Влияние фракционного состава порошка TiAl на его эффективность в качестве модификатора для алюминиевого литья

На основе разработанной компьютерной модели проведен анализ характера изменения функции распределения по размерам взвеси дисперсных частиц TiAl в расплаве алюминия и убывания их количества с течением времени. На основании результатов моделирования сформулированы рекомендации по модифицированию отлив...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Published in:	Металл и литье Украины
Date:	2015
Main Authors:	Троцан, А.И., Каверинский, В.В., Бродецкий, И.Л., Сухенко, З.П.
Format:	Article
Language:	Russian
Published:	Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України 2015
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/160481
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Влияние фракционного состава порошка TiAl на его эффективность в качестве модификатора для алюминиевого литья / А.И. Троцан, В.В. Каверинский, И.Л. Бродецкий, З.П. Сухенко // Металл и литье Украины. — 2015. — № 1. — С. 12-17. — Бібліогр.: 14 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-160481
record_format	dspace
spelling	Троцан, А.И. Каверинский, В.В. Бродецкий, И.Л. Сухенко, З.П. 2019-11-07T17:05:24Z 2019-11-07T17:05:24Z 2015 Влияние фракционного состава порошка TiAl на его эффективность в качестве модификатора для алюминиевого литья / А.И. Троцан, В.В. Каверинский, И.Л. Бродецкий, З.П. Сухенко // Металл и литье Украины. — 2015. — № 1. — С. 12-17. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. 2077-1304 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/160481 536.717:532.739.2 На основе разработанной компьютерной модели проведен анализ характера изменения функции распределения по размерам взвеси дисперсных частиц TiAl в расплаве алюминия и убывания их количества с течением времени. На основании результатов моделирования сформулированы рекомендации по модифицированию отливок из алюминия и его сплавов порошковыми инокуляторами на базе алюминида титана. Адекватность компьютерной модели и эффективность предложенного способа модифицирования подтверждены в ходе лабораторных экспериментов. На основі розробленої комп’ютерної моделі проведено аналіз характеру зміни функції розподілу за розмірами суспензії дисперсних частинок TiAl в розплаві алюмінію і з часом зменшення їх кількості. На підставі результатів моделювання сформульовані рекомендації по модифікації виливків з алюмінію і його сплавів порошковими інокуляторами на базі алюмініда титану. Адекватність комп’ютерної моделі та ефективність запропонованого способу модифікування підтверджені в ході лабораторних експериментів. Based on the developed computer model analyzes of the evolution of the size distribution function of dispersed TiAl particles suspension in aluminium melt and decreasing the number over time was carried out. Based on the modelling results the recommendations on modification of cast products from aluminum and its alloys by powder inoculators based on titanium aluminide were formulated. Relevance of the computer model and the effectiveness of the proposed method of modifying were confirmed in laboratory experiments. ru Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України Металл и литье Украины Влияние фракционного состава порошка TiAl на его эффективность в качестве модификатора для алюминиевого литья Вплив фракційного складу порошку TiAl на його ефективність у якості модифікатору для алюмінієвого лиття Influence of fractional content TiAl powder on its efficacy as a modifier for aluminium casting Article published earlier
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
title	Влияние фракционного состава порошка TiAl на его эффективность в качестве модификатора для алюминиевого литья
spellingShingle	Влияние фракционного состава порошка TiAl на его эффективность в качестве модификатора для алюминиевого литья Троцан, А.И. Каверинский, В.В. Бродецкий, И.Л. Сухенко, З.П.
title_short	Влияние фракционного состава порошка TiAl на его эффективность в качестве модификатора для алюминиевого литья
title_full	Влияние фракционного состава порошка TiAl на его эффективность в качестве модификатора для алюминиевого литья
title_fullStr	Влияние фракционного состава порошка TiAl на его эффективность в качестве модификатора для алюминиевого литья
title_full_unstemmed	Влияние фракционного состава порошка TiAl на его эффективность в качестве модификатора для алюминиевого литья
title_sort	влияние фракционного состава порошка tial на его эффективность в качестве модификатора для алюминиевого литья
author	Троцан, А.И. Каверинский, В.В. Бродецкий, И.Л. Сухенко, З.П.
author_facet	Троцан, А.И. Каверинский, В.В. Бродецкий, И.Л. Сухенко, З.П.
