra rafinării cerealelor, dar în principal adăugarea de bor este utilizată pentru aluminiul utilizat în industria electrică. R. Kissling și J. Wallas notează că la o temperatură de topire de 690-710 ° C, cea mai eficientă adăugare este 0,04% B imediat înainte de turnare.

În aliajele forjate ale sistemelor Al-Mg și Al-Mn, adăugarea a 0,07% Ti asigură producerea unei structuri cu granulație fină în lingouri turnate prin metoda continuă și o structură recristalizată cu granulație fină în foi.

M.V. Maltsev și colegii săi au descoperit cel mai mare rafinament al cerealelor în lingourile de aliaje de aluminiu forjat la o concentrație de titan de 0,05-0,10%. Dependența obținută a rafinării granulelor de aluminiu de concentrația de titan a fost explicată prin natura diagramei de fază aluminiu-titan. Analiza acestei dependențe a arătat că pe curba „număr de boabe - aditiv” apare o inflexiune caracteristică, a cărei poziție este asociată cu formarea de cristale de TiAl 3 la o concentrație de titan mai mare de 0,15%. Cel mai puternic efect asupra structurii aluminiului se observă la concentrații de titan de 0,15-0,30%. Când conținutul de titan este mai mic de 0,15%, rafinamentul granulului de aluminiu este practic foarte mic. Acest lucru se datorează distribuției neuniforme a aditivilor în macrovolume ale aliajului lichid. La o concentrație de titan mai mare de 0,30%, are loc o ușoară măcinare, iar la o concentrație de 0,70% și mai mult, boabele de aluminiu devin mai mari. În produsele semifabricate din aliaje de aluminiu modificate, datorită eliminării zonei în structură, proprietățile mecanice sunt netezite, iar valorile acestora cresc cu 10-20% față de semifabricatele din aliaje modificate. După cum a stabilit de M.V. Maltsev și colegii săi, se obține o structură cu granulație fină a turnării de aluminiu cu introducerea a 0,05-0,10% B. Cel mai puternic rafinament al boabelor de aluminiu se observă cu adăugarea a 0,20% B și cu o creștere suplimentară a concentrația de bor, boabele se aspru din nou.

Adăugați bor în cantitate de 0,05-0,10 % în aliajul B95 reduce semnificativ granulația în lingouri, în timp ce rezistența la tracțiune a semifabricatelor cu adaos de bor este cu 15-20 MPa mai mare în comparație cu semifabricatele din lingourile modificate. Introducerea borului în cantități mai mari decât cele indicate duce la o scădere bruscă a ductilității semifabricatelor din aliajul B95.

Primele experimente privind rafinarea granulelor de aliaje de aluminiu cu adaosuri combinate de titan și bor au fost efectuate de A. Kibula și colegii săi de la Asociația Britanică pentru Cercetarea Metalelor Neferoase. În această lucrare, pentru a obține efectul optim de modificare, se recomandă următoarele concentrații: 0,01-0,03% Ti și 0,003-0,010% B. Deoarece aluminiul pur nu conține impurități, este cel mai dificil de modificat. Compania Cavecchi recomandă adăugarea a 0,0025-0,0075% Ti și 0,0005-0,0015% B la aluminiu pur și 0,003-0,015% Ti și 0,0006-0,0003% B la aliajele de aluminiu forjat. Pe măsură ce dimensiunea lingoului trebuie crescută, adaosurile de lingouri trebuie crescute. Aliajul trebuie introdus numai în aluminiul primar și adăugat la topitură cu 15-20 de minute înainte de începerea turnării.

