Влияние температуры и роторной обработки на горячеломкость высокопрочного алюминиевого сплава ВАЛ 10
С использованием пробы Зингера-Дженигса установлено, что причинами образования горячих трещин являются низкая температура кокиля и локальное скопление хрупкой эвтектики. Роторная обработка расплава устраняет его химическую неоднородность и в 2,0-2,5 раза измельчает глобули α-фазы. Нагрев кокиля свыш...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Процессы литья |
|---|---|
| Дата: | 2014 |
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
2014
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/159821 |
| 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: | Влияние температуры и роторной обработки на горячеломкость высокопрочного алюминиевого сплава ВАЛ 10 / В.П. Головаченко, Г.П. Борисов, И.В. Хвостенко, А.Г. Вернидуб // Процессы литья. — 2014. — № 3. — С. 65-69. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859630430361223168 |
|---|---|
| author | Головаченко, В.П. Борисов, Г.П. Хвостенко, И.В. Вернидуб, А.Г. |
| author_facet | Головаченко, В.П. Борисов, Г.П. Хвостенко, И.В. Вернидуб, А.Г. |
| citation_txt | Влияние температуры и роторной обработки на горячеломкость высокопрочного алюминиевого сплава ВАЛ 10 / В.П. Головаченко, Г.П. Борисов, И.В. Хвостенко, А.Г. Вернидуб // Процессы литья. — 2014. — № 3. — С. 65-69. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Процессы литья |
| description | С использованием пробы Зингера-Дженигса установлено, что причинами образования горячих трещин являются низкая температура кокиля и локальное скопление хрупкой эвтектики. Роторная обработка расплава устраняет его химическую неоднородность и в 2,0-2,5 раза измельчает глобули α-фазы. Нагрев кокиля свыше 300 °С снижает темп нарастания линейной усадки, что способствует получению «здоровой» отливки.
З використанням проби Зінгера-Дженігса встановлено, що причинами утворення гарячих тріщин є низька температура кокіля та локальне скупчення крихкої евтектики. Роторна обробка розплаву усуває його хімічну неоднорідність та у 2,0-2,5 рази подрібнює глобулі α-фази. Нагрівання кокілю понад 300 °С знижує темп наростання лінійної усадки, що сприяє отриманню «здорового» виливка.
Using Singer-Jennigs’ sample it established the cause of hot cracking is the low temperature of the casting mold and the local accumulation of brittle eutectic. The rotary treatment of melt eliminates its chemical heterogeneity The size of α-phase globules are decreased in 2,0-2,5. Heating the mold more than 300 °C reduces the rate of increase of linear shrinkage, which contributes to a “healthy” casting.
|
| first_indexed | 2025-12-07T13:10:15Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2014. № 3 (105) 65
Новые литые материалы
УДК 669.715:551.442
в. П. Головаченко, Г. П. Борисов, и. в. Хвостенко,
а. Г. вернидуб
Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины, Киев
влиЯНие темПератУры и роторНоЙ оБраБотКи
На ГорЯЧеломКоСтЬ выСоКоПроЧНоГо
алЮмиНиевоГо СПлава вал 10
С использованием пробы Зингера-Дженигса установлено, что причинами образования горя-
чих трещин являются низкая температура кокиля и локальное скопление хрупкой эвтектики.
Роторная обработка расплава устраняет его химическую неоднородность и в 2,0-2,5 раза
измельчает глобули α-фазы. Нагрев кокиля свыше 300 0С снижает темп нарастания линейной
усадки, что способствует получению «здоровой» отливки.
Ключевые слова: горячеломкость, алюминиевый сплав ВАЛ 10, проба Зингера-Дженигса,
роторная обработка.
З використанням проби Зінгера-Дженігса встановлено, що причинами утворення гарячих
тріщин є низька температура кокіля та локальне скупчення крихкої евтектики. Роторна обробка
розплаву усуває його хімічну неоднорідність та у 2,0-2,5 рази подрібнює глобулі α-фази. На-
грівання кокілю понад 300 0С знижує темп наростання лінійної усадки, що сприяє отриманню
«здорового» виливка.
Ключові слова: гарячоламкість, алюмінієвий сплав ВАЛ 10, проба Зінгера-Дженігса, роторна
обробка.
Using Singer-Jennigs’ sample it established the cause of hot cracking is the low temperature of
the casting mold and the local accumulation of brittle eutectic. The rotary treatment of melt elimi-
nates its chemical heterogeneity The size of α-phase globules are decreased in 2,0-2,5. Heating
the mold more than 300 0C reduces the rate of increase of linear shrinkage, which contributes to
a “healthy” casting.
Keywords: hot-shortness, aluminium alloy VAL 10, sample Singer-Dzhenigsa, rotary treatment.