publishDate	2015
language	Russian
container_title	Металл и литье Украины
publisher	Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
format	Article
title_alt	Вплив фракційного складу порошку TiAl на його ефективність у якості модифікатору для алюмінієвого лиття Influence of fractional content TiAl powder on its efficacy as a modifier for aluminium casting
description	На основе разработанной компьютерной модели проведен анализ характера изменения функции распределения по размерам взвеси дисперсных частиц TiAl в расплаве алюминия и убывания их количества с течением времени. На основании результатов моделирования сформулированы рекомендации по модифицированию отливок из алюминия и его сплавов порошковыми инокуляторами на базе алюминида титана. Адекватность компьютерной модели и эффективность предложенного способа модифицирования подтверждены в ходе лабораторных экспериментов. На основі розробленої комп’ютерної моделі проведено аналіз характеру зміни функції розподілу за розмірами суспензії дисперсних частинок TiAl в розплаві алюмінію і з часом зменшення їх кількості. На підставі результатів моделювання сформульовані рекомендації по модифікації виливків з алюмінію і його сплавів порошковими інокуляторами на базі алюмініда титану. Адекватність комп’ютерної моделі та ефективність запропонованого способу модифікування підтверджені в ході лабораторних експериментів. Based on the developed computer model analyzes of the evolution of the size distribution function of dispersed TiAl particles suspension in aluminium melt and decreasing the number over time was carried out. Based on the modelling results the recommendations on modification of cast products from aluminum and its alloys by powder inoculators based on titanium aluminide were formulated. Relevance of the computer model and the effectiveness of the proposed method of modifying were confirmed in laboratory experiments.
issn	2077-1304
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/160481
citation_txt	Влияние фракционного состава порошка TiAl на его эффективность в качестве модификатора для алюминиевого литья / А.И. Троцан, В.В. Каверинский, И.Л. Бродецкий, З.П. Сухенко // Металл и литье Украины. — 2015. — № 1. — С. 12-17. — Бібліогр.: 14 назв. — рос.
work_keys_str_mv	AT trocanai vliâniefrakcionnogosostavaporoškatialnaegoéffektivnostʹvkačestvemodifikatoradlâalûminievogolitʹâ AT kaverinskiivv vliâniefrakcionnogosostavaporoškatialnaegoéffektivnostʹvkačestvemodifikatoradlâalûminievogolitʹâ AT brodeckiiil vliâniefrakcionnogosostavaporoškatialnaegoéffektivnostʹvkačestvemodifikatoradlâalûminievogolitʹâ AT suhenkozp vliâniefrakcionnogosostavaporoškatialnaegoéffektivnostʹvkačestvemodifikatoradlâalûminievogolitʹâ AT trocanai vplivfrakcíinogoskladuporoškutialnaiogoefektivnístʹuâkostímodifíkatorudlâalûmíníêvogolittâ AT kaverinskiivv vplivfrakcíinogoskladuporoškutialnaiogoefektivnístʹuâkostímodifíkatorudlâalûmíníêvogolittâ AT brodeckiiil vplivfrakcíinogoskladuporoškutialnaiogoefektivnístʹuâkostímodifíkatorudlâalûmíníêvogolittâ AT suhenkozp vplivfrakcíinogoskladuporoškutialnaiogoefektivnístʹuâkostímodifíkatorudlâalûmíníêvogolittâ AT trocanai influenceoffractionalcontenttialpowderonitsefficacyasamodifierforaluminiumcasting AT kaverinskiivv influenceoffractionalcontenttialpowderonitsefficacyasamodifierforaluminiumcasting AT brodeckiiil influenceoffractionalcontenttialpowderonitsefficacyasamodifierforaluminiumcasting AT suhenkozp influenceoffractionalcontenttialpowderonitsefficacyasamodifierforaluminiumcasting
first_indexed	2025-11-24T11:38:41Z
last_indexed	2025-11-24T11:38:41Z
_version_	1850459438430814208