Procesul de modificare s-a bazat pe A. Kibula și mai târziu pe M.V. Maltsev, când a studiat rafinarea cerealelor în lingourile de aliaj de aluminiu cu adaos de titan și împreună titan și bor, a stabilit teoria nucleării. După cum s-a stabilit, în timpul cristalizării aliajelor fără aditivi de titan are loc suprarăcirea, a cărei valoare ajunge la 1-2 °C, în timp ce la introducerea a 0,002-0,100% Ti nu se observă suprarăcire. În acest caz, se obține o structură cu granulație fină pe secțiunea transversală a lingoului. Toate acestea au dat motive să credem că boabele sunt zdrobite din cauza prezenței nucleelor, pe care începe cristalizarea topiturii. Astfel de particule pot fi carburi, boruri și aluminuri ale metalelor de tranziție, având parametri de rețea corespunzători parametrului de rețea a soluției solide de aluminiu (4,04 A).

Potrivit lui A. Kibula, aditivul introdus ca modificator trebuie să îndeplinească următoarele cerințe:

• stabilitate suficientă în aluminiu topit la temperaturi ridicate fără modificarea compoziției chimice;
• punctul de topire al aditivului este mai mare decât punctul de topire al aluminiului;
• corespondența structurală și dimensională dintre rețelele de aditiv și aluminiu;
• formarea de legături de adsorbție suficient de puternice cu atomii topiturii modificatoare.

Criteriul pentru rezistența acestor legături, aparent, poate fi tensiunea superficială la interfața topitură-particulă solidă. Cu cât tensiunea superficială este mai mare, cu atât particula este mai rău umezită de faza lichidă și cu atât este mai puțin probabil să se utilizeze particula ca centru de cristalizare. Lucrările pe un număr mare de sisteme au arătat că activitatea catalitică a substratului în ceea ce privește nuclearea este determinată nu de valoarea potrivirii rețelei, ci de natura chimică a substratului.

Studiind aliajul industrial A1-5TMV produs de compania „Kavekki”, autorii lucrării au ajuns la concluzia că rafinarea granulelor de aliaje de aluminiu este asociată cu formarea particulelor de TiAl 3 datorită corespondenței structurale și dimensionale a rețelei lor. la rețeaua soluției solide de aluminiu. Cristalele de diborură de titan și aluminură de bor nu participă la procesul de modificare, așa cum arată rezultatele analizei microscopice electronice. Adăugarea de bor în aliajul de aluminiu-titan favorizează formarea aluminurii la concentrații

Experimentele au arătat că gradul maxim de modificare este observat la un raport de concentrație de titan și bor de 5:1; cu rapoarte mai mari sau mai mici, efectul de modificare scade. Evident, modificarea are loc atunci când predomină aluminura de titan, deși borurile pot fi și nuclee în timpul solidificării aluminiului. Principala diferență dintre aceste două tipuri de nuclee este că solidificarea aluminiului pe aluminură de titan are loc fără suprarăcire, în timp ce pentru boruri este necesară o suprarăcire.

Majoritatea cercetătorilor susțin că efectul de modificare este determinat de raportul dintre titan și bor. Deci, în lucrare, acest lucru se explică prin faptul că introducerea unui aliaj principal care conține 2,2% Ti și 1% B în topitura de aluminiu oferă același efect de modificare ca și adăugarea unui aliaj principal care conține 5% Ti și 1% B. Dar în aliajul Al-2,2Ti-lB aluminura de titan este prezentă în cantități mici sau absentă, iar constituentul principal este diborura de titan, care servește ca nucleu pentru solidificarea aluminiului. În aliajul A1-5Ti-lB, modificatorul principal este aluminura de titan, al cărei nucleu este diborura de titan. Se poate acumula de-a lungul frontului de cristalizare și poate dizolva o cantitate limitată de aluminiu. Potrivit lui D. Collins, aluminura de titan și alte intermetalide formate ca urmare a reacției peritectice sunt modificatori foarte eficienți și rafinează granulele chiar și la viteze scăzute de răcire.

După cum subliniază J. Morisot, procesul de modificare este foarte influențat de viteza de cristalizare, prezența componentelor de aliere, care extind intervalul de cristalizare a aliajului și creează suprarăcirea de concentrație, precum și suprarăcirea termică în topitura din apropierea interfeței.

