Исследование процессов приготовления Al-Si и Al-Mg расплавов из низкосортной шихты и разработка технологии получения из них отливок ответственного назначения

• Автор: Семенов, Владимир Анатольевич
• Шифр специальности: 05.16.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 164 с. : ил.

Содержание кремния в силуминах, используемых для изготовления корпусов двигателя, головок цилиндров, литых автомобильных колес, находится в пределах от 5 до . При таком содержании кремния сплавы обладают высокой жидкотекучестью и не склонны к образованию горячих трещин ,,,. Нетермообрабатываемые сплавы близки к эвтектическому составу, так как повышенное содержание кремния увеличивает прочность сплава .
Как показано в работах ,,,, существенное влияние на уровень механических свойств силуминов после термообработки оказывает изменение количества легирующих элементов, особенно меди или магния. Магний позволяет достичь существенного улучшения свойств алюминиевокремниевых сплавов ,, способствует росту коррозионной стойкости, улучшает свариваемость сплава и обрабатываемость резанием . При взаимодействии с кремнием магний в силуминах образует интсрметаллидное соединение 2i с весьма высокой микротвердостью Нй2о0 Нмм2 . Хотя концентрация кремния в силумине не влияет на растворимость упрочняющей фазы 2i в атвердом растворе, увеличение количества кремния благоприятно сказывается на форме выделения этой фазы, что влечет за собой соответствующее повышение механических свойств, особенно прочности . Для получения
максимальной прочности рекомендуется концентрация магния в пределах 0,6 0,8 я ,. Однако увеличение содержания магния в сплаве свыше 0,5 ведет к
существенному снижению пластичности, поэтому для получения высокого относительного удлинения содержание магния в термообрабатываемых силуминах должно быть 0,2 0,5 .

При легировании медью сплавов системы А1 Мя их фазовый состав

существешю усложняется и в структуре, в зависимости от условий кристаллизации, могут находиться различные фазы а, а Б1, СиА, М, А1хМСи Си1бА1 ,,. Количество растворенной меди сокращается при добавлении в сплав никеля или марганца, связывающих ее в интерметаллидные соединения и выводящих ее из твердого раствора .
Рекомендуемое в литературе содержание меди в силуминах составляет 1,5 3 ,,,,,,, однако пластичность таких сплавов невысока . Известно, что введение меди снижает коррозионную стойкость алюминиевых сплавов .
Также в силумины вводят титан для измельчения макрозерна, модификаторы микроструктуры натрий или стронций , и другие элементы кадмий , цинк, марганец, никель для повышения прочности и пластичности сплава.
Почти во всех сплавах системы А1 содержится железо. Железо является наиболее вредной примесью в силуминах, существенно снижающей механические свойства сплава, особенно его пластичность ,,,. Железо образует с компонентами сплава тройную промежуточную фазу А1Ре, кристаллизующуюся в форме грубых иглообразных выделений , сильно снижающих пластичность. Так, по данным работы , относительное удлинение сплава АЛ9 с содержанием железа 0,3 после литья в песчаную форму и термообработки по режиму Т5 закалка искусственное старение составляет 3 6 , а в том же сплаве с той же термообработкой, но при содержании железа 0,6 только 1,7.
Повышенное содержание железа вызывает также снижение прочности и твердости многокомпонентных силуминов за счет обеднения атвердого раствора основными легирующими элементами М Си и т.д. изза образования в процессе кристаллизации интермсталлидов типа ,,.
Поскольку с уменьшением содержания железа в сплаве увеличивается его себестоимость, разработан ряд методов, позволяющих уменьшить вредное влияние железа на пластические характеристики силуминов, не изменяя его содержания в сплаве. Так, известно, что негативное влияние железа снижается по мере измельчения микроструктуры сплава . Это нашло отражение в ГОСТ , согласно которому допустимое содержание железа в силуминах при литье в песчаные формы 0,6 ниже, чем при литье в металлические ,5 .
Однако основным способом компенсации вредного воздействия железа на свойства сплава является изменение морфологии выделяющихся железистых фаз с игольчатой на более компактную или скелетообразную ,,. Для этого в сплав добавляют дополнительные легирующие элементы, связывающие железо в компактные фазы ,. Чаще всего для этой цели используют марганец.
Введение


