Исследование и разработка высокоэффективных технологических процессов изготовления отливок из магниевых сплавов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.04, кандидат технических наук Калинин, Александр Терентьевич

• Калинин, Александр Терентьевич
• кандидат технических наук
• 2003

Оглавление диссертации кандидат технических наук Калинин, Александр Терентьевич

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1 Анализ существующих технологий получения отливок из магниевых сплавов с повышенными механическими свойствами и герметичностью

1.1 Физико-химические процессы, происходящие при плавке магниевых сплавов

1.2 Дегазация магниевых сплавов

1.3 Модифицирование магниевых сплавов

1.4 Печи для плавки магниевых сплавов

1.5 Перспективные направления совершенствования технологий получения фасонного литья магниевых сплавов

1.5 Оборудование для плавки магниевых сплавов в защитных газовых средах

1.6 Выводы и постановка задач исследований

Глава 2 Методики экспериментальных исследований

2.1 Объекты и методы исследований

2.2 Оборудование для проведения исследований и методы исследований 43'

Глава 3 Исследование влияния различных способов рафинирования на газосодержание и свойства магниевых сплавов

3.1 Исследование влияния постоянного электрического тока на технологические параметры магниевых сплавов, приготовленных под слоем флюса 47 3.1.1 Проведение опытных плавок в производственных условиях

3.2 Исследование технологических параметров процесса рафинирования и модифицирования при бесфлюсовом приготовлении

3.2.1 Исследование газовых защитных атмосфер для бесфлюсового приготовления магниевых сплавов

3.2.2 Отработка режимов бесфлюсовой плавки

3.2.3 Разработка типового технологического процесса бесфлюсового приготовления магниевых сплавов

3.2.4 Установка для бесфлюсового приготовления магниевых сплавов

3.2.5 Исследование влияния постоянного электрического тока на качество получаемого магниевого сплава при бесфлюсовом приготовлении

3.3 Исследование технологических параметров процессов рафинирования магниевых расплавов методом внутреннего вакуумирования с одновременной обработкой электрическим током

3.4 Исследование технологических параметров процесса рафинирования и модифицирования расплава фильтрацией через фильтрирующую камеру при бесфлюсовом приготовлении

Глава 3.5 Исследование технологических параметров процесса заливки магниевых сплавов

3.6 Выводы

Глава 4 Разработка технологических рекомендаций по внедрению электрорафинирования магниевых сплавов на предприятиях авиацион ной промышленности

4.1 Исследование влияния объема плавильных тиглей на режимы элек трорафинирования

4.2 Внедрение плавильно-раздаточной установки и технологического процесса для бесфлюсового приготовления магниевых сплавов

4.3 Выводы Общие выводы Библиографический список Приложение 1 Приложение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование и разработка высокоэффективных технологических процессов изготовления отливок из магниевых сплавов»

Среди большого числа различных материалов, применяемых в современной технике, видное место отводится производству и использованию в народном хозяйстве цветных сплавов, особенно легких, к числу которых относится магний.

Магниевые сплавы - наиболее легкие из используемых в промышленности материалов находят разнообразное промышленное применение. Высокая удельная прочность обуславливает целесообразность их использования в первую очередь в тех случаях, когда имеет большое значение снижение веса конструкций (в самолетостроении, ракетной и космической технике). Кроме того, магниевые сплавы нашли применение в качестве материалов с высокими физическими и химическими свойствами.

В условиях рыночной экономики, дефицита металла и энергоносителей производство качественного литья является первостепенной задачей литейного производства. Это в полной мере относится к производству магниевых отливок. Для производства конкурентоспособных отливок необходимо создание эффективных технологий повышения свойств сплава и качество отливки из него. К числу мер, позволяющих решить такую задачу, наиболее эффективно обеспечение надежной защиты расплава от возгорания, высокой чистоты материала отливок по флюсовым, газовым и неметаллическим включениям, ухудшающим практически все показатели качества свойства литого металла.