fulltext	12 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 1 (260) ’2015 зволяет быстро и с минимальными затратами прово- дить анализ поведения частиц модификатора в рас- плаве, что дает возможность определения оптималь- ных технологических параметров модифицирования при существенном сокращении объема дорогостоя- щих натурных экспериментов. Цель работы – определение оптимальных ха- рактеристик гранулометрического состава (распре- деления частиц по размерам) порошкового модифи- катора на основе TiAl для обработки алюминиевых расплавов с использованием компьютерного моде- лирования. Модификаторы второго рода должны иметь тем- пературу плавления выше температуры расплава во время их ввода, обладать структуроподобием и ме- таллическим типом связи [5, 7], кроме того, согласно предлагаемой концепции – некоторой растворимо- стью. Для материалов на основе алюминия в каче- стве примера можно привести интерметаллическое соединение TiAl, анализу поведения частиц которого посвящена данная статья. Алюминид титана обла- дает тетрагональной решеткой c параметрами, нм: a = 0,3988, b = 0,4076 [8], что близко к параметру ре- шетки алюминия 0,4050 нм. Соединение является достаточно тугоплавким по отношению к основному металлу (температура плавления 1447 °C). Скорость его растворения лимитируется диффузией атомов из твердых частиц в расплав и зависит от температуры и концентрации титана в жидком металле [1]. Для расчетов использовалась разработанная на- ми [6] компьютерная модель. Кратко ее сущность можно описать следующим образом. В начальный мо- мент в жидком металле имеется взвесь дисперсных частиц, распределение которых по размерам задает- ся в виде функции распределения. Рассматриваемая область размеров частиц разбивается на дискретные интервалы, внутри каждого из которых размер счита- ется одинаковым и равным среднему по интервалу значению. Для каждого из типоразмеров частиц вы- полняется конечноразностное нестационарное ре- шение уравнения диффузии, описывающее процесс А люминий и сплавы на его основе благодаря ма- лой плотности и относительно высокой коррози- онной стойкости находят широкое применение в различных сферах техники, что делает акту- альной разработку методов улучшения структуры и повышения их механических свойств. Одним из эф- фективных способов одновременного повышения прочности и пластичности является измельчение зеренной структуры [1-3], причем достаточно значи- мого эффекта легче добиться при изначально более мелкодисперсной структуре литой заготовки. Для отливок, часто изготавливаемых из трудно дефор- мируемых сплавов, измельчения структуры можно достичь в основном только за счет воздействия на процесс кристаллизации. Улучшить структурные характеристики отливки возможно за счет применения дисперсных модифи- каторов. Так, в работе [4] нами была представлена компьютерная модель, позволяющая предсказать ха- рактеристики структуры литого металла и влияние на нее вводимых в расплав модифицирующих частиц. Результаты расчетов были подтверждены в ходе экс- периментов, показавших, кроме того, достаточную эффективность такой обработки. В [4] нами рассма- тривалось гетерогенное зарождение на достаточно крупных и практически не растворимых подложках. Однако наибольший эффект достигается при исполь- зовании наноразмерных порошков [2, 5], но высокая стоимость, сложности хранения и технологии ввода в расплав ограничивают их применение. В работе [6] учеными Института проблем материаловедения НАН Украины предложена концепция применения в каче- стве модификаторов более крупных частиц (единицы микрометров), которые, растворяясь до размеров эф- фективных наноподложек, образуют новые центры кристаллизации. В настоящей статье представления данной концепции использованы для определения оптимальных характеристик фракционного состава модификатора для расплавов на основе алюминия. Применение математического моделирования с построением физически обоснованных моделей по- УДК 536.717:532.739.2 А. И. Троцан, В. В. Каверинский, И. Л. Бродецкий, З. П. Сухенко Институт проблем материаловедения НАН Украины, Киев Влияние фракционного состава порошка TiAl на его эффективность в качестве модификатора для алюминиевого литья На основе разработанной компьютерной модели проведен анализ характера изменения функции распределения по размерам взвеси дисперсных частиц TiAl в расплаве алюминия и убывания их количества с течением времени. На основании результатов моделирования сформулированы рекомендации по модифицированию отливок из алюминия и его сплавов порошковыми