Лютова О.В., Авраменко К.А.

(ЗНТУ, г. Запорожье)

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ ПРОИЗВОДСТВА НА КАЧЕСТВО ВТОРИЧНЫХ СИЛУМИНОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГРАФИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ОПТИМИЗАЦИИ

Цель исследований состояла в решении проблем современного литейного производства с использованием низкосортной шихты и производстве на ее основе высококачественных вторичных литейных алюминиевых сплавов.

Украина не имеет собственного производства первичного алюминия и его сплавов и потребности промышленности удовлетворяет за счет валютных закупок этих материалов.

Широкое применение вторичных сплавов позволит значительно сократить:

●валютные затраты;

● существенно снизить себестоимость продукции;

●уменьшить объемы загрязнения внешней среды.

Для повышения механических (прочность, пластичность, твердость) и технологических (жидкотекучесть, пористость, линейная усадка) свойств вторичных алюминиевых сплавов применялась комплексная обработка, которая включала в себя усовершенствованные процессы рафинирования и модифицирования.

Была предложена двухэтапная обработка жидкого металла:

●в печи;

●в ковше.

Увеличение содержания стружки в шихте и увеличение содержания железа в составе вторичного силумина АК9М2, в исследуемых пределах, способствовало образованию неупорядоченной дифференцированной структуры, увеличению объемной доли интерметаллидных включений неблагоприятной формы (Al₅SiFe, Al₄Si₂Fe, Al₈Fe₂S₆), а также их размеров. Присадки модификатора в количестве 0,12…0,15 % позволили значительно улучшить структуру вторичного сплава за счет уменьшения размеров интерметаллидных фаз, их глобуляризации и равномерного распределения, а также за счет снижения бала пористости в среднем с 2,5…2 до 1…0 бала согласно ДСТУ 2839-94.

С использованием методов математического планирования эксперимента изучено влияние содержания стружки в шихте, железа в сплаве и рафинирующе-модифицирующей обработки на механические и литейные свойства вторичного силумина АК9М2.

Графический анализ полученных зависимостей показал, что увеличение содержания стружки в шихте с 1 до 19 %, а также железа в сплаве с 0,66 до 2,34 %, приводило к снижению жидкотекучести на 30..35 %, уменьшению линейной усадки на 18…20 %, снижению трещиностойкости, к росту пористости в среднем с 0,5 до 2…2,5 % бала, вследствие увеличения количества интерметаллидных фаз неблагоприятной формы.

Увеличение присадки модификатора с 0,02 % до 0,15 % приводило к увеличению жидкотекучести на 10…15 %, линейной усадки на 30…35 %, вследствие снижения пористости в среднем с 2,5 до 0,5 %, обеспечению максимальной трещиностойкости благодаря трансформации фазы Al₅SiFe, которая кристаллизуется в виде тонких вытянутых пластин, в соединение Al₁₅(FeMn)₃Si₂.

Графическийанализрезультатов исследований показал, что уровень механических свойств вторичного силумина АК9М2, который соответствует ДСТУ 2839-94, был достигнут при содержании стружки в шихте 10…15 %, железа в сплаве 1…1,5 %, присадки модификатора в количестве 0,10…0,15 %.

Учитывая наличие наследственности в алюминиевых сплавах можно сохранить оптимальный уровень свойств вторичных алюминиевых сплавов на последующих стадиях переработки.