Литье вторичного сплава АК9 в двухфазном состоянии с предварительным наводороживанием и модифицированием стронцием
Приведены и обсуждены результаты экспериментальных исследований влияния на механические свойства и пористость сплава АК9 комплексной обработки расплава, включающей наводороживание, модифицирование стронцием, выдержку, термоскоростное охлаждение и частичное затвердевание с перемешиванием. Получены об...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Процессы литья |
|---|---|
| Дата: | 2010 |
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
2010
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/49753 |
| 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: | Литье вторичного сплава АК9 в двухфазном состоянии с предварительным наводороживанием и модифицированием стронцием / Ф.М. Котлярский, Г.П. Борисов, В.М. Дука, В.И. Белик, Л.К. Шеневидько // Процессы литья. — 2010. — № 1. — С. 38-47. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-49753 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Котлярский, Ф.М. Борисов, Г.П. Дука, В.М. Белик, В.И. Шеневидько, Л.К. 2013-09-27T08:08:14Z 2013-09-27T08:08:14Z 2010 Литье вторичного сплава АК9 в двухфазном состоянии с предварительным наводороживанием и модифицированием стронцием / Ф.М. Котлярский, Г.П. Борисов, В.М. Дука, В.И. Белик, Л.К. Шеневидько // Процессы литья. — 2010. — № 1. — С. 38-47. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 0235-5884 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/49753 621.746.6:669.715-41 Приведены и обсуждены результаты экспериментальных исследований влияния на механические свойства и пористость сплава АК9 комплексной обработки расплава, включающей наводороживание, модифицирование стронцием, выдержку, термоскоростное охлаждение и частичное затвердевание с перемешиванием. Получены обнадеживающие результаты в плане реализации технологии безусадочного литья частично затвердевших алюминиевых сплавов. Наведено та розглянуто результати експериментальних досліджень впливу на механічні властивості та пористість сплаву АК9 комплексної обробки розплаву, яка включає наводнення, модифікування стронцієм, витримку, термошвидкісне охолодження та часткове тверднення з перемішуванням. Одержані результати подають надію в плані реалізації технології безусадочного лиття частково затверділих алюмінієвих сплавів. The results of experimental study of the effect of complex treatment of melt (including hydrogenation, modifying with strontium, aging, rapid thermal cooling and partial solidification and stirring) on mechanical properties and porosity of АК9 alloy are shown and discussed in this work. There were obtained the encouraging results in the field of technology of unshrinkable casting of partially solidified aluminum alloys. ru Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України Процессы литья Новые методы и прогрессивные технологии литья Литье вторичного сплава АК9 в двухфазном состоянии с предварительным наводороживанием и модифицированием стронцием Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Литье вторичного сплава АК9 в двухфазном состоянии с предварительным наводороживанием и модифицированием стронцием |
| spellingShingle |
Литье вторичного сплава АК9 в двухфазном состоянии с предварительным наводороживанием и модифицированием стронцием Котлярский, Ф.М. Борисов, Г.П. Дука, В.М. Белик, В.И. Шеневидько, Л.К. Новые методы и прогрессивные технологии литья |
| title_short |
Литье вторичного сплава АК9 в двухфазном состоянии с предварительным наводороживанием и модифицированием стронцием |
| title_full |
Литье вторичного сплава АК9 в двухфазном состоянии с предварительным наводороживанием и модифицированием стронцием |
| title_fullStr |
Литье вторичного сплава АК9 в двухфазном состоянии с предварительным наводороживанием и модифицированием стронцием |
| title_full_unstemmed |
Литье вторичного сплава АК9 в двухфазном состоянии с предварительным наводороживанием и модифицированием стронцием |
| title_sort |
литье вторичного сплава ак9 в двухфазном состоянии с предварительным наводороживанием и модифицированием стронцием |
| author |
Котлярский, Ф.М. Борисов, Г.П. Дука, В.М. Белик, В.И. Шеневидько, Л.К. |
| author_facet |
Котлярский, Ф.М. Борисов, Г.П. Дука, В.М. Белик, В.И. Шеневидько, Л.К. |
| topic |
Новые методы и прогрессивные технологии литья |
| topic_facet |
Новые методы и прогрессивные технологии литья |
| publishDate |
2010 |
| language |
Russian |
| container_title |
Процессы литья |
| publisher |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| format |
Article |
| description |
Приведены и обсуждены результаты экспериментальных исследований влияния на механические свойства и пористость сплава АК9 комплексной обработки расплава, включающей наводороживание, модифицирование стронцием, выдержку, термоскоростное охлаждение и частичное затвердевание с перемешиванием. Получены обнадеживающие результаты в плане реализации технологии безусадочного литья частично затвердевших алюминиевых сплавов.