инокуляторами на базе алюминида титана. Адекватность компьютерной модели и эффективность предложенного способа модифицирования подтверждены в ходе лабораторных экспериментов. Ключевые слова: модифицирование, компьютерная модель, распределение частиц по размерам, инокуляторы, алюминид титана, алюминиевое литье 13МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 1 (260) ’2015 Результаты расчёта кинетики растворения 0,25 г/кг порошка TiAl (исходное логнормальное распределение с па- раметрами s = 0,65 и m = 2,0) в расплаве алюминия при 700 °C: эволюция функции распределения частиц взвеси по раз- мерам с течением времени (а); убывание количества частиц с течением времени (б) Рис. 1. и m = 2,0. Значение математического ожидания (сред- ний размер частиц) для такого порошка равно при- мерно 9,1 мкм. Интервал варьирования – от 0,4 до 39,4 мкм. Температура расплава – 700 °C. В 1 кг ме- талла изначально находится взвесь из 0,25 г порош- ка. Шаг по времени при расчете равнялся 0,001 с, число интервалов разбиения по размерам ~800. Из представленных результатов видно – форма функции распределения качественно сохраняется с течением времени, что принципиально отличает его от случаев исходного нормального и равномерного распределений [6]. Также сохраняются характерная асимметрия и наличие сдвига моды распределения в область более мелких частиц, «хвост» крупных фрак- ций, следовательно и относительная доля их растет. Это нежелательный эффект, так как длительно со- храняющиеся в расплаве крупные частицы малоэф- фективны как подложки, но являются потенциальны- ми инициаторами образования микротрещин. Таким образом, следует избегать фракционных «хвостов» путем их отсева либо оптимизации режи- ма размола. Преимущество же логнормального рас- пределения по сравнению с нормальным и широко- фракционным равномерным состоит в том, что как в начальный момент, так и на более поздних этапах, максимум остается смещенным в сторону более мел- ких частиц, которые в первую очередь становятся подложками. В течение всего рассмотренного перио- да существования взвеси превалируют более мелкие частицы, хотя и наблюдается постепенное неболь- шое смещение максимума в сторону более крупных. Преимуществом перед логнормальным обладают лишь узкофракционное равномерное распределение или монофракционный порошок [6]. Кривая убывания количества частиц с течением времени в целом качественно аналогична получен- ным в работе [6]. При этом основная доля частиц (~80 %) растворяется за первые 100 с. Затем убыва- ние существенно замедляется, что в первую очередь связанно с более низкой скоростью растворения бо- лее крупных частиц. Релевантность модели подтверждена в ходе экс- перимента. В расплав алюминия с температурой 700 °С было введено 0,25±0,01 г/кг порошка TiAl, схо- жего с вышеприведенным примером фракционного состава. Через фиксированные промежутки времени растворения. При этом прирост концентрации рас- творяемых компонентов в жидкости вычисляется ис- ходя из количества каждого из типоразмеров частиц, соответственно заданной функции распределения. Так как скорость растворения не постоянна во вре- мени, то выполняется поправка на возникающую не- равномерность интервалов. Подробнее о сущности модели – в работе [6]. Тип распределения частиц порошка по разме- рам полагался логнормальным, что характерно для порошков, полученных механическим измельчени- ем [9]. Плотность логнормального распределения за- дается функцией вида: где f(x) – плотность распределения; x – характерная величина, которая описывается функцией распределе- ния, в данном случае – размер частиц порошка, x > 0; s, m – численные параметры, определяющие форму функции распределения, ее математическое ожида- ние, медиану, моду и дисперсию, s > 0, m∈R; p = 3,14. Математическое ожидание (M [X]) случайной ве- личины при логнормальном распределении рассчи- тывается по формуле (2): Было исследовано влияние значений параметров логнормального распределения σ и μ на процесс рас- творения частиц TiAl в расплаве алюминия, а именно эволюцию функции распределения по размерам и динамику