Это достигается в результате изыскания и совершенствования методов приготовления расплавов.

Таким образом, разработка технологии приготовления литейных магниевых сплавов является важнейшей народнохозяйственной задачей, для решения которой необходимо совершенствование методов защиты расплава от возгорания, рафинирования и модифицирования расплавов для снижения в них газосодержания, твердых неметаллических включений, повышения механических свойств, плотности, герметичности отливок.

Настоящая работа состоит из трех основных разделов:

- разработка технологии получения герметичных отливок из магниевых сплавов путем совершенствования процесса рафинирования расплава при флюсовом приготовлении;

- разработка технологии получения коррозийностойких отливок из магниевых сплавов путем совершенствования и разработки новых процессов приготовления магниевых сплавов при бесфлюсовом приготовлении и создание соответствующего оборудования для его осуществления;

- производственные испытания и внедрение разработанных технологических процессов в производство в литейном цехе ОАО Комсомольского - на - Амуре авиационного объединения (ОАО «КнААПО»).

Цель работы — получение деталей с высокими эксплуатационными свойствами за счет разработки и внедрения ресурсосберегающих технологий плавки и разливки магниевых сплавов.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

- исследование влияния различных способов приготовления магниевых сплавов под слоем флюса и газовой защитной среде на газосодержание, герметичность и механические свойства;

- исследование, разработка новых методов рафинирования (электрорафинирование, продувка газами, внутреннее вакуумирование, фильтрация) магниевых сплавов, создание специальных устройств и оборудования для их осуществления;

- исследование и разработка новых технологических процессов разливки (в среде защитного газа) магниевых сплавов;

- производственные испытания и внедрение разработанных технологических процессов.

Научная новизна

1. Получены новые результаты по обработке магниевых сплавов электрическим током, позволяющие получить средние значения механических свойств образцов после термообработки Т4: ав=255 Мпа, 8 = 6,5 % и газосодержание

15 см3/100 г;

2. Установлена и научно обоснована закономерность изменений газосодержания, герметичности и механических свойств литейных магниевых сплавов от способов их приготовления;

3. Экспериментально обоснован эффективный состав защитной газовой среды при приготовлении и разливке магниевых сплавов;

4. Выявлена зависимость массы приготовляемого расплава, плотности тока и количества электричества, позволяющая аналитическим путем определять оптимальные параметры технологии электрорафинирования магниевых сплавов;

5. Установлено, что при различной плотности тока происходит резкое изменение газосодержания - от шах до min и на оборот (при плотности тока до

2 2 0,04 А/см происходит резкое снижение газосодержания, при 0,04 - 0,09 А/см идет дальнейшее незначительное снижение и при плотности тока более

0,1 А/см2 происходит резкое увеличение газосодержания).

6. Установлен оптимальный режим внутреннего электровакуумирования — оптимальное время 15 минут с плотностью тока на аноде более 0,1 А/см . Основные положения, выносимые на защиту:

- результаты исследований влияния различных способов рафинирования — флюсами и электрорафинирования при приготовлении магниевых сплавов под слоем флюса на структуру сплава и качество отливок;

- результаты исследований влияния различных способов рафинирования и модифицирования (рафинирование продувкой газами, электровакуумное рафинирование, электрорафинирование с продувкой инертным и углеродосодержащим газами, рафинирование фильтрацией через кусковые насыпные фильтры) на качество получаемых отливок при бесфлюсовом приготовлении магниевых сплавов.

- результаты экспериментальных исследований разливки магниевых сплавов по формам в струе защитного газа на свойства получаемых отливок.

Личный вклад автора Автору принадлежит постановка задач данного исследования, обоснование и разработка основных положений, определяющих научную новизну и практическую значимость.

Результат экспериментальных и теоретических исследований, изложенные в диссертации, получены лично автором и при его участии под руководством научного руководителя и консультанта.