Наведено та розглянуто результати експериментальних досліджень впливу на механічні властивості та пористість сплаву АК9 комплексної обробки розплаву, яка включає наводнення, модифікування стронцієм, витримку, термошвидкісне охолодження та часткове тверднення з перемішуванням. Одержані результати подають надію в плані реалізації технології безусадочного лиття частково затверділих алюмінієвих сплавів.
The results of experimental study of the effect of complex treatment of melt (including hydrogenation, modifying with strontium, aging, rapid thermal cooling and partial solidification and stirring) on mechanical properties and porosity of АК9 alloy are shown and discussed in this work. There were obtained the encouraging results in the field of technology of unshrinkable casting of partially solidified aluminum alloys.
|
| issn |
0235-5884 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/49753 |
| citation_txt |
Литье вторичного сплава АК9 в двухфазном состоянии с предварительным наводороживанием и модифицированием стронцием / Ф.М. Котлярский, Г.П. Борисов, В.М. Дука, В.И. Белик, Л.К. Шеневидько // Процессы литья. — 2010. — № 1. — С. 38-47. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT kotlârskiifm litʹevtoričnogosplavaak9vdvuhfaznomsostoâniispredvaritelʹnymnavodoroživaniemimodificirovaniemstronciem AT borisovgp litʹevtoričnogosplavaak9vdvuhfaznomsostoâniispredvaritelʹnymnavodoroživaniemimodificirovaniemstronciem AT dukavm litʹevtoričnogosplavaak9vdvuhfaznomsostoâniispredvaritelʹnymnavodoroživaniemimodificirovaniemstronciem AT belikvi litʹevtoričnogosplavaak9vdvuhfaznomsostoâniispredvaritelʹnymnavodoroživaniemimodificirovaniemstronciem AT šenevidʹkolk litʹevtoričnogosplavaak9vdvuhfaznomsostoâniispredvaritelʹnymnavodoroživaniemimodificirovaniemstronciem |
| first_indexed |
2025-11-25T08:52:44Z |
| last_indexed |
2025-11-25T08:52:44Z |
| _version_ |
1850511309891698688 |
| fulltext |
38 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 1
Новые методы и прогрессивные технологии литья
УдК 621.746.6:669.715-41
Ф. м. Котлярский, г. п. Борисов, в. м. дука, в. и. Белик,
л. К. Шеневидько
Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины, Киев
литье вториЧНого сплАвА АК9 в двУхФАЗНом
состояНии с предвАрительНым
НАводороЖивАНием и модиФиЦировАНием
строНЦием
Приведены и обсуждены результаты экспериментальных исследований влияния на механи-
ческие свойства и пористость сплава АК9 комплексной обработки расплава, включающей
наводороживание, модифицирование стронцием, выдержку, термоскоростное охлаждение
и частичное затвердевание с перемешиванием. Получены обнадеживающие результаты в
плане реализации технологии безусадочного литья частично затвердевших алюминиевых
сплавов.
Ключевые слова: алюминиевый сплав, наводороживание, модифицирование стронцием,
выдержка, литье в двухфазном состоянии, пористость, прочность, пластичность.
Наведено та розглянуто результати експериментальних досліджень впливу на механічні
властивості та пористість сплаву АК9 комплексної обробки розплаву, яка включає наводнення,
модифікування стронцієм, витримку, термошвидкісне охолодження та часткове тверднення
з перемішуванням. Одержані результати подають надію в плані реалізації технології безуса-
дочного лиття частково затверділих алюмінієвих сплавів.
Ключові слова: алюмінієвий сплав, наводнювання, модифікування стронцієм, видержка,
литво у двофазному стані, пористість, міцність, пластичність.