убывания их количества. Термодинамиче- ские данные по TiAl взяты из работы [10]. Интервалы варьирования размеров частиц порошка выбирались таким образом, чтобы включать ~99,5 % частиц соот- ветственно функции распределения. На рис. 1 показано изменение формы функции распределения по размерам взвеси частиц TiAl, рас- творяющихся в расплаве алюминия (а) и убывание количества частиц в ходе растворения (б). Началь- ный гранулометрический состав задан функцией лог- нормального распределения с параметрами s = 0,65 2 2 (ln ) 21( ) 2 x f x e x −µ− σ= ⋅ σ π (1) (2) 2 2[ ]M X e σµ+ = 0 5 10 15 20 25 30 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Размер частиц, мкм Ко л- во ч ас ти ц 10 -4 к г-1 Начальное состояние Через 10 с Через 50 с Через 100 с Через 150 с 0 10 20 30 40 50 60 0 100 200 300 400 500 600 Время, с Ко л- во ч ас ти ц 10 -6 , к г-1 а б Размер частиц, мкм Время, сКо ли че ст во ч ас ти ц 10 -4 , к г-1 Ко ли че ст во ч ас ти ц 10 -6 , к г-1 14 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 1 (260) ’2015 из расплава отбирались пробы металла. До введе- ния порошка также была отобрана контрольная про- ба с целью регистрации фонового уровня включений. Контрольные образцы имели форму тонких метал- лических цилиндров диаметром 3…4 мм. На выпол- ненных из них шлифах производилось измерение размеров характерных включений TiAl. На основании измерений строились гистограммы их распределе- ния по размерам. Для сравнения функций распреде- ления использовались относительные (процентные) значения. На рис. 2 приведены примеры сопостав- ления, рассчитанных по модели и экспериментально измеренных гистограмм частотного распределения частиц по размерам через 50 и 170 с от момента ввода. Из представленных гистограмм видно, что данные эксперимента находятся в хорошем соответствии с результатами, полученными при помощи компьютерной модели. Адекватность ее также была ранее подтверждена нами на модельной системе (соль в воде) [11]. Вышеуказанный порошок рас- смотрен нами как модельный при- мер, удобный для демонстрации результатов расчета и сопостав- ления их с экспериментом по при- чине достаточно крупных частиц и широкой фракции. Однако в ка- честве модификатора он далек от оптимального. Широкая фракция сильно растягивает период рас- творения частиц, так что лишь незначительная их часть образу- ет наноподложки в требуемый момент (к началу кристаллизации). Высокий процент крупных частиц снижает их общее количество. Для определения оптимального фракционного состава нами выпол- нена серия расчетов по компьютерной модели для порошков с различными значениями параметров m и s. Результаты приведены в таблице и на рис. 3. Расход модификатора принимался 0,3 г/кг. Вве- дены следующие условные критерии: время жизни частиц (τр.) – период растворения частиц из рассмо- тренного интервала варьирования; время растворе- ния 90 % частиц (τр.90%). Из приведенных таблицы и графиков видно, что увеличение обоих из указанных параметров увеличивает время растворения частиц. В логарифмических (по шкале времени) координатах точки с достаточной степенью точности лежат на пря- мой. Причем прямые, соответствующие различным значениям s, практически параллельны и равноуда- лены (рис. 3). Следовательно, имеется экспоненци- альная зависимость времени растворения порошка от данных характеристик. Таким образом, зависимость времени растворе- ния (τ) порошкового модификатора от параметров функции распределения может быть приближена эм- пирической формулой вида: где a и b – коэффициенты, зависящие от параметров конкретной системы. В рассмотренном выше случае: для τр a ≈ 2,16; b ≈ 8,77, для τр.90% a ≈ 2,17; b ≈ 2,90. Оптимальным с точки зрения модифицирования можно считать такой гранулометрический состав порошка, который обеспечивает как можно более долгое существование в расплаве 90 % частиц, но не слишком долгое сохранение в нем оставшихся 10 %. Это может быть достигнуто при относительно высо- ких значениях m и низких значениях s. С учетом того, 0 5 10 15 20 1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 Размер частиц, мкм