COMPLEX MODIFICATION OF SECONDARY SILUMINS

ISSN 2307–3489 (Print), ІSSN 2307–6666 (Online) Наука та прогрес транспорту. Вісник Дніпропетровського національного університету залізничного транспорту, 2014, № 6 (54) МАТЕРІАЛОЗНАВСТВО МАТЕРІАЛОЗНАВСТВО УДК 669.714:669.716 А. А. МИТЯЕВ1*, И. П. ВОЛЧОК2, Р. А. ФРОЛОВ3, К. Н. ЛОЗА4, О. В. ГНАТЕНКО5, В. В. ЛУКИНОВ6 1* Каф. «Технология металлов», Запорожский национальный технический университет, ул. Жуковского, 64, Запорожье, Украина, 69063, тел. +38 (061) 769 82 71, эл. почта , ORCID 0000-0001-9034-1359 2 Каф. «Технология металлов», Запорожский национальный технический университет, ул. Жуковского, 64, Запорожье, Украина, 69063, тел. +38 (061) 764 13 51, эл. почта , ORCID 0000-0003-1580-0556 3 Каф. «Детали машин и подъемно-транспортные механизмы», Запорожский национальный технический университет, ул. Жуковского, 64, Запорожье, Украина, 69063, тел. +38 (061) 764 12 73, эл. почта , ORCID 0000-0001-9967-0220 4 АО «Мотор Сич», ул. Моторостроителей, 15, Запорожье, Украина, 69068 тел. +38 (061) 720 48 83, эл. почта , ORCID 0000-0002-2713-5744 5 АО «Мотор Сич», ул. Моторостроителей, 15, Запорожье, Украина, 69068 тел. +38 (061) 720 48 83 6 АО «Мотор Сич», ул. Моторостроителей, 15, Запорожье, Украина, 69068 тел. +38 (061) 720 48 83 КОМПЛЕКСНОЕ МОДИФИЦИРОВАНИЕ ВТОРИЧНЫХ СИЛУМИНОВ Цель. В работе необходимо разработать научно-технологические основы формирования заданной структуры вторичных доэвтектических (АК8М3) и эвтектических (АК12М2МгН) силуминов и повышения показателей их механических и служебных свойств в литом состоянии и после термообработки до уровня первичных сплавов. Методика. Определение химического состава проводили спектральным анализом на искровом спектрометре «SPECTROLAB» (Германия). Металлографический анализ выполняли на микроскопах МИМ-7 и МИМ-8, а также методом металлографии высокого разрешения на растровом электронном микроскопе «JSMT-300» (Япония). Термообработку алюминиевых сплавов проводили по режимам Т1 и Т5 в соответствии с ДСТУ 2839-94 (ГОСТ 1583-93). При определении механических свойств использовали стандартные методики. Для поршневого сплава АК12М2МгН (АЛ25) температурный коэффициент линейного расширения определяли с помощью оптического кварцевого дилатометра Шевенара на образцах Ø 3,5 мм длиной 50 мм. Сопротивление высокотемпературному разрушению определяли по ГОСТ 10145-81, как время до разрушения образца при заданном напряжении 50 МПа и температуре 300 °С. Результаты. Разработана и внедрена в производство технология получения сплавов из шихты, состоящей на 100 % из лома и отходов производства, которая обеспечивает получение металла гарантированного химического состава и высокого качества при снижении энергозатрат на плавку. Научная новизна. Установлены закономерности формирования структурно-фазового состояния и уровня физико-механических свойств вторичных доэвтектических и эвтектических силуминов в зависимости от процессов рафинирования и модифицирования. Проведено обобщение закономерностей разрушения вторичных силуминов и получены количественные характеристики роли интерметаллидных фаз в механизмах разрушения и формировании уровня механических свойств алюминиевых сплавов. Практическая значимость. Изучены процессы структурообразования вторичных алюминиевых сплавов в зависимости от технологии их получения. Разработаны высокоэффективные рафинирующе-модифицирующие комплексы для обработки вторичных доэвтектических и эвтектических алюминиевых сплавов и определено оптимальное количество модификаторов в