Lucrarea conturează următorul mecanism de măcinare a cerealelor. Înainte de frontul de cristalizare, topitura conține o cantitate suficientă de particule primare de TiB 2, ZrB 2 etc. În aliajul Al-Ti-B, modificatorul principal este particula de TiB 2, a cărei rețea este similară ca structură și dimensiunea grilei de aluminiu. Solidificarea aluminiului pe particule de diborură de titan este posibilă numai cu suprarăcire egală cu 4,8 °C. Un strat cu o concentrație crescută de titan se formează lângă borură de titan datorită difuziei sale din borură. Formarea unui strat cu o concentrație crescută de titan face posibilă explicarea de ce raportul dintre titan și bor din aliajul principal depășește raportul stoechiometric corespunzător în compusul TiB2. Factorul de dimensiune dintre nucleu și baza aliajului nu este decisiv, cel puțin pentru boruri.

Trebuie remarcat faptul că datele experimentale privind suprarăcirea topiturii în prezența aditivilor modificatori sunt inconsistente. Lucrarea arată că suprarăcirea în aliajele de aluminiu cu 0,3-0,8% Ti este o fracțiune de grad. În acest caz, aliajele cu titan care traversează orizontala peritectică se caracterizează printr-o suprarăcire mai mare decât cele extraperitectice.

Lucrarea a realizat un studiu al efectului aditivilor de titan asupra suprarăcirii aluminiului într-un volum de 10 μm 3 la o viteză de îndepărtare a căldurii de 5-10 °C/min. Adăugarea de 0,025% Ti a redus suprarăcirea aluminiului de la 47 la 16 °C. Gradul de suprarăcire este, de asemenea, afectat semnificativ de volumul topiturii. Măsurați direct temperatura topiturii suprarăcite și ajustați rata de îndepărtare a căldurii pentru a obține rezultate reproductibile V.I. Danilov recomandă în volume de 0,25-0,50 cm 3.

Potrivit cercetătorului japonez A. Ono, motivul măcinării boabelor primare este factorul care determină apariția cristalelor echiaxiale. Folosind exemplul aliajului Al-Ti, se arată că răcirea rapidă în sine nu duce la formarea de cristale echiaxiale în zona de răcire rapidă. Pentru a le forma, este necesar să amestecați topitura. În acest caz, creșterea cristalelor depuse pe pereții cristalizatorului în timpul procesului de solidificare este oprită. Datorită suprarăcirii și modificărilor concentrației soluției, creșterea cristalelor pe peretele cristalizatorului este limitată, iar tensiunile de tracțiune acționează la baza lor. Ca urmare, cristalele sunt separate de pereții cristalizatorului și se formează o structură echiaxială. A. Consideră că în măcinarea boabelor, rolul principal îl joacă efectul de învăluire a bazelor cristalelor crescute pe pereții cristalizatorului cu elemente modificatoare; acest lucru se observă și atunci când se introduc modificatori. Titanul învăluie bazele cristalelor, ceea ce accelerează separarea acestora de pereții cristalizatorului și este o impuritate pentru aluminiu care este capturată selectiv de cristalele în creștere. Ca urmare, se observă segregarea titanului la bazele cristalelor, ceea ce face ca cristalele să învelească și să le inhibe creșterea. Astfel, în studii, încetinirea creșterii cristalelor se explică prin segregarea elementelor dizolvate în timpul procesului de solidificare și amestecarea topiturii în timpul solidificării.

Există o altă modalitate originală de a controla procesul de cristalizare, în special a turnărilor cu pereți groși, dezvoltată în detaliu în raport cu turnarea oțelului. În acest caz, răcirea bruscă a topiturii în întregul său volum este realizată prin introducerea de pulberi metalice în fluxul de metal în timpul turnării într-o matriță sau altă matriță. În timpul solidificării suspensiei, datorită răcirii puternice a topiturii pe întregul volum, se dezvoltă viteze mari de creștere a cristalelor din multe centre de cristalizare formate simultan. În acest caz, se observă cristalizarea volumetrică a lingoului.

