Прогнозирование характера структуры слитков алюминиевого сплава, получаемого в тонкостенном металлическом кокиле

Исследована взаимосвязь между начальными условиями заливки алюминиевого сплава и типом его структурной морфологии с помощью прямого термического метода, математического моделирования и вычислительного эксперимента. Получен «график морфологий», позволяющий прогнозировать результирующую структуру отли...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2012
Автори:	Борисов, А.Г., Тарасевич, Н.И., Корниец, И.В., Семенченко, А.И.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України 2012
Назва видання:	Процессы литья
Теми:	Новые методы и прогрессивные технологии литья
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/131097
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Прогнозирование характера структуры слитков алюминиевого сплава, получаемого в тонкостенном металлическом кокиле / А.Г. Борисов, Н.И. Тарасевич, И.В. Корниец, А.И. Семенченко // Процессы литья. — 2012. — № 6. — С. 25-29. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-131097
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1310972025-02-10T01:29:11Z Прогнозирование характера структуры слитков алюминиевого сплава, получаемого в тонкостенном металлическом кокиле Борисов, А.Г. Тарасевич, Н.И. Корниец, И.В. Семенченко, А.И. Новые методы и прогрессивные технологии литья Исследована взаимосвязь между начальными условиями заливки алюминиевого сплава и типом его структурной морфологии с помощью прямого термического метода, математического моделирования и вычислительного эксперимента. Получен «график морфологий», позволяющий прогнозировать результирующую структуру отливки. Досліджено зв’язок між початковими умовами заливання алюмінієвого сплаву та типом його структурної морфології за допомогою прямого термічного методу, математичного моделювання та обчислювального експерименту. Одержано «графік морфологій», що дозволяє прогнозувати результуючу структуру виливка. Relationship between conditions of production of aluminum casting and structure of its morphology was studied using direct thermal method, mathematic modeling and calculation experiment. “Plot of morphologies” was constructed to predict resulting structure of casting. 2012 Article Прогнозирование характера структуры слитков алюминиевого сплава, получаемого в тонкостенном металлическом кокиле / А.Г. Борисов, Н.И. Тарасевич, И.В. Корниец, А.И. Семенченко // Процессы литья. — 2012. — № 6. — С. 25-29. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 0235-5884 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/131097 669.715:621.74.043:620.178.15 ru Процессы литья application/pdf Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Новые методы и прогрессивные технологии литья Новые методы и прогрессивные технологии литья
spellingShingle	Новые методы и прогрессивные технологии литья Новые методы и прогрессивные технологии литья Борисов, А.Г. Тарасевич, Н.И. Корниец, И.В. Семенченко, А.И. Прогнозирование характера структуры слитков алюминиевого сплава, получаемого в тонкостенном металлическом кокиле Процессы литья
description	Исследована взаимосвязь между начальными условиями заливки алюминиевого сплава и типом его структурной морфологии с помощью прямого термического метода, математического моделирования и вычислительного эксперимента. Получен «график морфологий», позволяющий прогнозировать результирующую структуру отливки.
format	Article
author	Борисов, А.Г. Тарасевич, Н.И. Корниец, И.В. Семенченко, А.И.
author_facet	Борисов, А.Г. Тарасевич, Н.И. Корниец, И.В. Семенченко, А.И.
author_sort	Борисов, А.Г.
title	Прогнозирование характера структуры слитков алюминиевого сплава, получаемого в тонкостенном металлическом кокиле
title_short	Прогнозирование характера структуры слитков алюминиевого сплава, получаемого в тонкостенном металлическом кокиле
title_full	Прогнозирование характера структуры слитков алюминиевого сплава, получаемого в тонкостенном металлическом кокиле
title_fullStr	Прогнозирование характера структуры слитков алюминиевого сплава, получаемого в тонкостенном металлическом кокиле
title_full_unstemmed	Прогнозирование характера структуры слитков алюминиевого сплава, получаемого в тонкостенном металлическом кокиле
title_sort	прогнозирование характера структуры слитков алюминиевого сплава, получаемого в тонкостенном металлическом кокиле
publisher	Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
publishDate	2012
topic_facet	Новые методы и прогрессивные технологии литья
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/131097
citation_txt	Прогнозирование характера структуры слитков алюминиевого сплава, получаемого в тонкостенном металлическом кокиле / А.Г. Борисов, Н.И. Тарасевич, И.В. Корниец, А.И. Семенченко // Процессы литья. — 2012. — № 6. — С. 25-29. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.