Высокопрочный широкоинтервальный алюминиевый сплав ВАЛ 10 склонен к го-
рячим трещинам. Наиболее значимыми факторами, влияющими и на горяче-
ломкость сплавов, являются пластичность в твердожидком состоянии и его линей-
ная усадка в эффективном интервале кристаллизации.
Модифицирование расплавов – один из эффективных методов устранения горя-
66 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2014. № 3 (105)
Новые литые материалы
челомкости. Измельчение зерна, устранение зоны столбчатых кристаллов снижают
температуру начала линейной усадки и верхнюю границу интервала хрупкости, по-
вышают относительное удлинение в этом интервале [1].
Однако модификаторы могут перенасыщать сплав хрупкими интерметаллидами
и тем самым снижать его потребительские свойства. В Физико-технологическом
институте металлов и сплавов НАН Украины разработан метод механического
модифицирования при низких температурах перегрева расплава, основанный на
использовании ротора, эксцентриситет которого может составлять 0,5-2,0 мм, а
число оборотов − 400-800 об/мин.
Суть механического модифицирования состоит в том, что расплав обрабатывают
«холодным» графитовым ротором, в контактной зоне которого происходит пере-
охлаждение контактирующих приповерхностных слоев расплава и за счет этого
генерируется дополнительное множество центров кристаллизации, равномерно
распределенных в объеме металла.
Исследование трещиностой-
кости отливок проводили с ис-
пользованием кольцевой пробы
Зингера-Дженингса (рис. 1), хоро-
шо зарекомендовавшей себя при
исследовании цветных сплавов.
Сплав заливают прямо в открытую
полость формы – простейший
кокиль со стальным стержнем.
На поверхности кольцевой отлив-
ки измеряется суммарная длина
трещин, являющаяся показателем
горячеломкости. Кольцевая проба
чрезвычайно проста, производи-
тельна, требует небольшого рас-
хода металла.
Жесткость кольцевой пробы
получали за счет сменного вну-
треннего стального стержня с таким
расчетом, чтобы отливка данной се-
рии имела максимальную трещину.
Посредством многофункционального термического анализа [2] определяли хими-
ческий состав высокопрочного алюминиевого сплава ВАЛ 10, а также температуры
стояний ликвидуса и солидуса, величина которых составила соответственно 652 и
532 0С при ширине интервала кристаллизации 120 0С. Таким образом, высокопрочный
алюминиевый сплав ВАЛ 10 является широкоинтервальным.
В сплавах системы Al-Cd-Cu-Mn, к которым относится высокопрочный
алюминиевый сплав ВАЛ 10, четвертные фазы не образуются, но присутствуют фазы
Al, CuAl
2
, MnAl
6
, Cu
2
Mn
3
Al
20
и Cd [3].
Совместное влияние кадмия и марганца на упрочнение при старении сплавов
системы Al-Cu состоит в следующем: кадмий препятствует образованию зон Гинье-
Пренстона и ускоряет образование θ-фазы, снижает эффект естественного старения
и усиливает эффект искусственного старения, марганец связывает медь в тройное
соединение, снижая таким образом эффект старения сплавов с содержанием меди
меньше максимального. При совместном введении марганца и кадмия преобладает
влияние кадмия.
Соединение CuAl
2
чрезвычайно хрупкое, обладает высокой твердостью
4000-6000 МН/м2 по Виккерсу. При повышении содержания меди наблюдается
непрерывное увеличение твердости, а прочность, особенно пластичность, за-
Рис. 1. Схема кольцевой пробы Зингера-Дженингса:
1 – съемный стакан; 2 – стержень; 3 – поддон
66
60
1
2
3
6
0
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2014. № 3 (105) 67
Новые литые материалы
висят от того, в каком виде находится медь в твердом растворе: в виде округлых
равномерно распределенных частиц или непрерывной сетки по границам зерен.
Массовая доля легирующих элементов в исследуемом высокопрочном алюми-
ниевом сплаве ВАЛ 10 составила, в %: 4,8 Cu; 0,55 Mn; 0,25 Ti; 0,15 Cd; 0,1 Fe.
Технологические параметры литья кольцевой пробы из сплава ВАЛ10 приведены
в таблице.
На рис. 2 представлены характерные кольцевые пробы из сплава ВАЛ 10,
полученные согласно режимам, приведенным в таблице.
Кольцевые пробы, залитые при низких перегревах 670-680 0С и температуре ко-
киля 200-224 0С, вдоль образующей имели сквозные трещины шириной 1 мм (рис. 2,
а), а при температуре 660 0С, то есть при перегрева расплава в 8 0С и температуре
кокиля 270 0С, образовался неспай кольца вдоль образующей.