Recent, turnarea în suspensie a fost folosită pentru a elimina structura coloanei, porozitatea axială, segregarea și fisurile la cald în turnările din oțel. De asemenea, va fi testat ca mijloc de îmbunătățire a structurii pieselor turnate din aliaj de aluminiu. Atunci când alegeți microfrigidere, se recomandă respectarea principiului corespondenței cristalografice, adică materialul microfrigiderelor trebuie să fie identic sau apropiat în caracteristicile sale cristalografice de aliajul prelucrat. Pentru cel mai mare efect, este necesar ca temperatura de topire a microfrigiderelor să fie apropiată de temperatura de topire a aliajului procesat.

De asemenea, este posibil să se introducă în capul lingoului corpuri solide de aceeași compoziție ca aliajul turnat, care, la topire, iau o parte din căldură din puțul de lichid al lingoului. E. Sheil a realizat rafinarea eficientă a granulelor de aliaje de aluminiu prin adăugarea de sârmă sau bandă de o anumită grosime în fluxul de aliaj turnat. Până la această oră în țara noastră V.I. Danilov a studiat în detaliu mecanismul de rafinare a cerealelor în lingouri din diferite aliaje prin introducerea materialului de sămânță.

V.E. În 1940, Neumark a propus utilizarea unei sămânțe din același metal ca și topitura pentru a rafina structura lingoului. Sămânța a fost introdusă sub formă de bucăți sau chipsuri într-o cantitate de 1-2% într-o topitură ușor supraîncălzită înainte de a fi turnată în matriță. Influența semințelor asupra structurii lingoului depinde de temperatura de supraîncălzire a topiturii, de minuțiozitatea amestecării semințelor în topitură și de metoda de turnare. Metalele pure sunt mai greu de rafinat cerealele folosind semințe decât aliajele. O circumstanță importantă este valoarea tensiunii superficiale la interfața cristal-topire, prin urmare, cu cât tensiunea superficială este mai mică, cu atât este mai mică munca de formare a unui nucleu cristalin și cu atât este mai mare probabilitatea de a obține un lingot fin-cristalin. Posibilitatea de a folosi o sămânță pentru anumite metale și aliaje este determinată de gradul de dezactivare a impurităților atunci când topitura este supraîncălzită. Cu cât temperatura de dezactivare este mai mare, cu atât efectul semințelor asupra structurii lingoului este mai eficient. Pentru creșterea temperaturii s-a folosit o sămânță care conținea o cantitate mică dintr-un element care modifică structura lingoului: sămânța a fost realizată din aluminiu cu 0,5% Ti. Utilizarea unei astfel de semințe a condus la o rafinare mai semnificativă a structurii de aluminiu decât atunci când se folosește o sămânță de titan.

Studiile privind rafinarea structurii aliajului D16 cu o tijă de aceeași compoziție au arătat că, odată cu introducerea unei cantități constante de material de umplutură, efectul rafinării cerealelor scade odată cu creșterea temperaturii în intervalul 670-720 ° C. La temperaturi mai ridicate de turnare există foarte puțină măcinare. Creșterea cantității de material adăugat îmbunătățește rafinarea cerealelor în măsura în care scade temperatura de turnare. Aceste rezultate sunt în deplin acord cu cele elaborate de G.F. Ideile lui Balandin despre efectul de modificare și însămânțare al fragmentelor din faza solidă într-un aliaj de cristalizare.

