Исследование влияния модифицирующих и армирующих добавок на процесс затвердеванияи формирование зоны усадочных дефектов в эвтектических силуминах
Проведен сравнительный анализ образования усадочных дефектов в эвтектических силуминах, модифицированных различными добавками с использованием моделирования процесса затвердевания пробы расплава. Проведено порівняльний аналіз утворення усадочних дефектів в евтектичних силумінах, модифікованих різним...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Металл и литье Украины |
|---|---|
| Дата: | 2013 |
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
2013
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/132896 |
| 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: | Исследование влияния модифицирующих и армирующих добавок на процесс затвердеванияи формирование зоны усадочных дефектов в эвтектических силуминах / П.Е. Лущик, И.В. Рафальский // Металл и литье Украины. — 2013. — № 4. — С. 7-11. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859954816916127744 |
|---|---|
| author | Лущик, П.Е Рафальский, И.В. |
| author_facet | Лущик, П.Е Рафальский, И.В. |
| citation_txt | Исследование влияния модифицирующих и армирующих добавок на процесс затвердеванияи формирование зоны усадочных дефектов в эвтектических силуминах / П.Е. Лущик, И.В. Рафальский // Металл и литье Украины. — 2013. — № 4. — С. 7-11. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Металл и литье Украины |
| description | Проведен сравнительный анализ образования усадочных дефектов в эвтектических силуминах, модифицированных различными добавками с использованием моделирования процесса затвердевания пробы расплава.
Проведено порівняльний аналіз утворення усадочних дефектів в евтектичних силумінах, модифікованих різними добавками з використанням моделювання процесу твердіння проби розплаву.
A comparative analysis of shrinkage defects in eutectic silumins modified with additives using simulation of solidification of the molten sample.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:18:41Z |
| format | Article |
| fulltext |
� �МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 4 (239) ’2013 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 4 (239) ’2013� �МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 4 (239) ’2013 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 4 (239) ’2013
Арабей А. В., Рафальський I. В., Немененок Б. М.
Синтез сплавів системи Al-Si з алюмоматричних композицій,
отриманих з використанням відходів алюмінію та кварцового піску
Розглянуто питання синтезу сплавів системи Al-Si з алюмоматричних композицій, отриманих з використанням
відходів алюмінію та кварцових матеріалів. Представлено результати дослідження міжфазної взаємодії компонен-
тів алюмоматричних композицій на основі системи Al-SiO
2
, отриманих з використанням гетерофазних технологій
суміщення кварцового піску, брухту та відходів алюмінієвих сплавів.
Анотація
synthesis, alloys, master-alloys, system Al-Si, aluminium-matrix compositesKeywords
Arabei A. V., Rafalski I. V., Nemenenok B. M.
The synthesis of alloys of system Al-Si of aluminium-matrix composites
on the basis from waste aluminum and quartz materials
The work deals to aspects of the synthesis of cast alloys of Al-Si system on the basis of aluminium-matrix composites
obtained from waste aluminum and quartz materials. The results of components interaction researching of aluminium-
matrix composites on the basis of Al-SiO
2
system, obtained with the use of semi-solid mixing technology of fillers and
metal matrix alloys are presented.
Summary
Поступила 09��03��13
УДК 669.131.7
П. Е. Лущик, И. В. Рафальский
Белорусский национальный технический университет, Минск
Исследование влияния модифицирующих и армирующих
добавок на процесс затвердевания и формирование зоны
усадочных дефектов в эвтектических силуминах
Проведен сравнительный анализ образования усадочных дефектов в эвтектических силуминах, модифи-
цированных различными добавками с использованием моделирования процесса затвердевания пробы
расплава.
