2015-09-06
220
Таблица 1
Массовая Марка доля элементов, %
сплава Al Si Mg Mn Fe Zn Sb Cu
АЛ4 8,0-10,5 0,17-0,35 0,2-0,5 1,0 0,3 - 0,3
АЛ4С
Основа
8,0-10,5 0,17-0,35 0,2-0,5 0,9 0,3 0,10-0,25 0,3
Формулирование проблемы. Качество литейных алюминиевых сплавов при
модифицировании их дисперсными тугоплавкими частицами зависит, в частности, от
природы дисперсной фазы и качества перемешивания алюминиевого расплава при
вводе частиц. Анализ результатов перспективных направлений повышения
прочностных характеристик металлических сплавов позволяет сделать вывод о
намеченной тенденции отхода от традиционных методов упрочнения. Отечественные
и зарубежные учёные широко начинают применять для модифицирования
алюминиевых сплавов дисперсные тугоплавкие частицы различных систем. В работах
[4; 6] изучали влияние тугоплавких частиц TiN, TiC, Al2O3 на качество и свойства
различных марок алюминиевых сплавов.
Решение проблемы. С учётом структурного и размерного соответствий
кристаллических решёток алюминия и тугоплавких соединений в качестве
|
|
|
эффективного модификатора литейных силуминов предложен дисперсный порошок
карбида кремния размером до 0,1 мкм. Для удобства введения модификатора в
расплав в работе использован способ таблетирования порошков карбида кремния 3.
Для этого изготовили на пресс-автомате ударного действия прессованные таблетки
(рис. 1) из смеси порошков карбида кремния фракцией 0,1 мкм и порошков алюминия
ПАД фракцией 50–150 мкм в соотношении 1:3 (мас.). Таблетки диаметром 8 мм и
высотой 4 мм имеют предел прочности на сжатие 5 МПа. Возможно изготовление
таблеток с широкими интервалами диаметра и высоты, что обеспечивается сменными
матрицей и пуансоном пресс-автомата. Оптимальный состав таблетки при
соотношении SiC: Al = 1:3 позволяет облегчить расчёты необходимого количества
модификатора в процессе плавки алюминиевых сплавов, а также обеспечивает
лёгкость введения в расплав, так как не требует дополнительной технологической
литейной оснастки.
Рис. 1. Прессованные таблетки для модифицирования
Перемешивание алюминиевых расплавов в процессе плавки проводили при
помощи оснастки-колокольчика, в который помещали таблетки для
модифицирования, завёрнутые в алюминиевую фольгу. Определили время
перемешивания, необходимое для достижения равномерного распределения
дисперсной фазы карбида кремния во всём объёме расплава в тигле. Время операции
модифицирования составило 8–12 минут. Результаты расчётов хорошо согласуются с
экспериментальными данными. На кривой зависимости величины зерна от времени
перемешивания отмечено экстремальное значение, соответствующее оптимальному
|
|
|
режиму перемешивания. Перемешивание расплава в течение 8–12 минут
незначительно влияет на величину зерна, а дальнейшее времени перемешивания
приводит к росту зерна алюминиевого сплава АЛ4 (рис. 2). Средний размер зерна
определяли количественным металлографическим анализом согласно статистическому
методу Джеффриса по числу зёрен, приходящихся на единицу площади шлифа. В
результате отмечены одинаковые значения физико-механических свойств
изготовленных образцов. При этом величина зерна по высоте отливки стала более
равномерной, размер зерна уменьшился в 2,5–3 раза: со средней площади 15,6 мм2 до
5,7 мм2. Введением таблеток значительно облегчен процесс введения порошкового
модификатора в расплав. Порошок алюминия, входящий в состав таблетки,
расплавляется в процессе плавки алюминиевого сплава, а дисперсные частицы
карбида кремния SiC равномерно распределяются в объёме расплава последующим
механическим перемешиванием.
Рис. 2. Зависимость величины зерна сплава АЛ4, модифицированного дисперсными
