Наукові конференції України, НОВІ МАТЕРІАЛИ І ТЕХНОЛОГІЇ В МАШИНОБУДУВАННІ-2024

Розмір шрифту: 
ПІДВИЩЕННЯ ТРІЩИНОСТІЙКОСТІ СПЛАВУ АМ4,5Кд (ВАЛ10) ФІЗИКО-ХІМІЧНИМИ ВПЛИВАМИ НА РОЗПЛАВ
В. І. Бєлік, А. Г. Пригунова, В. Ю. Шейгам, В. Д. Бабюк, Є. А. Житков

Остання редакція: 2024-05-20

Тези доповіді


Для запобігання утворенню гарячих тріщин, які є поширеною причиною браку при виробництві фасонних виливків із широкоінтервальних алюмінієвих сплавів, використовуються різні технологічні прийоми.

Досліджено вплив фізико-хімічних методів обробки розплаву на тріщиностійкість виливків, у тому числі: модифікування алюмінієво-титановою лігатурою у перерахунку на 0,15 % титану, отриманою з високою швидкістю охолодження; вібрації розплаву в процесі тверднення; водневої обробки розплаву шляхом продування парою води та обробки розплаву перед заливкою ротором, що обертається та охолоджує. Схильність сплаву до утворення тріщини оцінювали по спеціально розробленій пробі, що затверділа в чавунному кокілі. Вона являє собою виливок у вигляді стрижня з заплічиками (рис. 1).

 

 

Рис. 1. Фото виливка проби на тріщиностійкість

 

Після утворення кристалічного каркасу та тверднення заплічиків у виливку створюються напруження, що викликають появу гарячої тріщини. Всі виливки з вихідного розплаву тверділи з утворенням тріщини. У якості контрольних зразків для  порівняння міцності та пластичності використано виливки,  що тверднуть у тому ж кокілі, за аналогічних умов живлення, але без утворення тріщини, бо отримані без заплічиків. Для цього відповідні порожнини кокілю заповнювали мінеральною ватою.

Вплив  вібрації на тріщиностійкість здійснювали закріпленням кокілю проби на платформі (рис. 2), що вібрувала з постійною в кожному експерименті амплітудою 0,2 мм і частотою в діапазоні від 4 Гц  до 32 Гц.  Вібрацію проби починали перед заливанням розплаву і закінчували через 1 хв після закінчення заливання. Температура розплаву, що заливали, складала 730 ℃.

Рис. 2. Вібраційна платформа із встановленим кокілем проби на тріщиностійкість

 

Вплив модифікування титаном та цирконієм досліджували введенням до розплаву високоохолоджених (Vохол .≥ 103 оС/с) лігатур АlТі5, АlZr10, одержаних на установці, описаній в  [1]. Лігатури розплавляли в електричній печі опору               СШОЛ-1,5 при температурі 750 оС, заливали в нагріту до 700 оС приймальну вирву із вогнетривкої кераміки низької теплопровідності, через яку розплав потрапляв на мідний диск, що обертався із швидкістю до 3000 об/хв. У процесі його високошвидкісного охолодження отримували металеві переривисті стрічки товщиною від 100 мкм до 500 мкм.

Модифікування проводили в заливальному ковші, зануреному в розплав для запобігання зниженню температури. Кількість лігатур, введених до розплаву, у перерахунку на чисті метали складала відповідно 0,15 % титану, 0,25 і 0,05  % цирконію.

Обробку розплаву ротором [2], що обертався із швидкістю 800 об./хв. та охолоджував розплав, проводили у заливальному ковші, встановленому в обічайку, утеплену мінеральною ватою. Обробку розплаву ротором починали при температурі 685 ℃. У процесі обробки температура розплаву знижувалася до 660 ℃, після чого його заливали у кокіль проби на тріщиностійкість. Як контрольні зразки при температурі 660 ℃ було одержано два виливки без обробки розплаву ротором.

Водневу обробку здійснювали продуванням розплаву парами води за методикою, детально описаною в [3].

Ефективність кожного методу визначали за відсотком відношення кількості виливків без тріщини до загальної кількості виливків, одержаних з використанням вище означених методів фізико-хімічного впливу. Отримані дані представлено на рис.3.

 

Рис. 3. Ефективність фізико-хімічних методів підвищення тріщиностійкості сплаву АМ4,5Кд (ВАЛ10)

 

На рис. 4 наведено середні показники  для міцності, пластичності і пористості одержаних виливків, отриманих з використанням вище розглянутих методів впливу на розплав, та двох видів контрольних зразків з вихідного сплаву, що не піддавалися додатковому обробленню.

