Изучение явления "роста" затвердевающих литых заготовок из кремнистой латуни ЛЦ16К4 с целью улучшения их качества

• Автор: Юдин, Василий Анатольевич
• Шифр специальности: 05.16.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 114 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

1. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ РАСПЛАВОВ И ОКСИДА АЛЮМИНИЯ С ВОДОРОДОМ

1.1 Общие закономерности взаимодействия жидких расплавов с

водородом

1.2. Взаимодействие водорода с медью и сплавами на медной

основе.

1.3. Взаимодействие оксида алюминия с водородом

1.4. Заключение по обзору литературных данных

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ И ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Методика проведения исследований

2.2. Определение условий образования наплывов роста металла
на открытой поверхности экспериментальных образцов.
2. 3. Влияние перегрева расплава ЛЦК4 на рост металла
2.4. Описание процесса кристаллизации латуни ЛЦК4 и расчет изменения содержания растворенного водорода в расплаве в интервале кристаллизации
2.5. Исследование роли примеси алюминия в сплаве ЛЦК
в явлении роста металла
2.5.1. Термодинамический расчет образования оксидов алюминия в расплаве кремнистой латуни
2.5.2. Влияние изменения количества оксидов алюминия в расплаве на процессы газовыделения, проходящих при затвердевании опытных образцов
2.6. Зависимость содержания растворенного водорода в расплаве ЛЦК4 от времени выдержки
2.7. Применение технологической пробы В.И. Добаткина В.К.
Зиновьева для определения содержания оксидных включений
АЬОз в сплаве кремнистой латуни ЛЦК4.
2.8. Влияние газонасыщенности и содержания оксидов АЬОз в расплаве кремнистой латуни на механические свойства
литого металла.
2.9.0собенности процессов газовыделения, проходящих при кристаллизации сплава ЛЦК4, при различных способах наводораживания расплава.
2 Условия пузырькового выделения растворенного газа при кристаллизации расплава.
2 Моделирование процесса выделения растворнного газа из расплава с участием нерастворимых неметаллических включений.
3. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ.
4. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА


Скачкообразное падение растворимости водорода в металлах и сплавах, соответственно, в точке плавления и в интервале температур между точками ликвидуса и солидуса, приводит к образованию газовой пористости, трещинам, разрывам в процессе холодной деформации, пузырькам при прокатке, расслоениям тонких листов, вторичной водородной пористости при деформации и термообработке заготовок [, , , ]. Данные виды дефектов связаны с тем, что водород выделяется из раствора в молекулярном виде в форме пузырьков. Рпуз = Рви + Рм + Ркап (1-2. Ркап = 2(Т/Г - капиллярное давление металла на газовый пузырек радиусом г при величине поверхностного натяжения металла а. Р = 2а/Г, давление Р должно быть огромным. Вероятность и частота или интенсивность таких «событий» очень мала []. Рис. МН/м2, в то время как в реальных расплавах стали оно составляет 0, - 0,5 МН/м2. Если же в газонасыщенном расплаве имеются инородные твердые частицы, например оксиды, с порами конечных размеров, заполненными нерастворимым в расплаве газом, то такие поры служат готовыми центрами для выделения газа при малых перенасыщсниях, определяемых радиусом имеющихся пор. В работе [] показано теоретическим расчетом влияние неметаллических включений на процессы дегазации сплава вакуумированием и выделения газа в виде пузырьков. В работе [] также указывается на невозможность гомогенного зарождения газового пузырька в расплаве. Расчетом показано, что при содержании 1,2 см3 /0г водорода в алюминии, критический радиус пузырька, образующегося в расплаве, составляет 9,8 • '4м. При этом количество молекул в пузырьке водорода при их диаметре 2, • ‘м составляет ~ . Для образования пузырька газа все эти молекулы должны оказаться в одном месте. Вероятность такого события мала. Отмечается и малая вероятность зарождения пузырька на плоской поверхности раздела. В этом случае величина критического радиуса стремится к бесконечности. Поэтому предполагается, что пузырек водорода может зародиться или в трещинах на оксидном включении не смачиваемых алюминием, или в трещинах на фронте кристаллизации. Экспериментально показано [], что при одном и том же содержании водорода в эвтектическом силумине вероятность образования пористости больше в модифицированном сплаве. Объяснить такое положение можно тем, что в немодифицированном силумине фронт кристаллизации характеризуется опережающими фронт иглами кремния, между которыми кристаллизуется алюминиевый раствор. Между двумя фазами, при такой структуре фронта кристаллизации, возможно образование трещин. Большое значение на характер газовых дефектов в литом металле оказывают условия кристаллизации расплава [], а именно - ширина двухфазной области. У сплавов с узким интервалом кристаллизации происходит послойное затвердевание отливки от стенок формы в сторону теплового узла, по этой причине, весь выделяющийся водород будет диффундировать в центральную жидкую часть отливки, что приведет к образованию крупных газовых раковин в большей степени сферической формы и заметному вспучиванию поверхности. В сплавах, имеющих интервал кристаллизации порядка 0°С, кристаллизация будет проходить с развитием двухфазной области. Выделяющийся в этом случае водород будет занимать междендритное пространство, что приведет к образованию рассеянной мелкой пористости, где поры имеют угловатую форму. Такая пористость называется газоусадочной. Также будет изменяться характер газовой пористости в зависимости от скорости кристаллизации расплава. При большей скорости кристаллизации расплава температурный градиент в отливке увеличивается, что приводит к уменьшению двухфазной области, и наоборот, уменьшение интенсивности теплоотвода вызывает увеличение двухфазной области []. Преимущественное расположение газовой пористости в верхних частях отливок и слитков [, ] связывают с тем, что здесь действует минимальное металлостатическое давление, что облегчает, согласно выражению (1. Итак, в результате скачкообразного изменения растворимости^ при переходе металла из жидкого состояния в твердое, растворенный в металле газ в атомарном состоянии начинает выделяться из раствора в молекулярной форме (в виде пузырьков), что приводит к образованию пористости в литом металле. Необходимым условием газовыделения является наличие в расплаве нерастворенных частиц, на поверхности которых происходит образование газового пузырька.