The results of experimental study of the effect of complex treatment of melt (including hydrogenation,
modifying with strontium, aging, rapid thermal cooling and partial solidification and stirring) on
mechanical properties and porosity of АК9 alloy are shown and discussed in this work. There were
obtained the encouraging results in the field of technology of unshrinkable casting of partially
solidified aluminum alloys.
Keyword: aluminium alloy, hydrogenation modification of strontium, endurance, castind in two-
phase state porosity, strength, plasticity.
Данное исследование является продолжением работы [1], в которой путем соче-
тания наводороживания и моди�ицирования стронцием расплава предполагалось
снизить до допустимых пределов вредную всплывающую газовую пористость, а за
счет полезной междендритной пористости скомпенсировать усадку затвердевания
сплава АК� и таким образом реализовать технологию безусадочного литья. Од-
нако, полученные результаты не оправдали этих ожиданий, зато раскрыли новые
положительные аспекты водородного ра�инирования алюминиевых сплавов с
повышенным содержанием неметаллических включений.
Целью данного исследования было решение той же задачи путем дополнения
ранее опробованных �акторов обработки расплава (наводороживание и моди-
�ицирование) термоскоростным охлаждением и частичным затвердеванием с
перемешиванием. Всего проведено 8 экспериментов. Плавку, перегрев, наводо-
роживание, моди�ицирование и выдержку расплава �K� (8,� S�; 0,2� Mg; 0,2� Mn;
0,�1 % Fe) проводили в чугунном тигле печи сопротивления при начальной массе
расплава 12,5 кг. Термоскоростное снятие перегрева и частичная кристаллизация
с перемешиванием расплава осуществлялись в специальных ковшиках, расчетная
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 1 39
Новые методы и прогрессивные технологии литья
теплоемкость которых от нагрева залитым расплавом была примерно равна теплоте
снятия перегрева и частичной кристаллизации расплава. При этом в экспериментах
1, 2, 5-8 (табл. 1) масса используемого расплава составляла около 0,4 кг (для двух
заготовок на механические свойства), а в экспериментах 3 и 4 – около 2,5 кг (для
двух заготовок на механические свойства и одной технологической пробы на по-
ристость).
Заготовки для определения механических свойств сплава применительно к
условиям интенсивного затвердевания представляли собой бруски сечением
15х15 мм и длиной 80 мм, получаемые заливкой расплава в массивные чугунные
кокили с исходной температурой 25-30 0С и нормально питаемые при затвердева-
нии по всей длине верхней прибылью. Из этих заготовок вытачивали образцы для
определения временного сопротивления разрыву (σ
В
) и относительного удлинения
(δ) с диаметром разрывной части 8 мм. Металлическая форма для получения отлив-
ки технологической пробы на газовую пористость представлена на рис. 1. Отливка
включает собственно пробу, литник и прибыль.
Полученные данные приведены в табл. 1, 2. Как видно из табл. 1, сочетание
частичной кристаллизации расплава с предварительным наводороживанием,
модифицированием стронцием, оптимальной выдержкой и термоскоростным
охлаждением по сравнению с расплавом без какой-либо специальной обработки
повышает прочность литого металла на 27-40 % и пластичность в 2-3 раза, значи-
тельно превосходя требования ГОСТа 2685-75, то есть представляется возможным
из частично закристаллизованного расплава АК9 в условиях интенсивного затвер-
девания получать отливки с высокими механическими свойствами.
