Legiranje i modifikacija aluminijuma i magnezijuma. Modifikacija legura MSM mješavine modifikacija aluminijskih legura
Aluminij je jedan od najčešće korištenih materijala u proizvodnji opreme otporne na eksploziju.
OOO "ZAVOD GORELTEX" (ranije DOO "KORTEM-GORELTECH") uložilo je velike napore u istraživanje aluminijumskih legura i tehnoloških metoda za njihovu preradu. Aluminij je vrlo otporan na koroziju i poznat je kao najefikasniji i najsvestraniji materijal u mnogim primjenama. Mnogo je lakši od livenog gvožđa, što ga čini pogodnijim za postavljanje električne opreme. Aluminijum je otporan na koroziju i ne treba da štiti svoju površinu, za razliku od livenog gvožđa koji zahteva pocinkovanje i farbanje. Aluminij je također mnogo jeftiniji od nehrđajućeg čelika. Mehanička svojstva livenih aluminijskih legura su više nego zadovoljavajuća za osiguranje zaštite od eksplozije električne opreme.
Nakon dugogodišnjeg istraživanja, postalo je poznato da je sadržaj bakra u leguri ono što uzrokuje koroziju u prisustvu elektrolita.
Aluminijum-magnezijum legure imaju najbolju otpornost na koroziju, zbog čega se najčešće koriste u brodogradnji. Međutim, ove legure nisu prikladne za kutije otporne na eksploziju ili dijelove koji se koriste u potencijalno eksplozivnim područjima. Razlog tome je što legure aluminijum-magnezija stvaraju iskru kada trljaju o metalne predmete (alatke). U stvari, magnezijum je vrlo zapaljiv i njegovo prisustvo u leguri stvara rizik koji je neprihvatljiv u opasnim područjima sa eksplozivnom atmosferom. Standardi zaštite od eksplozije dozvoljavaju sadržaj magnezijuma u legurama aluminijuma do 6%. Ova tolerancija je prilično visoka jer čak i mali postotak magnezija može izazvati iskru kada se trlja o površinu kutije.
Trenutno DOO "ZAVOD GORELTEX" (ranije DOO "KORTEM-GORELTECH") koristi modifikovanu aluminijum-silicijumsku leguru otpornu na koroziju sa procentom silicijuma od 7% do 14%, u zavisnosti od tehnologije livenja. Bakar je prisutan samo kao nečistoća i primarne legure mogu sadržavati najviše 0,05% bakra u ingotima i 0,1% u odljevcima. Gvožđe je prisutno samo kao nečistoća i primarne legure mogu sadržati najviše 0,15% gvožđa u ingotima i 0,4% u odlivcima. Ove legure garantuju potpunu zaštitu od korozije u bilo kom okruženju.
Otpornost na koroziju
Aluminij i njegove legure odlikuju se dobrom otpornošću na koroziju u različitim okruženjima.Unatoč činjenici da je aluminij reaktivan metal, ostaje stabilan zbog stvaranja zaštitnog oksidnog filma na površini. Ako se ovaj film uništi, on se trenutno reproducira, a njegova debljina se kreće od 50 do 100 mikrona. Film postaje deblji ako je izložen ekstremno korozivnoj atmosferi ili podvrgnut umjetnim metodama kao što je eloksiranje. U slučaju slučajnog oštećenja površine, film se automatski obnavlja. Korozija aluminija i njegovih legura uzrokovana je uvjetima koji pospješuju mehaničko oštećenje zaštitnog filma ili kemijskim uvjetima koji oštećuju određeno područje filma i smanjuju količinu kisika potrebnog da se film sam zacijeli. Ovaj zaštitni oksidni film je generalno stabilan u vodenim rastvorima sa pH nivoom od 4,5 do 8,5 i ne uništavaju ga kiseline i alkalni rastvori kao što su azotna kiselina, sirćetna kiselina, natrijum silikat ili amonijum hidroksid.
Kao i kod drugih metala, fenomen korozije je povezan sa prolaskom struje između anodne i katodne zone, odnosno sa različitim potencijalima između zona. Struktura i obim korozije ovise o različitim faktorima, kao što su struktura mikrokomponenti, njihova lokacija i kvaliteta. Čisti aluminijum ima najbolju otpornost na koroziju. Prisutnost nečistoća na površini ili unutar metala može značajno smanjiti otpornost na koroziju.
Legure aluminijum-silicijum
Za livenje aluminijuma najčešće se koriste tri vrste legura:
- Aluminijum-bakar
- Aluminijum-Magnezijum
- Aluminijum-Silicij
Izuzimajući prve dvije legure iz ranije navedenih razloga, prijeđimo direktno na legure aluminijum-silicijum. Ova kategorija uključuje legure aluminijuma za livenje koje se koriste u različitim oblastima. Ove legure karakteriše sadržaj silicijuma od 7% do 14% i koriste se bez bakra, što garantuje dobru fluidnost, prosečnu mehaničku stabilnost i otpornost na koroziju. Dodavanje male količine magnezija leguri radi poboljšanja toplinske obrade dovodi do pogoršanja njenih antikorozivnih svojstava.