Studiile prezentate în lucrări arată în mod convingător influența ereditară a structurii granulare a lingourilor de aliaj de aluminiu asupra structurii și proprietăților semifabricatelor realizate din acestea. Deoarece cerințele de calitate pentru produsele fabricate din aliaje de aluminiu forjat sunt stricte, este foarte important să se evalueze corect fezabilitatea utilizării unei anumite metode de modificare și să se găsească modalități de a depăși aspectele negative ale acesteia. O mare varietate de aliaje de aluminiu forjat și caracteristicile procesului tehnologic de producere a lingourilor, precum și o gamă largă de semifabricate din aceste aliaje necesită o abordare diferențiată a alegerii metodei de modificare, ținând cont de restricțiile privind conținutul de impurități, susceptibilitatea diferită a aliajelor la formarea unei structuri columnare și precipitarea compușilor intermetalici primari de cristalizare. Adesea în practica fabricii este necesar să se găsească modalități de eliminare a structurii echiaxiale neomogene sau grosiere a lingourilor. Problema concentrației optime și a fezabilității utilizării unuia sau altuia modificator la turnarea lingourilor de diferite dimensiuni nu poate fi considerată rezolvată. În plus, oamenii de știință caută noi materiale care au o capacitate mare de modificare și au o compoziție chimică apropiată de aliajul care este modificat. Astfel de materiale pot fi obținute prin metode combinate de turnare și formare a metalelor. În special, a fost propusă o tehnologie pentru producerea unei benzi de ligatură utilizată la modificarea lingourilor de aluminiu pentru a forma o structură cu granulație fină în ele. Această tehnologie constă în utilizarea unui proces combinat de cristalizare de mare viteză și deformare plastică la cald a piesei de prelucrat rezultată, având ca rezultat zdrobirea suplimentară a particulelor intermetalice formate în timpul cristalizării. În plus, sunt prevăzute condiții pentru formarea structurilor subgranulare fin diferențiate ale bazei benzii de ligatură (tijă, bandă), ceea ce reprezintă un efect suplimentar de modificare.

Conform datelor cunoscute, cel mai fin granul de aluminiu este de 0,13-0,20 mm (respectiv, numărul de boabe într-o zonă de 1 cm 2 a unei secțiuni este de 6000 și 2300) se obține atunci când se utilizează cel mai bun Al-Ti-B ligatura tijei de la compania " Cavecchi". Un avantaj semnificativ al microstructurii aliajului master experimental realizat din aliaje ale sistemului Al-Ti-B, în comparație cu aliajul master al tijei de la Cavecchi, a fost predominarea morfologiei globulare a particulelor de TiAl 3 cu dimensiuni mai mici și mult mai mult. distribuția uniformă a acestor particule în volumul matricei de aluminiu. Particulele individuale în formă de placă prezente în structură sunt fragmentate în blocuri, a căror dimensiune nu depășește 10 microni. Acest avantaj este confirmat de analiza structurii fine a benzii de aliaj experimental (dimensiunea subgranelor în secțiunea transversală a variat între 0,17 și 0,33 μm, iar dimensiunea particulelor diborurilor de titan a fost 0,036-0,100 μm). Studiile structurii fine a benzii de aliaj au arătat că combinația dintre cristalizarea de mare viteză a topiturii și deformarea continuă a părții solidificate a metalului formează o structură sub-granulație fină. Dimensiunea medie a secțiunii transversale a subgranelor este de ~0,25 µm.

Astfel, lingourile de aluminiu modificate cu un aliaj master obținut prin metoda propusă se caracterizează printr-o rafinare accentuată a structurii granulelor. Ca material pentru banda de aliaj pot fi utilizate aliaje de aliaj ale sistemului Al-Ti-B sau aluminiu tehnic sau de înaltă puritate. În aceste din urmă cazuri, la modificarea unui lingou de aluminiu, rafinarea cerealelor este asigurată în timp ce se elimină contaminarea cu impurități, inclusiv cu compuși intermetalici care provoacă ruperea unei benzi subțiri (folii) în timpul laminarii.

