Изучение процессов и разработка технологии получения и применения стронциевых лигатур для модифицирования алюминиево-кремниевых сплавов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.04, кандидат технических наук Клюев, Федор Всеволодович

• Клюев, Федор Всеволодович
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Клюев, Федор Всеволодович

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Влияние стронция на структуру силуминов. Способы введения стронция в расплав

1.2 Составы лигатур содержащих стронций. Способы получения лигатур

1.3 Практика модифицирования алюминиевых сплавов стронциевыми лигатурами

1.4 Обоснование направления исследований

2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Материалы

2.2. Методики экспериментов. Использованные оборудование и приборы

2.3. Методика обработки результатов экспериментов

3. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ РЕАКЦИИ АЛЮМИНОТЕРМИЧЕСКОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ СТРОНЦИЯ

4.ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

4.1 .Изучение двойных сплавов А1-8г

4.1.1. Анализ диаграммы состояния системы АЬ-Бг

4.1.2. Получение и структура сплавов А1-8г

4.1.3. Исследование модифицирующего действия двойной лигатуры А1-8г

4.2.Изучение тройных сплавов А1-8ь8г. 71 4.2.1 .Анализ диаграммы состояния системы А1-8ь8г

4.2.2.По лучение и структура сплавов А1-8ь8г

4.2.3.Исследование модифицирующего действия тройной лигатуры А1-8ь8г

4.3. Изучение технологических характеристик лигатур

А1-8г и А1-8ь8г. 101 4.3.1.Время усвоения двойных А1-8г и тройных А1-8ь 8г лигатур. Время сохранения эффекта

модифицирования

4.3.2.Исследование процесса кристализации, структуры и пластичности модифицированного сплава Al-Si в зависимости от количества введённого стронция

4.3.3.Влияния переплава на структуру модифицированного сплава

4.4.Исследование возможности комплексного

модифицирования заэвтектического силумина

5. ОПРОБОВАНИЕ ЛИГАТУР В ПРОМЫШЛЕННЫХ УСЛОВИЯХ

ВЫВОДЫ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Изучение процессов и разработка технологии получения и применения стронциевых лигатур для модифицирования алюминиево-кремниевых сплавов»

Введение

В современных условиях повышение технического уровня производства, качества продукции, а также уменьшения вредного воздействия на окружающую среду является обязательной задачей всех отраслей промышленности, в том числе и металлургии.

В настоящее время в литейном производстве применяется большое количество сплавов системы алюминий-кремний. Одним из возможных путей улучшения механических свойств является проведение модифицирующей обработки расплавов, т.е получение более мелкой и равномерной структуры за счёт введения в расплав перед его заливкой малых добавок некоторых элементов. Механические свойства алюминиево-кремниевых сплавов в значительной мере зависят от формы и размеров частиц кремния в структуре эвтектики алюминий-кремний.

Долгое время для измельчения алюминиево-кремниевой эвтектики применялось модифицирование натрием. В промышленности широко используют относительно дешёвые универсальные флюсы, которые представляют собой смеси фтористых и хлористых солей натрия в различных соотношениях. Эти смеси обеспечивают одновременно и рафинирование и модифицирование сплава. Однако применение в качестве модификатора натрия осложнено рядом трудностей, так, например, велика опасность получения недомодифицированной или перемодифицированной структуры, что требует тщательного контроля за дозировкой, а это проблематично из-за весьма малых количеств усвоенного модификатора. Затем, присутствие в расплаве натрия ухудшает его жидкотекучесть, повышает склонность сплава к

образованию газовой пористости, появление которой нельзя предотвратить продувкой хлором из-за связывания натрия в хлорид. Кроме того использование флюсов на основе хлоридов и фторидов натрия вызывает повышенный износ плавильного оборудования и является экологически грязным из-за разложения солей натрия с образованием газообразных соединений хлора и фтора. Но главное это то, что время выдержки расплава после ввода модификатора мало (обычно около 30 мин) из-за испарения (температура кипения натрия 880°С)и окисления (из-за большого сродства к кислороду) натрия.

В связи с этим многими исследователями выполнялись работы, направленные на замену натрия в качестве модификатора другими элементами. Из изученных элементов наиболее подходящим оказался стронций.

Модифицирующее действие стронция на структуру эвтектики силуминов, аналогичное действию натрия, известно уже с 1921 года. Относительно высокая температура кипения (1366°С), а как следствие малая летучесть стронция, даёт большие преимущества при применение его как модификатора. Но до семидесятых годов он не получил широкого применения из-за сложности введения свободного стронция вследствии его самовозгорания, токсичности паров, необходимости повышения температуры расплава для введения стронция. Последнее обстоятельство приводит к увеличению газонасыщенности сплава, препятствием являлась также высокая стоимость свободного стронция.

В настоящее время разработаны технологические приёмы введения в расплав стронция в виде лигатур с алюминием и другими

металлами, а также в виде солей (в основном хлоридов и фторидов). Однако применение солей стронция сталкивается с теми же трудностями, что и применение солей натрия (опасность недо- или перемодифицирования, экологическая вредность), а промышленное производство лигатур в Российской Федерации отсутствует. Лигатуры же выпускаемые в СНГ, в частности в Таджикистане, производятся по сложной технологии с использованием вакуумного оборудования и полностью не удовлетворяют современным требованиям. Промышленные же лигатуры иностранных производителей предлагаются по высоким ценам, так что их применение удорожает производство литья.

В связи с этим цель данной работы состоит в поиске и исследовании более совершенных процессов получения стронцийсодержащих лигатур для модифицирования силуминов без применения специального оборудования и экологически вредных материалов и процессов.

1. Обзор литературных источников.

1.1 Влияние стронция на структуру силуминов и способы введения стронция в расплав.

Применение Sr в качестве эффективного модификатора Al-Si эвтектики в силуминах с сохранением модифицирующего эффекта при длительном выстаивании расплава и переплавах известно сравнительно давно. Такая особенность стронция имеет большое значение при массовом производстве отливок с использованием автоматизированных заливочно-дозирующих устройств большой ёмкости. Однако механизм модифицирования силуминов стронцием исследован недостаточно, а сведения об оптимальных добавках его в промышленные литейные алюминиево-кремнмевые сплавы и о способах его введения часто противоречивы.

В работе [1] изучали влияние микродобавок стронция на поверхностное натяжение жидких доэвтектических силуминов и их структуру с целью выяснения возможного механизма модифицирования. В немодифицированных силуминах эвтектический кремний появляется в виде слоистых и веерообразных пластин. Модифицированная стронцием эвтектика измельчена, состоит из почти равноосных в поверхности излома кристаллов эвтектического кремния, расположенных между зёрнами твёрдого раствора. В прстранственном отношении такая

структура представляется как стержневая. Отдельные стержни растут из общего центра, причём непрерывность таких стержней нарушена. Исследование излома модифицированного стронцием сплава показало, что в состав кремнистой составляющей эвтектики в незначительном количестве входит стронций. Введение стронция приводит к нейтрализации воздействия некоторых из поверхностно-активных примесей за счёт вытеснения их из поверхностного слоя и связывая в интерметаллиды, благодаря чему повышается поверхностное напряжение. Авторы [1] вероятно считают, что при введении стронция происходит уменьшение степени микронеоднородности расплава (уменьшаются размеры комплексов атомов кремния), также как и при введении натрия в силумин. В результате этого уменьшается эффективная концентрация кремния на фронте кристаллизации, и при затвердевании формируется дисперсная эвтектика. По-видимому, в расплаве стронций как адсорбционно-активная примесь будет распределяться преимущественно в указанных микрообластях со статистически случайным

распределением компонентов. В процессе кристализации модифицирующий эффект стронция также усиливается вследствие адсорбции его на гранях растущих кристаллов кремния с образованием химического соединения (силицидов стронция) либо твёрдого раствора (стронция в кремнии).