Al Si legure su jedne od najboljih legura koje se koriste u livenju aluminijuma, jer imaju vredne kvalitete potrebne za livenje:
- Prilično visoka mehanička stabilnost
- Dobra savitljivost
- Dobra gustina
- Otporan na koroziju
Neka od ovih svojstava potencijalno su sadržana samo u Al-Si legurama. Da bi se poboljšala efikasnost ovih svojstava, potrebna je posebna obrada.
Modifikacija legura aluminijum-silicijum
Takođe je potrebno obratiti pažnju na obradu legure aluminijuma silicijum - tehnologiju livenja. Brojne kompanije pišu u reklamne svrhe da za proizvodnju svojih proizvoda koriste brizganje i leguru AK12 (AL2). Treba napomenuti da je takva legura prilično krhka ako se ne koristi posebna tehnologija, inače proizvod postaje krhak i ne može se koristiti za opremu otpornu na eksploziju. Zbog toga DOO "ZAVOD GORELTEX" (ranije DOO "KORTEM-GORELTECH") koristi posebnu tehnologiju livenja (kompleksni sistem za hlađenje i gasiranje proizvoda) za proizvodnju modifikovane aluminijumske legure otporne na koroziju, što omogućava upotrebu proizvoda u morsko okruženje.
Da bi se ispravno shvatilo značenje modifikacije na fizičkom i mehaničkom nivou, dovoljno je analizirati razliku u strukturi u mikrografiji prije i nakon obrade. Ako pogledate mikrografije, možete vidjeti poboljšani kvalitet modificirane strukture legure ispod, u poređenju sa grubom strukturom nemodificirane legure iznad.
Nemodificirana aluminijska legura u proizvodima drugih proizvođača
Modifikovana aluminijum-silicijumska legura otporna na koroziju, otporna na slanu maglu i druge hemikalije, uključujući otpornost na pare sumporovodika i hlorovodonične kiseline, na slane i kisele rudničke vode, u proizvodima DOO "ZAVOD GORELTEX" (ranije DOO "KORTEM-GORELTEX" )
Modifikacija - promjena nanostrukture legure. Posebnost ove modifikacije je proizvodnja legura bez dodataka modifikatora i nečistoća: željeza, magnezija ili bakra, po specijalnoj tehnologiji livenja ZAVOD GORELTEX doo (ranije KORTEM-GORELTEX doo). Omogućava vam izbjegavanje nehrđajućeg čelika (osim za razred 03H17N13M2 prema GOST 5632-72 (AISI 316L))
U nemodificiranoj strukturi, veliki poliedrski primarni kristali silicija mogu se vidjeti okruženi poboljšanim, ali manjim Al-Si eutektičkim formacijama u obliku igle. U pozadini je vidljiva gruba matrica faze a (čvrsti rastvor silicijuma u aluminijumu). Struktura izgleda neujednačeno, a njene komponente su smještene haotično. Može se zaključiti da velika veličina i oštri krajevi ovih formacija dovode do nepredvidivih anizotropnih karakteristika.
Izbor vrste modifikacije u aluminijskom livenju ostaje najkontroverznije pitanje. To zavisi iz više razloga: od tehnologije koju ova vrsta modifikacije zahtijeva do njenog uticaja na karakteristike livenja, kao i ekonomskih faktora i uticaja okoline.
Hipoeutektičke legure sa procentom silicijuma manjim od 13% mogu se modifikovati dodatkom preciznih količina natrijuma ili stroncijuma, od kojih oba poboljšavaju eutektiku. Dodatak kalcijuma i antimona može biti vrlo koristan u nekim slučajevima. Kod hipoeutektičkih legura, struktura livenja je poboljšana modifikacijom neeutektičkih kristala silicija i dodavanjem fosfora.
Modificirana nanostruktura nema velike kristale silicija, dok je čvrsta struktura predstavljena u obliku dendrita pomiješanih u masi malih eutektičkih formacija, koje imaju sferni oblik kada se uvećaju pod mikroskopom. Stoga možemo zaključiti da modifikacijski tretman utječe na strukturu legure Al-Si i daje poboljšanu sfernu strukturu eutektičkim formacijama.
Postoje i legure aluminijum-silicijum otporne na koroziju sa dodatkom titana, na primer GAS 7. U pogledu mehaničkih svojstava, ova vrsta legure ima nisku osetljivost na uticaj spoljašnjih koncentratora naprezanja pod cikličnim opterećenjima, i visoku apsorpciju vibracija. koeficijent pri vibracijama delova, kao i dobra ujednačena toplotna provodljivost.