Utilizarea tehnologiei dezvoltate, inclusiv topirea aliajului principal, supraîncălzirea, menținerea la o temperatură de supraîncălzire și cristalizarea accelerată pe suprafața rolelor de cristalizator răcite cu apă, care au fost utilizate ca role de laminor, a făcut posibilă combinarea continuă de înaltă calitate. cristalizarea rapidă a benzii cu deformarea sa plastică la cald într-un singur proces. Rezultatele studiilor privind modificarea aluminiului cu materiale aliaje obținute folosind tehnologia propusă sunt prezentate în tabel. 1.4. Analizându-le, se poate observa că utilizarea materialelor aliaje obținute cu ajutorul tehnologiei combinate de turnare și tratare sub presiune dă nu mai puțin efect modificator decât utilizarea unor aliaje binecunoscute, de exemplu, tije de la compania Cavecchi. Cu toate acestea, utilizarea aliajului principal Al-Ti-B nu duce întotdeauna la soluționarea problemelor de producție, deoarece prezența incluziunilor intermetalice în modificator este adesea însoțită de reținerea lor în semifabricatul finit, ceea ce îi reduce calitatea. .

Utilizarea lingourilor cu granulație fină va reduce cantitatea de pierderi din defecte (rupturi, fisuri, neomogenități pe suprafața foliei) și va îmbunătăți calitatea produsului. În acest sens, s-au încercat, de asemenea, obținerea unei benzi de ligatură din aluminiu tehnic pur de clasele A5 și AVCh (Tabelul 1.5).

Tabelul 1.4

Modificarea mărimii granulelor și a numărului de boabe pe 1 cm 2 în probele de testare cu Alcane după modificarea aluminiului, în funcție de cantitatea de ligatură de aliaj Al-Ti-B introdusă

ligatură ligatură	Original aluminiu,	Cantitatea de titan, % în greutate.	Dimensiunea medie a granulelor din proba Alkan-test, µm		Număr de boabe la 1 cm 2, buc.		Gradul de rafinare a cerealelor după ținerea topiturii timp de 5 minute, ori
			după ce ţine topitura pt
Metoda cunoscuta
Tijă cu diametrul de 8 mm de la Cavecchi (Al-3Ti-0.2B)
Metoda sugerată
Ligatură

Tabelul 1.5

Influența benzii din aliaj de aluminiu asupra mărimii granulelor dintr-un lingou de aluminiu după modificare

	Cantitatea de bandă de aluminiu, % în greutate. (grad de aluminiu)	Original lingou de aluminiu grad A7, microni			Dimensiunea medie a granulelor de aluminiu modificat, microni	Număr de boabe la 1 cm 2 în aluminiu modificat, buc.
			1 minut după introducerea benzii		7,5 minute după introducerea benzii

Rezultatele cercetării au arătat că numărul de boabe din aluminiul modificat este comparabil cu aceiași indicatori ai aliajului principal realizat din aliajul Al-Ti-B. Acest lucru dă motive pentru a afirma că folosind metode de cristalizare-deformare de mare viteză este posibil să se obțină noi materiale modificatoare, inclusiv din aluminiu.

Utilizarea benzii ca material de modificare este neprofitabilă din punct de vedere tehnologic, deoarece aproape toate instalațiile de turnătorie sunt echipate cu dispozitive pentru alimentarea aliajului principal sub formă de tijă, de aceea este urgent să se dezvolte metode de producere a modificatorilor care ar avea o formă avantajoasă din punct de vedere tehnologic și dimensiunea și, de asemenea, nu ar aduce modificări compoziției chimice a lingourilor de aliaj care suferă modificări.

Astfel, pentru a introduce în producție tehnologii de producere a semifabricatelor deformate cu un nivel ridicat de proprietăți mecanice, este necesară producerea de noi materiale modificatoare folosind cristalizarea de mare viteză a aliajului de aluminiu în role răcite cu apă, combinată cu deformarea la cald a metal.

