Разработка технологических основ подготовки сплавов системы Al-Si-Mg к получению отливок методом твердожидкой формовки

• Автор: Колесов, Сергей Сергеевич
• Шифр специальности: 05.16.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 137 с. : ил.

1 Состояние вопроса (аналитический обзор)

1 1 Современные тиксопроцессы

1 2 Критерии оценки пригодности сплавов к тиксоформовке

1 3 Сплавы, используемые для тиксоформовки

1 4 Выводы, постановка цели и задач работы

2 Методика проведения исследований и экспериментов

2.1 Материалы, плавка и обработка сплавов в жидком состоянии

2.2 Приборы и оборудование

2.3 Выявление и оценка структуры, определение механических 31 свойств сплавов

2.4 Термодинамический анализ

2 5 Определение вязкости

3 Усовершенствование технологии подготовки сплава А357 к
тиксоформовке
3 1 Моделирование процесса полунепрерывного литья цилиндрических 36 слитков с МГД перемешиванием расплава в кристаллизаторе
3 2 Повышение структурной и химической однородности
цилиндрических слитков сплава А357 за счет одно- и двухплоскостного МГД перемешивания расплава в кристаллизаторе 3 3 Разработка технологических режимов подготовки сплава А357 к
тиксолитью
3 4 Реализация разработанной технологии тиксолитья в 86 производственных условиях
4. Расширение номенклатуры сплавов для твердожидкой формовки
4 1 Разработка критериев оценки пригодности сплавов для 89 твердожидкой формовки
4.1.1. Выбор и совершенствование термодинамических критериев
4.1 2. Разработка структурных критериев
4 1.3 Разработка технологических критериев
4.2 Применение деформируемых алюминиевых сплавов для
твердожидкой формовки
4.2.1 Обоснование применимости сплава АДЗЗ для твердожидкой 100 формовки
4.2.2 Влияния режимов полунепрерывного литья на структуру 112 сплава АДЗЗ
4.2.3 Влияние темовременной обработки в двухфазном состоянии 118 на структуру сплава АДЗЗ
4 2 4 Технологические и механические свойства сплава АДЗЗ
Основные выводы
Литература

Новые технологии получения фасонных отливок из сплавов, находящихся в твердожидком состоянии, заняли в последнее десятилетие приоритетные позиции в заготовительном производстве зарубежных стран. В последний годы большое внимание уделяется изучению вопросов получения металлических суспензий, их реологические и технологические свойства; улучшаются характеристики продукции, получаемой этими способами; совершенствуются конструкции применяемых машин и оснастки; много внимания уделяется моделированию и математическому описанию гидродинамических и тепловых процессов формообразования в твердожидком состоянии; проектированию техпроцесса и методам контроля. Однако до сих пор существуют нерешенные вопросы, в частности, проблема химической и структурной неоднородности слитков по сечению, что приводит к браку литых заготовок по несоответствию свойств предъявляемым к ним требованиям.
Тиксотехнологии основаны на эффекте резкого снижения вязкости суспензии, в частности металлической, под влиянием сдвиговых деформаций, возникающих при формовке изделий (тиксоэффект). Тиксопроцесс по классической схеме осуществляется в три этапа: 1. получение слитка, как правило полунепрерывным литьем с МГД перемешивание расплава в кристаллизаторе, с частично вырожденной дендритной (глобуляризированной) структурой; 2. нагрев и выдержка мерной заготовки в твердожидком состоянии для получения глобулярной (вырожденной дендритной) структуры твердой фазы и необходимого соотношения твердой и жидкой фаз; 3. подача заготовки в рабочий орган формообразующего агрегата и реализация процесса твердожидкой формовки.
Разновидностью процесса твердожидкой формовки являются различные методы порционной обработки расплава в жидкотвердом состоянии для обеспечения требуемых реологических свойств суспензии как и в случае классического тиксолитья.

В настоящее время, наиболее широко применяется одноплоскостное (горизонтальное или вертикальное) МГД перемешивание. Для расширения сортамента производимых отливок, в сторону увеличения их габаритов, необходимо увеличивать габариты слитков, а это приводит к усугублению проблем структурной и химической однородности слитка при применении классических, одноплоскостных МГД перемешивателей. Данная проблема решается за счет применения двухплоскостных (комбинированных) МГД перемешивателей. Однако математические модели, описывающие тепловые и гидродинамические процессы, происходящие в расплаве, практически отсутствуют, что не позволяет обеспечивать рациональные режимы процесса литья.
Наиболее широкое применение формовка в твердожидком состоянии получила в автомобильной промышленности при использовании литейных алюминиевых сплавов типа А357(А356). Однако эти сплавы по комплексу механических и эксплуатационных свойств в ряде случаев не удовлетворяют требованиям предъявляемым к фасонным отливкам ответственного назначения Кроме того, процесс подготовки этих сплавов достаточно сложен, энергоемок и требует усовершенствования. Поэтому чрезвычайно актуальным является как упрощение процесса подготовки сплава к тиксоформовке, так и расширение номенклатуры используемых сплавов. С этой точки зрения представляют интерес сплавы, в частности деформируемые, в которых наблюдается исходная ячеистая структура твердого раствора, что, можно предполагать, сделает менее трудоемким процесс ее дальнейшей глобуляризации. Деформируемые сплавы представляют интерес также и с той точки зрения, что твердожидкая формовка практически нивелирует требования к сплавам по литейным свойствам.
В литературных источниках не удалось обнаружить универсальных критериев для отбора сплавов для тиксопроцессов формовки, что делает также актуальной задачу разработки такого универсального комплекса критериев.

Как видно из представленного рисунка, при поле, бегущем по стенкам вверх формируется большое количество вихрей по всему объему расплава. При поле, бегущем по стенкам вниз, наблюдается более равномерное перемешивание расплава вдоль фронта кристаллизации и меньшее количество вихрей. Поэтому для дальнейших расчетов принято направление вертикального поля по стенкам вниз.
Для слитков большого диаметра наиболее проблемной является именно центральная зона. Как видно из рис.3.8, поле скоростей в окружном (горизонтальном) направлении имеет пассивную центральную зону, которая может быть активизирована только за счет вертикальной составляющей.
. Характер зависимости центральной зоны поля скоростей в окружном направлении практически не изменяется при всех изученных скоростях литья и сочетаниях токов катушек МГД перемешивателя. Центральная зона остается пассивной, при рассмотрении поля окружных скоростей. Поэтому для более детального изучения влияния перемешивания в дальнейшем изучались поля скоростей в вертикальном направлении.
а) б)
Рис.3.8 Скорости в окружном направлении при скорости литья 50мм/мин и токе в МГД катушках: а) - 1[Ор =40А; 1верт=20А; б) - 1гор=25А; 1верт=50А
Для анализа влияния скорости литья на характер течение расплава приводятся расчеты при четырех значениях : 0, 50,100,150 мм/мин (рис. 3.9 -3.12).