Кулініч А.А., Христенко В.В., Тищенко Н.В., Чепурний П.В.

ВПЛИВ ПЕРЕМІШУВАННЯ РОЗПЛАВУ НА РОЗМІР ЗЕРНА ЛИВАРНИХ СПЛАВІВ СИСТЕМИ Al–Mg

Національний технічний університет України «КПІ», Київ

Одним із практичних результатів теорії спадковості структури металу в рідкому і твердому стані є розробка методів керування структурою, а, отже, і властивостями литих сплавів за допомогою різних методів фізичного впливу на їхні розплави. Одним з таких достатньо легких методів може бути механічне перемішування металу в перегрітому стані і в інтервалі температур кристалізації.

В даній роботі досліджено ефективність використання операції механічного перемішування розплаву на структуру ливарних сплавів системи Al–Mg: АМг6л, АМг10 та АМг11 . Обробку розплаву робили при температурах перегріву до 150 °С, а також у прилягаючій до температури ліквідус зоні слабко перегрітого розплаву і в області двофазного стану металу.

Порцію базового сплаву розплавляли в плавильній печі.  Після розплавлення і перегріву рідкого металу до температури 690–700 °С робили рафінування розплаву флюсом у кількості 2 % від маси сплаву. Склад флюсу: 85 % карналіту ( MgCl₂×KCl) та    15 % фтористого кальцію. Потім після витримки розплаву протягом 15–20 хв. видаляли шлаки з поверхні розплаву в плавильному тиглі і охолоджували (або нагрівали) метал у печі до температури, необхідної для перемішування розплаву. Перемішування розплаву досліджуваних сплавів проводили при температурах 750 °С, 730 °С, 710 °С, 690 °С,       670 °С, 650 °С, 630 °С, 610 °С і 600 °С (для сплаву АМг6л мінімальна температура перемішування розплаву обмежувалась на рівні 610 °С). При даних температурах змінювали час перемішування розплаву з 3 до 20 хв. Після перемішування розплаву досліджуваних сплавів при різних температурах і часі витримки його заливали в дослідні форми для одержання зразків на яких досліджували макроструктуру литого металу.

На рис. 1 наведено результати експериментальних досліджень по впливу температури перемішування розплаву на ступінь подрібнення зерна  (де D_вихід – розмір зерна вихідного сплаву, D_оброб – розмір зерна сплаву який в рідкому стані піддали механічному перемішуванню) ливарних сплавів системи Al–Mg.

В даному експерименті тривалість перемішування розплаву – 12 хв. Після перемішування розплаву досліджувані сплави охолоджували з постійною швидкістю – V_охл. = 0,5 °С/с.

З даних наведених на рис. 1 можна зробити висновок, що перемішування розплаву типових ливарних сплавів системи Al–Mg навіть в області високого перегріву розплаву (на 120–140 °С вище за температуру початку кристалізації сплавів, тобто при температурі 750 °С) впливає на зменшення середнього розміру зерна досліджуваних сплавів на 15–30 %. Зменшення температури перемішування розплаву суттєво збільшує ефект подрібнення зерна усіх трьох досліджуваних сплавів. Особливо сильно середній розмір зерна даних сплавів зменшується в двофазній зоні при температурах на 10–20 °С нижчих за температуру початку кристалізації сплавів (для сплаву АМг6л температура початку кристалізації – 628 °С, для сплавів АМг10 і АМг11 – 610 °С).

Так для сплаву АМг6л перемішування розплаву при температурі 610 °С (час перемішування 12 хв., подальше охолодження зі швидкістю V_охл. = 0,5 °С/с)  впливає на зменшення середнього розміру зерна в 2 раза (с 218 мкм до 106 мкм).

Для сплаву АМг10 перемішування розплаву при температурі 600 °С (час перемішування 12 хв., подальше охолодження зі швидкістю V_охл. = 0,5 °С/с)  впливає на зменшення середнього розміру зерна в 1,8  раза (с 252 мкм до 135 мкм). Для сплаву АМг11 перемішування розплаву при температурі 600 °С (час перемішування 12 хв., подальше охолодження зі швидкістю V_охл. = 0,5 °С/с)  впливає на зменшення середнього розміру зерна в 1,9  раза (с 315 мкм до 159 мкм).