Categoria aliajelor eutectice și hipoeutectice aluminiu-siliciu include aliajele cu un conținut de siliciu de la 6% la 13%. Dintre aceste aliaje, cele mai comune aliaje sunt AK7, AK9ch, AK9M2, AK12M2 etc. Toate aceste aliaje sunt turnate într-o matriță, matrițe de nisip, sub presiune joasă și înaltă. Parametrii care determină metoda și gradul de modificare sunt determinați în primul rând de următorii factori:

• conținut de siliciu în aliaj;
• forma și grosimea pereților de turnare;
• tip de turnare (, etc.)
• timpul de cristalizare.

Se poate argumenta că pentru aliajele care conțin un procent scăzut de siliciu, care necesită o temperatură scăzută de turnare și o viteză mare de cristalizare, este necesară o reducere a cantității de modificator. Dimpotrivă, la un conținut ridicat de siliciu, la temperaturi ridicate de turnare cu cristalizare lentă, cantitatea de modificator trebuie crescută. Există sute de modificatori (fluxuri) pentru aceasta. Pentru a găsi modificatorul corect și adecvat pentru un anumit tip de turnare și turnare, trebuie să construim un sistem de clasificare care să țină cont de parametrii de mai sus.

Modificarea produsă de fluxurile de pulbere care conțin NaF într-o cantitate variabilă de la 20% la 70% poate da rezultate satisfăcătoare numai dacă fluxul este amestecat intens și aliajul are o temperatură suficient de ridicată (730-750ºС) pentru absorbția Na de către aliajul de aluminiu. . Din aceste motive, utilizarea fluxurilor modificatoare de pulbere a scăzut recent în favoarea modificatorilor de tablete. Tabletele modificatoare conțin o cantitate mai mică de compuși toxici nocivi, sunt ușor de utilizat și au un grad ridicat de absorbție a componentelor modificatoare.

Nu trebuie ignorat faptul că pentru a obține rezultate bune de modificare este necesar să se controleze conținutul de elemente din aliaj care contracarează acțiunea sodiului. Astfel de elemente sunt, de exemplu, antimoniul, bismutul, fosforul, calciul.

Să luăm în considerare influența fosforului și a calciului. La zero sau mai puțin de 0,0005% fosfor, aliajul nu va fi modificat prin flux decât dacă sodiu metalic a fost folosit cu mare grijă. Dacă conținutul de fosfor din aliaj este, să zicem, 0,003%, este necesar să se mărească mult doza de modificator, deoarece 0,003% fosfor neutralizează 69 ppm de sodiu.

Prezența calciului într-un volum de 0,001-0,002% este acceptabilă, dacă nu ideală. O creștere a conținutului de calciu peste 0,005% duce la riscul de slăbire a efectului sodiului în timpul modificării; în plus, aliajul este saturat cu gaz și apare o peliculă galben-gri pe suprafața pieselor turnate. Să ne amintim că calciul, ca și sodiul, este un modificator, dar prezența lui slăbește efectul sodiului.

De asemenea, ar trebui să se țină cont de următorii factori importanți:

• la temperaturi scăzute absorbția elementelor modificatoare scade (parametru negativ)
• la temperaturi scăzute, timpul de cristalizare al turnării se accelerează (parametru pozitiv)

Si invers. Influența acestor parametri face necesară reducerea sau creșterea dozei de flux față de cea recomandată. Din acest motiv, este necesar să se utilizeze mijloace de monitorizare a gradului de modificare, în special la începutul turnării, pentru a evalua structura metalului:

• fractura probei;
• micrografie;
• analiza spectrală

Fiecare turnătorie ia în mod independent decizii cu privire la materialele și tehnologiile cu care va prelucra aliajele. Tehnologia de utilizare a diverșilor modificatori și fluxuri poate fi obținută de la furnizori specializați, dar nu aceasta este toată problema. Astăzi toată lumea vorbește despre „calitate” și „controlul calității”, așa că tot ceea ce s-a afirmat mai sus demonstrează că procesul de modificare cu diferiții parametri și condiții necesită „control de calitate la cel mai înalt nivel”. Controlul rezultatelor modificării era previzibil pentru lucrătorii cu experiență în turnătorie. Ei știu, iar unii exersează, turnarea unei probe și apoi examinarea structurii acesteia la fractură. În multe cazuri, acest tip de control poate fi considerat suficient sau cel puțin mai bun decât niciun control. Cu o precizie mai mare, gradul de modificare poate fi verificat prin examinarea unei secțiuni gravate analizată la microscop.