Судя по данным табл. 2, незначительная разница между пористостью верхнего и
нижнего участков интенсивно затвердевающей пробы (толщина стенки кокиля 30 мм)
свидетельствует о том, что частичное затвердевание наводороженного расплава АК9
перед заливкой в форму путем термоскоростного охлаждения и перемешивания,
независимо от модифицирования, практически устраняет вредную всплывающую
пористость, хотя и существенно уменьшает общий объем пористости. В то же вре-
мя пористость медленнее затвердевающих литника и прибыли (толщина стенки
кокиля 2 мм) приближается к усадке затвердевания сплава АК9, равной примерно
4 % [2]. При этом нужно иметь в виду, что в табл. 2 приведена средняя пористость,
отнесенная к полной массе литника и прибыли, тогда как часть расплава затвердела
до заливки в форму, то есть действительная пористость затвердевшего в форме
Свойства
сплавов
Виды обработки расплава*
1 2 3 4 5 6 7 8
Пористость за-
готовки на меха-
нические свой-
ства %
0,16 0,49 0,31 0,23 0,38 0,14 0,08 0,05
αВ, МПа 165 165 185 210 230 215 225 195
δ, % 3,1 2,25 4,95 6,5 9,2 7,2 7,35 3,35
* Виды обработки: 1 – расплав перегрет до 760 оС; 2 – термоскоростное
охлаждение (ТСО) расплава от 770±10 оС до температуры ликвидуса (605 оС)
и частичная кристаллизация с перемешиванием (ЧКП) на протяжении 35±5 с;
3 – наводороживание расплава (НР) влажным асбестом 2 мин, выдержка (τ
в
)
5 мин, ТСО, ЧКП; 4 – НР, модифицирование стронцием (0,05 %), τ
в
после НР
10 мин, ТСО, ЧКП; 5 – то же самое при τ
в
= 50 мин; 6 – то же самое при τ
в
= 90 мин;
7 – то же самое при τ
в
= 130 мин; 8 – то же самое при τ
в
= 170 мин
Таблица 1. Влияние видов обработки расплава на свой-
ства вторичного сплава АК9 при интенсивном затвер-
девании
�0 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 1
Новые методы и прогрессивные технологии литья
металла будет больше. Распре-
деление пористости в средней
части прибыли показано на рис. 2.
Если еще учесть, что при такой
пористости механические свой-
ства литого металла литника
удовлетворяют требованиям
ГОСТа 2685-75 для сплава АК�
(σ
В
=1�7 МПа, δ = 2 %), то можно
сделать оптимистичное заяв-
ление, что сделан серьезный
шаг навстречу технологии без-
усадочного литья. Несмотря
на наличие в этом варианте
технологии, казалось бы, боль-
шого количества операций, ее
реализация не сложная: после на-
грева до требуемой температуры
расплав за 7-10 мин наводоро-
живают и моди�ицируют, а затем
нужную для получения отливки
(или нескольких отливок) порцию
расплава заливают в ковшик для
термоскоростного охлаждения
(1-3 мин) и с этого же ковшика
заливают в �орму с низкой интен-
сивностью охлаждения (на уровне
песчаной �ормы). Как показал
опыт в процессе выполненных
исследований, перемешивание
расплава АК� во время его пере-
хода в двух�азное состояние
можно осуществлять вручную с
помощью металлического прутка. Процесс разливки металла (с дополнительным
наводороживанием по мере необходимости) может продолжаться до двух часов.
За это время расплав не теряет свойств, обеспечивающих высокие механические
Рис.1. Металлическая �орма технологической пробы
Участок отливки и свойства Виды обработки расплава
3* 4*
Проба,
пористость,
%
верх 0,93 1,1
середина 1,58 1,67
низ 0,75 0,74
Литник
пористость, % 2,91 2,45
σВ, МПа 153 157
δ, % 1,6 2,6
Прибыль, пористость, % 4,43 3,57
*согласно табл. 1.
таблица 2. влияние видов обработки расплава на свойства
вторичного сплава АК9 в отливке технологической пробы на
газовую пористость
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 1 �1
Новые методы и прогрессивные технологии литья
свойства отливки. Требуется только решить вопрос заполняемости �ормы частично
затвердевшим расплавом с учетом сложности отливки.
Металлогра�ические исследования литого металла, полученного при ускорен-
ном затвердевании в массивном чугунном кокиле, проводились на шли�ах по-
перечного разреза головок разрывных образцов с помощью микроскопа МИМ-7,
модернизированного оптической видеокамерой ДСМ 130, по стандартным методам
микроскопического анализа (рис. 3). Установили, что для перегретого до 760 оС
металла без какой-либо обработки (�ото 1) характерно наличие первичных α-��
дендритных кристаллов размером более 1 мм и дендритной ячейкой в среднем
18-25 мкм. Размеры эвтектических областей находятся в диапазоне 100-200 мкм,
причем длина сечений пластин эвтектического кремния составляет �0-80 мкм, а
ширина - 3-5 мкм.
Тот же металл, прошедший перед заливкой термоскоростное охлаждение с час-
тичной кристаллизацией и перемешиванием (�ото 2), имеет аналогичную структуру
α-�� дендритов с более крупной дендритной ячейкой (30-35 мкм).