Разом з температурою важливим параметром перемішування розплаву є час перемішування. На рис. 2 наведено результати експериментальних досліджень по впливу часу перемішування розплаву на ступінь подрібнення зерна  (де D_вихід – розмір зерна вихідного сплаву, D_оброб – розмір зерна сплаву який в рідкому стані піддали механічному перемішуванню) ливарних сплавів системи Al–Mg.

Температура перемішування розплаву: для сплаву АМг6л – 610 °С; для сплаву АМг10, АМг11 – 600 °С. V_охл. = 0,5 °С/с. 1 – сплав АМг6л; 2 – сплав АМг10; 3 – сплав АМг11.

Дані дослідження проводили при постійних температурах для кожного сплаву, які є на 10–20 °С нижчими за температуру початку кристалізації сплавів (температура перемішування розплаву: для сплаву АМг6л – 610 °С, для сплавів АМг10, АМг11 – 600 °С. V_охл. = 0,5 °С/с). Як було показано вище, при даних температурах ефект подрібнення розміру зерна від перемішування розплаву є максимальним.

Встановлено, що при збільшенні часу перемішування розплаву з 3 до 20 хв. зростає ступінь подрібнення зерна досліджуваних сплавів (рис. 2.). Для сплаву АМг6л збільшення часу перемішування з 3 до 20 хв. впливає на подрібнення середнього розміру зерна алюмінієвого твердого розчину з 1,4 до 3,0 раз (з 152  до 72 мкм). Для сплаву АМг10 збільшення часу перемішування з 3 до 20 хв. впливає на подрібнення зерна алюмінієвого твердого розчину з 1,5 до 2,6 раз (з 170 до 98 мкм). Для сплаву АМг11 збільшення часу перемішування з 3 до 20 хв. впливає на подрібнення зерна алюмінієвого твердого розчину з 1,3 до 2,7 раз (з 248 до 115 мкм).

Експериментально встановлено, що при збільшенні часу перемішування розплаву більше 15–20 хв. інтенсифікуються процеси вигорання магнію і окислення розплаву досліджуваних сплавів. Тому час перемішування розплаву досліджуваних сплавів потрібно обмежити до 10–15 хв.

Висновки

На прикладі сплавів АМг6л, АМг10 та АМг11 встановлено вплив механічного перемішування розплаву на середній розмір зерна алюмінієвого твердого розчину ливарних сплавів системи Al–Mg.

Перемішування розплаву типових ливарних сплавів системи Al–Mg навіть в області високого перегріву розплаву (на 120–140 °С вище за температуру початку кристалізації сплавів) впливає на зменшення середнього розміру зерна досліджуваних сплавів на 15–30 %. Зменшення температури перемішування розплаву суттєво збільшує ефект подрібнення зерна усіх трьох досліджуваних сплавів. Особливо сильно середній розмір зерна даних сплавів зменшується в двофазній зоні при температурах на 10–20 °С нижчих за температуру початку кристалізації. Для сплаву АМг6л перемішування розплаву при температурі 610 °С (час перемішування 12 хв., подальше охолодження зі швидкістю V_охл. = 0,5 °С/с)  впливає на зменшення середнього розміру зерна в 2 раза. Для сплаву АМг10 перемішування розплаву при температурі 600 °С (час перемішування 12 хв., подальше охолодження зі швидкістю V_охл. = 0,5 °С/с)  впливає на зменшення середнього розміру зерна в 1,8  раза, а для сплаву АМг11 перемішування розплаву при температурі 600 °С (час перемішування 12 хв., подальше охолодження зі швидкістю V_охл. = 0,5 °С/с)  впливає на зменшення середнього розміру зерна в 1,9  раза.

Показно, що разом з температурою важливим параметром перемішування розплаву є час перемішування.

Експериментально встановлено, що при збільшенні часу перемішування розплаву більше 15–20 хв. інтенсифікуються процеси вигорання магнію і окислення розплаву досліджуваних сплавів. Тому час перемішування розплаву досліджуваних сплавів потрібно обмежити до 10–15 хв.