Aluminijske legure koje se koriste u proizvodnji električne opreme
| Proizvodi od legure aluminijum-silicijum, razred recikliranog aluminijuma |
Sadržaj nečistoća koje podstiču koroziju, % | Sadržaj nečistoća koje doprinose nastanku varnice, % | ||||
| AK9 (legura) | 1 0,5 0,8 0,5 0,45||||||
| AK7 (legura) | 1,5 0,6 1 0,5 0,55||||||
| AK12(AL2) (legura) | 0,6 0,5 0,7 0,3 0,1||||||
| AlSi12 (legura) | 0,1 | 0,55 | 1,3 | 0,15 | 0,1 | |
| EN AC - AlSi12(Fe) (legura) | 0,1 0,55 1,0 0,15 0,1||||||
| AlSi9MnMg (legura) | 0,1 | 0,8 | 0,7 | 0,10 | 0,5 | |
| LM24 (legura) | 4,0 | 0,5 | 1,3 | 3,0 | 0,3 | 0,3 |
| AlSi13Fe (legura) | 0,1 | 0,55 | 1,3 | 0,15 | 0,1 | |
| Gas 7 (legura) | 0,1 0,4 0,15 0,1 0,4||||||
| AK12och (legura) | 0,02 0,03 0,20 0,04 0,1||||||
| AlSi13 (legura) | 0,1 | 0,4 | 0,7 | 0,1 | 0,1 | |
| LM6 (legura) | 0,1 0,4 0,7 0,1 0,1||||||
| DOO "ZAVOD GORELTEKH" (gotov proizvod) | 0,1 0,4 manje od 0,4 0,1 0,1||||||
Označeno crvenom bojom neprihvatljivo količina nečistoća koje doprinose ubrzanoj koroziji aluminijske legure.
VAŽNO JE ZNATI
Nemojte koristiti legure aluminijuma koje nisu pogodne za dugotrajan rad u parama vodonik sulfida. Nemojte kršiti zahtjeve sigurnosnih pravila Rostekhnadzora Ruske Federacije u vezi sa otpornošću opreme na djelovanje para vodonik sulfida!!!
Karakteristike performansi Exd čaura sa “Explosion” površinom od različitih materijala
Prilikom odabira materijala potrebno je uzeti u obzir različite okolišne faktore. Okoliš (gdje se naši proizvodi koriste) je teško kontrolisati. Ne govorimo o poznatim potencijalnim opasnostima u opasnim područjima (koje se mogu kontrolisati kroz laboratorijska ispitivanja i garantne listove), problem je uništavanje koje izazivaju izuzetno opasne industrije, kao što su hemijska i petrohemijska postrojenja. Otpornost materijala na koroziju je relativan faktor, jer zavisi od uslova okoline, što značajno utiče na prirodu razaranja. Zato DOO “ZAVOD GORELTEX” (ranije DOO “KORTEM-GORELTEX”) konstantno testira svoje proizvode i duboko proučava stabilnost materijala u spoljašnjem okruženju. Ovo olakšava odabir odgovarajućih materijala na osnovu objektivnog istraživanja i garantuje pouzdanost proizvoda tokom vremena.
| Liveno gvožđe/čelik | Plastika | Nehrđajući čelik čelik 08H18N10 | Nerđajući čelik otporan na koroziju hrom-nikl liveni čelik OOO "ZAVOD GORELTEKH" |
Aluminijumska legura (sadržaj bakra>0,1%, gvožđa>0,7%, magnezijuma>0,1%) |
Modifikovano otporno na koroziju. Aluminijumska legura (sadržaj bakra≤0,1%, gvožđa≤0,4%, magnezijuma≤0,1%) OOO "ZAVOD GORELTEKH" |
||
| Prosječni vijek trajanja kućišta, godine | 20 | 4 | 25 | 30 | 5 | 25 | |
| sri vijek trajanja površine “Explosion”, godine | Instalacija na otvorenom | 3 | - | 15 | 30 | 2 | 20 |
| Unutarnja instalacija | 5 | 3 | 20 | 30 | 4 | 25 | |
| Mogućnost restauracije (brušenja) “Explosion” površine | + | - | - | - | - | - | |
| Troškovi proizvodnje kućišta | nisko | prosjek | visoko | visoko | nisko | prosjek | |
| Cijena ugradnje Ex komponenti | visoko | nisko | veoma visoko | veoma visoko | prosjek | nisko | |
| Moguće veličine kućišta | veliki | mala | veliki | veliki | prosjek | veliki | |
| Težina kućišta | veliki | mala | veliki | veliki | prosjek | mala | |
| Rasipanje snage | visoko | nisko | prosjek | prosjek | maksimum | maksimum | |
| Marine Applications | - | - | + | + | - | + | |
Vijek trajanja “Explosion” površine određuje trajanje upotrebe Exd-obloga u opasnim područjima.
Oni uključuju specijalnu obradu taline kako bi se dobio finozrnati eutektički silicijum u livenoj strukturi. Ova struktura povećava mehanička svojstva odlivaka, uključujući relativno izduženje, a takođe, u mnogim slučajevima, svojstva livenja aluminijumske taline. obično, modifikacija silumina proizvedeno dodavanjem malih količina natrijuma ili stroncijuma.
Suština modifikacije
Suština modifikacije silumina – efekat sadržaja natrijuma na moguće oblike eutektičkog silicijuma u Al Si11 siluminu – prikazana je na slikama 1-4.
Slika 1 - Lamelarna struktura eutektičkog silicijuma.
Uvjeti za stvaranje lamelarnog silicija nastaju u livenim legurama u potpunom odsustvu fosfora ili modificirajućih aditiva, na primjer, natrijuma ili stroncijuma.
Slika 2 - Granularna struktura eutektičkog silicijuma.