Для металла с дополнительным предварительным наводороживанием расплава
и выдержкой 5 мин (�ото 3) характерно наличие первичных кристаллов раз-
личной дисперности: более крупные (�00-600 мкм) с дендритной ячейкой
�5-50 мкм (~ 35 %) и мелкодисперсные с ячейкой 15-20 мкм.
Металл, моди�ицированный стронцием (0,05 %), в сочетании с теми же видами
обработки (�ото 4 и 5) состоит из крупных α-�� первичных кристаллов (200-800 мкм)
и мелкодисперсных дендритов с ячейкой 10-15 мкм, образовавшихся через потерю
устойчивого роста в результате большего переохлаждения. Размеры эвтектических
областей также составляют 100-200 мкм, однако эвтектический кремний существен-
но изменяется до тонкодисперсных волокнистых �орм. Длина сечений кристаллов
кремния не превышает 5 мкм с шириной сечений пластин в среднем 2-3 мкм.
Аналогичными исследованиями литого металла, полученного при замедленном
затвердевании литника технологической пробы на газовую пористость в тонко-
стенной части кокиля (см. рис. 1), установлено, что после комплексной обработки
расплава, включающей наводороживание, 5-минутную выдержку и термоскоростное
охлаждение с частичной кристаллизацией и перемешиванием, микроструктура (рис.
�, �ото 1) характеризуется наличием наравне с дендритами розеткоподобных и
а б
Рис. 2. Распределение водородной пористости в прибыльной части отливки
технологической пробы: а – без моди�ицирования; б – моди�ицирование
стронцием
�2 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 1
Новые методы и прогрессивные технологии литья
округленных кристаллов первичной α-�� �азы (100-300 мкм), а также вырожденным
характером эвтектики. Эвтектический кремний кристаллизуется, в основном, в про-
странстве между первичными α-�� кристаллами, при этом длина сечений кристаллов
эвтектического кремния составляет 50-80 мкм с шириной сечений пластин от 3-5
до 8-15 мкм.
После дополнения той же комплексной обработки расплава моди�ицированием
стронцием (0,05 %) микроструктура (рис. �, �ото 2) также характеризуется нали-
а б
Рис. 3. Влияние видов обработки расплава на структуру сплава АК� при уско-
ренном затвердевании в массивном кокиле: 1 – расплав перегрет до 760 0С;
2 – термоскоростное охлаждение (ТСО) расплава от 770±10 0С до температуры
ликвидуса (605 0С) и частичная кристаллизация с перемешиванием (ЧКП) на
протяжении 35±5 с; 3 – наводораживание расплава (НР) влажным асбестом
2 мин, выдержка (τ
в
) 5 мин, ТСО, ЧКП; 4 – НР, моди�ицирование стронцием
(0,05 %), τ
в
после НР 10 мин, ТСО, ЧКП; 5 – то же самое при τ
в
= 50 мин; а - ×60,
б - ×2��
1
2
3
4
5
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 1 �3
Новые методы и прогрессивные технологии литья
чием первичной α-�� �азы (200-�00 мкм) наравне с дендритами розеткоподобных
и округленных кристаллов. Вследствие меньшей интенсивности теплоотвода сте-
пень ди��еренцирования моди�ицированной эвтектики уменьшается. Длина
сечений кристаллов кремния увеличивается до диапазона 6-25 мкм. Также следует
отметить, что в образцах, выточенных из литниковой части, отчетливо наблюда-
ются эвтектические участки с кристаллами скелетной мор�ологии (вероятно,
α-(Fe,Mn)
3
S�
2
��
15
�аза), которые образуются совместно с первичной α-�� �азой.
