Разработка и освоение технологии модифицирования алюминиевых сплавов комплексными лигатурами на основе техногенных отходов

• Автор: Кольчурина, Ирина Юрьевна
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Новокузнецк
• Количество страниц: 222 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение.

1 Свойства литейных алюминиевых сплавов и способы их повышения.

1.1 Общая характеристика литейных алюминиевых сплавов

1.1.1 Сплавы на основе системы алюминийкремний.

1.1.2 Основные свойства силуминов

1.1.3 Области применения сплавов на основе системы алюминийкремний

1.2 Технология приготовления литейных алюминиевых сплавов.

1.2.1 Составление шихты и подготовка шихтовых материалов.

1.2.2 Ведение плавки.

1.2.3 Технология рафинирования силуминов.

1.2.4 Технология модифицирования.
1.2.5 Разливка.
1.3 Общая характеристика и методы получения модифицирующих присадок
1.3.1 Требования к модифицирующим лигатурам
1.3.2 Модификаторы эвтектических и заэвтектических силуминов.
1.3.3 Способы производства лигатур.
1.4 Выводы и постановка задачи исследования.
2 Исходные материалы и методика проведения исследования.
2.1 Общая характеристика исходных материалов
2.2 Проведение экспериментальных плавок.
2.2.1 Получение алюминиевокремниевых сплавов
2.2.2 Технология получения синтетического силумина.
2.2.3 Синтез модифицирующих лигатур
2.3 Исследование механических свойств сплавов.
2.4 Исследование микроструктуры.
2.5 Исследование фазового состава комплексных модификаторов, полученных на основе шлака синтетического силумина и сплавов алюминия с кремнием до и после модифицирования
2.6 Методика исследования технологических свойств силуминов до и после модифицирования
2.6.1 Исследование процессов кристаллизации, усадки и термоэдс сплавов
2.6.2 Исследование жидкотекучести
2.6.3 Определение содержания водорода в сплавах
2.6.4 Исследование пористости
3 Разработка теоретических и технологических основ модифицирования комплексными алюминиевыми лигатурами на основе шлака синтетического силумина
3.1 Обоснование выбора присадок при синтезе комплексных алюминиевых лигатур
3.2 Теоретические предпосылки модифицирования лигатурами на основе шлака синтетического силумина
3.3 Разработка технологии модифицирования лигатурами на основе алюминия .
3.3.1 Синтез модификаторов на основе шлака синтетического силумина
3.3.2 Способ введения в расплав синтезированных лигатур на основе отходов алюминиевого производства.
3.4 Исследование модифицирующей способности комплексных алюминиевых лигатур и влияния термообработки на свойства алюминиевых сплавов
3.4.1 Влияние модифицирования и термообработки на механические свойства алюминиевокремниевых сплавов.
3.4.2 Исследование микроструктуры алюминиевокремниевых сплавов до и после модифицирования.
3.4.3 Влияние модифицирования присадками на основе шлака синтетического силумина на технологические свойства сплавов алюминия с кремнием
3.5 Исследование влияния модифицирования на термоэдс силуминов
3.6 Выводы.
4 Модельноматематическое и физикохимическое исследование процессов модифицирования
4.1 Теплофизический анализ полученных результатов
4.1.1 Определение скорости кристаллизации на основе теплофизических параметров материала формы и отливки.
4.1.2 Определение теплоты кристаллизации сплавов по экспериментальным данным ДТА.
4.2 Термодинамический и кинетический анализ процесса модифицирования алюминиевокремниевых сплавов
4.3 Анализ результатов термоэлектрических исследований
4.4 Влияние модифицирования на технологические свойства сплавов системы алюминийкремний.
4.5 Выводы.
5 Освоение технологии модифицирования лигатурами на основе отходов производства алюминиевых сплавов.
5.1 Промышленная апробация.
5.2 Разработка нормативнотехнической документации и экономическое обоснование предложенного технического решения.
5.3 Выводы.
Общие выводы.
Список использованных источников


Авторы установили, что наиболее сильными модификаторами являются переходные металлы с недостроенными оболочками, причем их модифицирующая способность возрастает с уменьшением числа электронов на оболочке изолированного атома. БрсЬсвязей, возникающих за счет гибридизации соответствующих орбиталей. Взаимодействие между атомами разных сортов приводит к образованию сиботаксических групп, квазимолекулярных группировок. Экспериментальные исследования строения жидких силуминов показывают, что эвтектические фазы склонны к совместному росту. В металлических системах с химическими соединениями при стехиометрическом составе имеются структурные комплексы, образованные ассоциациями атомов и отличающиеся по структуре от соответствующих твердых веществ. При перегреве, не превышающем линию ликвидус на 0 0 С, по мнению автора , могут присутствовать нерастворенные интерметаллические частицы Ас, АРе, АПЧ и Аг и жидкофазные микрообласти кластеры типа Ас АТ, А1Ре, А1хггу. Таким образом, можно считать установленным факт микрогетерогенности структуры расплавов, определяемой наличием микрообластей с относительно регулярным расположением разносортных атомов и частичек твердой фазы. При этом авторы предложили ввести понятие динамической микронеоднородности наследственной структуры ближнего порядка твердых эвтектических фаз и коллоидной микронеоднородности неустойчивой дисперсной фазы, постепенно растворяющейся в дисперсной среде. Автором , предполагается наличие областей с повышенным содержанием водорода, в которые протекает миграция атомов тугоплавких компонентов. Эта гипотеза проясняет стимул атомов тугоплавких металлов например, модификаторов к концентрации в определенных областях расплава, создавая участки микронеоднородности, трансформирующиеся в кластеры зародыши новой фазы. К модификаторам 2го рода относятся также тугоплавкие карбиды, бориды и нитриды Т,ш С, которые предлагается вводить в расплав в виде ультрадисперсных порошков УДП . В работах , , отмечается положительное влияние УДП на размер выделений эвтектики, уровень механических и технологических свойств сплавов. Во втором случае плакированная поверхность частиц УДП служит подложкой для зарождения атвердого раствора. Авторами рассмотрен механизм кристаллизации в присутствии активных примесей как в виде твердых частиц, так и в растворенной форме. При этом отмечается, что частички примеси становятся активными для данного вещества только в том случае, когда они некоторое время находились в твердой фазе, врастая в нее при кристаллизации расплава этого вещества. Механизм модифицирования активными твердыми примесями следующий . При контактном взаимодействии твердых активных примесей с твердой фазой закристаллизовавшегося вещества возникает молекулярный контакт, т. При этом температура плавления такого слоя должна быть выше температуры плавления основного вещества, что обеспечивает сохранение переходного слоя на частичках примеси при расплавлении этого вещества. Такие активные частицы могут служить центрами кристаллизации. С позиций рассмотренного механизма становится очевидным известное влияние перегрева на укрупнение зерна. Получение модифицированной структуры литых металлов может быть достигнуто без применения модификаторов, на основе явления структурных превращений в металлических расплавах, протекающих при их перегреве. Показано , что ускоренное охлаждение алюминиевых сплавов со скоростью 3 Смин от температурных областей протекания полиморфных превращений до температур обычной их кристаллизации позволяет получить скачкообразные изменения размера зерна и, соответственно, механических свойств. Практическое использование термоскоростной обработки, по мнению автора , весьма эффективно для улучшения технологических свойств. Отмечается , что выдержка расплава при высокой температуре приводит к стабилизации свойств расплава и некоторой стабилизации механических свойств отливки при одинаковых условиях затвердевания. Варьирование скорости затвердевания отливки позволяет усилить модифицирующий эффект вносимых микродобавок.