О тн ос ит ел ьн ая ч ас то та , % Компьютерная модель Экспериментальные данные 0 2 4 6 8 10 12 14 1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 Размер частиц, мкм О тн ос ит ел ьн ая ч ас то та , % Компьютерная модель Экспериментальные данные а б Сопоставление расчетных и экспериментальных данных об эволюции функции распределения по размерам взвеси частиц TiAl в расплаве алюминия при 700 °С по ис- течении времени, с: 50 (а); 170 (б) Рис. 2. Результаты расчета растворения частиц TiAl в расплаве алюминия μ Средний размер частиц, мкм Фракция, мкм Начальное количество частиц × × 10-9, кг -1 τр., с τр.90%, с σ = 0,1 0 1,0 0,8-1,4 116,4 3,2 1,6 0,8 2,2 1,7-3,0 11,7 16,8 8,5 1,6 5,0 3,7-6,5 1,1 87,7 43,2 2,4 11,1 8,2-14,5 0,087 571,6 266,0 σ = 0,4 0 1,1 0,2-2,8 64,1 14,1 2,6 0,8 2,4 0,4-6,2 5,9 67,6 13,1 1,6 5,4 1,0-13,9 0,53 369,1 63,9 2,4 11,9 2,0-30,9 0,048 1727,6 336,9 σ = 0,7 0 1,3 0,0-6,1 16,3 67,0 4,4 0,8 2,8 0,1-13,7 1,7 321,2 24,5 1,6 6,3 0,2-30,7 0,16 1701,8 107,4 2,4 14,1 0,3-68,3 0,014 9854,7 544,5 a be µ+ στ = (3) 15МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 1 (260) ’2015 1 10 100 1000 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 Параметр μ В ре м я ра ст во ре ни я, с σ = 0,1 σ = 0,4 σ = 0,7 1 10 100 1000 10000 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 Параметр μ В ре м я ра ст во ре ни я, с σ = 0,1 σ = 0,4 σ = 0,7 Зависимость времени растворения частиц TiAl от параметров логнормального распределения частиц по- рошка по размерам: время растворения 90 % частиц (а); время полного растворения рассмотренной фракции (б) Рис. 3. что m отвечает в первую очередь за средний размер частиц, а s за вариативность их размеров, мы иным путем приходим к выводу, сделанному нами ранее в [5, 12]: сужение интервала варьирования разме- ров частиц повышает эффективность модифициро- вания. Максимальный применимый размер в свою очередь лимитируется удельным количеством вво- димых частиц, которое должно быть достаточным для эффективного измельчения структуры. Интерполяция полученных результатов позволя- ет заключить, что нерационально применение мо- дификаторов, для которых s превышает 0,5 по при- чине относительно долгого сохранения «хвостовых» фракций. Равно как и с m < 0,8, так как их растворение происходит слишком быстро. Для малогабаритных или тонкостенных отливок (охлаждение которых до температуры ликвидуса не превышает десятков се- кунд, а период до окончания затвердевания не более 1,0-1,5 мин) оптимальным видится использование по- рошков с m = 0,8…1,0 и s в пределах 0,3…0,5. Это порошки со средним размером частиц 2,3…3,1 мкм и интервалом варьирования размеров от 0,5…1,0 до 5,0…7,0 мкм, что обеспечивает необходимое для данного случая время существования частиц при от- носительно высоком их количестве для модифициро- вания структуры. Для отливок с меньшей скоростью охлаждения и более грубой структурой можно пред- ложить порошки, характеризующиеся m = 1,4…1,6 при s = 0,1…0,2. То есть со средним размером частиц 4,1…5,1 мкм, большая часть которых имеет размеры от 2,5…3,0 до 5,6…8,4 мкм. Количество вводимых частиц в этом случае меньше, но разница между τр и τр.90% наименее существенна, а следовательно по- тенциальная степень загрязнения металла крупными включениями ниже. На основании теоретических и экспериментальных оценок [13, 14] можно заключить, что оптимальный расход модификатора составляет 0,3…0,4 г TiAl на 1 кг основного металла. На рис. 4 приведены результаты лабораторных экспериментов по модифицированию кокильных от- ливок из технического алюминия (а, б) и силумина АК7 (в, г) модификатором на основе порошка TiAl, фракционный состав которого отвечает параметрам логнормального распределения m = 0,90 и s = 0,47. Полученные данные подтверждают высокую эф- фективность разработанных рекомендаций. В частно- сти средняя площадь сечения литого зерна в отлив- ках из технического алюминия уменьшилась от 3,31 до 0,47 мм2, в отливках из силумина АК7 – от 6,05 до 1,17 мм2. В случае отливок из технического алюминия также достигнуто устранение столбчатости структуры. Выводы