Uslovi za formiranje granularne strukture eutektičkog silicijuma nastaju u prisustvu fosfora, ali bez natrijuma ili stroncijuma. Kristali silikona postoje u obliku krupnih zrnaca ili oblata.
A)
b)
Slika 3 - a) “Nemodifikovana” struktura eutektičkog silicijuma;
b) Modifikovana struktura eutektičkog silicijuma.
U "nedovoljnom modificiranom" i, u većoj mjeri, u modificiranom mikrostrukturnom stanju, na primjer, uz dodatak natrijuma ili stroncija, granule se značajno smanjuju u veličini, dobijaju zaobljen oblik i ravnomjerno su raspoređene. Sve to ima blagotvoran učinak na plastična svojstva materijala, posebno na relativno istezanje.
Slika 4 – „Remodifikovana“ struktura.
U slučaju "prekomerne modifikacije", na primjer, prekomjernog sadržaja natrijuma, u strukturi se pojavljuju venaste trake sa krupnim kristalima silicija. To znači pogoršanje mehaničkih svojstava silumina.
Modifikacija silumina natrijumom
U siluminima sa sadržajem silicijuma većim od 7%, eutektički silicij zauzima većinu površine metalografskog uzorka. Kod sadržaja silicijuma od 7 do 13%, vrsta eutektičke strukture, na primjer zrnasta ili modificirana, značajno utječe na mehanička svojstva materijala, a posebno na duktilnost ili izduženje. Stoga, kada je potrebno postići veće relativno istezanje prilikom ispitivanja uzorka, legure aluminija sa sadržajem silicija od 7 do 13% se modificiraju dodavanjem približno 0,0040-0,0100% natrijuma (40-100 ppm).
Modifikacija silumina stroncijumom
U siluminima sa sadržajem silicija od oko 11%, posebno za , stroncij se koristi kao dugotrajni modifikator. Razlika između stroncijuma i natrijuma kao modifikatora je u tome što iz taline izgara mnogo manje od natrijuma. Stroncijum se dodaje u količini od 0,014-0,040% (140-400 ppm). Modifikacija stroncijumom se obično vrši u fazi proizvodnje ingota iz odgovarajućih legura, tako da se modifikacija više ne vrši u livnici. Pri niskim brzinama hlađenja odlivaka, modifikacija stroncijumom je mnogo manje efikasna i stoga se ne preporučuje za upotrebu, na primer, kod livenja u peščanim kalupima.
Osobine obrade modificiranih talina
Kako bi se izbjeglo sagorijevanje stroncijuma, svi tretmani taline, uključujući otplinjavanje, izvode se bez upotrebe materijala koji sadrže klor, ali koristeći, na primjer, argon ili dušik. Modifikacija stroncijumom ne nestaje ni kada se povratni metal, na primjer, isplativi dijelovi odljevaka, pretopi. Ako je potrebno, gubici stroncijuma se nadoknađuju dodavanjem matične legure koja sadrži stroncij, prema uputama dobavljača originalnih modificiranih legure svinja.
Re-modifikacija silumina
Budući da natrijum relativno brzo izgara iz taline, naknadna modifikacija silumina natrijumom se mora vršiti u livnici u određenim intervalima. U natrijum-modifikovanim talinama, materijali koji sadrže hlor ne bi trebalo da se koriste u svim operacijama koje uključuju taljenje. Hlor reaguje sa stroncijumom i natrijumom, uklanja ih iz taline i na taj način sprečava njegovu modifikaciju.
N. E. Kalinina, V. P. Beloyartseva, O. A. Kavac
MODIFIKACIJA LIVANJA ALUMINIJUMSKIH LEGURA SA PRAŠKASTIM KOMPOZICIJAMA
Prikazan je utjecaj dispergiranih vatrostalnih modifikatora na strukturu i svojstva lijevanih aluminijskih legura. Razvijena je tehnologija za modifikaciju aluminijskih legura sistema L!-81-Md sa modifikatorom praha silicijum karbida.
Uvod
Razvoj novih komponenti raketne i svemirske tehnologije postavlja zadatak povećanja strukturne čvrstoće i otpornosti na koroziju livenih aluminijskih legura. Ukrajinske lansirne rakete koriste silumine aluminijum-silicijumskog sistema, posebno legure AL2, AL4 i AL4S, čiji je hemijski sastav dat u tabeli 1. Legure AL2 i AL4S se koriste za livenje kritičnih delova koji čine jedinicu turbopumpe raketnog motora. Strani analozi domaćih silumina su legure 354, C355 sistema A!-B1-Si-Md, legure 359 sistema A!-B1-Md i A357 sistema A!-B1-Md-Be, koje se koriste za livenje kućišta za elektronske jedinice i sisteme za navođenje raketa.
Rezultati istraživanja
Poboljšanje mehaničkih i livenih karakteristika aluminijskih legura može se postići uvođenjem elemenata modifikatora. Modifikatori za livene aluminijske legure podijeljeni su u dvije fundamentalno različite grupe. Prva grupa uključuje tvari koje stvaraju visoko dispergiranu suspenziju u talini u obliku intermetalnih spojeva, koji služe kao supstrat za nastale kristale. U drugu grupu modifikatora spadaju površinski aktivne tvari, čiji se učinak svodi na adsorpciju na površinama rastućih kristala i na taj način inhibira njihov rast.