Ключевые слова: затвердевание, модифицирование, силумины, усадочные дефекты, термический анализ,
моделирование
П
ри проведении имитационного моделирования
и анализа литейных процессов технологи стал-
киваются с проблемой недостатка и низкого
качества информации, необходимой для фор-
мирования исходных данных, в первую очередь теп-
лофизических характеристик литейных сплавов [1]��
В связи с наследственностью шихтовых компонен-
тов, использованием многокомпонентных составов
сплавов, модифицирующих добавок�� а также рафи-
нирующей обработки характер затвердевания, а со-
ответственно и образования усадочных дефектов
сплава, непостоянен�� Поэтому, используя систему
автоматизированного проектирования (САПР) ли-
тейных процессов, необходимо проводить предва-
рительную корректировку используемых в расчетах
входных данных и, прежде всего теплофизических ха-
рактеристик материалов системы «расплав-форма»,
применительно к реальным условиям производства��
� �МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 4 (239) ’2013 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 4 (239) ’2013� �МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 4 (239) ’2013 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 4 (239) ’2013
В данной работе приведены
результаты исследования влияния
модифицирующих и армирующих
добавок на зависимость выделе-
ния твердой фазы от температуры
и на формирование зоны усадоч-
ных дефектов в эвтектических си-
луминах��
Для решения задач исследова-
ния использовали метод компью-
терного (имитационного) модели-
рования процесса затвердевания,
применив программный пакет
ProCAST�� Основные теплофизи-
ческие зависимости сплавов полу-
чили благодаря методике расче-
та двухфазной зоны в интервале
кристаллизации силуминов с ис-
пользованием данных компьютер-
ного термического анализа [2]��
Расчет зависимости объемной
доли твердой фазы, выделяющей-
ся при затвердевании расплава, от
времени проводили на основе сле-
дующей зависимости:
( )
( ( ) )
=
⋅ ∆ + −
=
ξ ∫
ψ
L
S
t
Lt
f t
Tdt T t T
, (1)
где ψ = q c – отношение теплоты
кристаллизации сплава к теплоем-
кости; TL – температура ликвидус;
ξ – параметр, характеризующий
процесс теплообмена для пробы
расплава��
Вычисление плотности, теплоемкости и тепло-
проводности в интервале затвердевания алюминий-
кремниевых сплавов проводили с учетом значений
этих параметров в начальный и конечный моменты
Рис. 1. Изменения объемной доли твердой фазы, плотности и теплопроводности от тем-
пературы (а); удельной теплоемкости от температуры для сплава Al – 13 % Si (б)
Те
пл
ое
м
ко
ст
ь,
к
Д
ж
/к
г/К
Температура, °С
540 550 560 570 580
П
ло
тн
ос
ть
, к
г/
м
3
540 550 560 570 580
0,98
0,97
0,96
0,95
0,94
0,93
0,92
0,91
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0О
бъ
ем
на
я
до
ля
т
ве
рд
ой
ф
аз
ы
, о
�� е
��2560
2540
2520
2500
2480
2460
2440
2420
180
160
140
120
100Т
еп
ло
пр
ов
од
но
ст
ь,
В
т/
м
/К
а
б
Температура, °С
затвердевания сплава
{ }
{ }
( ) ( ) , ,
(1 ( )) , ,
= ⋅ +
+ − ⋅
ρ λ
ρ λ
S p S
S p L
y T f T C
f T C
, (2)
где fS(Т) – функция объемной доли твердой фазы,
Рис. 2. Микроструктуры сплава Al – 13 % Si: до модифицирующей обработки (а); после модифицирования натрийсодержащим
флюсом в количестве 1 % от массы сплава (б); после модифицирования титаном – 0,05 %мас�� (в); после модифицирования сурь-
мой – 0,05 %мас�� (г); после модифицирования стронцием – 0,05 %мас�� (д); после модифицирования фосфором – 0,05 %мас�� (е);
после обработки лигатурой состава Al –1%Ti –10 % SiC в количестве 1 %мас�� (ж)
а б в г
д е ж
� �МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 4 (239) ’2013 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 4 (239) ’2013� �МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 4 (239) ’2013 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 4 (239) ’2013
выделяющейся в интервале кристаллизации;
{ }, , ρ λp L
C и { }, , ρ λp S
C – значения плотности,
удельной теплоемкости и теплопроводности при
температурах начала и окончания затвердевания
соответственно.
На рис. 1 показаны результаты вычисления за-
висимостей теплоемкости, плотности и теплопро-
водности от температуры для сплава Al-13%Si.
Значения свойств, соответствующих температурам
начала и кончания затвердевания сплава, взяты из
работы [3].
В качестве объекта исследования использовали
силумин с содержанием Si 13 %мас. Сплавы готови-
ли в муфельной печи сопротивления при температу-
ре 800 °C сплавлением алюминия технической чис-
тоты марки А7 и кристаллического
кремния марки Кр1 в графитовых
тиглях. Ввод модификаторов в
расплав осуществляли в количе-
стве 0,03-0,05 %мас. Термический
анализ проводили при естествен-
ном охлаждении расплава в тигле
на воздухе, скорость охлаждения
составляла 1,5-1,7 °C/с. Дискрет-
ность измерений температуры
расплава в интервале кристал-
лизации по времени составляла
0,4 с.
В качестве модификаторов
сплава использовали следующие
составляющие, которые вводили:
титан – в лигатуре Al-5%Ti (a); нат-
рий – в виде модифицирующего
флюса состава: 50 % NaCl; 30 %
NaF; 10 % KCl; 10 % Na3AlF6 (б);
стронций – в лигатуре Al-5%Sr (в);
сурьма – в чистом виде) (г); фос-
фор – в лигатуре Cu-8%P (д); SiC –
в лигатуре Al-1%Ti-10%SiC (е).