 

Умови тверднення  та способи обробки розплаву

 

 

Рис. 4. Міцність, пластичність і пористість металу виливка в залежності від методу підвищення тріщиностійкості

 

Зокрема, це максимально можливі в умовах експерименту для даного сплаву значення міцності та пластичності при мінімальних значеннях пористості (тверднення виливків у кокілі, що забезпечує достатнє живлення виливка), а також дані, отримані на виливках, відлитих у кокіль проби на тріщиностійкість, порожнини заплічиків якого були заповнені мінеральною ватою, тому ці виливки  затверділи без утворення тріщини.

Максимальну міцність та пластичність при мінімальній пористості показали виливки, отримані в кокілі з достатнім живленням. Виливки, шо затверділи в пробі на тріщиностійкість без заплічиків, мають низьку міцність та пластичність, що викликано не тільки високим значенням пористості через утруднене живлення виливка, але й гострокутною формою газоусадкових дефектів: міждендритна пористість формується в утруднених умовах живлення і відіграє роль надрізів, концентраторів напружень, що значно знижує механічні властивості.

Модифікування титаном забезпечує 100-відсоткову ефективність тріщиностійкості та найвищий серед інших методів рівень міцності та пластичності. Проте він нижчий, ніж у виливків з достатнім живленням, бо рівень пористості практично не змінився.

Стовідсоткову ефективність показала і роторна обробка розплаву. Однак при цьому пористість перевищувала показник для контрольного виливка без заплічиків, за рахунок чого міцність та пластичність мінімальні серед усіх використаних методів. Ще одна можлива причина  низьких показників міцності та пластичності – зміни структури під впливом даного виду обробки розплаву: зерна стають більш компактними, площа дотику гілок окремих дендритів зменшується.

Ефективність вібрації становить 75 %. Це пов’язано з поліпшенням живлення виливка  та посиленням процесу заліковування тріщин. Трохи менша ефективність при водневій обробці, при значному зростанні пористості порівняно з контрольними виливками, що обумовлено очікуваним ефектом заміни гострокутної міждендритної пористості, яка формується в умовах утрудненого живлення, округлими роз'єднаними порами.

Судячи з отриманих результатів, найбільш дієвим та технологічно простим методом підвищення тріщиностійкості виливків зі сплаву АМ4,5Кд (ВАЛ10) є модифікування розплаву швидкоохолодженою дрібнокристалічною  алюмінієво-титановою лігатурою.

За відсутності необхідного рівня якості виливків після модифікування, що можливе при отриманні фасонних виливків складної конфігурації із утрудненим живленням, яке супроводжується утворенням значних газоусадкових дефектів, доцільно додатково провести водневу обробку розплаву.

Модифікування дрібнокристалічними лігатурами, оброблення розплаву воднем і комбінація цих способів ефективні як при кокільному литті, так і при литті в піщані форми.

Використання вібрації можливе і раціональне лише за наявності спеціального обладнання, що тим складніше, чим більші маса і габарити виливка. Недоліком цього способу є  неможливість його реалізації при литті в піщані форми.

Обробка розплаву ротором, що обертається, має високу ефективність, але може бути застосовна лише у разі низьких вимог до механічних властивостей литва і лише для виливків нескладної геометрії, оскільки вимагає значного зниження температури заливання, що негативно позначається на процесі заповнення форми металом.

Отримані результати дозволяють здійснити обґрунтований вибір способів підвищення тріщиностійкості алюмінієвих виливків з урахуванням умов виробництва.

 

Література:

  1. Пригунова А.Г. Управління структурою і властивостями ливарного алюмінієвого сплаву АМ4.5Кд (ВАЛ10) модифікуванням дрібнокристалічними лігатурами / А.Г. Пригунова, Є.А. Жидков, В.Д. Бабюк, Л.К. Шеневідько, Т.Г. Цір // Металознавство та обробка металів. – 2022. – т. 28 (103). -№ 3. – С. 3-17.
  2. Головаченко В.П. Особливості тиксоформінгу високоміцного алюмінієвого сплаву ВАЛ10 в умовах імпульсного пресування / А.Г. Пригунова, Л.К. Шеневідько, Н.П. Ісайчева, М.В. Кошелєв, А.Г. Вернидуб // Процеси лиття. – 2022. – № 2 (148). – С.3–11.
  3. Бєлік В.І. Фізико-хімічні методи підвищення тріщиностійкості сплаву АМ4,5Кд (ВАЛ10). Повідомлення 3: Вплив водневої обробки на тріщиностійкість // Процеси лиття. – 2023. – № 4  (154). – С. 3–24.

Full Text: PDF