series	Процессы литья
work_keys_str_mv	AT borisovag prognozirovanieharakterastrukturyslitkovalûminievogosplavapolučaemogovtonkostennommetalličeskomkokile AT tarasevični prognozirovanieharakterastrukturyslitkovalûminievogosplavapolučaemogovtonkostennommetalličeskomkokile AT kornieciv prognozirovanieharakterastrukturyslitkovalûminievogosplavapolučaemogovtonkostennommetalličeskomkokile AT semenčenkoai prognozirovanieharakterastrukturyslitkovalûminievogosplavapolučaemogovtonkostennommetalličeskomkokile
first_indexed	2025-12-02T11:56:40Z
last_indexed	2025-12-02T11:56:40Z
_version_	1850397531170668544
fulltext	ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2012 № 6 (96) 25 Новые методы и прогрессивные технологии литья 6. Электронно-лучевая плавка титана / Б. Е. Патон, Н. П. Тригуб, С. В. Ахонин и др. – Киев: Наук. думка, 2006 – 246 с. 7. Bellot J-P.� Floris E.� Jardy A.� Ablitzer D. Numerical Simulation of the E.B.C.H.R. Process // Electron Beam Melting and Refining State of Art. – Englewood, 1993. – P. 139-153. Поступила 07.09.2012 УДК 669.715:621.74.043:620.178.15 А. Г. Борисов, Н. И. Тарасевич, И. В. Корниец, А. И. Семенченко Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины, Киев ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ХАРАКТЕРА СТРУКТУРЫ СЛИТКОВ АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА, ПОЛУЧАЕМОГО В ТОНКОСТЕННОМ МЕТАЛЛИЧЕСКОМ КОКИЛЕ Исследована взаимосвязь межд� начальными �словиями заливки ал�миниевого сплава и типом его стр�кт�рной морфологии с помощь� прямого термического метода� математи- ческого моделирования и вычислительного эксперимента. Пол�чен «график морфологий»� позволя�щий прогнозировать рез�льтир��щ�� стр�кт�р� отливки. Ключевые слова: прямой термический метод� морфология� математическое моделирова- ние� отливка� скорость охлаждения. Досліджено зв’язок між початковими �мовами заливання ал�мінієвого сплав� та типом його стр�кт�рної морфології за допомого� прямого термічного метод�� математичного моде-допомого� прямого термічного метод�� математичного моде- прямого термічного метод�� математичного моде- л�вання та обчисл�вального експеримент�. Одержано «графік морфологій»� що дозволяє прогноз�вати рез�льт��ч� стр�кт�р� виливка. Ключові слова: прямий термічний метод� морфологія� математичне модел�вання� виливка� швидкість охолодження. Relationship between conditions of production of aluminum casting and structure of its morphology was studied using direct thermal method� mathematic modeling and calculation experiment. “Plot of morphologies” was constructed to predict resulting structure of casting. Keywords: direct thermal method� morphology� mathematical modeling� casting� the cooling rate. Отливки с недендритной розеточной структурой можно получить при исполь- зовании процесса реолитья [1], который предусматривает заливку металла в жидкотвердом состоянии и основан на контролируемом зарождении и росте кри- сталлов во время частичной кристаллизации. На практике наиболее эффективно, с экономической точки зрения, проявил себя прямой термический метод реолитья [2]. Среди его преимуществ можно выделить: отсутствие дополнительного оборудования, а также необходимости в применении модификаторов и др. 26 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2012. № 6 (96) Новые методы и прогрессивные технологии литья В работе [3] было проведено исследование структуры отливок в широком ин- тервале значений температуры заливки, температуры кокиля и толщины стенки кокиля, однако, несмотря на большое количество экспериментального материала, установить четкую количественную связь между морфологией и параметрами экс- периментов из-за многофакторности процесса так и не удалось. В качестве объекта исследования в настоящей работе выбрали цилиндрическую отливку сплава АК7 диаметром 20 мм, получаемую в стальном кокиле толщиной от 2 до 10 мм. Процесс теплопереноса исследовали с использованием метода мате- матического моделирования. Перенос тепла описывали уравнением Фурье [4-6]. При постановке задачи были сделаны следующие предположения: − на границе между кокилем