Влияние видов обработки расплава (моди�ицированного в предыдущих ис-
следованиях) на �ормирование непропитываемых узлов отливки исследовали на
заливаемой в кокиль технологической пробе в виде цилиндра диаметром �0 мм,
сообщаемого с прибылью питателем диаметром 32 мм (рис. 5). Заливку осущест-
вляли через воронку с диаметром выпускного отверстия 2� мм. Общий объем
газоусадочных де�ектов (пористости) определяли гидростатическим взвешиванием
(табл. 3). Как видно, при заливке исходного расплава при температуре 715 оС без
Виды обработки
Температура
кокиля, 0С
25 440
Исходный расплав без обработки, темпера-
тура заливки 715 0С
2,6 2,7
Наводороживание 2 мин при 750 0С, выдержка
3 мин, температура заливки 725 0С
3,84 5,82
Наводороживание 2 мин при 750 0С, выдержка
3 мин, термоскоростное охлаждение с
частичным затвердеванием и перемешива-
нием, температура заливки 593 0С
4,67
(1,8)*
3,045
*объем пористости без учета концентрированной раковины
таблица 3. влияние видов обработки расплава на
среднюю пористость (%) непропитываемой тех-
нологической пробы в зависимости от интенсив-
ности затвердевания
а б
Рис. �. Влияние видов обработки расплава на структуру сплава АК� при замедленном за-
твердевании в тонкостенном кокиле; 1 – НР, τ
в
= 5 мин, ТСО, ЧКП; 2 – НР, моди�ицирование
стронцием (0,05 %), τ
в
после НР 10 мин, ТСО, ЧКП (расши�ровку см. на рис. 3); а - ×60,
б - ×2��
1
2
�� ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 1
Новые методы и прогрессивные технологии литья
какой либо обработки в холодный кокиль (25 оС) в тепловом центре отливки образу-
ется концентрированная усадочная раковина (рис. 5, а), которая после повышения
температуры кокиля до �30 оС уступает место рассеянной пористости с отдельными
порами размером до 2 мм (рис. 5, б). Средний объем газоусадочных де�ектов
примерно одинаковый (~2,65 %), в данных условиях он отражает де�ицит питания
пробы, обусловленный ее геометрической нетехнологичностью.
При заливке перегретого наводороженного расплава в холодный кокиль (рис. 5, в)
на шли�е видны только рассеянные поры с максимальным размером в центральной
зоне около 0,5 мм и уменьшающиеся по мере удаления от центра. Пери�ерийный
ободок шириной около 5 мм визуально кажется беспористым. Общий объем пор
составляет 3,8� %, что больше де�ицита питания пробы, такую пористость можно
было бы считать чисто газовой. Однако под центральной частью питателя на шли�е
замечено ликвационное пятно эвтектики (на рисунке не видно), свидетельствующее
о том, что после образования в питателе сплошного кристаллического каркаса в
пробу продолжала �ильтроваться питающая �аза эвтектического состава, то есть
газовой пористости было недостаточно для полной компенсации усадки затвер-
Рис. 5. Влияние видов обработки расплава на �ормирование непропитываемых узлов
отливок из моди�ицированного стронцием сплава АК� в металлической �орме с исходной
температурой 25 (а, в, д) и �30 0С (б, г, е): а, б - исходный сплав, перегретый до 715 0С;
в, г – наводораживание 2 мин при 750 оС, выдержка 3 мин, температура заливки 725 0С;
д, е - наводораживание 2 мин при 750 0С, выдержка 3 мин, термоскоростное охлаждение
с частичным затвердеванием и перемешиванием, температура заливки 5�3 0С
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 1 �5
Новые методы и прогрессивные технологии литья
девания. Это кажущееся противоречие объясняется тем, что часть газовых пор,
возникших еще до образования в питателе связанного кристаллического каркаса,
всплыла в верхнюю часть отливки, создавая там скопление мелких пор (на шли�е
такое скопление более заметно, чем на �отогра�ии), которые ко времени прекраще-
ния питания металлоемкого узла оказываются вмороженными в затвердевший слой
металла и поэтому не участвуют в компенсации последующего де�ицита питания,
но, суммируясь с ним, увеличивают общий объем пористости.
При заливке перегретого наводороженного расплава в горячий кокиль (рис. 5, г)
пористость практически равномерно рассредотачивается по всему объему отливки
со значительным количеством пор максимального размера в диапазоне 0,5-1,0 мм.
При общем объеме 5,82 % эта пористость, безусловно, чисто газовая.