В работе [2] исследовалось влияние добавок различных количеств стронция на морфологию Al-Si

эвтектики в силуминах в литом и в термообработанном состоянии. Замеряли также температуру переохлаждения при эвтектическом превращении и механические свойства сплава как в литом состоянии, так и после термообработки. Результаты данных исследование показали, что структура эвтектики в нетермообработанных образцах при введении стронция в количестве менее 0,016% остаётся немодифицированной; более значительные добавки стронция постепенно формируют модифицированную структуру эвтектики. В термообработанных же образцах влияние различных количеств стронция на структуру эвтектики не выявлено. Выяснено, что степень эвтектического переохлаждения не может служить основанием для определения степени измельчения эвтектики. Сообщается, что различные добавки стронция как в литых так и в термообработанных образцах не оказывают влияния на прочность сплава, однако увеличивают его пластичность а обоих случаях.

В работе [3] также рассматривали влияние различных добавок стронция (от 0 до 0,09%) на морфологию эвтектики в силуминах, параллельно рассматривалась зависимость электропроводности силуминов в зависимости от степени модифицированности кремния в эвтектике. Отмечается, что оптимальное содержание стронция необходимое для модифицирования эвтектики составляет 0,005-0,01%; при этом эвтектика имеет мелкую пластинчатую структуру и электропроводность увеличивается на 56%. Большие добавки стронция могут привести к образованию

перемодифицированной структуры и как результат этого к уменьшению электропроводности и охрупчиванию.

В работе [4] исследовали влияние, совместное и каждого в отдельности, стронция, натрия и сурьмы на структуры эвтектики и механические свойства силуминов. По поводу стронция авторы отмечают, что стронций оказывает эффект аналогичный натрию при этом угар его значительно ниже, что позволяет при плавке использовать предварительно модифицированные сплавы. Однако он способствует увеличению газовой пористости в отливках.

В работе [5] также рассматривается влияние стронция и сурьмы на эвтектику в силуминах. По данным этой работы стронций изменяет структуру эвтектического кремния с иглообразной на глобулярную. Утверждается, что оптимальное количество стронция, необходимое для получения модифицированной структуры, составляет 0,0150,03%.

В работе [6] рекомендуется вводить стронций в расплав в количествах 0,005-0,025%, что гарантирует получение полностью модифицированной эвтектики при скоростях охлаждения более 0Д5°С/с. При этом пластичность и ударная вязкость образцов возрастает примерно на 100%)., а электрическая проводимость на 510%.

По данным работы [7] стронций не оказывает заметного влияния на механические свойства силуминов и лишь немного увеличивает склонность сплавов к коррозии.

В работе [8] исследовали влияние малых добавок стронция на структуру и свойства силуминов с целью заменить им натрий, применяемый для модифицирования алюминиево-кремниевой эвтектики. По данным авторов этой работы максимум механических свойств у сплава АЛ9, модифицированного стронцием наблюдается при введении 0,02- 0,06%; стронция, при больших добавках стронция пластичность и прочность сплава снижаются. Авторы объясняют это появлением в структуре новой фазы, содержащей, по результатам микрозондирования, повышенное количество кремния и стронция и не содержащая алюминий, по-видимому силицид стронция. Также исследована длительность сохранения эффекта модифицирования. При вводе 0,05-0,06%8г эффект модифицирования силумина сохраняется 3 часа и более. Это подтверждается и исследованиями механических свойств модифицированного сплава АЛ4 после термообработки Т5.

Введение стронция в расплав в чистом виде затруднительно из-за токсичности металла и возможности его самовозгорания. В настоящее время для введения стронция разработан ряд составов, которые условно можно разделить на две группы:

1-различные модифицирующие флюсы, содержащие соли стронция;

2-стронцийсодержащие лигатуры с участием различных металлов.

и

Стронцийсодержащие флюсы применяемые в настоящее время, не гарантируют стабильного и полного перехода стронция из солей в расплав, а так как в большинство составов входят фториды или хлориды, их применение ухудшает экологическую обстановку в цехе и усложняет технологический процесс их использования. Наиболее перспективным на сегодняшний день выглядит применение лигатур, способы получения и составы которых представлены ниже.

1.2 Составы лигатур содержащих стронций. Способы получения лигатур.

Получение стронций- содержащих лигатур затрагивается в большом числе патентов (9-22).

В патенте [9] жидкий алюминий нагревают до 750-880 *С, в расплав добавляют лигатуру А1-Ве (5% Ве) с таким расчетом, чтобы количество бериллия в расплаве составляло 0,005-0,1%. На поверхность расплава загружают флюс, состоящий из карбонатов щелочно- земельных металлов или их смесей с хлоридами или гидроокисями щелочноземельных металлов. Затем в расплав вводят небольшими порциями металлический стронций, завернутый в алюминиевую фольгу, расплав перемешивают, сохраняя или восстанавливая корку покровного флюса, после чего лигатуру разливают в изложницы. Если в качестве изложницы используется специальный

раздаточный тигель, то перед переливом расплава в этот тигель в него вводят бериллиевую лигатуру до содержания бериллия 0,001-0,1%, а расплав также покрывают флюсом. Способ предусматривает разливку лигатуры или ее перемещение в раздаточный тигель при температуре 820 °С. Таким образом, получают лигатуру, содержащую не более 4% стронция. По мере необходимости метод допускает также введение в лигатуру до 10% магния. К достоинствам способа относится высокий выход стронция (не менее 85%) и возможность приготовления лигатуры в обычных производственных печах.

Предложены также методы получения более сложных по составу стронцийсодержащих лигатур. Способ, описанный в патенте [10], предусматривает введение при 700-1700 °С оксидов, карбонатов или сульфатов стронция и (или) бария вместе с флюсами или без них в перемешиваемый расплав алюминия или алюминиевого сплава, не содержащего кремний.

Другой способ [11] от вышеприведенного отличается тем,что эти же соединения стронция добавляют в расплав кремния,который включает от 0,5 до 70%(в сумме) магния и (или) кальция и (или) алюминия,в присутствии углеродсодержащих материалов при 650-1700°С, преимущественно при 1000-1450°С.

Согласно данным патента [12], стронций содержащие составы получают введением в сплавы алюминия с кремнием и магнием предварительно лития, а затем в жидкий расплав при 900-1300 °С окисла, карбоната,

нитрата, хлорида и других солей стронция. После этого необходимо расплав интенсивно перемешивать под слоем углерода (графита) и флюсов для восстановления и перевода в расплав стронция.

В патенте [13] для получения стронцийсодержащей лигатуры предлагают в нагретый до 900°С сплав алюминия с 20% магния ввести карбонат стронция, а также смесь солей

для поддержания реакции между оксидом стронция и магнием- NaCl- 41%, KCl- 53%, NaF- 6%. Для защиты расплава от окисления использовать флюс: MgC12- 36%, KCl- 36%, KF-28%. Затем необходимо повысить температуру до 1000°С и расплав выдерживать при ней в течение 30 мин при перемешивании, после чего охладить до 700°С и разлить в изложницы. Достоинства лигатуры (как модификатора), полученной данным способом,- большая, чем в случае применения натрия, устойчивость модифицирующего эффекта, высокий выход лигатуры, отсутствие в ней включений оксидов.

В патенте [14] для модифицирования эвтектических и доэвтектических алюминиево- кремниевых сплавов предлгают лигатуру, содержащую силицид стронция, возможно с алюминиевым порошком, смесью алюминиевого и магниевого порошка или порошком алюминиево-магниевого сплава. Лигатуру применяют в виде брикетов, содержащих 3- 35% стронция (а возможно 10-30%) и 4075% кремния. Материал содержит 10-90% алюминия, причем предусматривается присутствие до 1 % кальция.

