Управление формированием структуры заэвтектических силуминов и разработка технологии получения поршней с высоким уровнем эксплуатационных характеристик

• Автор: Глотова, Любовь Владимировна
• Шифр специальности: 05.16.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 167 с. : ил.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Заэвтектнчсские поршневые силумины

1.1.1. Характеристика условий работы поршней и основные требования к поршневым сплавам.

1. 1.2. Состав и свойства поршневых алюминиевых сплавов.

1.1.3. Влияние легирующих элементов на структуру и свойства

тэвтсктических силуминов

1.2. Повышение механических и эксплуатационных свойств тэвтсктических силуминов

1.2.1. О распределении кристаллов первичного кремния в

таз втекти чсск их силуминах.2.

1.2.2. Влияние структуры сплава па его механические свойства .

1.2.2.1. Модифицирование заэвтектнчсских силуминов фосфором .

1.2.3. Модифицирование силуминов стронцием
1.2.3.1. Взаимодействие стронция с алюминием и легирующими элементами в силуминах
1.2.3.2. Влияние стронция на структурообразован не силуминов
1.2.3.3. Влияние стронция на механические свойства
заэвтектнчсских силуминов.
1.2.4. Влияние состава и структуры силуминов на их коэффициент линейного расширения
1.3. Выводы и постановка задачи исследования
2. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ.
2.1. Характеристика используемых материалов.
2.2. Плавка и обработка заэвгектических силуминов.
2.3. Оценка влияния модифицирующих добавок на параметры процесса кристаллизации заэвтектнчсских силуминов
2.4. Оценка процесса ликвации кристаллов первичного
кремния в заэвтектическнх силуминах.
2.5. Оценка микроструктуры заэвтектнчсских силуминов
2.6. Оценка влияния модифицирующих добавок
на микротвсрдость фазовых и структурных составляющих заэвтектическнх силуминов
2.7. Оценка влияния модифицирующих добавок
на механические свойства заэвтектическнх силуминов
2.8. Оценка влияния структуры на коэффициент
линейного расширения заэвтектическнх силуминов
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ЛИКВАЦИИ КРИСТАЛЛОВ ПЕРВИЧНОГО КРЕМНИЯ В ЗАЭВТЕКТИЧЕСКНХ СИЛУМИНАХ
3.1. Оценка влияния параметров, входящих в формулу Стокса, на ликвацию кристаллов первичного кремния в заэвтектнчсских
силуминах.
3.1.1. Влияние изменения плотностей кремния и расплава в интервале температур 0 па скорость всплывания кристаллов первичного кремния
3.1.2. Влияние изменения вязкости расплава в интервале температур С на скорость всплывания кристаллов первичного кремния.
3.1.3. Влияние изменения размера кристаллов первичного кремния
в интервале температур С на скорость их всплывания
3.2. Влияние размера кристаллов первичного кремния
на их ликвацию в заэвтектическнх силуминах
3.3. Влияние длительности кристаллизации сплава на
ликвацию кристаллов первичного кремния
3.4. Влияние водорода на ликвацию кристаллов первичного кремния в заэвтектнчсских силуминах
3.4.1. Расчет скорости всплывания комплекса кристалл
кремния водород в расплаве силумина А
4. ВЛИЯНИЕ СТРОНЦИЯ НА СТРУКТУРУ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЗАЭВТЕКТИЧЕСКНХ СИЛУМИНОВЮЗ
4.1. Влияние стронция на процесс кристаллизации, структуру и механические свойства сплава Л1.1М
4.1.1. Влияние стронция на микроструктуру и процесс кристаллизации сплава А1 высокой чистоты.
4.1.2. Влияние стронция на микротвердость фазовых и структурных составляющих сплава А высокой чистоты.
4.1.3. Влияние стронция на механические свойства
сплава А1 высокой чистоты.
4.2. Распределение кристаллов первичного кремния в структуре сплава А1, обработанного стронцием.о
4.3. Влияние стронция на структуру и механические свойства
сплава КС0 . .
4.3.1. Влияние стронция на микроструктуру и микротвердосп фазовых составляющих сплава КС
4.3.2. Влияние стронция на механические свойства сплава КС0
4.4. Технология совмещенного модифицирования стронцийсодержащей лигатурой и рафинирования продувкой инертным газом поршневых заэвтектическнх силуминов.
5. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СТРУКТУРЫ
НА КОЭФФИЦИЕНТ ЛИНЕЙНОГО РАСШИРЕНИЯ
ЗАЭВТЕКТИЧЕСКИХ СИЛУМИНОВ
5.1. Влияние размера кристаллов первичного кремния на коэффициент линейною расширения сплава А
5.2. Влияние объемной доли кристаллов первичного кремния
на коэффициент линейного расширения сплава А1Ь1.
5.3. Зависимость коэффициента линейного расширения сплава Аот площади поверхности контакта кристаллов первичного кремния с матрицей сплава
6. ОПЫТНО I РОМ Ы ШЛ Е1 НОЕ 1РОБОВАН И В ТЕХ НОЛОГИ И ПОЛУЧЕНИЯ ПОРШНЕЙ С ВЫСОКИМ УРОВНЕМ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
6.1. Результаты опытнопромышленного опробования технологии получения поршней с высоким уровнем эксплуатационных характеристик методом жидкой штамповки
6.2. Опытнопромышлепное опробование технологии получения поршней из заэвтсктического силумина с высоким уровнем пластичности методом литъя в кокиль.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЯ.
ВВЕДЕНИЕ