и отливкой имеет место идеальный контакт; − по всей поверхности формы учитывались идентичные условия теплообмена, что обеспечивало направленный характер охлаждения цилиндрической отливки; − в начальный момент времени заданы температуры кокиля и жидкого металла; − при проведении вычислительного эксперимента считали, что выравнивание температур расплава и кокиля происходит при отсутствии выделения скрытого тепла кристаллизации. Для решения сформулированной задачи использовали численный метод конеч- ных разностей. После заливки слабо перегретого расплава в тонкостенный металлический кокиль происходят охлаждение расплава и нагрев кокиля. Через определенный момент времени их температуры выравниваются и начинается постепенное охлаждение всей системы на воздухе при малой скорости охлаждения. Данный баланс температур (между расплавом и стальным кокилем) может быть охарактеризован температурой Т* (температура, при которой достигается «равновесие») и временем τ* (время от момента заливки до достижения Т). Таким образом, для каждого эксперимента нашли взаимооднозначное соответствие между температурой заливки расплава (Тзал), начальной температурой кокиля (Ткок) и толщиной его стенки h с величинами Т и τ. Затем благодаря полученным значениям Т и τ, исходя из эксперимен- тальных данных, определили тип структурной морфологии для получения «графика морфологий» в плоскости (Т�τ). Принимая во внимание наличие теплоотвода со стороны внешней поверх- ности кокиля, в качестве «баланса» принимали ситуацию, при которой между расплавом и кокилем достигалась некоторая малая (отличная от нуля) разность температур ΔТ = Т1-Т2 (Т1 определялась в точке половины радиуса полости кокиля, а Т2 − в точке половины толщины стенки кокиля). При этом Т определяли как среднеарифметическое значение между Т1 и Т2 в момент времени достижения заданного значения ΔТ (τ). На основании проведенных оценок значение ΔТ было принято равным 5 0С. В работе [3] был получен объемный материал по зависимости характера струк- туры от условий заливки, анализ которого показал существование трех областей параметров, в которых реализуются дендритная, недендритная, а также некая пере- ходная области, где наблюдаются как дендритные, так и недендритные структуры. В настоящей работе из общего массива данных были отобраны 5 экспериментов, которые представляют все три области (табл. 1). Характеристики материалов, ис- пользованные при проведении вычислительных экспериментов, приведены в табл. 2. На рис. 1 показаны температурные кривые при охлаждении образца с начальной температурой расплава 620 (рис.1, а) и 920 0С (рис.1, б) и температурой кокиля 20 0С (при изменении толщины кокиля). Сплошная кривая соответствует измене- нию температур на расстоянии 1/2 радиуса отливки; пунктирная − на расстоянии 1/2 толщины кокиля. ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2012 № 6 (96) 27 Новые методы и прогрессивные технологии литья 650 400 450 500 550 600 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 250 300 350 Те м п е р ат ур а, 0 С Время, с Т лик 1 4 3 2 а Время, с Те м п е р ат ур а, 0 С Т лик 950 3 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 350 450 550 650 750 850 250 2 4 б Рис. 1. Изменение температур на расстоянии 1/ 2 толщины отливки (-) и на расстоянии 1/ 2 толщины кокиля (- -) при на- чальной температуре жидкого металла 620 (а) и 920 0С (б); толщина стенки кокиля, мм: 1 – 2; 2 – 4; 3 – 6; 4 – 10; начальная температура кокиля − 20 0С 28 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2012. № 6 (96) Новые методы и прогрессивные технологии литья При небольшом перегреве жидкого металла над температурой ликвидуса (рис. 1, а) наблюдается снятие температуры перегрева за 0,05 с, дальнейшее ох- лаждение образца происходит в твердом состоянии с образованием недендритной структуры. Увеличение температуры перегрева жидкого металла (до 630-660 0С) приво- дит к снижению локальных скоростей охлаждения в начальные моменты времени. При этом наблюдается образование недендритной структуры при выравнивании температур в области жидкого состояния. При