технологические параметры литья кольцевой пробы
Сплав
Температура, оС
Трещина,
мм
расплава
в печи заливки кокиля
роторная об-
работка
начало конец
ВАЛ10 750 680 200 – –
вдоль
образующей
-″- -″- 670 224 – – то же
-″- -″- 670 250 – – то же
-″- -″- 660 270 – – неспай
-″- -″- 670 280 700 670 1/2 образующей
-″- -″- 678 300 700 678 нет
-″- -″- 670 316 700 672 -″-
-″- -″- 670 340 -″-
-″- -″- 660 340 700 662 -″-
-″- -- 660 350 – – -″-
-″- -″- 740 350 – – -″-
-″- -″- 740 350 750 741 -″-
а б в
Рис. 2. Характерные виды горячих трещин кольцевых проб, изготовленных из высокопрочного
алюминиевого сплава марки ВАЛ10: а – сквозная вдоль образующей; б – 1/2 образующей;
в – цельная проба
68 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2014. № 3 (105)
Новые литые материалы
Механическое модифицирование расплава с помощью графитового ротора
(n = 800 об/мин, Т
зал
= 670, Т
к
= 280 0С) существенно повлияло на процесс трещино-
образования. В процессе кристаллизации отливки образовалась трещина (0,2 мм) до
половины образующей (рис. 2, б). При повышении температуры кокиля всего на 10 0С и
проведении роторной обработки расплава при этой температуре в кольцевой пробе
отсутствовали трещины (рис. 3). При дальнейшем повышении температуры кокиля
в диапазоне температур 300-350 0С и роторной обработке расплава трещины не
образовывались даже при температуре заливки 700 0С, то есть при перегреве в 88 0С.
Следует отметить, что скорость охлаждения пробы, регулируемая как темпе-
ратурой расплава, так и кокиля, существенно влияет на процесс горячеломкости
кольцевой пробы. Однако больший вклад вносит температура кокиля, которая спо-
собна существенно изменить усадочно-напряженное состояние кольцевой пробы.
Высокая температура кокиля (300-350 0С) с ранним извлечением отливки способ-
ствует снижению темпа нарастания линейной усадки кольцевой пробы и позволяет
эффективно бороться с процессом трещинообразования.
На рис. 4 приведены микроструктура пробы, полученная при низких (670 0С) и
высоких температурах (740 0С) заливки в условиях теплосиловой роторной обра-
ботки, а также (для сравнения) – исходная.
Исследование микроструктуры кольцевых проб с помощью оптического ми-
кроскопа МИМ8, фотокамеры и персонального компьютера позволило установить
степень ее влияния на процесс трещинообразования.
Анализ микроструктуры кольцевой пробы убедительно свидетельствует о том,
что сочетание роторной обработки с низкой температурой заливки расплава суще-
ственно влияет на процесс кристаллизации кольцевой пробы.
Как следует из рис. 4, д, колонии сложной хрупкой эвтектики (~8 %) системы
Al-Cu-Mn-Cd с протяженной интерметаллидной фазой длиной до 100-200 мкм
являются, наряду с усадочными напряжениями, причинами образования горячих
трещин в кольцевой пробе. Повышение температуры формы способствует релак-
сации напряженного состояния пробы в полости формы.
Роторная обработка расплава (n = 400-800 об/мин) устраняет его химическую
неоднородность, а также в 2,0-2,5 раза измельчает глобули α-твердого раствора
за счет эффекта механического модифицирования и тем самым создаются условия
получения качественной отливки.
В процессе исследования установили:
– высокопрочный алюминиевый сплав ВАЛ 10 склонен к горячеломкости в диа-
пазоне температур кокиля 200-300 0С;
– причиной образования горячих трещин в кольцевых пробах является нерав-
0
10
20
30
40
50
60
70
200 250 300 350
Температура формы, ºС
исходный сплав
роторная обработка
трещины отсутствуют
Тзал = 660 - 740 ºС
Д
ли
на
т
ре
щ
ин
ы
, м
м
70
20
30
40
50
0
10
250200 300 350
Температура формы, 0С
Д
ли
н
а
тр
е
щ
и
н
ы
, м
м
Т
зал
Рис. 3. Влияние температуры формы и роторной обработки на трещино-
образование в кольцевой пробе из сплава марки ВАЛ 10
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2014. № 3 (105) 69
Новые литые материалы
номерное (локальное) распределение хрупкой эвтектики системы Al-Cu-Mn-Cd в
объеме металла; величина отдельных интерметаллидов составляет 100-200 мкм;
– роторная обработка расплава (n = 400-800 об/мин) устраняет его химическую
неоднородность, а также в 2,0-2,5 раза измельчает глобули α-твердого раствора и
тем самым создает условия получения качественной отливки;
– повышение температуры формы пробы свыше 300 0С приводит к уменьше-
нию темпа нарастания линейной усадки и более равномерному распределению
интерметаллидных фаз в объеме отливки.