Проведен анализ влияния параметров логнор- мального распределения m и s на кинетику раство- рения суспензии частиц TiAl в расплаве алюминия. Установлен экспоненциальный характер зависимо- сти времени растворения порошка от значения ука- занных параметров и определены численные значе- ния соответствующих эмпирических коэффициентов. Показаны преимущества исходного логнормально- го характера распределения частиц модификатора по размерам, заключающиеся в относительно продолжи- тельном сохранении характерного смещения макси- мума в область более мелких частиц, быстрее стано- вящихся подложками. Показано, что логнормальный гранулометрический состав может являться более де- шевой альтернативой дисперсным модификаторам на основе дорогостоящих узкофракционных равномерно распределенных порошков. а б а б в г Влияние модифицирования на макроструктуру отливок из технического алюминия (а, б) и силумина АК7 (в, г): без модифицирования (а, в); модифицирование порошком TiAl (m = 0,90 и s = 0,47) в количестве 0,3…0,4 г/кг (б, г) Рис. 4. 16 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 1 (260) ’2015 1. Монфольдо Л. Ф. Структура и свойства алюминиевых сплавов / Л. Ф. Монфольдо. – М.: Металлургия. – 1979. – 640 c. 2. Калинина Н. Е. Повышение технологических свойств литейных алюминиевых сплавов при модифицировании наноди- сперсными частицами / Н. Е. Калинина, О. А. Кавац, В. Т. Калинин // Авиационно-космическая техника и технология. – 2010. – № 4. – С. 17-20. 3. Пат. 28570 Україна, МПК6 С 22 С 1/00. Склад для модифікування алюмінієвих сплавів / О. А. Кавац, Н. Є. Калінина, Д. А. Кавац, О. К. Федорчук. – Опубл. 10.12.07, Бюл. № 20 (І кн.) 4. Троцан А. И. Прогнозирование структуры литого металла при гомогенной и гетерогенной кристаллизации / А. И. Тро- цан, В. В. Каверинский, И. Л. Бродецкий, В. Д. Александров // Металлургическая и горнорудная промышленность – 2013. – № 3. – С. 67-71. 5. Исследование модифицирования металла нанопорошковыми инокуляторами в кристаллизаторе сортовой маши- ны непрерывного литья заготовок. Теоретическое обоснование / В. П. Комшуков, А. Н. Черепанов, Е. В. Протопопов [и др.] // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. – 2008. – № 8. – С. 10-12. 6. Троцан А. И. Модифицирование железоуглеродистых расплавов дисперсными порошками / А. И. Троцан, И. Л. Бро- децкий, В. В. Каверинский. – Саарбрюккен: Международный издательский дом «LAP Lambert Academic Publishing. GmbH & Co. KG», 2012. – 182 c. 7. Гаврилин В. И. Плавление и кристаллизация металлов и сплавов / В. И. Гаврилин. – Владимир: Изд.-во Владимирского государственного университета, 2000. – 260 с. 8. Диаграммы состояния двойных металлических систем: Справочник: В 3 т.: Т 1. / Под общ. ред. Н. П. Лякишева. – М.: Машиностроение. – 1996. – 992 с. 9. Коузов П. А. Основы анализа дисперсного состава промышленных пылей и измельчённых материалов / П. А. Коузов. – Ленинград: «Химия». – 1987. – 264 с. 10. Kattner, U. R. Thermodynamic Assessment and Calculation of the Ti-Al System / U. R. Kattner, J. C. Lin, Y. A. Chang // Metallurgical and Materials Transactions A. – Vol. 23, № 8. – 1992. – P. 2081-2090. 11. Каверинский В. В. Физическое моделирование процесса растворения частиц модификатора в расплаве / В. В. Каве- ринский // Материалы XI Российской ежегодной конференции «Физико-химия и технология неорганических материа- лов» – С. 130-132. 12. Троцан А. И. Анализ распределения вводимых в жидкий металл дисперсных частиц модификатора по типу их дей- ствия в расплаве / А. И. Троцан, В. В. Каверинский, И. Л. Бродецкий // Материалы 8-й Межд. научно-техн. конф. «Теп- ло и массообменные процессы в металлургических системах». – Мариуполь. – ПГТУ, 2010. – С. 211-215. 13. Троцан А. И. Оценка числа дополнительных центров кристаллизации для получения заданной степени дисперсности структуры /А. И. Троцан, В. В. Каверинский, И.Л. Бродецкий // Строительство, материаловедение, машиностроение. Сб. научн. трудов. – Днепропетровск. – ПГАСА, 2011. – Вып. 62. – С. 690-693. 