увеличении толщины стенки кокиля до 4 мм и более происходит выравнивание исследуемых температур в твердой об- ласти, что обуславливает, исходя из металлографических исследований (табл. 1), дендритное строение. Дальнейший рост температуры перегрева до 920 0С (рис. 1, б) приводит к росту времени снятия перегрева, что обуславливает увеличение времени пребывания образца в жидком состоянии (в отличии от предыдущего варианта) и образованию дендритной структуры. Обобщая результаты вычислительных экспериментов в зависимости от условий заливки (табл. 1), получили так называемый «график морфологий» соответствующих значений Т и τ* (рис. 2). Как видно из рисунка, вся плоскость (Т� τ) может быть разбита на две полупло- скости, в одной из которых лежат все точки, которым соответствуют дендритные структуры, а в другой – все недендритные. Разделяющую их линию можно описать выражением Т= − 32,517 · τ + 665,1. (5) Из вышеизложенного следует, что в том случае, когда порождаемое условиями заливки значение Т* лежит выше линии (5), следует ожидать дендритную структуру формирующейся отливки, в противном случае, когда Т* будет находиться ниже линии (5), сформируется недендритная структура. Итак: − при небольшом перегреве жидкого металла (до 5-10 0С) недендритная структу- ра образуется при снятии перегрева за доли секунды и сопровождается большими Номер эксперимента Температура заливки, 0С Температура кокиля, 0С Толщина стенки кокиля, мм 2 4 6 10 1 620 20 н н н н 2 620 220 н н н н 3 630 580 н Д Д Д 4 660 580 Д Д Д Д 5 920 20 Д Д Д Д Примечание: Д – дендритная структура; н – недендритная структура Таблица 1. Морфология структуры отливок в зависимости от условий заливки Параметр Расплав (Al-7 %мас. Si) Кокиль (сталь 45) Плотность, кг /м3 2400 7770 Теплоемкость, Дж/(кг · 0С) 1150 500 Теплопроводность, Вт/(м · 0С) 90 47 Таблица 2. Теплофизические характеристики материалов [7] ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2012 № 6 (96) 29 Новые методы и прогрессивные технологии литья скоростями охлаждения. Выравнивание температур до Т* происходит в области температур, соответствующих твердому состоянию; − увеличение перегрева жидкого металла выше 15 0С приводит к росту времени снятия перегрева, увеличению времени пребывания образца в жидком состоянии и в дальнейшем − к образованию дендритной структуры. Полученные результаты могут быть использованы для прогнозирования характера структуры отливки, формирующейся при заливке прямым термическим методом реолитья. 1. Мельников Н. А. Новые процессы литья под давлением востребованы производством // Литейн. пр-во. – 2003. − № 12. − С. 20-21. 2. Direct Thermal Method: New Process for Developmen of Globular Alloy Microstructure / D. J. Brown� M. J. Hussey� A. J. Carr� D. Brabazon // International Journal of Cast Metals Research. − 2003. − Vol. 16. − Р. 418-426. 3. Борисов А. Г. Розеткова та дендритна морфологія первинної фази при литті алюмінієвого сплаву в металевий кокіль // Металознавство та обробка металів. – 2010. − № 4.− С. 13-18. 4. Лыков А. В. Теория теплопроводности. − М.: ГИИТЛ, 1952. – 587 с. 5. Кошляков Н. С.� Гликер Э. Б.� Смирнов М. М. Уравнения в частных производных матема- тической физики. − М.: Высш. шк., 1970. − 712 с. 6. Оценка оптимальных параметров управления слитков различной геометрии / Н. И. Тарасе- вич, И. В. Корниец, В. Н. Городчиков, И. Н. Тарасевич // Процессы литья. − 2009. − № 6. − С. 71-74. 7. Баландин Г. Ф. Основы теории формирования отливки. – М.: Машиностроение, 1976. − Ч. 1. – 328 с. Поступила 28.09.2012 700 600 500 400 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200 300 τ, с Т , 0 С 3 4 5 1 2 Т= - 32,517τ + 665 Рис. 2. Связь экспериментально полученных морфологий с рассчитанными значениями Т* и τ*; номера кривых 1-5 соответствуют условиям экспериментов из табл. 1; толщина стенки кокиля, мм: ο – 2; ◊ – 4; Δ – 6; □ – 10; полые символы соответствуют дендритной структуре, зачерненные – недендритной

Прогнозирование характера структуры слитков алюминиевого сплава, получаемого в тонкостенном металлическом кокиле

Репозитарії

Схожі ресурси