Исследование влияния технологических параметров полунепрерывного литья слитков алюминиевых сплавов на зональную ликвацию химических элементов

• Автор: Патрушева, Ирина Геннадьевна
• Шифр специальности: 05.16.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 189 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ.
ГЛАВА 1. ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ И КОНСТРУКТИВНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ КРИСТАЛЛИЗАТОРОВ НА ЛИТЕЙНЫЕ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СЛИТКОВ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 Ликвация.

1.1.1 Зональная ликвация

1.1.2 Дендритная ликвация

1.1.3 Поверхностная ликвация. Образование ликвационного

ободка на поверхности слитка.

1.1.4 Общие закономерности влияния технологических параметров литья и фазового состава сплава на характер распределения химических элементов по сечению слитка.

1.2 Склонность алюминиевых сплавов к образованию

литейных трещин.

1.3 Склонность сплавов к линейной усадке.

1.4 Склонность сплавов к образованию усадочных пустот.
1.5 Проблемы производства качественных крупногабаритных
слитков из алюминиевых сплавов системы .
1.5.1 Влияние содержания железа и кремния на свойства алюминиевых сплавов системы .
1.6 Постановка задач исследования.
ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СТРУКТУРЫ,
ЛИТЕЙНЫХ И МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СЛИТКОВ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ.
2.1 Способы исследования ликвационной поверхностной зоны слитка.
2.2 Разработка методики определения ликвационного ободка на поверхности слитка.
2.3 Методы исследования строения и свойств слитков.
Выводы по главе
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЕ МАТЕРИАЛА И КОНСТРУКЦИИ КРИСТАЛЛИЗАТОРА, ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЛИТЬЯ НА КАЧЕСТВО СЛИТКОВ ВЫСОКОПРОЧНЫХ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ СИСТЕМЫ .
3.1 Влияние марки графита на величину ликвационной поверхностной зоны слитков 5мм из сплава при литье в графитовый кристаллизатор.
3.2 Влияние конструкции кристаллизатора и режимов литья
на структуру, литейные и механические свойства крупногабаритных плоских слитков алюминиевого сплава .
3.2.1 Конструктивные особенности систем охлаждения кристаллизатора для непрерывного литья плоских слитков.
3.2.2 Конструкция устройства для съема воды со слитка.
3.2.3 Влияние конструкции кристаллизатора, скорости литья, уровня расплава в кристаллизаторе и съема охлаждающей воды на структуру и свойства слитков сечением 0xмм из сплава .
3.2.4 Влияние скорости литья и уровня расплава в кристаллизаторе
на структуру, механические свойства и зональную ликвацию элементов в слитках сечением 0xмм из сплава .
3.2.4.1 Результаты исследования слитков, отлитых в
бескозырьковый кристаллизатор.
3.2.4.2 Результаты исследования слитков, отлитых в
кристаллизатор с направленным охлаждением.
3.2.5 Влияние технологических параметров и конструкции кристаллизатора на ликвационные характеристики слитков из сплавов
размерами 0xмм и 0xмм.
Выводы по главе 3
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ЗОНАЛЬНОЙ ЛИКВАЦИИ ЛЕГИРУЮЩИХ И ПРИМЕСНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В СЛИТКАХ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ, ПОЛУЧЕННЫХ МЕТОДОМ ПОЛУНЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ.
4.1 Влияние модифицирования сплава лигатурой i на размер зерна и зональную ликвацию легирующих и примесных элементов в слитках прямоугольного сечения.
4.2 Влияние обработки жидкого сплава токами высокой частоты на зональную ликвацию легирующих и примесных
элементов в слитках прямоугольного сечения.
4.3 Влияние соотношения концентраций примесей железа и кремния в сплаве на степень зональной ликвации химических элементов в слитках мм и мм.
4.4 Влияние технологических особенностей и параметров непрерывного литья на толщину и состав поверхностного ликвационного.слоя и зональную ликвацию элементов
в слитках алюминиевых сплавов.
4.4.1 Влияние различных методов непрерывного литья на поверхностную ликвацию в цилиндрических слитках сплавов системы i.
4.4.2 Зональная ликвация в слитках мм сплава АКД отливаемых в кристаллизатор с регулируемой интенсивностью охлаждения.
Выводы по главе 4.
ГЛАВА 5. ОБСУЖДЕНИЯ ПОЛУЧЕННЫХ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ С ПОЗИЦИЙ СОВРЕМЕННЫХ МОДЕЛЬНЫХ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ О КРИСТАЛЛИЗАЦИИ СЛИТКОВ,
ОТЛИВАЕМЫХ МЕТОДОМ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ.
5.1 Модельные представления о формировании зональной
ликвации в слитках из алюминиевых сплавов.
5.2 Обсуждение экспериментальных данных с позиций вышеизложенной модели.
5.3 Современные математические модели макроликвации в слитках алюминиевых сплавов, отлитых методом полунепрерывного литья.
Выводы по главе 5.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