14. Каверинский В. В. Модифицирование алюминиевого сплава АК9 дисперсным порошком меди / В. В. Каверинский, В. А. Воронич, Г. А. Иванов // Вісник ДонНАБА – Збір. наук. праць.– вип. 2013-4(102). Актуальні проблеми фізико- хімічного матеріалознавства. – Макіївка. – ДонНАБА.– С. 125-130. ЛИТЕРАТУРА На основе анализа результатов моделирования установлено, что для модифицирования малогаба- ритных и тонкостенных, быстро охлаждаемых, от- ливок оптимальным представляется использование порошков TiAl с m = 0,8…1,0 и s = 0,3…0,5. Для отли- вок с меньшей скоростью охлаждения и более грубой литой структурой с m = 1,4…1,6 при s = 0,1…0,2. Адекватность и достоверность разработанной модели проверены в ходе лабораторного экспери- мента. Измельчение структуры опытных отливок, об- работанных порошками с рассчитанными в работе технологическими параметрами, подтверждают эф- фективность предложенных рекомендаций по моди- фицированию сплавов на основе алюминия. На основі розробленої комп’ютерної моделі проведено аналіз характеру зміни функції розподілу за розмірами суспензії дисперсних частинок TiAl в розплаві алюмінію і з часом зменшення їх кількості. На підставі результатів моделювання сформульовані рекомендації по модифікації виливків з алюмінію і його сплавів порошковими інокуляторами на базі алюмініда титану. Адекватність комп’ютерної моделі та ефективність запропонованого способу модифікування підтверджені в ході лабораторних експериментів. Троцан А. І., Каверинський В. В., Бродецький І. Л., Сухенко З. П. Вплив фракційного складу порошку TiAl на його ефективність у якості модифікатору для алюмінієвого лиття Анотація Ключові слова модифікування, комп’ютерна модель, розподіл часток за розмірами, інокулятори, алюмінід титану, алюмінієве литво 17МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 1 (260) ’2015 Trotsan A., Kaverinsky V., Brodetsky I., Suhenko Z. Influence of fractional content TiAl powder on its efficacy as a modifier for aluminium casting Summary Based on the developed computer model analyzes of the evolution of the size distribution function of dispersed TiAl particles suspension in aluminium melt and decreasing the number over time was carried out. Based on the modelling results the recommendations on modification of cast products from aluminum and its alloys by powder inoculators based on titanium aluminide were formulated. Relevance of the computer model and the effectiveness of the proposed method of modifying were confirmed in laboratory experiments. modification, computer model, particle size distribution, inoculator, titanium aluminide, cast aluminium Keywords Поступила 19.01.2015 ВНИМАНИЮ АВТОРОВ И ПОДПИСЧИКОВ! Порядок приёма статей в редакцию журнала «Металл и литьё Украины» В журнале «Металл и литьё Украины» публикуются результаты исследований, которые ранее не издавались и законченные экспериментальные работы, оформленные в виде статей. Статьи публикуются на русском языке. Комплект документов, необходимых для регистрации статьи: • один экземпляр рукописи (включая: УДК; организацию; ФИО авторов, резюме и ключевые слова (не меньше 6-ти) на 3-х языках – русском, украинском и английском; таблицы; рисунки и подписи к ним, а также список литературы), пронумерованной с первой до последней страницы и подписанной на последней странице текста всеми авторами, а также электронный вариант статьи; • соглашение о передаче авторских прав, подписанное всеми авторами и рецензия на статью • сведения об авторах (ФИО – полностью) В электронном виде по е-mail: mlu@ptima.kiev.ua предоставляются: • рукопись, идентичная бумажной версии (просьба называть файл по фамилии первого автора статьи, например, sidorov.doc или Сидоров. doc ); • все иллюстрации в черно-белом варианте в одном из стандартных графических форматов «tif» или «jpeg»; • информация об авторах: фамилии, имена и отчества всех авторов, выделив одного из них, с кем следует вести переписку, факс и номер телефона (с кодом), а также названия учреждений, в которых выполнена работа.

Влияние фракционного состава порошка TiAl на его эффективность в качестве модификатора для алюминиевого литья

Institution

Similar Items