Перевод наводороженного расплава в частично закристаллизованное состоя-
ние путем термоскоростного охлаждения с перемешиванием существенно меняет
характер образующихся полостей. Прежде всего, следует обратить внимание
на концентрированную раковину в верхней части отливки (рис. 5, д). Всего было
сделано две заливки частично закристаллизованного сплава (наводороженного и
ненаводороженного) в холодный кокиль, и в обоих случаях имела место аналогич-
но расположенная раковина, объем которой вместе с пористостью значительно
превышает объем усадки отливки. Кроме того, ниже этой компактной раковины
видна еще вытянутая вниз усадочная раковина. И то, и другое является признаком
затвердевания ненаводороженного или даже ра�инированного сплава. Действи-
тельно, пористость представленной на рис. 5, д половинки отливки без учета концен-
трированной раковины (при гидростатическом взвешивании раковина заполнялась
водой) составляет всего лишь 1,8 %. Но в этом случае общий объем газоусадочных
де�ектов не может превышать объема усадки отливки при затвердевании. На
основании изложенного можно с большой вероятностью заключить, что рассма-
триваемая раковина является де�ектом заливки частично затвердевшего сплава
в холодный кокиль и получение качественной �асонной отливки в таких условиях
является проблематичным и требующим специальных исследований. Здесь умест-
но отметить одно наблюдение, касающееся исследованного сплава. В литературе
[3-5] приведены данные, согласно которым в бинарных силуминах с содержанием
кремния более 8-�% связанный кристаллический каркас в зоне двух�азного со-
стояния затвердевающей отливки не образуется даже при температурах, близких
к эвтектической. Использованный в данной работе сплав содержал около � % S� с
температурой эвтектического затвердевания несколько ниже 570 оС (определе-
но термическим анализом). Тем не менее, в процессе разливки перемешанного
частично затвердевшего сплава при начальной температуре 5�3 оС происходило
схватывание суспензии, и часть сплава не выливалась из ковшика.
Заливка аналогично обработанного двух�азного сплава в горячий кокиль
(рис. 5, е) дает практически равномерно рассредоточенную по объему отливки
пористость, причем на �оне густо рассеянных мелких пор (менее 0,3 мм) четко
контрастируют редко рассеянные поры круглой �ормы диаметром 1-2 мм (похоже
на рис. 2). Общий объем такой газовой пористости составляет 3 % и этого оказалось
достаточно для полной компенсации усадки затвердевания сплава.
Соотношение между пористостью отливок, полученных в горячем и холодном (без
учета де�екта заливки) кокилях как из перегретого наводороженного сплава, так и
наводороженного сплава в двух�азном состоянии примерно одинаковое, одна-
ко для частично затвердевшего сплава объем пористости значительно меньше
(~2 раза), что еще раз подтверждает ра�инирующее воздействие термоскоростного
охлаждения с перемешиванием. Тем не менее, представленный на рис. 5, е резуль-
тат подтверждает также возможность получения отливок без концентрированных
усадочных де�ектов в условиях недостаточного или вообще при отсутствии питания
в процессе затвердевания из частично затвердевшего сплава АК�. Этому благо-
приятствует и отсутствие утяжин.
�6 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 1
Новые методы и прогрессивные технологии литья
Для определения механических свойств пористого литого металла, заслужива-
ющего внимания в плане безусадочного литья (рис. 5, г, е), из нижней и верхней
половин цилиндрической части отливок вырезали образцы с диаметром разрывной
части 10 мм. Полученные данные приведены в табл. �, из которой видно, что порис-
тость верхней половины несколько больше, чем нижней, соответственно снизились
показатели прочности и пластичности. Причем, судя по данным табл. 1, 2 и �, при
заливке моди�ицированного стронцием сплава в двух�азном состоянии с рос-
том пористости (П, %) в исследованных пределах прочность снижается по закону,
близкому к линейному (рис. 6), σ
В
= 2�0-35,6 П, то есть каждый процент пористости
понижает прочность на 35,6 МПа. При заливке такого же сплава в перегретом со-
стоянии значения пористости получаются на �0-60 % выше, однако по механи-
ческим свойствам металл не уступает залитому
в двух�азном состоянии.
Проверку на герметичность осуществляли
на пластинках толщиной 5 мм, вырезанных
из приосевого слоя каждой отливки (рис. 5,
г, е). В обоих случаях при продувке сжатым
воздухом (0,6 МПа) в воде обнаружена слабая
течь, в основном, в зоне теплового центра
диаметром около 15 мм, расположенной на
уровне перехода цилиндрической части отлив-
ки в коническую. С уменьшением толщины
пластинки на 0,5-1,0 мм течь существенно
усиливалась и распространялась на другие
участки, особенно для сплава, залитого в
двух�азном состоянии. Такие же пластинки
вырезали из прибыльной части технологичес-
кой пробы на газовую пористость (см. рис. 2).