Лигатуру добавляют в расплав алюминия с кремнием из расчета ввода в него 0,005- 0,4% стронция.

В патентах [15,16] предложены лигатуры следующего химического состава, массовые %: Бг 3-17; 4-28; Са 0-1; А1- остальное и Бг 3-20; 5-28; Са 1-4; А1- остальное.

Сущность способа получения этих лигатур заключается в том, что сплав стронция с кремнием тезнической чистоты сплавляют с алюминием в интервале температур 788- 1149°С (предпочтительнее 927- 1092°С) при перемешивании. К достоинствам данной лигатуры относят более низкую стоимость, сохранение модифицированным сплавом оптимальной микроструктуры после повторной переплавки.

В патенте [17] разработан способ получения предварительного сплава алюминия, включающий нагревание сплава до 750-880°С, добавление к расплаву 0,05- 0,1% бериллия, стронция, обработку сплава и т.д.

В патенте [18] предлагается способ получения и использования лигатуры, содержащей стронций для модифицирования эвтектических и доэвтектических литейных сплавов алюминия. Для приготовдения лигатуры применяют выпускаемый на рынок силицид стронция, содержащий Бг 15-60 масс. % (теоретически 61), 81 40-75, примеси- менее 15 (Са, Бе, Ва, С, Мп, Тл, Ъх). Способ получения силицида стронция, содержащего менее 55% стронция, описан в патенте [19]. Содержание в ней кальция в количестве менее 1 % оказывает положительное действие. Порошок силицида крупностью менее 100 мкм смешивают с

алюминиевой пудрой в количестве 10 % от его массы и прессуют при давлении 7000 МПа в брикеты диаметром 12 мм и толщиной 6 мм. Содержание стронция в брикетах должно составлять 10-30%. Брикет вводят в модифицируемый расплав с таким рачетом, чтобы количество стронция составляло 0,005- 0,4 % от массы расплава.

Наряду с этим разработаны также стронций содержащие лигатуры, которые преимцщественно используются для введения стронция в расплав алюминиевого сплава непосредственно на предприятиях-изготовителях.

В патенте [20] предложена вакуумная технология получения алюминиевого- стронциевой лигатуры, которая может содержать практически любое соотношение стронция и алюминия, и не менее 1% бария.

В патенте [21] предлагается лигатура состава: 1-12 % Sr, 1-10% Y, 1-12% Si, AI- остальное.

1.3 Практика модифицирования алюминиевых сплавов стронциевыми лигатурами.

Сохранение модифицирующего эффекта в течение длительного времени, а также после переплава позволяет разработать и использовать для плавки чушковые сплавы с

модифицированной структурой. В ряде патентов предлагаются такие сплавы.

В патенте [22] предложен алюминиево-кремниевый сплав, легированный стронцием, следующего химического состава: 11-20% 81, 0-4% Mg, 0-15% Бе, 0-0,1% Бг, 0-0,1% Ыа, остальное- алюминий. Он предназначен для изготовления корпусов и поршней двигателей, компрессоров, насосов или аналогичных машин. Утверждается, что микроструктура этого сплава отличается отсутствием первичных фаз алюминия и кремния и большим объемным содержанием мелкодисперсного эвтектического кремния преимущественно в виде волокнистых и сфероидальных частиц с размерами меньше нескольких микронов или даже 1 микрона.

В патенте [23] сплав аналогичного состава с добавкой

0-4% меди предназначен для изготовления деталей двигателей внутреннего сгораняия. Условиями его литья предусматривается кристаллизация со скоростью роста твердой фазы 10-5000 мкм/с при температурном градиенте на границе раздела твердое-жидкое 100-500°С/см. При этом размеры частиц эвтектического кремния в твердом сплаве не превышают 10 мкм.

В работе [24] исследовались лигатуры с 30 и 10 %стронция. Причём использовалась 10% лигатура с разной структурой, полученной в результате разливки лигатуры при разных условиях:

1-заливка в изложницу(размер 8гА14-0,18 мм);

2-заливка пластины 5 мм в кокиль(размер 8гА14-0,02 мм);

3-прокатка из жидкого состояния(размер 8гА14-0,005 мм). Модифицирующая способность лигатур оценивалась по величине полного переохлаждения при кристализации эвтектики, за которую принималась разница между температурами- начала кристаллизации эвтектики и эвтектического превращения согласно диаграмме состояния А1-81(577°С)

Количественной оценкой процесса модифицирования являлась степень измельчения включений эвтектического кремния, за которую принимали количество включение, приходящихся на 1мм2 площади шлифа.

Анализ полученных результатов, показывает, что различие в степени измельчения включений эвтектического кремния и переохлаждения при кристализации в случае равенства скоростей охлаждения расплава определяется степенью усвоения модификатора. Последняя зависит от скорости нагрева лигатуры в расплаве, температуры плавления лигатуры и кинетики её растворения. В лигатуре 3 алюминиды стронция в 35-40 раз мельче, чем в кусковой лигатуре 1 и в 95-100 раз мельче, чем в лигатуре с 30% стронция для лигатуры 2 эти соотношения несколько меньше и составляют соответственно 9 и 24 раза. Поэтому для полного растворения и усвоения расплавом лигатур 2 и 3 требуется меньше времени ,что и сокращает характерный для стронциевых лигатур "инкубационный" период при сохранении достаточного времени их "живучести". По эффективности действия лигатуры 2 и 3 очень близки При

введении 0,03% стронция они обеспечивают стабильный модифицирующий эффект, то есть недостатки двойственные промышленным лигатурам.

В работе [25] исследовалось влияние длительности выстаивания расплава на угар стронция из расплавов А18П2 и А18П0М^ при введении в их состав фосфора. Фосфор вводится в расплав дважды по 0,001% в виде 10%-ной лигатуры с алюминием. Первый раз- в начале третьего часа, второй- в начале пятого часа выстаивания. Плавки проводились в тиглях большой и малой ёмкости. В обоих случаях заметного влияния фосфора на скорость выгорания стронция не отмечалось. Присутствие малых количеств фосфора не оказывало также заметного влияния на эффект модифицирования стронцием, что подтверждалось измерением электропроводности сплавов. Заметное снижение электропроводности происходило только при содержании стронция менее 0,009%, что соответствовало четырёхчасовой выдержки расплава А18П0М§ в тигле ёмкостью 3 кг.

Аналогичные исследования, проведённые при пониженном содержании стронция (0,045%) в тигельной индукционной печи ёмкостью 10 кг, показали, что перемешивание расплава индукционными токами и присутствие малых количеств фосфора практически не сказывается на скорости выгорания модификатора.

В рассматриваемой работе также изучали влияние переплава и выстаивания на скорость выгорания стронция в сплавах А18П0М^ и А18П2, содержащих фосфор. Фосфор

вводили дважды в количестве 0,001%,в начале третьего и пятого часов выстаивания расплава. Далее сплавы дважды подвергли переплаву. После первого переплава время выстаивания равнялось 3 ч, а после второго-2 ч. При этом эффект модифицирования исчез только у сплава А18П2, причём электропроводность данного сплава заметно снижалась при содержании стронция менее0,01%.

Таким образом, в отличие работы [26], в которой отмечается отрицательное влияние фосфора при модифицировании силуминов стронцием, установлено, что скорость выгорания стронция в расплаве при введении в него фосфора не увеличивается Точнее, минимальное содержание стронция, обеспечивающее получение модифицированной эвтектики, при наличии в сплаве фосфора возрастает незначительно. Так, если в сплавах, несодержащих фосфор, минимальное количество стронция для получения модифицированной структуры соответствовало 0,006%,то в сплавах, содержащих, 0,0002% фосфора, оно возрастает до 0,007-0,01% Бг. Однако такое количество фосфора в исследованных сплавах очень мало, чтобы отчётливо проявлялось его отрицательное влияние, хотя на практике технические сплавы алюминия с кремнием содержат фосфор в этих пределах.