Склонность сплава к образо-
ванию усадочных дефектов (ра-
ковин и пористости) определяли,
используя технологические про-
бы – небольшие отливки, име-
ющие форму усеченного конуса.
Микроструктуры исследован-
ных сплавов представлены на
рис. 2.
Зависимости объемной доли
твердой фазы, выделяющейся
при затвердевании расплава, от
температуры для модифициро-
ванных и немодифицированных
сплавов, а также сравнительные
результаты компьютерного мо-
делирования процесса форми-
рования усадочных дефектов и
экспериментальных данных пред-
ставлены на рис. 3, 4 соответ-
ственно.
Как видно на рис. 4, расчет зон
образования усадочной пористости, при использова-
нии экспериментально полученных данных согласу-
ется с реальными дефектами в исследуемых образ-
цах алюминий-кремниевого сплава.
Сравнительный анализ полученных результа-
тов исследованных образцов технологических проб
показал, что при введении модифицирующих доба-
вок титана, сурьмы, стронция, фосфора, натрия и
армирующей добавки SiC формирование зоны уса-
дочных дефектов в сплавах системы Al-Si эвтекти-
ческого состава будет происходить различным об-
разом, а именно:
– титан не оказывает заметного влияния на по-
ложение и размеры зоны образования усадочных
дефектов, что совпадает с теоретическими пред-
Рис. 3. Изменение объемной доли твердой фазы, выделяющейся при затвердевании
расплава, от температуры: исходного образца (а); модифицированного титаном (б); после
обработки натрийсодержащим флюсом (в); модифицированного стронцием (г); модифи-
цированного сурьмой (д); модифицированного фосфором (е); после обработки лигатурой
состава Al-1%Ti-10%SiC (ж)
ж
Температура, °С
а б
Температура, °С Температура, °С
в г
Температура, °С Температура, °С
д е
Температура, °С Температура, °С
10 11МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 4 (239) ’2013 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 4 (239) ’201310 11МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 4 (239) ’2013 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 4 (239) ’2013
ставлениями о влиянии микродобавок титана на
процесс эвтектической кристаллизации силуминов;
– сурьма и стронций оказывают схожее влияние
на процесс формирования усадочных дефектов в
образцах из сплава Al-Si эвтектического состава –
рассеивают усадочную пористость по сечению;
– обработка эвтектического силумина натрий-
содержащим флюсом, фосфором и карбидом крем-
ния увеличивают зону усадочной пористости в осе-
вом направлении��
Рис. 4. Зоны концентрации усадочных дефектов (слева – расчет, справа – эксперимент): исходного образца (а); модифицированного
титаном (б); после обработки натрийсодержащим флюсом (в); модифицированного стронцием (г); модифицированного сурьмой; (д) моди-
фицированного фосфором (е); после обработки лигатурой состава Al-1%Ti-10%SiC (ж)
ж
а б
в г
д е
10 11МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 4 (239) ’2013 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 4 (239) ’201310 11МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 4 (239) ’2013 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 4 (239) ’2013
Lushchik P. Ye., Rafalski I. V.
Investigation of the effect of modifying and reinforcing additives
on the solidification process and the formation of zones
of shrinkage defects in eutectic silumins
A comparative analysis of shrinkage defects in eutectic silumins modified with additives using simulation of solidification
of the molten sample.
Summary
solidification, modification, silumin, shrinkage defects, thermal analysis, modelingKeywords
Поступила 09��03��13
ЛИТЕРАТУРА
1�� Голод В. М. Компьютерный анализ литейной технологии, проблемы его информационного обеспечения и адапта-
ции к условиям производства // Вестник Удмуртского университета�� – Физика�� Химия�� – Вып�� 1�� – 2008�� – С�� 67-87��
2�� Лущик П. Е., Рафальский И. В. Расчет двухфазной зоны в интервале кристаллизации алюминиевых сплавов с
использованием термического анализа // Литье и металлургия�� – 2012�� – № 1�� – С�� 79-83��
3�� Мондольфо Л. Ф. Структура и свойства алюминиевых сплавов�� – М��: Металлургия, 1979�� – С�� 469-484��
Лущик П. Є., Рафальський І. В.
Дослідження впливу модифікуючих та армуючих добавок
на процес твердіння і формування зони усадочних дефектів
в евтектичних силумінах
Проведено порівняльний аналіз утворення усадочних дефектів в евтектичних силумінах, модифікованих різними
добавками з використанням моделювання процесу твердіння проби розплаву.