Анализ литературных источников 1,7,8, показал, что для
изготовления поршней обычно применяют литейные и деформируемые сплавы па основе алюминия. Основными преимуществами алюминиевых сплавов как материала для поршней является их высокая теплопроводность и низкая плотность. Данные сплавы довольно технологичны, имеют относительно высокую усталостную прочноегь. Однако алюминиевые сплавы обладают рядом недостатков, в числе которых недостаточно высокая жаропрочность, а также относительно высокий коэффициент линейного расширения хМИС1. Алюминиевые сплавы, применяемые для изготовления поршней, можно разделить на следующие группы А1Си А1СиМ АСи8 п Ан СиКь Однако, первые три группы имеют существенные недостатки, которые ограничивает их применение в настоящее время. Так, сплавы сисгемы А1Си имеют высокий КЛР до х ЮС1 и низкую пластичность. Сплавы системы АЮиМ имеют низкие литейные свойства склонность к горячим трещинам, образованию рыхлот и газовой пористости, а также довольно высокое значение КЛР. Сплавы системы А1Си8 широко используются в автомобильной и тракторной промышленности, однако они имеют довольно высокий КЛР, равный x С в интервале температур 0С, и сравнительно низкую износостойкость. Сплавы системы АьСиП являются наиболее широко распространенным поршневым материалом на настоящий день, причем они использукпея как для производства литых поршней, так и для изготовления поршней методами обработки давлением. Сплавы данной системы могут быть эвтектическими и заэвтсктическими. Типичными представителями эвтектических силуминов являются отечественные сплавы марок АЛ, АЛЗО, зарубежные Ма1з1с 4. К5, Мига0, 8АЕ1. Однако, следует отмстить недостаточно высокую жаропрочность этих сплавов, ЧТО ограничивает их применение дя изготовления поршней тяжелонагруженных и форсированных двигателей. Как уже было отмечено, огромное значение дя поршневого материала имеют его КЛР к износостойкость. Стремление снизить КЛР поршневого сплава и необходимость повысить его износостойкость привели к созданию и широкому применению легированных силуминов, содержащих Б I. Заэвтсктические легированные силумины преимущественно используются для изготовления поршней, рабочая температура которых достигает С. Поэтому поршни из заэвтектнческих силуминов предпочтительно используются ДЯ тяжелонагруженных двигателей. Следует отметить, что в последние годы в зарубежных странах большой интерес проявляется к новым дизелям, отчего доля рынка легковых машин с дизельными моторами Сремительно растет. Так. В последнее время сильно изменились требования к поршням для газовых двигателей. В настоящее время эти двигатели работают в более тяжелых условиях и при болсс высоких температурах, поэтому общепринятые доэвтектическис н эвтектические силумины заменяются на заэвтектические. Исходя из вышеизложенного, можно заключить, что заэвтсктические силумины все больше применяются для изготовления поршней для тракторных, автомобильных, мотоциклетных, морских, грузоподъемных двигателей. Традиционно используемыми заэвтектическими легированными силуминами являются сплавы Ма1е8, та , КЬ0, АЛ, АК М2,5Н2,5. Химический состав некоторых из них приведен в табл. Химический состав сплава, применяемого для изготовления поршней для газовых двигателей, приведен в табл. З и его свойства в табл. Анализ патентной литературы также показал большой интерес исследователей к поршневым силуминам. В большинстве запатентованных поршневых силуминов содержание кремния больше , а для достижения необходимых свойств варьируются легирующие элементы. Химический сосгав некоторых запатентованных поршневых силуминов приведен в табл. З. их свойства в табл. Как видно из таблиц, заэвтсктическне силумины, используемые для изготовления поршней это сложнолегированные сплавы. Кроме основного легирующего элемента кремния наиболее часто используются Си, 1, , Мп. Т, Сг, Со, Ък и др. Кремний основной легирующий элемент в силуминах. Свойства силуминов в значительной мере зависят от структуры, которая определяется концентрацией кремния в сплаве.