В работе [27] изучалось влияние переливов и переплавов на свойства силуминов. Были приготовлены в тиглях объёмом по 5 кг при 760°Сплавы АЛ4 и АЛ9.Расплав дегазировали в течении 12 мин спектрально чистым аргоном. Затем вводили алюминиево-стронциевую

лигатуру с 10% стронция для получения его содержания в сплаве 0,06%. Через 5 мин после модифицирования расплав переливали в нагретый тигель. После второго, четвёртого, шестого, десятого переливов отливали образцы для спектрального анализа и вакуумные пробы. Параллельно отливали образцы из сплава, модифицированного тройной солью натрия. Пористость оценивали гидростатическим взвешиванием вакуумных проб. Результаты этой работы показывают, что многократные переливы и переплавы изменяют содержание газов в силуминах. При количестве переплавов 2, 4, 6, 8, 10 относительная пористость составляет соответственно 0,28;0,36;0,41;0,42%,т.е она возрастает от 0,25% для дегазированного сплава до 0,420,45% после десятого перелива(переплава).

В работе [28]даются следующие рекомендации по плавке обработанных стронцием силуминов:

1)рекомендуемое содержание стронция 0,025%,если он применяется в виде лигатуры, и, 0,3%, если в виде смеси солей; 2)вводить его необходимо при температуре расплава не ниже 710°С и не выше 750°С; 3) не рекомендуется применение покровного флюса ,так как это ослабляет эффект модифицирования;4) присутствие в эвтектическом сплаве Al-Si железа и титана, по-видимому, благоприятствует действию стронция при длительных выдержках расплава.

Подробно влияние способов дегазации на свойства модифицированных стронцием силуминов рассмотрено в работе [29] .Дегазация производилась порошкообразным

гексахлорэтаном-0,3% от массы расплава. Как показали исследования ,без дегазации длительность эффекта модифицирования составила 1 ч. По мнению авторов собственно введение лигатуры А1-8г не приводит к увеличению величины газовой пористости по сравнению с не модифицированным сплавом . Интересно, что при наличии влажной формы пористость оказалась больше у не модифицированного ,чем у модифицированного стронцием сплава.

В работе [30] прутки металлического стронция погружались с помощью графитового колокольчика при температуре расплава 730-750°С . Затем сплавы дегазировались продувкой азотом и специальным составом (95%-М2-5%-СС15Р2) при температуре 720-730°С. Это было необходимо для снижения водорода до стандартных пределов , так как после модифицирования количество водорода в сплавах значительно возрастало.

Введение стронция на поверхность расплава с последующим перемешиванием для обеспечения его растворения вызывает потери модификатора от 5-10 до 22% ,при этом возрастает насыщение расплава водородом. Дегазация увеличивает плотность отливки и снижает содержание стронция. Нужно учесть, что чем больше стронция в сплаве, тем выше скорость его выгорания. Дегазация смесью несколько замедляет выгорание стронция, однако при этом обнаруживается существенный угар магния(на 10%).

Попытки введения стронция в виде лигатуры столкнулись также с определёнными сложностями [31]. Несмотря на то что лигатура была приготовлена в вакууме, при введении стронция 0,16% от массы плавки газонасыщенность расплава резко возрастает. При его добавлении более 0,09 мас.% в изломе отливки появляется характерный блеск, что, видимо, соответствует образованию тройного интерметалида (SrA12Si2). Необходимость введения столь больших количеств стронция была вызвана плохой растворимостью использованной лигатуры, содержащей 30 Mac.%Sr. Так через 2 часа после добавления лигатуры в пробах расплава оказалось 50% от введённого количества стронция. Возможно также, что участки огрубления эвтектики в первый момент после дегазации вызваны локальным уменьшением концентрации стронция в процессе дегазации расплава.

В работе [32] хорошие результаты показало использование комплексной лигатуры: 14% Si, 10% Sr, остальное-алюминий. В сплавах с 5-7% Si оптимальным количеством стронция для получения устойчивого эффекта модифицирования оказалось 0,01-0,02%, а в сплавах с 9-12%Si-0,02-0,03%.

В работе [33] исследовали влияние стронция на свойства и структуру промышленного сплава AJI4, при этом использовали Sr-содержащую лигатуру производства Исфаринского комбината с содержанием стронция 54%.По данным этой работы максимальная дисперсность Al-Si

эвтектики, а также наибольшая прочность и пластичность достигаются при вводе 0.05-0,1 %Sr. При большем содержании стронция сплав охрупчивается появляющимся в структуре интерметалидом SrA12Si2. Усвоение стронция составляет 60-75%. Проведённые исследования по распределению стронция в промышленных силуминах указывают на то, что Al-Si эвтектика кристаллизуется при пониженной температуре и с иной морфологией роста эвтектического кремния.

В работе [34] исследовали технологию модифицирования сплава AJI4 модификаторами, содержащими стронций, для изготовления под низким и высоким давлением отливок массой 0,2-150 кг. Сравнивали модифицирующее действие флюса, содержащего хлорид стронция, металлического стронция, лигатур с содержанием стронция 30 и 54 % (производства Исфаринского комбината). Рекомендовано оптимальное расчётное количество вводимого стронция при обработке расплава лигатурами. Для лигатуры содержащей 30%Sr оно составляет 0,05-0,07%, а для лигатуры содержащей 54%Sr-0,06-0,08%. Это количество обеспечивает прочность сплава AJI4 в термообработанном состоянии 250-280Мпа, относительное удлинение 4-6%, НВ75-90.Также отмечено, что остаточное (фактическое) содержание стронция в расплаве при выстаивании возрастает и достигает максимума (70-80%) от количества введённого стронция) через 1,5-2 часа, однако в раздаточных печах сопротивления обнаружено неполное растворение лигатуры

даже через 3 часа после введения лигатуры. Отмечено, что модифицирование сплава АЛ4 при 0,02-0,07% стронция повышает его коррозионную стойкость на 15-20%.

В работе [35] предложен вариант получения более чистой стронциевой лигатуры путём разбавления промышленной 30%-й лигатуры без вакуумирования, с последующей кристаллизацией лигатуры при больших скоростях охлаждения. В алюминии под слоем криолита при температуре 850°С растворяли 30%-ю промышленную лигатуру до получения 10%-го содержания стронция. После этого расплав рафинировали присадкой серы (утверждается, что такой вариант рафинирования не оказывает последующего отрицательного влияния на модифицирующую способность лигатуры). Затем разливали полученную лигатуру в металлические изложницы, что позволило измельчить включения SrA14 до 0,18-0,20 мм.(размер кристаллов SrA14 в исходной 30%-й лигатуре 0,5 мм) и снизить газонасыщенность лигатуры. Параллельно полученную лигатуру, после рафинирования разливали через медные вращающиеся валки и прокаткой из жидкого состояния получали быстроохлаждённую лигатуру в виде ленты толщиной 3-4 мм со скоростью охлаждения ~1000°С/с. В такой лигатуре стронций находился преимущественно в пересыщенном твёрдом растворе в алюминии и в виде тонкодисперсных включений SrA14 и SrAl, имеющих размер порядка 0,005 мм.

Оценку эффективности действия полученных лигатур производили на сплаве АК12оч. Показано, что стабильно

модифицированная структура при литье в кокиль достигается при добавке 0,02% стронция из быстроохлаждённой лигатуры. При этом предел прочности при растяжении превышает 260 Мпа при относительном удлинении более 11%. Плотность кокильных образцов в случае использования ленточной лигатуры не зависит от добавки стронция ,а при литье в сухую песчаную форму снижается незначительно.

Также в данной работе исследовано влияние скорости охлаждения отливки на плотность и степень модифицирования сплава. Сообщается, что с увеличением скорости охлаждения эффективность модифицирующего действия стронциевых лигатур возрастает. Получена максимальная плотность сплава в случае использования для модифицирования быстроохлаждённых стронциевых лигатур.

