Технология производства отливок особо сложной конфигурации из силумина для двигателестроения

• Автор: Новокрещенов, Виктор Владимирович
• Шифр специальности: 05.16.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Челябинск
• Количество страниц: 221 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АЛЮМИНИЕВЫХ ОТЛИВОК
ГРАВИТАЦИОННЫМ СПОСОБОМ ЛИТЬЯ
1.1. Общие представления об алюмокремниевых сплавах, их структуре и свойствах
1.2. Литниково-питающие системы для литья силуминов
1.3. Способы воздействия на структуру и свойства металлических сплавов
1.4. Влияние НЭМИ на свойства чистых металлов и сплавов
1.5. Компьютерное моделирование литейных процессов
1.6. Определение цели и задачей исследования
Выводы к главе
ГЛАВА 2. МЕТОДЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЙ
ЛИТЬЯ ОТЛИВОК ГО СИЛУМИНА
2.1. Симплекс-метод решения оптимизационных задач
2.2. Метод физико-механических испытаний
2.3. Метод металлографического анализа
2.4. Метод рентгенофазового анализа
2.5. Метод термометрирования процесса кристаллизации
2.6. Метод компьютерного моделирования
2.7. Методика оценки дефектности коллекторов
2.7.1. Подготовка отливки к определению дефектности
2.7.2. Получение каталога и карты дефектов
2.7.3. Итоговая таблица и анализ результатов измерений
2.8. Методика измерения физико-механических свойств литейных стержней
2.9. Методика обработки кристаллизующегося сплава НЭМИ
2.9.1. Экспериментальная установка с диэлектрическим материалом между электродами
2.9.2. Установка работы генератора импульсов без диэлектрика
Выводы к главе
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ЛИТЬЯ ОТЛИВОК ОСОБО СЛОЖНОЙ КОНФИГУРАЦИИ ИЗ СИЛУМИНА
3.1. Анализ процесса получения литейных сплавов в условиях опытного
производства ООО «ЧТЗ-Уралтрак»
3.2. Измерение физико-механических свойств литейных стержней
3.3. Анализ конструкции литниково-питающей системы для производства коллекторов из сплава АК7ч
3.3.1. Анализ базовой технологии литья
3.3.2. Анализ разработанной технологии литья
3.4. Результаты исследования влияния импульсного электромагнитного поля на
структуру и свойства сплавов АК12 и АК7ч
3.4.1 Результаты металлографических исследований

3.4.2 Результаты термометрирования кристаллизационных процессов
3.4.3 Результаты физико-механических испытаний полученных образцов
3.5. Применение электроимпульсной обработки алюминиевого сплава
при литье отливки «коллектор»
Выводы к главе
4. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ И АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
4.1. Разработка блок-схемы программы расчета оптимального состава шихты
4.2. Обработка результатов измерения деформационных параметров формовочной смеси и их применение в СКМ ЛП «ProCAST»
4.3 Жидкостно - кластерная модель
4.4 Механизм влияния НЭМИ на кристаллизацию силумина
4.4.1 Математическая модель исследуемой системы
4.5 Программная реализация математической модели
Выводы к главе
5. ПРОМЫШЛЕННАЯ АПРОБАЦИЯ РАЗРАБОТАННОЙ ТЕХНОЛОГИИ
5. 1. Программа расчета оптимального состава шихты
5.2. Корректировка деформационной модели литейного стержня д ля
решателя «ProCAST»
5. 3. Расчет экономических параметров производства сложнопрофильных отливок
при внедрении разработанной технологии
Выводы к главе
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
БИБЛИ01ТАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Широкое распространение алюмокремниевых сплавов для изготовления различных деталей, а также увеличение спроса на данный вид продукции в последние 10-15 лет требуют постоянного совершенствования технологии плавки и литья алюминиевых сплавов.
По объемам применения отливок из алюминиевых сплавов лидером является машиностроительная отрасль. Из силуминов отливают блоки цилиндров, головки блоков, поршни, корпуса, а в последнее время номенклатуру дополнили детали систем управления, ходовой части, отдельные элементы кузова машин. Коллекторы новых дизельных двигателей жидкостного охлаждения 4Т 371 и 6Т 370 на перспективные тракторы серии Т4 и Тб для промышленности и сельского хозяйства также предполагается отливать из алюмокремниевого сплава. Такая востребованность алюминиевых сплавов с кремнием в качестве основного легирующего элемента объясняется высоким уровнем эксплуатационных характеристик изготавливаемых деталей и хорошими литейными свойствами сплава такими как: низкая склонность к образованию горячих трещин, хорошая жидкотекучесть и минимальная усадочная пористость.
Однако эффективное производство алюминиевых отливок напрямую связано с высокими требованиями к качеству сплава, к размерной точности литых деталей, а также к их эксплуатационным и специальным свойствам. Высокие требования к качеству сплава определяют строгие ограничения по количеству возврата в используемой шихте и жесткий контроль химического состава сплава. Конфигурация отливки влияет на изменение линейных размеров при её затвердевании и на характер заполнения литейной полости. Получение плотной мелкозернистой структуры силумина с выделением избыточных фаз в компактной форме, особенно в условиях использования низкокачественной шихты (с повышенным содержанием железа), обеспечивает заданный уровень свойств алюминиевых изделий.

При обработке модифицированного алюминия наблюдалась значительное изменение микроструктуры сплава: диспергирование крупных интерметаллитов имеющих форму крупных многогранников и образование глобулярных интерметаллических включений размером 5-8 мкм.
Полученные данные хороню отражают действие НЭМИ на расплав в период плавки и существования жидкой фазы, однако не затрагивают механизм воздействия импульсного поля на расплав в период кристаллизации, что является наиболее важным с точки зрения практического применения данного способа обработки. Для изучения этого процесса были сформулированы следующие цели и задачи исследования.
Изучение влияния электромагнитных полей на процессы кристаллизации сплавов началось относительно недавно. На данный момент широкое распространение получила обработка расплавов в магнитогидродинамических перемешивателях, а также применение электродинамических кристаллизаторов при непрерывном и полунепрерывном литье слитков. Применение обработки расплавов электромагнитным способом при производстве фасонных отливок сдерживается отсутствием специальных устройств для обработки металла непосредственно в форме и малой изученностью процессов, происходящих при кристаллизации расплавов, подвергнутых обработке электромагнитным полем.
Недавние работы Щепина Л.А. и Цецориной С.А., описывающие влияние магнитного поля на расплав в предкристаллизационный период, показали что обработка чистых металлов и сплавов магнитным полем оказывает многогранное воздействие на твердые неметаллические включения: силовое, динамическое, электрохимическое, адсорбционное.
В ходе исследований [54, 55] были разработаны установки, позволяющие проводить МГД - обработку перед заливкой расплава в полость формы. В общем виде установки представляют собой индуктивную катушку [54] или соленоид [55] с установленными в её полость керамическим желобом и воронкой. Металл, двигаясь по желобу, подвергается воздействию постоянного магнитного поля. Применение подобного устройства не ограничивает материал литейной формы,