Практическая значимость и реализация

На основе экспериментальных исследований разработаны:

- технологический процесс электрорафинирования магниевых сплавов при приготовлении под слоем флюса;

- технологический процесс бесфлюсового приготовления магниевых сплавов;

- технологический процесс разливки магниевых сплавов по формам в струе защитного газа.

Все эти технологические процессы нашли практическое применение на ОАО «КнААПО» на участке магниевого литья, оснащенном плавильно-раздаточными печами собственного производства.

Суммарный экономический эффект от внедрения на ОАО «КнААПО» составил 6655 тыс. рублей (в ценах 1998 г.).

Результаты работы внедрены в учебный процесс при чтении лекций и выполнении лабораторных работ по дисциплинам «Технологические основы производства отливок» и «Плавка литейных сплавов» кафедры «Машины и технология литейного производства» в ГОУ ВПО КнАГТУ.

Заключение диссертации по теме «Литейное производство», Калинин, Александр Терентьевич

10. Результаты работы по бесфлюсовому приготовлению магниевых сплавов и электрорафинированию внедрены на предприятии ОАО «КнААПО». Материалы РТМ использованы головным технологическим институтом АООТ НИАТ. Результаты работы используются также в учебном процессе на кафедре «Машины и технология литейного производства» КнАГТУ.

И. Внедрение на Комсомольском-на-Амуре авиационном производственном объединении технологических процессов приготовления магниевых сплавов и электрорафинирования позволило снизить газосодержание в 1,5 - 3 раза, сократить брак отливок по герметичности на 30 - 40 %, увеличить коррозионную стойкость, надежность и долговечность литых заготовок, улучшить санитарно-гигиенические условия труда на участке.

Суммарный экономический эффект от внедрения разработанных технологий составил 6655 тыс. рублей в ценах 1998 года.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Калинин, Александр Терентьевич, 2003 год

1. Магниевые сплавы. Ч. 2. Справочник. Технология производства и свойства отливок и деформированных полуфабрикатов / Под ред. И.И. Гуреева, М.В. Чух-рова М.: Металлургия, 1978. - 296 с.

2. Альтман М.Б., Лебедев А.А., Чухров М.В. Плавка и литье легких сплавов. М.: Металлургия, 1969. 680 с.

3. Есин О.А., Гельд П.В. Физическая химия пирометаллургических процессов. М., Металлургиздат. 1954

4. Андреев А.Е., Родякин В.В. Металлургия и химия титана. М.: Металлургия, 1968.-с. 285 -292.

5. Альтман М.Б., Лебедев А.А., Чухров М.В. Плавка и литье легких сплавов. М., Металлургия, 1969, 175 с.

6. Корольков A.M. Литейные свойства металлов и сплавов. М.: Наука, 1967. - 199 с.

7. Novotny Н., Wormnes Е., Mohrheim А. "Z. F. Metall kunde", 1940, Bd 32, №2, S. 39-41.

8. Лашко Н.Ф., Морозова Г.И., Андреева Ф.С., Тихонова В.В. «Изв. АН СССР. Металлы», 1969, № 2. - С. 159 - 163.

9. Лебедев А.А., Тихонова В.В. Алюминиевые и магниевые сплавы М.: Оборон-гиз, 1959.-С. 252-268.

10. Шаров М.В., Никитина М.Ф. Обработка цветных металлов и сплавов. М.: Металлургиздат, 1953. С. 85 - 91.

11. Шаров М.В., Морозов Б.С., Серебряков В.В. Металлургические основы литья легких сплавов. М.: Оборонгиз, 1957. - С. 341 - 359.

12. Шаров М.В., Гудченко А.П. Металлургические основы литья легких сплавов. -М.: Оборонгиз, 1957. С. 306 - 330.

13. Воронов С.М. Избранные труды по легким сплавам. М.: Оборонгиз, 1957. - 595 с.

14. Альтман М.Б. Неметаллические вкючения в алюминиевых сплавах. М., Металлургия, 1965, с. 2515,16,17.18,19,20,21,22,23,24,25