В работе [36] изучался процесс растворения в расплаве лигатур с разным содержанием стронция. Исследовались двойные лигатуры А1-8г содержащие 10, 55 и 90%Бг, и тройная лигатура А1-8ь8г содержащая 10% стронция и 14%кремния. Рассматривается механизм растворения лигатур, в частности различия в механизмах растворения лигатур с большим содержанием стронция и менее богатых лигатур. Отмечается, что лигатуры в структуре которых присутствует первичный

стронций(например исследованная лигатура содержащая 90%8г) при введении в жидкий металл, температура которого ниже 725°С, реагируют с металлом с

образованием, по экзотермической реакции соединения 8гА12812, которое затем растворяется в расплаве, при этом в расплав переходит более 75%стронция.При повышении температуры введения лигатуры эффект модифицирования уменьшается. Лигатуры же с меньшим содержанием стронция (А1-10%8г и А1-10%8г-14%81) не дают экзотермическго эффекта. Скорость перехода стронция в расплав увеличивается с увеличением температуры расплава.

Работа [37] также посвящена различиям в механизмах растворения лигатур богатых и бедных стронцием и во многом подтверждает данные предыдущего источника. Также в этой работе рассмотрены плотность, сплава растворимость водорода в расплаве и механические свойства в зависимости от того, какой тип лигатуры применялся для модифицирования расплава.

Представленные результаты показывают, что механические свойства отливок не зависят от того, какая лигатура применялась для модифицирования, в то время как содержание растворённого водорода в расплаве значительно больше при использовании тройной лигатуры А1-14%8ь10%8г, чем при использовании двойных лигатур А1-8г и не зависит от того, сколько стронция содержится в лигатуре. Плотность сплава несколько снижается при использовании тройной лигатуры по сравнению со случаями, когда применялись двойные лигатуры.

В работе [38] отмечается, что стронций не влияет на величину водородной пористости, возникающей из-за

влажности атмосферы и введение стронция из промышленной лигатуры 90%8г-!0%А1 не увеличивает содержания водорода в расплаве. В то же время усиление перемешивания расплава для растворения лигатуры значительно увеличивает уровень растворённого водорода. Также утверждается, что присутствие стронция в расплаве не создаёт помех дегазации расплава азотом и аргоном, в то время как продувка активными газами, например азотом с примесью 5% фреона не даёт ожидаемого результата и довольно быстро снижает количество стронция находящегося в расплаве. По данным авторов, если при простой выдержке угар стронция составляет 0,001% в час, то при продувке инертными газами он составляет 0,003% в час, однако общие потери стронция за время продувки незначительны.

В работе [39] исследовали влияние модифиицирования стронцием на свойства сплавов АЛ4 и АЛ9. Содержание стронция варьировали от 0,02% до 0,1%. Сообщается, что максимум механических свойств для обоих сплавов достигается при введении 0,03- 0,06% стронция, при больших количествах стронция прочность и пластичность сплавов снижается из-за появления новой фазы- 8гА12812-При этом отмечается, что модифицированная структура, по всей видимости, представляет собой тройную эвтектику А1-

В работе [40] рассматривали возможность использования стронциевой лигатуры для получения чушкового сплава АД4СК с гарантированной

модифицированной структурой, а также влияние стронция на свойства сплава и скорость выгорания стронция из расплава. Выяснено что с увеличением длительности выдержки и снижением концентрации стронция скорость его выгорания уменьшается. При выдержках от 1,5 до 3 часов концентрация стронция снижается на 30-40%. Авторы делают заключение о том, что кинетика угара стронция в сплаве лимитируется только массопереносом в объёме расплава. Некоторое увеличение газосодержания сплава сразу после ввода стронция авторы объясняют хорошими геттерными свойствами самого металлического стронция. Отмечается, что по мере разливки металла, в процессе выстаивания, содержание газов уменьшается и приближается к уровню немодифицированного сплава. Микроструктура полученного чушкового сплава состоит из дендритов твёрдого раствора осдь окружённых мелкодисперстной эвтектикой оса1+81, причём кристаллы эвтектического кремния имеют глобулярную форму.

Согласно работе [41] стронций увеличивает склонность металла к образованию газовой пористости, поэтому рекомендуется использовать чистые лигатуры и дегазировать расплав перед их введением.

В работе [42] сплав алюминия с 12%81, 0,45%Ре, 0,22%Мп, 0,07%Си модифицировали различными добавками, в том числе солями стронция: 8г804, 8гС12, ЭгСОз и лигатурой А1-13,8%8ь9,6%8г. Соли стронция вводились в количестве до 2%, а лигатура 0,1 и 0,2% от массы расплава. Перед заливкой сплав выдерживали 5 мин.

Ощутимого влияния на макроструктуру модификаторы не оказывали. Механические свойства сплава,

модифицированного солями, оказались несколько ниже, чем при обработке стронциевой лигатурой. Так при введении 0,1% лигатуры предел прочности составил 170 МПа, относительное удлинение- 6%, при введении 0,2% лигатуры- 173 МПа и 9% соответственно. При модифицировании солями предел прочности достиг 160 МПа, при относительном удлинении 6%.

1.4. Обоснование направления исследований.

Из обзора литературных источников можно сделать вывод что лигатуру Al-Sr получают различными способами ,но наиболее распространёнными являются два из них:

1 .Растворение металлического стронция в жидком алюминии.

2.Восстановление жидким алюминием стронция из хлоридов, фторидов и др. солей стронция.

Производство лигатуры по первому способу связано с трудностями возникающими из-за дефицитности и дороговизны чистого стронция, но к плюсам этого способа можно отнести относительно высокий выход стронция и возможность приготовления лигатуры в обычных производственных печах.

Применение второго способа часто связано с выделением большого количества вредных газов, что требует специального оборудования, или с применением вакуумной технологии, что также вызывает усложнение и увеличение себестоимости производства лигатуры. Поэтому наибольший интерес представляет собой

технология получения лигатуры алюминий-стронций из солей при которой не будет происходить вредных выбросов и которая позволит использовать обычное производственное оборудование.

Таким образом перспективным представляется способ получения лигатуры путём алюминотермического восстановления стронция из его солей, при разложении которых не образуется экологически вредных веществ. При этом процесс должен проводиться на обычных производственных печах. Наиболее удачным выглядит использование в качестве стронцийсодержащего вещества карбоната стронция, который производится в больших количествах.

С формальной точки зрения в лигатуре алюминий-стронций выгодно иметь большое содержание стронция 15-30%. Однако, для того, чтобы определить реальное возможное содержание стронция в сплаве необходимо провести анализ диаграммы состояния системы алюминий-стронций и термодинамический анализ реакции восстановления стронция из карбоната.

Очевидной трудностью в предлагаемом способе получения лигатуры является протекание самого процесса восстановления стронция жидким алюминием, при котором образуется А^Оз как продукт реакции. Оксид А^Оз очень тугоплавок и образует прочную плёнку, следовательно его образование неизбежно будет замедлять и подавлять ход взаимодействия реагентов.

Исследование предлагаемого варианта получения лигатуры в значительной степени должно быть направлено на то, чтобы найти такие условия проведения взаимодействия алюминия и стронцийсодержащих веществ (характер нагрева, режим перемешивания, способ введения и размер фракции вводимых

стронцийсодержащих веществ, конечная температура процесса, условия и способ разливки),которые обеспечили бы приемлемые показатели по времени, температуре, скорости восстановления и усвоению стронция, а также загрязнённости слитков сплава шлаковыми и окисными включениями.