Modifikatori prve vrste za legure aluminijuma uključuju elemente I, 2g, B, Bb, koji su uključeni u sastav proučavanih legura u količinama do 1% po masi. U toku su istraživanja o upotrebi vatrostalnih metala kao što su BS, H11, Ta, V kao modifikatori prve vrste. Modifikatori druge vrste su natrijum,
kalijum i njihove soli koje se široko koriste u industriji. Obećavajući pravci uključuju upotrebu elemenata kao što su Kb, Bg, Te, Fe kao modifikatora druge vrste.
Novi pravci u modifikaciji livenih aluminijskih legura se sprovode u oblasti upotrebe modifikatora praha. Upotreba ovakvih modifikatora olakšava tehnološki proces, ekološki je prihvatljiva i dovodi do ravnomjernije raspodjele unesenih čestica po poprečnom presjeku odljevka, što povećava svojstva čvrstoće i karakteristike duktilnosti legura.
Treba istaći rezultate istraživanja G.G. Krušenko. Modifikator praha bor karbid B4C uveden je u sastav legure AL2. Kao rezultat, postignuto je povećanje duktilnosti sa 2,9 na 10,5% uz povećanje čvrstoće sa 220,7 na 225,6 MPa. Istovremeno, prosječna veličina makrozrna smanjena je sa 4,4 na 0,65 mm2.
Mehanička svojstva hipoeutektičkih silumina uglavnom zavise od oblika eutektičkog silicija i višekomponentnih eutektika, koji imaju oblik „kineskih znakova“. U radu su prikazani rezultati modifikovanja legura sistema A!-B1-Cu-Md-2n sa česticama TiN titanijum nitrida veličine manje od 0,5 mikrona. Studija mikrostrukture pokazala je da se titanijum nitrid nalazi u aluminijumskoj matrici, duž granica zrna, u blizini silicijumskih pločica i unutar faza koje sadrže gvožđe. Mehanizam uticaja dispergovanih TiN čestica na formiranje strukture hipoeutektičkih silumina tokom kristalizacije je da se glavnina njih frontom kristalizacije istiskuje u tečnu fazu i učestvuje u mlevenju eutektičkih komponenti legure. Proračuni su pokazali da pri upotrebi
Tabela 1 - Hemijski sastav
Vrsta legure Maseni udio elemenata, %
A1 Si Mg Mn Cu Zn Sb Fe
AL2 baza 10-13 0,1 0,5 0,6 0,3 - 1,0
AL4 8,0-10,5 0,17-0,35 0,2-0,5 0,3 0,3 - 1,0
AL4S 8,0-10,5 0,17-0,35 0,2-0,5 0,3 0,3 0,10-0,25 0,9
© N. E. Kalinina, V. P. Beloyartseva, O. A. Kavac 2006
formiranje čestica titanijum nitrida veličine 0,1-0,3 mikrona i kada je njihov sadržaj u metalu oko 0,015 tež.%. distribucija čestica bila je 0,1 µm-3.
U publikaciji se razmatra modifikacija legure AK7 sa dispergovanim vatrostalnim česticama silicijum nitrida 813^, čime se postižu sledeća mehanička svojstva: stB = 350-370 MPa; 8 = 3,2-3,4%; HB = 1180-1190 MPa. Prilikom uvođenja čestica titanijum nitrida u leguru AK7 u količini od 0,01-0,02% tež. privremena vlačna čvrstoća se povećava za 12,5-28%, relativno rastezanje se povećava za 1,3-2,4 puta u odnosu na nemodificirano stanje. Nakon modifikacije legure AL4 dispergovanim česticama titanijum nitrida, čvrstoća legure se povećala sa 171 na 213 MPa, a relativno istezanje sa 3 na 6,1%.
Kvalitet ljevačkih sastava i mogućnost njihove proizvodnje zavise od niza parametara, a to su: kvašenje dispergirane faze talinom, priroda dispergiranih čestica, temperatura dispergovanog medija i načini miješanja metala. rastopiti se prilikom unošenja čestica. Dobra kvašenje dispergovane faze postiže se, posebno, uvođenjem površinski aktivnih metalnih aditiva. U ovom radu proučavali smo uticaj aditiva silicijuma, magnezijuma, antimona, cinka i bakra na asimilaciju čestica silicijum karbida frakcije do 1 mikrona tečnim aluminijumom razreda A7. BYU prah je uveden u rastop mehaničkim mešanjem na temperaturi taline od 760±10 °C. Količina unesenog aluminijuma iznosila je 0,5% mase tečnog aluminijuma.
Antimon donekle otežava apsorpciju primijenjenih BYU čestica. Elementi koji proizvode legure eutektičkog sastava (B1, 2p, Cu) sa aluminijumom poboljšavaju apsorpciju. Ovaj efekat očigledno nije povezan toliko sa površinskom napetosti taline, već sa kvašenjem SC čestica talinom.