1. Новиков И. И. Горячеломкость цветных металлов сплавов. – М.: Наука, 1966. – 299 с.
2. Бялик О. М., Смульский А. А., Иванчук Д. Ф. Контроль качества металла методом терми-
ческого анализа // Литейн. пр-во. – 1982. – № 5. – С. 8-9.
3. Мондольфо Л. Ф. Структура и свойства алюминиевых сплавов. – М.: Металлургиздат,
1979. – 640 с.
Поступила 17.04.2014
б
в г
д
а
Рис. 4. Микроструктуры коль-
цевых проб, полученных при
высоком (88 0С) и низком (8-
18 0С) перегревах: а, в, д –
исходный; б, г – роторная об-
работка; а, б – Т
зал
= 740 0С, Т
ф
=
= 350 0С; в, г – Т
зал
= 660 0С, Т
ф
=
= 350 0С; д – Т
зал
= 670 0С, Т
ф
= 225 0С
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-159821 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0235-5884 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T13:10:15Z |
| publishDate | 2014 |
| publisher | Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Головаченко, В.П. Борисов, Г.П. Хвостенко, И.В. Вернидуб, А.Г. 2019-10-15T12:57:43Z 2019-10-15T12:57:43Z 2014 Влияние температуры и роторной обработки на горячеломкость высокопрочного алюминиевого сплава ВАЛ 10 / В.П. Головаченко, Г.П. Борисов, И.В. Хвостенко, А.Г. Вернидуб // Процессы литья. — 2014. — № 3. — С. 65-69. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 0235-5884 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/159821 669.715:551.442 С использованием пробы Зингера-Дженигса установлено, что причинами образования горячих трещин являются низкая температура кокиля и локальное скопление хрупкой эвтектики. Роторная обработка расплава устраняет его химическую неоднородность и в 2,0-2,5 раза измельчает глобули α-фазы. Нагрев кокиля свыше 300 °С снижает темп нарастания линейной усадки, что способствует получению «здоровой» отливки. З використанням проби Зінгера-Дженігса встановлено, що причинами утворення гарячих тріщин є низька температура кокіля та локальне скупчення крихкої евтектики. Роторна обробка розплаву усуває його хімічну неоднорідність та у 2,0-2,5 рази подрібнює глобулі α-фази. Нагрівання кокілю понад 300 °С знижує темп наростання лінійної усадки, що сприяє отриманню «здорового» виливка. Using Singer-Jennigs’ sample it established the cause of hot cracking is the low temperature of the casting mold and the local accumulation of brittle eutectic. The rotary treatment of melt eliminates its chemical heterogeneity The size of α-phase globules are decreased in 2,0-2,5. Heating the mold more than 300 °C reduces the rate of increase of linear shrinkage, which contributes to a “healthy” casting. ru Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України Процессы литья Новые литые материалы Влияние температуры и роторной обработки на горячеломкость высокопрочного алюминиевого сплава ВАЛ 10 Article published earlier |
| spellingShingle | Влияние температуры и роторной обработки на горячеломкость высокопрочного алюминиевого сплава ВАЛ 10 Головаченко, В.П. Борисов, Г.П. Хвостенко, И.В. Вернидуб, А.Г. Новые литые материалы |
| title | Влияние температуры и роторной обработки на горячеломкость высокопрочного алюминиевого сплава ВАЛ 10 |
| title_full | Влияние температуры и роторной обработки на горячеломкость высокопрочного алюминиевого сплава ВАЛ 10 |
| title_fullStr | Влияние температуры и роторной обработки на горячеломкость высокопрочного алюминиевого сплава ВАЛ 10 |
| title_full_unstemmed | Влияние температуры и роторной обработки на горячеломкость высокопрочного алюминиевого сплава ВАЛ 10 |
| title_short | Влияние температуры и роторной обработки на горячеломкость высокопрочного алюминиевого сплава ВАЛ 10 |
| title_sort | влияние температуры и роторной обработки на горячеломкость высокопрочного алюминиевого сплава вал 10 |
| topic | Новые литые материалы |
| topic_facet | Новые литые материалы |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/159821 |
| work_keys_str_mv | AT golovačenkovp vliânietemperaturyirotornoiobrabotkinagorâčelomkostʹvysokopročnogoalûminievogosplavaval10 AT borisovgp vliânietemperaturyirotornoiobrabotkinagorâčelomkostʹvysokopročnogoalûminievogosplavaval10 AT hvostenkoiv vliânietemperaturyirotornoiobrabotkinagorâčelomkostʹvysokopročnogoalûminievogosplavaval10 AT vernidubag vliânietemperaturyirotornoiobrabotkinagorâčelomkostʹvysokopročnogoalûminievogosplavaval10 |