Кроме изучения и разработки процесса получения лигатуры алюминий-стронций представляется целесообразным исследовать возможность получения тройных лигатур с целью улучшения технологических свойств стронцийсодержащих лигатур и найти наиболее эффективный по модифицирующей способности состав и способ получения этих лигатур.

Для достижения указанных целей необходимо решить следующие задачи:

1 .Провести термодинамическую оценку

алюминотермического восстановления стронция из оксида стронция.

2.Установить рациональные пределы по температуре процесса восстановления и по содержанию стронция в лигатуре алюминий-стронций.

3.Экспериментально найти основные показатели режима восстановления (температура, время, состояние исходных материалов) стронция.

4.Экспериментально получить тройную лигатуру.

5.Оценить модифицирующее действие полученных лигатур (удельный расход, степень измельчения, температура модифицирования, время сохранения модифицирования и т.д.)

6. Опробовать полученные лигатуры в промышленных условиях.

Для решения поставленных задач провести следующие эксперименты:

¡.Исследовать взаимодействие оксида стронция с жидким алюминием.

1.1 .Выполнить термодинамический расчёт реакций А1ж+8гО А1Ж+ ЭгСОз при температурах 600-1500°С.

1.2.Исследовать различные технологические варианты проведения реакций А1ж+8гО и А1ж+ 8гСОз.

1.2.1.Провести реакции А1Ж+8Ю и А1ж+8гСОз при температурах 700-1400°С на зеркале расплава в нагревательной электрической печи сопротивления и в индукционной печи, с использованием перемешивания расплава.

1.2.2. Провести реакции А1ж+8гО и А1ж+8гСОз при температурах 700-1400°С при введении стронцийсодержащих веществ на дно тигля под слой жидкого металла в нагревательной электрической печи сопротивления и в индукционной печи, с использованием перемешивания расплава

1.3.Продукты плавок исследовать химическим методом для определения состава, металлографически и РФА для определения фазового состава.

1.4.На основании результатов экспериментов установить закономерности формирования структуры двойных сплавов А1-8г

1.5.Провести балансовые плавки двойной лигатуры, определить выход годного сплава от массы шихты.

1.6.Исследовать действие лигатуры и параметры модифицирования (время выдержки, время сохранения эффекта

модифицирования, степень измельчения и т.д.) на доэвтектических силуминах.

1.7.Исследовать возможность получения тройных лигатур на базе лигатуры А1-8г и путём прямого алюминотермического восстановления стронция из его карбоната.

1.8.Исследовать тройные лигатуры методами рентгеноструктурного, химического и металлографического анализа.

1.9.Установить закономерности формирования структуры тройных лигатур.

1.10.На основании полученных данных установить оптимальные по модифицирующей способности составы лигатур.

1.11 .Исследовать действие полученных тройных лигатур.

1.12.Для уточнения отдельных сторон модифицирования провести термоанализ модифицированного и не модифицированного доэвтектического силумина.

2. Методика исследования. 2.1.Материалы

Для исследования взаимодействия оксидных соединений стронция и жидкого алюминия использовали оксид стронция 8гО, карбонат стронция БгСОз, алюминий марок А5-А999 (ГОСТ 110689).

Для приготовления сплавов А1+7%81 и А1+18%81 применяли алюминий марки А5 (ГОСТ 1106-89), силумин СИЛ 0 (ГОСТ 152176), кремний Кр1 (ГОСТ 2169-69).

Для приготовления лигатуры А1-8г использовали первичный алюминий марок А5-А7 (ГОСТ 1106-89), карбонат стронция 8гС03 (ТУ 6-09-4165-84).

Для приготовления лигатуры А1-8ь8г использовали первичный алюминий марок А5-А7 (ГОСТ 1106-89), карбонат стронция 8гС03 (ТУ 6-09-4165-84), кремний Кр1 (ГОСТ 2169-69), силумин СИЛ 0 (ГОСТ 1521-76).

Карбонат и оксид стронция применяли в виде порошка. Алюминий и силумин в шихте использовали в виде чушек или крупных кусков, а кремний в виде порошка или небольших кусков размерами 2-7мм.

Модифицирующее действие лигатур оценивали по степени измельчения эвтектического кремния в структуре сплавов А1+7%81 и А1+18%81

2.2.Методики экспериментов. Использованные оборудование и приборы.

Исследование взаимодействия жидкого алюминия с оксидом и карбонатом стронция проводили при различных температурах жидкого алюминия от 700 до 1500°С в электрической печи СШОЛ, в лабораторной индукционной печи повышенной частоты ИСТ 0,06/0,16, в графитошамотных тиглях ТГН-(5-75) марок. Наблюдали за ходом взаимодействия при спокойной ванне метала и при перемешивании (индукционная печь). Реакцию восстановления стронция проводили как на зеркале расплава, так и под зеркалом металла (завалка оксида или карбоната стронция на дно тигля вместе с алюминием).

Приготовление лигатур Al-Sr и Al-Si-Sr выполняли в индукционной печи ИСТ-0,06/0,16. Тройную лигатуру Al-Si-Sr получали переплавом двойной лигатуры Al-Sr с добавлением кремния или сразу получая тройную лигатуру заменяя алюминий при приготовлении двойной лигатуры на силумин СИЛО.

Приготовление сплавов Al-Si для исследования модифицирующего действия лигатур проводили в печах СШОЛ в графитошамотных тиглях ТГН ёмкостью 5 марок. Сплав Al+7%Si для проверки модифицирующего действия лигатур готовили путём введения в расплавленный алюминий А7 силумина СИЛ 0 при температуре 680-700°С. Сплав Al+18%Si готовили путём введения в расплавленный силумин СИЛ 0 металлического кремния Кр1 при температуре 760-780°С.

Модифицирующее действие лигатур определяли путём обработки ими сплава А1+7%8т Из модифицированного сплава отливали образцы диаметром 10мм и высотой 40мм в землю и в подогретый до ~150°С кокиль

Из образцов готовили микрошлифы по стандартной методике.

Размеры структурных составляющих определяли методом секущих.

Термический анализ проводили на установке (рис. 2.1.), собранной на базе электронного самопишущего потенциометра КСП-4 с диапазоном измерения 4 мВ (550-650°С). Для уменьшения инерционности измерительного комплекса применялись термоэлектроды из хромеля и алюмеля с диаметром проволоки 0,2 мм. Глубина погружения электродов в расплав и масса проб составляли, соответственно, 10 мм и 63 _+ .5 г. Для градуировки термопар использовались термограммы чистых металлов: алюминия (99,999 % А1), цинка (99,9 % Хъ) и олова (99,9 % Бп).

Порция расплава мерной ложкой заливалась в алундовый тигель (2), подогретый до температуры -750 С, который устанавливался на основание из огнеупорного шамотного кирпича (1) и накрывался колпаком (4) с закрепленной на определенном уровне термопарой (3). Между колпаком, термопарой и тиглем с расплавом выдерживалась достаточно строгая соосность (+_.1 мм). Постоянная скорость охлаждения (10-12 С/мин) достигалась стабилизацией температур расплава, основания и колпака. Для этого основание для каждого замера менялось, а колпак охлаждался водой до комнатной температуры.

Для повышения точности измерения температур фазовых превращений в процессе кристаллизации расплавов использовалась дифференциальная термопара. Холодный спай термопары (5) помещался в сосуд Дьюара (6) с тающим льдом, что позволяло получать абсолютные значения температур регистрируемых превращений. Регулировка величины фиксируемого на КСП-4 (8) интервала измерения проводилась с помощью переносного потенциометра ПП-63 (7).

Для устранения помех все токоподводящие провода были экранированы, а питание КСП-4 из сети переменного тока осуществлялось через стабилизатор.

Поддержание постоянных температурно-временных параметров проведения записей и конструктивные особенности установки позволяли уменьшить до незначительной величину случайных погрешностей, поэтому погрешность измерения температур фазовых превращений, равная систематической погрешности, вносимой используемыми приборами и термопарной проволокой, не превышала 2 С.