Serija eksperimentalnih taljenja aluminijumskih legura AL2, AL4 i AL4S, u koje su uvedeni modifikatori praha, izvedena je u Državnom preduzeću PA "Južni mašinostroitelni zavod". Topljenje je obavljeno u indukcijskoj peći SAN-0,5 sa livenjem u kalupe od nerđajućeg čelika. Mikrostrukturu legure AL4S prije modifikacije čine grubi dendriti α-čvrste otopine aluminija i α(D!)+B1 eutektika. Modifikacija sa silicijum karbidom BS
omogućilo je značajno rafiniranje dendrita a-čvrste otopine i povećanje disperzije eutektika (sl. 1 i sl. 2).
Mehanička svojstva legura AL2 i AL4S prije i poslije modifikacije prikazana su u tabeli. 2.
Rice. 1. Mikrostruktura legure AL4S prije modifikacije, x150
Rice. 2. Mikrostruktura legure AL4S nakon modifikacije B1S, x150
Tabela 2 - Mehanička svojstva
Legura Metoda livenja Vrsta termičke obrade<зВ, МПа аТ, МПа 8 , % НВ
AL2 Chill T2 147 117 3,0 500
AL2, modificiran 8Yu Chill 157 123 3,5 520
AL4S Chill T6 235 180 3,0 700
AL4S, modificiran 8Yu Chill 247 194 3.4 720
U ovom radu proučavan je uticaj temperature na stepen asimilacije vatrostalnih čestica T1C i B1C. Utvrđeno je da se stepen asimilacije čestica praha taline AL4S naglo mijenja s temperaturom. U svim slučajevima, maksimalna apsorpcija je uočena na temperaturi specifičnoj za datu leguru. Tako je maksimalna asimilacija Tiu čestica postignuta na temperaturi taljenja
700......720 °C, na 680 °C apsorpcija se smanjuje. At
Kada temperatura poraste na 780......790 °C, apsorpcija TI opada za 3....5 puta i nastavlja da opada sa daljim povećanjem temperature. Slična ovisnost asimilacije o temperaturi taline dobivena je za BU, koja ima maksimum na 770 °C. Karakteristična karakteristika svih zavisnosti je oštar pad apsorpcije pri ulasku u dvofazno područje kristalizacionog intervala.
Ujednačena distribucija dispergovanih čestica silicijum karbida u talini se obezbeđuje mešanjem. Sa povećanjem vremena miješanja, stepen apsorpcije dispergiranih čestica se pogoršava. Ovo ukazuje da se čestice koje su inicijalno asimilirane talinom naknadno djelimično uklanjaju iz taline. Pretpostavlja se da se ovaj fenomen može objasniti djelovanjem centrifugalnih sila koje potiskuju strane raspršene čestice, u ovom slučaju BS, prema stijenkama lončića, a zatim ih dovode na površinu taline. Stoga, tokom topljenja, miješanje se nije vršilo kontinuirano, već je periodično nastavljeno prije odabira dijelova metala iz peći.
Na mehanička svojstva silumina značajno utiče veličina čestica unesenog modifikatora. Mehanička čvrstoća legura za livenje AL2, AL4 i AL4S raste linearno kako se veličina čestica modifikatora praha smanjuje.
Kao rezultat teorijskog i eksperimentalnog
Eksperimentalnim studijama razvijeni su tehnološki režimi za proizvodnju visokokvalitetnih livenih aluminijskih legura modificiranih vatrostalnim česticama praha.
Istraživanja su pokazala da kada se dispergovane čestice silicijum karbida uvedu u legure aluminijuma AL2, AL4, AL4S, struktura silumina se menja, primarni i eutektički silicijum se drobi i poprima kompaktniji oblik, veličina zrna a-čvrste otopine aluminijuma se smanjuje, što dovodi do povećanja karakteristika čvrstoće modifikovanih legura za 5-7%.
Bibliografija
1. Fridlyander I.N. Metalurgija aluminijuma i njegovih legura. - M.: Metalurgija, 1983. -522 str.
2. Krušenko G.G. Modifikacija aluminij-silicijumskih legura sa praškastim aditivima // Materijali II Sveuničke znanstvene konferencije "Obrasci formiranja strukture legura eutektičkog tipa." - Dnjepropetrovsk, 1982. - P. 137-138.
3. Mikhalenkov K.V. Formiranje strukture aluminija koji sadrži dispergirane čestice titanovog nitrida // Procesi livenja. - 2001. -№1.- P. 40-47.
4. Chernega D.F. Utjecaj dispergiranih vatrostalnih čestica u talini na kristalizaciju aluminija i silumina // Livnička proizvodnja, 2002. - br. 12. - str. 6-8.
Primljeno kod urednika 6. maja 2006.
Dato je ulivanje dispergovanog vatrostalnog modifikatora1v u strukturu tog power-east! Livarnih aluminijuma1n1evih legure1v. Tehnološka modifikacija legure aluminijuma u sistemu Al-Si-Mg završena je modifikatorom u prahu silicijum carb1d.
Dat je utjecaj finih vatrostalnih modifikatora na strukturu i svojstva ljevačkih aluminijskih legura. Razvijena je tehnologija modifikacije aluminijumskih legura sistema Al-Si-Mg modifikatorom praha karbidom silicijuma.