Оказалось, что немоди�ицированный металл,
представленный на рис. 2, а, негерметичен по
всему сечению и его пластинка давала сильную
течь на всех участках кроме боковых кромок
при минимальном давлении. Такую же течь по-
казала и верхняя треть пластинки, вырезанная
из моди�ицированного металла прибыли на
Участок
отливки
Свойства
Виды обработки расплава
наводороживание 2 мин при
750 оС, выдержка 3 мин, тем-
пература заливки 725 оС
то же плюс ТСО с
ЧКП, температура
заливки 593 оС
Нижняя по-
ловина ци-
линдричес-
кой части
пористость, % 4,87 3,0
σВ, МПа 130 130
δ, % 3,1 0,75
Верхняя по-
ловина ци-
линдричес-
кой части
пористость, % 5,98 4,38
σВ, МПа 101 79
δ, % - 0,44
таблица 4. влияние видов обработки расплава на распределение
свойств в непропитываемой технологической пробе при заливке
в горячий кокиль
σ
Рис. 6. Влияние газовой пористости на
прочность моди�ицированного стронци-
ем сплава АК�, залитого в двух�азном
состоянии
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 1 �7
Новые методы и прогрессивные технологии литья
рис. 2, б. Остальная часть пластинки оказалась герметичной. Различие полученных
результатов объясняется, по-видимому, тем, что во втором случае моди�ицирова-
ние стронцием привело к снижению пористости (см. табл. 2).
Таким образом, выполненными исследованиями установлена возможность
получения из частично закристаллизованного расплава АК� отливок с высокими
механическими свойствами. Однако для этого требуется предварительная комп-
лексная обработка расплава, включающая наводороживание, моди�ицирование и
термоскоростное охлаждение, а также интенсивное затвердевание отливки.
Частичная кристаллизация наводороженного расплава путем термоскоростного
охлаждения с перемешиванием практически устраняет вредную всплывающую га-
зовую пористость, сокращая при этом общий объем пористости в отливке. Тем не
менее, в условиях низкой интенсивности теплоотвода этой пористости достаточно
для компенсации усадки затвердевания сплава, что создает предпосылки реали-
зации технологии безусадочного литья. Превышение объема пористости сверх
необходимого приводит к необоснованному существенному снижению механических
свойств и нарушению герметичности литого металла.
1. Котлярский Ф. М., Белик В. И., Борисов Г. П. Влияние стронция на свойства наводоржен-
ного силумина АК� // Процессы литья. – 200�. – № 5. – С 28-3�.
2. Милицын К. Н. Усадка металлов и сплавов в жидком состоянии и методы ее определения
// Усадочные процессы в металлах. – М.: АН СССР, 1�60. – С. 65-73.
3. Бочвар А. А., Новиков Н. Н. О твердожидком состоянии сплавов разного состава в период
их кристаллизации // Изв. АН СССР. ОТН. – 1�52. – № 2. – С. 217-233.
�. Гуляев Б. Б. Литейные процессы. – М.; Л.: Машгиз, 1�60. – �16 с.
5. Бахтиаров Р. А. О зависимости величины усадочной пористости в отливках от положе-
ния сплава на диаграмме состояния // Изв. АН СССР. ОТН. Металлургия и топливо.
– 1�62. – № �. – С. 62-6�.
Поступила 17.0�.200�
УдК 621.74.04
с. и. репях, в. е. хрычиков*
ООО « ИТЛ-Лассо», Днепропетровск
*Национальная металлургическая академия Украины, Днепропетровск
тоЧНость мАссы отливоК в литье
по выплАвляемым моделям
Установлено, что точность массы отливок особо ответственного назначения, изготавли-
ваемых из жаропрочных никелевых сплавов методом литья по выплавляемым моделям,
в основном, определяется их размерной точностью и возрастает с увеличением модуля
охлаждения отливки.
Ключевые слова: отливка, масса, точность, допуск, размер, усадка.
|