Для металлографических исследований структуры полученных лигатур и модифицированных сплавов использовали оптические микроскопы МИМ-8, «NEOPHOT-21».

Микрорентгеноспектральный анализ производили на установке состоящей из электронного сканирующего микроскопа «Tesla-340» и приставки рентгеноспектрального анализа «Link QX 2000», при ускоряющем напряжении 20кВ и токе накала ЮОнА.

Пластичность сплавов, при различных количествах введённого стронция, оценивали путём испытания на изгиб с помощью лабораторного устройства собственного изготовления

(рис. 2.2.) по величине стрелы прогиба образца при появлении на его поверхности первой визуально заметной трещины (рис. 2.3. и 2.4.).

Рис. 2.1. Схема установки для термического анализа.

1- огнеупорное основание; 2- алундовый тигель с расплавом; 3- ХА-термопара; 4- колпак; 5- ХА-термопара; 6- сосуд Дьюара; 7- ПП-63; 8- КСП-4.

Рис. 2.2. Схема устройства для оценки пластичности сплава.

1-неподвижная часть пресса; 2- нагружающий нож; 3- образец; 4- опоры; 5- подвижный стол пресса.

Рис. 2.3. Схема изгиба под сосредоточенной нагрузкой. / - расстояние между опорами равное 200 мм, / - стрела прогиба.

259 -

10

V

15 А

Ч

Рис. 2.4. Эскиз образца для исследования на пластичность.

2.3. Методика обработки результатов экспериментов.

Результаты экспериментов обрабатывались по следующему алгоритму [43]:

1. Рассчитывалось среднее арифметическое измеряемой величины из результатов п параллельных опытов.

У=У(1) /п

где У- среднее арифметическое значение измеряемой величины

У(1)- значение измеряемой величины в параллельных

опытах П- число опытов.

2. Находилось квадратичное отклонение каждого измерения

Заключение диссертации по теме «Литейное производство», Клюев, Федор Всеволодович

Выводы

1. Изучен, разработан и освоен в опытно-промышленном масштабе способ получения двойной А1-(4-5)%8г, и тройной А1-(4-5)%8г-12%81 лигатур основанный на алюминотермическом восстановлении стронция из его карбоната и растворении стронция в избытке алюминия при 1200-1300°С. Усвоение стронция составляет 90% от его количества в шихте, выход лигатуры составляет 90-95% от массы шихты. Достоинством способа является простота и экологическая чистота, благодаря отсутствию вредных газообразных и летучих веществ при прохождении процесса.

2. Изучены структуры двойной и тройной лигатур. Показано, что двойная лигатура А1-4%8г состоит из первичных кристаллов 8гА14 (Тпл=1040°С), в которых находится около 70% содержащегося в лигатуре стронция, и эвтектики аА1+ ЗгАЦ (Тэвт=635°С) и имеет температуру плавления 680°С; тройная лигатура А1-4%8г-12%81 состоит из первичных кристаллов 8гА12812 (Тпл=1010°С) двойной эвтектики аа1 + 8гА12812 (Тэвт=647°С) и тройной эвтектики ад1+8]+ 8гА12812 (Тэвт=568°С), в которой находится около 70% стронция содержащегося в лигатуре, и имеет температуру плавления 580°С. Указанные различия обусловили различное поведение лигатур при проведении модифицирования. Стронций из тройных лигатур переходит в расплав более быстро и полно.

3. Разработаны практические рекомендации по применению лигатур. Установлено, что необходимое количество лигатуры определяется из расчёта введения в расплав 0,04-0,06% стронция, при соблюдении этого условия пластичность сплава увеличивается в 2-2,5 раза. Лигатура вводится при температуре расплава 720-740°С, при перемешивании расплава. Разливку модифицированного сплава необходимо производить не ранее 10 мин и не позднее 3 часов с момента введения лигатуры.

4. Разработан способ одновременного модифицирования первичного и эвтектического кремния в заэвтектическом силумине.

5. Разработанные технологии производства как двойных, так и тройных лигатур доведены до уровня, способного обеспечить их производство в количествах2-3 тонн в месяц.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Клюев, Федор Всеволодович, 1999 год

Список использованных источников:

1. В.П. Ефименко, А.А. Баранов и др. О модифицирующем влиянии некоторых микродобавок на кристаллизацию силумина. Известия высших учебных заведений. Цветная металлургия,1982,№6,с.86.

2. H.Beumler, A.Hammerstad, B.Wieting Analysis of Modified 319 Aluminum Alloy. AFS Transactions,1988, p.1-12.

3. R.DasGupta, C.G.Brown, S.Marek Analysis of Overmodified 356 Aluminum Alloy AFS Transactions;1988,p.297-309.

4. M.Garat, S.Jacob, G.Laslaz State-of-the-Art Use of Sb-, Na- and Sr-Modified Al-Si Casting Alloys. AFS Transactions^ 992 p.821-835.

5. E.N. Pan, Y.C.Cherng Roles of Sr and Sb on Silicon Modification of A356 Aluminum Alloys. AFS Transactions,1994 p.609-629/

6. B.Closset, D.Fay Strontium Modification of Aluminum Investment Casting Alloys. AFS Transactions^990 p.505-509.

7. L.V.Whiting, M.Sahoo, V.Moore Influence of Sr, Ca, and Na on the Corrosion of Sand-Cast ZA-27 Alloy in Wet Stream. AFS Transactions

I

1989,p.l73-178.

8. А.П. Гудченко, И.М. Залинова Модифицирование алюминиево-кремниевых сплавов стронцием. Литейное производство. 1972 №12, с.30.

9. Пат.601483(Швейцария)

Ю.Пат.1608240(ФРГ)

11 .Пат. 1608245(ФРГ)

12.Пат.3567429(США)

13.Пат.126984(ГДР)

14 .Пат. 1510915(Великобритания)

15 .Пат. 1514503(Великобритания)

1 б.Пат. 1520673 (Великобритания)

17.Пат.265308(ФРГ)

18 .Пат.4108640(США)

19.Пат.3374086(США)

20.Ту 48-0516-8-083

21.а.с.704277 СССР

22.Пат.2225534(Франция)

23 .Пат. 1437144(Великобритания

24.Немененок Б.М., Бежок А.П. Рациональная технология получения стронцийсодержащих лигатур. - Литейное производство, 1996. №8 с.18-21.

25.Gobrecht J. Uber den Einflub von Zusatzelementen auf die Dauer der Veredelungswirkung Natrium und Strontium in Aluminium-Silisium-Gublegurungen.-Giesserei,1978 Bd65/,N7 s.158-164

26.Alker K.Veredelung von Al-Si Ligierungen durch Natrium oder Strontium: Eine Gegenuberstellung.-Geberai-Praxis, 19729 N24f S.434-438.

27.3алинова И.М., Барышева Н.П. Влияние многократных переливов и переплавов на свойства силуминов,модифицированных стронцием.-Литейное производствоД977 №7 с.36.

28.Modification permanente des allages Al-Si eutectiques ef voisins de e' eutectique. -Fonderie Д 977^ N37 2yp.353-356.

29.Влияние способов дегазации на свойства модифицированных стронцием силуминов: Сб.тр.Ярослав. политех инст,-Ярославль1980.

30 .Foundery^ 1982 6f р. 41 -47.

31. Технологические особенности модифицированиясилуминов алюминиево-стронциевыми лигатурами. -Технология

автомобилестроения. 1983,№^с.7-10.

32.Ontode.29 1978 N8 S.177-182.

) j> >

33. А. А. Андрушевич, М.З. Лубенский, Г.П. Пименова Модифицирование алюминиево-кремниевых сплавов стронцием. Литейное производство. 1983 №10, с.9.