Neke legure, tokom normalne kristalizacije, imaju smanjena mehanička svojstva u odljevcima kao rezultat formiranja grube, krupnozrnate makro- ili mikrostrukture. Ovaj nedostatak se otklanja uvođenjem malih aditiva posebno odabranih elemenata, zvanih modifikatori, u talinu prije izlivanja.
Modifikacija (modifikacija) je operacija unošenja aditiva u tečni metal, koji bez značajnije promene hemijskog sastava legure utiču na procese kristalizacije, prečišćavaju strukturu i značajno povećavaju svojstva livenog materijala. Modificirajući aditivi mogu ili poboljšati makrozrno ili mikrostrukturu, ili utjecati na obje ove karakteristike istovremeno. Modifikatori također uključuju posebne aditive dodane metalima za pretvaranje neželjenih topljivih komponenti u vatrostalne i manje štetne spojeve. Klasičan primjer modifikacije je modifikacija hipoeutektičkih (do 9% Si) i eutektičkih (10-14% Si) silumina sa aditivima natrijuma u količini od 0,001-0,1%.
Izlivena struktura nemodifikovanih silumina sastoji se od dendrita α-čvrstog rastvora i eutektika (α + Si), u kojima silicijum ima grubu, igličastu strukturu. Stoga ove legure imaju niska svojstva, posebno duktilnost.
Uvođenje malih dodataka natrijuma u silumine naglo rafinira oslobađanje silicija u eutektiku i čini grane dendrita α-rastvora tanjim.
U tom slučaju značajno se povećavaju mehanička svojstva, poboljšavaju se obradivost i osjetljivost na toplinsku obradu. Natrijum se prije izlivanja uvodi u talinu ili u obliku metalnih komada ili uz pomoć posebnih natrijumovih soli, iz kojih se natrijum pretvara u metal kao rezultat reakcija razmene soli sa aluminijumom iz taline.
Trenutno se za ove svrhe koriste takozvani univerzalni tokovi, koji istovremeno vrše rafiniranje, otplinjavanje i modificiranje metala. Sastavi fluksa i glavni parametri obrade bit će detaljno dati pri opisu tehnologije topljenja aluminijskih legura.
Količina natrijuma potrebna za modifikaciju zavisi od sadržaja silicijuma u siluminu: pri 8-10% Si potrebno je 0,01% Na, pri 11-13% Si - 0,017-0,025% Na. Prekomjerne količine Na (0,1-0,2%) su kontraindicirane, jer to ne dovodi do mljevenja, već, naprotiv, grubosti strukture (prekomerne modifikacije) i svojstva se naglo pogoršavaju.
Efekat modifikacije se održava pri držanju pre izlivanja u peščane kalupe do 15-20 minuta, a kod livenja u metalne kalupe - do 40-60 minuta, jer natrijum isparava tokom dugotrajnog držanja. Praktična kontrola modifikacije obično se provodi pojavom loma lijevanog cilindričnog uzorka duž poprečnog presjeka koji je ekvivalentan debljini odljevka. Ravnomjerna, sitnozrnasta, sivkasto svilenkasta fraktura ukazuje na dobru modifikaciju, dok hrapava (sa vidljivim sjajnim kristalima silicijuma) lom ukazuje na nedovoljnu modifikaciju. Prilikom livenja silumina koji sadrže do 8% Si u metalne kalupe koji pospešuju brzu kristalizaciju metala, unošenje natrijuma nije potrebno (ili se unosi u manjim količinama), jer je u takvim uslovima struktura sitnozrnasta i bez modifikator.
Hipereutektički silumini (14-25% Si) su modifikovani fosfornim aditivima (0,001-0,003%), koji istovremeno rafinišu primarno taloženje slobodnog silicijuma i silicijuma u eutektiku (α + Si). Međutim, prilikom livenja treba uzeti u obzir da natrijum takođe daje neka negativna svojstva talini. Modifikacija uzrokuje smanjenje fluidnosti legura (za 5-30%). Natrijum povećava sklonost silumina zasićenju gasom, uzrokujući interakciju taline sa vlagom kalupa, što otežava dobijanje gustih odlivaka. Zbog promjene prirode kristalizacije eutektika dolazi do modifikacije skupljanja. U nemodificiranom eutektičkom siluminu, volumetrijsko skupljanje se manifestira u obliku koncentriranih školjki, a u prisustvu natrijuma - u obliku fino raspršene poroznosti, što otežava dobivanje gustih odljevaka. Stoga je u praksi neophodno uvesti minimalnu potrebnu količinu modifikatora u silumin.
Primjer oplemenjivanja primarnog makrozrna (makrostrukture) legura aditivima je modifikacija legura magnezija. Uobičajena nemodifikovana livena struktura ovih legura je krupnozrna sa smanjenim (10-15%) mehaničkim svojstvima. Modifikacija legura ML3, ML4, ML5 i ML6 vrši se pregrijavanjem legure, tretiranjem željeznim hloridom ili materijalima koji sadrže ugljik. Najčešća je modifikacija aditivima koji sadrže ugljik - magnezit ili kalcijev karbonat (kreda). Prilikom modifikacije legure, kreda ili mramor (kreda u obliku suhog praha i mramor u obliku sitnih mrvica u količini od 0,5-0,6% mase punjenja) se unosi u talinu zagrijanu na 750- 760 pomoću zvona u dva ili tri koraka °.