Принудительное перемешивание расплава в лунке, например, при литье с индуктором или в ЭМК, может обусловить появление прямой ликвации 9. Так, в работе 7 экспериментально обнаружено повышение содержания легкоплавких составляющих в центре слитка 0 0мм сплава типа I до от их среднего содержания. Первичная кристаллизация интерметаллических соединений алюминия с марганцем, железом, никелем, хромом, цирконием и титаном обусловливает жания этих компонентов в центре слитка 7. Зональная ликвация проявляется в неравномерном распределении легкоплавких составляющих по сечению отливки и характерна преимущественно для сплавов, кристаллизующихся по типу твердых растворов 2. В зависимости от того, какие зоны сечения слитка обогащены легкоплавкими составляющими, зональная ликвация подразделяется на разновидности и типы. При сосредоточении легкоплавких составляющих в центральной зоне слитка ликвацию называют прямой или нормальной сосредоточение легкоплавких составляющих в периферийных слоях слитка и обеднение ими центральных зон получило название обратной ликвации. Рассмотрим эти разновидности зональной ликвации более подробно. Нормальная прямая ликвация характеризуется обогащением центральной зоны слитка легкоплавкими составляющими. Степень химической неоднородности при нормальной ликвации характеризуется кривой, связывающей концентрацию примеси с расстоянием от начальной точки затвердевания. Форма кривой зависит от коэффициента распределения примеси, скорости затвердевания и интенсивности перемешивания жидкости. При малой скорости затвердевания, не превышающей 2смч, характер ликвации определяется перемешиванием жидкости 2,. При скорости более смч решающую роль играет диффузия . При изучении нормальной ликвации наблюдается явление перемещения маточного расплава из поверхностных зон в центральные для восполнения усадки кристаллизации за счет капиллярных сил. Предполагается 3, что усадочная пористость в тепловом центре отливки сплав МА1 связана с перемещением легкоплавкой составляющей из этой зоны к периферии, что ведет к обратной ликвации. Определенную роль в образовании ликвации компонентов играет количество маточной жидкости, остающееся к концу затвердевания . Если ее мало и не хватает для заполнения усадочных пустот, то характер ликвации связан с направлением перемещения маточной жидкости, что в свою очередь зависит от условий затвердевания. На степень зональной ликвации существенное влияние оказывает скорость охлаждения слитка. Химическая неоднородность тем больше, чем меньше скорость охлаждения. Таким образом, при малых скоростях охлаждения наблюдается нормальная ликвация. С увеличением скорости охлаждения она уменьшается и переходит в обратную, которая при очень большой скорости охлаждения уменьшается до нуля. Наличие двухфазной области при этом имеет решающее значение . Обратная ликвация, напротив, характеризуется обогащением легкоплавкими составляющими периферийных слоев слитка. Хотя кристаллизация слитка идет от периферии к центру, в нем создаются условия для перемещения легкоплавких составляющих в направлении, обратном движению фронта затвердевания. Предполагается , что причиной возникновения обратной ликвации является образование у стенок кристаллизатора переохлажденной, богатой основным легирующим компонентом, жидкости. Впервые наиболее правильно природа обратной ликвации была объяснена теорией объемной усадки . При изучении зональной ликвации в слитках алюминиевых сплавов установлено 3 наличие по сечению их обедненных и обогащенных примесью зон. Образование этих зон объясняют непостоянством теплового потока и скорости роста кристаллов и связывают с прерывистой кристаллизацией металла в лунке, возникающей вследствие прерывистого вытягивания слитка из кристаллизатора. Таким образом, главными факторами, определяющими знак ликвации, являются величина объемной усадки слитка при кристаллизации и интенсивность движения расплава в лунке. При увеличении интенсивности движения расплава происходит переход от обратной ликвации к прямой. При этом, чем меньше величина усадки кристаллизации, тем менее интенсивное движение расплава вызывает этот процесс .