34.А.И. Храмченков, А.А. Андрушевич Применение модификаторов длительного действия при производстве отливок из сплава АЛ4. Литейное производство. 1984 №6, с.11.

35.Б.М. Немененок, А.П. Бежок Особенности модифицирования силуминов стронцийсодержащими лигатурами. Известия высших учебных заведений.Цветная металлургия. 1996 №6, с. 15.

36.Pekguleryuz, J.E. Guzleski Conditions for Strontium Master Alloy Addition to A356 Melts. AFS Transactions,!988 p55-64.

37.Closset, S. Kitaoka Evaluation of Strontium Modifiers for Al-Si Casting Alloys AFS Transactions, 1987 p.233-240.

38.Dimayuga, N. Handiak, J.E. Grusleski The Degassing and Regassing Behavior of Strontium-Modified A356 Melts. AFS Transactions 1988 p.83-88.

39.И.Н. Ганиев, A.B. Вакхобов Модифицирование Al-Si -сплавов стронцием. Литейное производство. 1975 №1.

40.И.Н. Ганиев, А.В. Вахобов, О.Н. Семёнова Получение и использование чушкового сплава АЛ4СК с модифицированной структурой. Литейное производство. 1984 №6.

41.Combating Al-Si porosity.The stroncium (hidrogen muth).Modern cast 1995-85 N3,p.46-47

42.The effect of same addishions on the modification characteristics of Al-Si eutectic alloys.-50th International Foundry congress, 1983 N11.

43.Линчевский Б.В. Техника металлургического эксперимента. М. Металлургия, 1992.

44.Рузинов Л.П., Гуляницкий Б.С. Равновесные превращения металлургических реакций. М. Металлургия, 1975.

45.Морачевский А.Г., Сладков И.Б. Термодинамические расчёты в металлургии. Справочник. М. Металлургия, 1993.

46.Hultrugen R., Desai P.D., Hawkins D.T. (a.o) Selekted values of termodinamic properties of binary alloys. Amer.soc.for metals. Met.park Ohio, 1973.

47.Хансен M., Андерко К. Структуры двойных сплавов. М. Металлургия, 1962, т. 1.

48.Вахобов А.В., Джураев Т.Д., Бардин В.А., Задемидко Г.А. Диаграммы состояния сплавов Sr-Pb и Sr-Al. Изв.АН СССР Металлы 1975.№1, с.194.

49.Бурылев Б.П., Вахообов А.В., Джураев Т.Д. Термодинамические свойства жидких сплавов и диаграмма состояния алюминий-стронций. Докл. АН ТаджССР, 1974, т. 17, №1с. 35-39.

50.Bruzzone G., Merlo F. The strontium-aluminium and borium-aluminium systems. Journ. of the Less-Comm. Metals, 1975,№39 p.l

51.Kartesz L., Hajdu J., Hegedus Z. Data of the modifying effect of the strontium in Al-Si 12,5 alloy. Trans.Amer.Foundrymens Sol., 1975, vol. 83 №3 p.l.

52.Плинер Ю.Л., Игнатенко Г.Ф. Алюминотермия. М., Металлургия, 1967.

53.Гладышевский Е.И., Крипякевич П.И., Бодак О.И. Кристаллическая структура соединения CaAl2Si2 и его аналогов. Укр.физ.журнал.,1967,т. 12, №13 , с.447.

54.Ганиев И.Н., Вахобов A.B., Джураев Т.Д. Исследование фазового состава сплавов тройной системы алюминий-кремний-стронций. Докл. АН Тадж. ССР 1975, т. 18, №10, с.27.

55.Ганиев И.Н., Вахобов A.B., Джураев Т.Д., Алифанов Ф.Н. Исследование сплавов системы алюминий-кремний-стронций, богатых алюминием. Докл. АН Тадж. ССР 1976, т.19, №11, с.51

56.Ганиев И.Н., Вахобов A.B., Джураев Т.Д. Диаграмма состояния Al-Si-Sr. Изв. АН СССР Металлы, 1977, №4, с.215.

57.Ганиев И.Н., Пархутик П.А., Вахобов A.B., Куприянова И.Ю. Модифицирование силуминов стронцием. Минск. Наука и техника. 1985.

58.Ганиев И.Н., Вахобов A.B., Джураев Т.Д. Построение диаграммы состояния Sr-Al-Si и Ba-Al-Si методом симплексного планирования. Завод лаб., 1977 №1 с.37.

59.Ганиев И.Н., Вахобов A.B., Семёнова О.Н. Фазовое равновесие в сплавах системы Al-Cu-Sr, богатых алюминием. Докл.АН Тадж. ССР,1980, №1, с.250.

60.Строганов Г.Б., Ротенберг В.А., Гершман Г.Б. Сплавы алюминия с кремнием. М. Металлургия, 1977.

61.Таран Ю.Н., Мазур В.И. Структура эвтектических сплавов. М. Металлургия, 1978.

62.Мазур В.И. К феноменологической теории модифицирования силуминов. В кн.: Материалы II Всесоюзной научной конф."Закономерности формирования структуры сплавов эвтектического типа".ДМетИ. Днепропетровск, 1982., с.20.

63.Wang,Shivkumar. Influence jf Sr content on the Modification of Si particles in Al-Si alloys. Z. Metallkd.86 (1995)6 p.441.

64.Семёнова O.H., Ганиев И.Н., Вахобов A.B. Влияние добавок хлора и фосфора на сохранение эффекта модифицирования стронцийсодержащих силуминов. Литейное производство, 1984, №6, с. 13.

/

; |1 Крамаренко Е.И. _/ 1999г.

УТВЕРЖДАЮ: ш "Сигма и К°"

он

АКТ

опытно-промышленного опробования лигатуры алюминий-стронций.

Мы, нижеподписавшиеся, удостоверяем, что на участке цветного литья фирмы "Сигма и К°" проведено опробование лигатуры алюминий-стронций, разработанной сотрудниками кафедры технологии литейных процессов МИСиС (ТУ).

Опробование лигатуры проводилось на сплаве АК7ч. Качество модифицирования оценивалось по микроструктуре и механическим свойствам образцов, вырезанных из тела отливки.

В результате опробования предложенной лигатуры установлено следующее:

1 .Лигатура оказывает удовлетворительное модифицирующее действие (размер кремния в эвтектике < 4мкм).

2.Сплав АК7ч модифицированный лигатурой А1-4%8г, разработки МИСиС, соответствует требованию ГОСТ 1583-93

3.Разработанная лигатура рекомендуется к промышленному применению.

От МИСиС (ТУ):

от фирмы "Сигма и К

УТВЕРЖДАЮ:

ОЗТ "Панда"

Шилович С.Э. _1999г.

АКТ

опытно-промышленного опробования лигатуры алюминий-стронций.

Мы, нижеподписавшиеся, удостоверяем, что на участке цветного литья АОЗТ "Панда" проведено опробование лигатуры алюминий-стронций, разработанной сотрудниками кафедры технологии литейных процессов МИСиС (ТУ).

Опробование лигатуры проводилось на сплаве АК7ч. Качество модифицирования оценивалось по микроструктуре и механическим свойствам образцов, вырезанных из тела отливки.

В результате опробования предложенной лигатуры установлено следующее:

1 .Лигатура оказывает удовлетворительное модифицирующее действие (размер кремния в эвтектике ^ 4мкм).

2.Сплав АК7ч модифицированный лигатурой А1-4%8г, разработки МИСиС, соответствует требованию ГОСТ Р 50511-93 (колеса из лёгких сплавов для пневматических шин).

3.Разработанная лигатура рекомендуется к промышленному применению.

От МИСиС (ТУ):

доцент, к.т.н._Кондратенко Т.Т.

аспирант ^У Клюев Ф.В.

от АОЗТ "Панда": зам. директора Бекузаров К.Н.

начальник цеха - Сысоев А.С.