Pod uticajem temperature kreda ili mermer se razlažu prema reakciji
CaCO 3 → CaO + CO 2
Oslobođeni CO2 reagira s magnezijem u skladu s reakcijom
3Mg + CO 2 → MgO + Mg(C) .
Vjeruje se da oslobođeni ugljik, ili magnezijum karbidi, olakšavaju kristalizaciju iz mnogih centara, što rezultira pročišćavanjem zrna.
Praksa korištenja modifikatora na drugim legurama pokazala je da se povećanje svojstava uslijed mljevenja lijevanog primarnog zrna uočava samo ako se istovremeno rafinira mikrostruktura legure, budući da oblik i broj komponenti mikrostrukture u velikoj mjeri određuju čvrstoću. svojstva materijala. Utjecaj modifikatora ovisi o njihovim svojstvima i količini, vrsti legura koje se modificiraju i stopi kristalizacije odljevka. Na primjer, uvođenje cirkonija u količini od 0,01-0,1% u kalajnu broncu uvelike rafinira primarno zrno legure. Pri 0,01-0,02% Zr, mehanička svojstva kalajnih bronza značajno se povećavaju (za BrOC10-2 θ b i δ se povećavaju za 10-15%). Sa povećanjem količine modifikatora iznad 0,05%, održava se snažno rafiniranje makrozrna, ali svojstva naglo padaju kao rezultat grubosti mikrostrukture. Ovaj primjer pokazuje da svaka legura ima svoje optimalne količine modifikatora koji mogu blagotvorno utjecati na svojstva, a svako odstupanje od njih ne daje željeni pozitivan učinak.
Modificirajući učinak aditiva titanijuma na obrađene legure aluminijuma kao što je duralumin (D16) i druge pojavljuje se samo pri značajnim brzinama očvršćavanja. Na primjer, pri normalnim brzinama skrućivanja za polu-kontinuirano lijevanje ingota, aditivi za modificiranje titana rafiniraju liveno zrno, ali ne mijenjaju njegovu unutrašnju strukturu (debljinu osi dendrita) i na kraju ne utiču na mehanička svojstva. Međutim, uprkos tome, koristi se aditiv titanijuma, jer finozrnasta livena struktura smanjuje sklonost legure da stvara pukotine tokom livenja. Ovi primjeri pokazuju da se naziv „modifikacija“ ne može shvatiti kao općenito povećanje svojstava materijala. Modifikacija je specifična mjera za uklanjanje jednog ili drugog nepovoljnog faktora, ovisno o prirodi legure i uvjetima livenja.
Nejednaka priroda učinka malih dodataka modifikatora na strukturu i svojstva različitih legura i utjecaj mnogih vanjskih faktora na proces modifikacije u određenoj mjeri objašnjavaju nepostojanje općeprihvaćenog jedinstvenog objašnjenja djelovanja modifikatora. . Na primjer, postojeće teorije modifikacije silumina mogu se podijeliti u dvije glavne grupe - modifikator mijenja ili nukleaciju ili razvoj silicijskih kristala u eutektiku.
U teorijama prve grupe pretpostavlja se da se jezgra silicijuma oslobođena iz taline tokom kristalizacije deaktiviraju usled adsorpcije natrijuma na njihovoj površini, odnosno na površini primarnih aluminijumskih kristala. Teorije druge grupe uzimaju u obzir vrlo nisku rastvorljivost natrijuma u aluminijumu i silicijumu. Pretpostavlja se da se zbog toga natrijum akumulira u sloju tečnosti koji okružuje kristale silicijuma kada se eutektik stvrdne, i time otežava njihov rast usled prehlađenja. Utvrđeno je da je u modificiranoj leguri eutektika prehlađena za 14-33°. U ovom slučaju, eutektička tačka se pomera sa 11,7% na 13-15% Si. Međutim, tačka topljenja eutektika kada se zagrije nakon kristalizacije u modificiranoj i nemodificiranoj leguri je ista. Ovo sugerira da se događa istinsko superhlađenje, a ne jednostavno snižavanje tačke topljenja dodavanjem modifikatora. Zaista, činjenice o mljevenju silumin eutektika tokom livenja i brzog hlađenja ukazuju na to da to može biti samo posljedica sve većeg prehlađenja i povećane stope očvršćavanja, pri čemu je difuzija silicija na velike udaljenosti nemoguća. Zbog prehlađenja, kristalizacija teče vrlo brzo, iz mnogih centara, zbog čega se formira disperzna struktura.
U nekim slučajevima se vjeruje da natrijum smanjuje površinsku energiju i međufaznu napetost na interfejsu aluminijum-silicijum.
Modifikacija livenih zrna (makro) povezana je sa formiranjem u talini pre kristalizacije ili u trenutku kristalizacije brojnih kristalizacionih centara u obliku vatrostalnih jezgara, koji se sastoje od hemijskih jedinjenja modifikatora sa komponentama legure i imaju slične strukturne parametre rešetke. na strukturu legure koja se modificira.