Известно, что введение меди снижает коррозионную стойкость алюминиевых сплавов . Также в силумины вводят титан для измельчения макрозерна, модификаторы микроструктуры натрий или стронций , и другие элементы кадмий , цинк, марганец, никель для повышения прочности и пластичности сплава. Почти во всех сплавах системы А1 содержится железо. Железо является наиболее вредной примесью в силуминах, существенно снижающей механические свойства сплава, особенно его пластичность ,,,. Железо образует с компонентами сплава тройную промежуточную фазу А1Ре, кристаллизующуюся в форме грубых иглообразных выделений , сильно снижающих пластичность. Так, по данным работы , относительное удлинение сплава АЛ9 с содержанием железа 0,3 после литья в песчаную форму и термообработки по режиму Т5 закалка искусственное старение составляет 3 6 , а в том же сплаве с той же термообработкой, но при содержании железа 0,6 только 1,7. Повышенное содержание железа вызывает также снижение прочности и твердости многокомпонентных силуминов за счет обеднения атвердого раствора основными легирующими элементами М Си и т. Поскольку с уменьшением содержания железа в сплаве увеличивается его себестоимость, разработан ряд методов, позволяющих уменьшить вредное влияние железа на пластические характеристики силуминов, не изменяя его содержания в сплаве. Так, известно, что негативное влияние железа снижается по мере измельчения микроструктуры сплава . Это нашло отражение в ГОСТ , согласно которому допустимое содержание железа в силуминах при литье в песчаные формы 0,6 ниже, чем при литье в металлические ,5 . Однако основным способом компенсации вредного воздействия железа на свойства сплава является изменение морфологии выделяющихся железистых фаз с игольчатой на более компактную или скелетообразную ,,. Для этого в сплав добавляют дополнительные легирующие элементы, связывающие железо в компактные фазы ,. Чаще всего для этой цели используют марганец. Введение до 0,5 марганца способствует образованию фазы А1ГеМп сложного состава, имеющей скелетную форму и не снижающей пластичность сплава ,. Следует, однако, отметить, что введение большего количества марганца в модифицированные сплавы нецелесообразно, так как в этом случае фаза с марганцем не образуется и улучшения механических свойств сплава не происходит . Наряду с марганцем используются хром, ванадий, никель, кобальт, молибден, бериллий ,,,. Так, например, никель образует фазы сложного состава с магнием, медью, железом и алюминием, такие, как Си2РеА, СиЫ1РеА1б, СиРе2А1з ,,. Как правило, эти фазы имеют компактную форму и не ухудшают механические свойства сплава. Применение термической обработки позволяет существенно изменить структуру, а следовательно, и физикомеханические свойства сплавов ,,,,. Термической обработкой называют процесс обработки изделий из металлов и сплавов путем теплового воздействия с целью изменения их структуры и свойств в заданном направлении . Для каждого материала термообработку проводят по определенным режимам, которые обеспечивают для получение регламентированного внутреннего строения и необходимых физикомеханических и других свойств. На выбор режима термической обработки влияют химический состав и требуемый уровень свойств сплава. Разновидности термической обработки литейных алюминиевых сплавов имеют свои условные обозначения Т1 искусственное старение без предварительного нагрева под закалку, Т2 отжиг, Т4 закалка, Т5 неполное искусственное старение, Тб полное искусственное старение, Т7 стабилизирующее старение . Наиболее распространенными видами термической обработки отливок из силуминов являются закалка Т4 и упрочняющие режимы закалки и искусственного старения Т5 и Тб. Отжиг Т2 применяют для снятия остаточных внутренних структурных напряжений. Внутренние напряжения возникают в процессе кристаллизации отливки изза неравномерного охлаждения отдельных ее частей. В большинстве случаев остаточные напряжения приводят к короблению литых деталей, что может вывести из строя целый агрегат или прибор ,. При отжиге всегда возрастает пластичность сплава .