Singurul dezavantaj este timpul lung de preparare a probei, care depășește adesea timpul ciclului de producție în metalurgie. Timp de mulți ani, analiza spectrală a părut a fi singura metodă de încredere pentru monitorizarea nu numai a principalelor componente și impurități ale aliajului, ci și a rezultatului modificării, oferind o analiză completă a compoziției chimice, inclusiv a cantității de aditivi modificatori, în la câteva minute după prelevare. Mai ales când aliajul de tip AK9ch destinat producției de turnare sub presiune a pieselor turnate de dimensiuni medii și mari este bine modificat dacă sodiul este prezent în cantitate de 0,01%. Îmi pare rău să spun asta, dar acesta este doar o jumătate de adevăr și să vedem de ce. La topirea unui aliaj de aluminiu primar cu conținut scăzut de calciu și fosfor, este suficient să adăugați 0,033% sodiu pentru a obține o modificare bună. Datorită faptului că absorbția de sodiu este de aproximativ 30%, vom fi siguri că 0,01% sodiu este prezent în aliaj. Lucrurile sunt complet diferite atunci când se folosește aluminiu reciclat. Este inevitabil ca acest metal să conțină impurități nedorite, nedorite deoarece vor reacționa cu sodiul. Un compus rezultat dintr-o reacție într-o topitură, de exemplu între sodiu și fosfor, este analizat cu un spectrometru nu ca compus, ci ca elemente individuale. Cu alte cuvinte, spectrometrul nu indică gradul de modificare, ci doar numărul de elemente modificatoare din aliaj. Prin urmare, atunci când se calculează numărul necesar de elemente de modificare, este necesar să se țină cont de numărul de elemente negative care împiedică modificarea. De exemplu:

• fosforul reacţionează cu sodiul pentru a forma Na3P, cu 0,0031% leagă de fosfor 0,0069% sodiu;
• antimoniul reacţionează cu sodiul pentru a forma Na3Sb, în ​​timp ce 0,0122% din antimoniu leagă 0,0069% din sodiu;
• bismutul reacţionează cu sodiul pentru a forma Na3Bi, iar bismutul 0,0209% va lega sodiu 0,0069%.

Nu uita de clor. 0,0035% clor transformă 0,0023% sodiu în NaCl care este eliberat sub formă de zgură. Din acest motiv, aliajul după modificarea cu sodiu nu trebuie degazat cu clor sau cu agenți de degazare care eliberează clor.

Revenind la analiza spectrală ca mijloc de monitorizare a modificării aliajelor de aluminiu-siliciu, putem spune că, dacă dispozitivul este echipat cu toate canalele pentru citirea elementelor necesare, acesta poate face posibilă calcularea unei doze destul de „precise” de modificatorul. Prin „precise” înțelegem o doză care ține cont de faptul că o parte a elementului modificator va fi neutralizată de elemente nedorite.

De asemenea, merită menționată încă o metodă de monitorizare a rezultatelor modificării. Vorbim despre „analiza termică” - o metodă care se bazează pe o metodă de control fizic. Nu se urmărește determinarea elementelor chimice, ci identificarea curbei de răcire și deci determinarea gradului de modificare efectuată. Astfel de dispozitive sunt instalate direct la cuptorul de reținere și analiza poate fi efectuată în orice moment, asigurând astfel dinamica caracteristicilor fiecărei turnări, în special a turnărilor mari.

În practicile de producție, AvtoLitMash se bazează pe, împreună cu,. Pentru toate întrebările dumneavoastră, precum și în scopul schimbului de experiență practică, vă rugăm să ne contactați!