зависимости от качества шихты. Ключевые слова: силумины; интерметаллидные фазы; структура; параметр формы; механические свойства; рафинирующе-модифицирующая обработка doi 10.15802/stp2014/33180 © А. А. Митяев, И. П. Волчок, Р. А. Фролов, К. Н. Лоза, О. В. Гнатенко, В. В. Лукинов, 2014 87 ISSN 2307–3489 (Print), ІSSN 2307–6666 (Online) Наука та прогрес транспорту. Вісник Дніпропетровського національного університету залізничного транспорту, 2014, № 6 (54) МАТЕРІАЛОЗНАВСТВО Введение Известно, что модифицированием называется процесс воздействия на кристаллизацию и структуру сплава путем введения специальных добавок – модификаторов. П. А. Ребиндер все модифицирующие добавки по физико-химической природе их воздействия на процесс образования кристаллических зародышей разделил на модификаторы І и ІІ рода. Модификаторы І рода образуют в расплаве высокодисперсные твердые частички, которые формируют центры кристаллизации. Модификаторы ІІ рода – растворимые вещества, избирательно адсорбирующиеся на гранях кристаллического зародыша, изменяющие межфазное поверхностное натяжение и характер роста кристаллов [2]. При производстве и литье алюминиевых сплавов широко применяется модифицирование. Модифицирующие добавки вводят в виде лигатуры в шихту или непосредственно в расплав. К числу модификаторов І рода алюминиевых сплавов следует отнести титан и ванадий, образующие тугоплавкие интерметаллиды TiAl3 и VAl6, а также ультрадисперсные частицы оксидов, карбидов, боридов и других неметаллических включений. Модификаторами ІІ рода являются поверхностно-активные вещества, положительно влияющие на структуру алюминиевых сплавов, большинство из которых являются элементами І группы (Li, Na, K, Rb, Cs), а также сера и фосфор. В то же время многочисленными проведенными исследованиями показана высокая эффективность комплексных модификаторов. В связи с этим работа посвящена изучению комплексного модифицирования доэвтектических и эвтектических вторичных силуминов. Результаты Цель Основная цель работы заключалась в разработке научно-технологических основ структурообразования вторичных силуминов для повышения показателей их механических и служебных свойств в литом и термообработанном состояниях до уровня первичных сплавов. Методика В работе исследовались доэвтектические АК8М3 и эвтектические АК12М2МгН (АЛ25) сплавы, химический состав которых соответствовал требованиям ДСТУ 2839-94 (ГОСТ 1583-93). doi 10.15802/stp2014/33180 88 Контроль химического состава проводился непрерывно на всех стадиях технологического процесса получения алюминиевых сплавов. Определение химического состава осуществляли спектральным анализом на искровом спектрометре «SPECTROLAB» (Германия) по 22 химическим элементам с точностью ± 0,0001 масс. %. Металлографический анализ структуры выполняли на микроскопах МИМ-7 и МИМ-8 при увеличении 100…400 раз, а также методом металлографии высокого разрешения на растровом электронном микроскопе «JSMT-300» (Япония) при ускоряющем напряжении 20…25 кВ и диаметре электронного зонда до 1·10-9 м. Микроструктура сплавов изучалась на шлифах без травления, а также после травления реактивом состава: 12,5 мл HF, 25 мл HNO3, 50 мл HCl, 12,5 мл H2O. Прочность и пластичность сплавов определяли на образцах диаметром 10 мм и рабочей длиной 50 мм, изготовленных в соответствии с ДСТУ 2839-94 (ГОСТ 1583-93). Метод отбора образцов и порядок проведения испытаний на твердость регламентировался требованиями ГОСТ 9013-69. Термообработку алюминиевых сплавов проводили по режимам Т1 и Т5 в соотве (...truncated)