Анотація
твердіння, модифікування, силуміни, усадочні дефекти, термічний аналіз, моделю-
ванняКлючові слова
Продолжается подписка
на журнал «Металл и литье Украины»
на 2013 год
Для того, чтобы подписаться на журнал через редакцию
необходимо направить письмо-запрос по адресу:
03680, г. Киев-142, ГСП, бул. Вернадского, 34/1, ФТИМС
или по факсу: (044) 424-35-15��
Счет-фактуру согласно запросу редакция высылает письмом или по факсу
Стоимость одного журнала – 30 грн��
Годовая подписка – 360 грн�� (для Украины)��
Годовая подписка для зарубежных стран – 90 $��
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-132896 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 2077-1304 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:18:41Z |
| publishDate | 2013 |
| publisher | Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Лущик, П.Е Рафальский, И.В. 2018-05-14T15:05:54Z 2018-05-14T15:05:54Z 2013 Исследование влияния модифицирующих и армирующих добавок на процесс затвердеванияи формирование зоны усадочных дефектов в эвтектических силуминах / П.Е. Лущик, И.В. Рафальский // Металл и литье Украины. — 2013. — № 4. — С. 7-11. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 2077-1304 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/132896 669.131.7 Проведен сравнительный анализ образования усадочных дефектов в эвтектических силуминах, модифицированных различными добавками с использованием моделирования процесса затвердевания пробы расплава. Проведено порівняльний аналіз утворення усадочних дефектів в евтектичних силумінах, модифікованих різними добавками з використанням моделювання процесу твердіння проби розплаву. A comparative analysis of shrinkage defects in eutectic silumins modified with additives using simulation of solidification of the molten sample. ru Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України Металл и литье Украины Исследование влияния модифицирующих и армирующих добавок на процесс затвердеванияи формирование зоны усадочных дефектов в эвтектических силуминах Дослідження впливу модифікуючих та армуючих добавок на процес твердіння і формування зони усадочних дефектів в евтектичних силумінах Investigation of the effect of modifying and reinforcing additives on the solidification process and the formation of zones of shrinkage defects in eutectic silumins Article published earlier |
| spellingShingle | Исследование влияния модифицирующих и армирующих добавок на процесс затвердеванияи формирование зоны усадочных дефектов в эвтектических силуминах Лущик, П.Е Рафальский, И.В. |
| title | Исследование влияния модифицирующих и армирующих добавок на процесс затвердеванияи формирование зоны усадочных дефектов в эвтектических силуминах |
| title_alt | Дослідження впливу модифікуючих та армуючих добавок на процес твердіння і формування зони усадочних дефектів в евтектичних силумінах Investigation of the effect of modifying and reinforcing additives on the solidification process and the formation of zones of shrinkage defects in eutectic silumins |
| title_full | Исследование влияния модифицирующих и армирующих добавок на процесс затвердеванияи формирование зоны усадочных дефектов в эвтектических силуминах |
| title_fullStr | Исследование влияния модифицирующих и армирующих добавок на процесс затвердеванияи формирование зоны усадочных дефектов в эвтектических силуминах |
| title_full_unstemmed | Исследование влияния модифицирующих и армирующих добавок на процесс затвердеванияи формирование зоны усадочных дефектов в эвтектических силуминах |
| title_short | Исследование влияния модифицирующих и армирующих добавок на процесс затвердеванияи формирование зоны усадочных дефектов в эвтектических силуминах |
| title_sort | исследование влияния модифицирующих и армирующих добавок на процесс затвердеванияи формирование зоны усадочных дефектов в эвтектических силуминах |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/132896 |
| work_keys_str_mv | AT luŝikpe issledovanievliâniâmodificiruûŝihiarmiruûŝihdobavoknaprocesszatverdevaniâiformirovaniezonyusadočnyhdefektovvévtektičeskihsiluminah AT rafalʹskiiiv issledovanievliâniâmodificiruûŝihiarmiruûŝihdobavoknaprocesszatverdevaniâiformirovaniezonyusadočnyhdefektovvévtektičeskihsiluminah AT luŝikpe doslídžennâvplivumodifíkuûčihtaarmuûčihdobavoknaprocestverdínnâíformuvannâzoniusadočnihdefektívvevtektičnihsilumínah AT rafalʹskiiiv doslídžennâvplivumodifíkuûčihtaarmuûčihdobavoknaprocestverdínnâíformuvannâzoniusadočnihdefektívvevtektičnihsilumínah AT luŝikpe investigationoftheeffectofmodifyingandreinforcingadditivesonthesolidificationprocessandtheformationofzonesofshrinkagedefectsineutecticsilumins AT rafalʹskiiiv investigationoftheeffectofmodifyingandreinforcingadditivesonthesolidificationprocessandtheformationofzonesofshrinkagedefectsineutecticsilumins |