Исследование тепловых и силовых условий литья с кристаллизацией под давлением алюминиевых сплавов с целью производства высококачественных отливок ответственного назначения. (14.09.2009)

Автор: Батышев Константин Александрович

В литом состоянии при увеличении давления прочностные характеристики сплава непрерывно повышаются ((в от 96,3 до 275,3 МПа), а после термообработки по режиму Т6 их «скачок» наблюдается только при переходе от атмосферного давления к механическому ((в от 430 до 450 МПа, (0,2 от 360 до 375 МПа). Пластические характеристики повышаются как в литом состоянии – от 2,1 до 11,3 %, так и после термообработки по режиму Т6 – от 4,9 до 9,0 %).

Таким образом, с повышением давления механические свойства отливок из всех исследованных сплавов заметно возрастают, особенно пластические характеристики.

Формирование комбинированных структур в отливках. Исследовано формирование отливок в частично теплоизолированных формах при ЛКД алюминиевых сплавов. Деформируемый сплав, близкий по составу к чистому алюминию, заливали в матрицу пресс-формы, изолированную со стороны рабочей полости листовым асбестом толщиной 1…5 мм. В асбесте почти на всю высоту матрицы были выполнены прорези (щели) шириной 1…8 мм для контакта расплава непосредственно со стенками матрицы. Типичные макроструктуры поперечных сечений цилиндрических отливок (D=50 мм, Н(100 мм) приведены на рис. 11.

Рисунок 11. - Макроструктура цилиндрических отливок (диаметр 50 мм),

изготовленных в условиях атмосферного давления (а) и ЛКД

при рн=150 МПа (б)

Видно, что конфигурация зоны крупных кристаллов, растущих сто стороны неизолированных поверхностей матрицы, приближаются к окружности; при этом в отливках, затвердевших под атмосферным давлением, они намного меньше (рис. 10,а), чем в отливках, затвердевших под поршневым давлением (рис. 10,б). С увеличением ширины зоны контакта расплава с матрицей увеличиваются и размеры (ширина) зон крупных кристаллов. Наличие разных зон отражается на механических свойствах отливок (табл. 4).

Рассмотрено формирование зон крупных кристаллов от круговых прорезей в асбесте со стороны дна матрицы (реактивные силы) и торца пуансона

Таблица 4. Механические свойства отливок из сплава Б1Т (литое состояние)

Зона отливки рн, МПа (0,2, МПа (в, МПа (,%

Крупные кристаллы 150 117 173 19

300 143 182 27

кристаллы 150 122 208 27

300 144 214 28

(активные силы) и показано, что глубина проникновения этих зон внутрь отливки со стороны верхнего торца больше, чем со стороны нижнего, несмотря на то, что рост крупных кристаллов со стороны верхнего торца начинался на 4..5 с позже (из-за вынужденной выдержки между окончанием заливки и началом приложения давления). Способ защищен авторским свидетельством № 1588497 (СССР).

Таким образом, получены данные, свидетельствующие о возможности получения комбинированных структурных зонах в отливках с различными значениями механических свойств путем регулирования давления прессования, толщины теплоизоляционного покрытия и условий охлаждения отдельных частей (или зон) заготовки.

Пуансонное прессование. Металлографические исследования показали, что макроструктура отливок из алюминия А7 состоит из столбчатых кристаллов, вытянутых в направлении теплового потока – к внешней и внутренней сторонам стенки «стакана», разграниченных тепловым центром. При этом ширина кристаллов увеличивается с увеличением толщины стенки отливки (при прочих равных условиях).

Макроструктура отливок с Хот=10 и 15 мм из сплава АК7ч также характеризуется наличием столбчатых кристаллов, вытянутых к внешней и внутренней сторонам стенки «стакана», как и у алюминия А7. Тепловой центр в отливках с Хот=15 мм смещается к внутренней поверхности. В отливках с Хот=10 мм у внутренней поверхности стенки макрозерна в 3…4 раза тоньше, чем у внешней. В отливках с Хот=5 и 20 мм на всей высоте стенки в основном мелкие округлые макрозерна. Только в нижней части у внешней стенки отливки с Хот=5 мм наблюдаются крупные кристаллы, вытянутые в сторону матрицы. Тепловой центр в них располагается на равном расстоянии от вертикальных поверхностей. Во всех отливках из сплава АК7ч макроструктура донной части состоит в основном из крупных макрокристаллов.

В макроструктуру отливок из сплава АК12 со стороны внешних поверхностей просматривается корка, образовавшаяся до момента внедрения пуансона в расплав. Наибольшее влияние на равномерность структуры по сечению отливки оказывают температурные (tзал, tм) и временные ((д) параметры. Так, при tм(50оС и (д(3 с со стороны боковой поверхности и дна матрицы образуется корка значительной толщины ещё до момента внедрения пуансона в расплав, которая частично размывается расплавом, вытесняемым пуансоном.

В отливках из сплава АК18Н в макроструктуре также наблюдается корка с внешних и внутренних сторон стенки, лишь в отливке с Хот=20 мм она выражена нечетко. Структура центральной зоны однородна и мелкодисперсна, как и структура донной части отливки.

Микроструктура отливок типа стакана из сплавов АК7ч и АК12 состоит из дендритов (-фазы и эвтектики ((+Si), из сплава АК18Н – из КПК и эвтектики. Она изменяется (для одного и того же сплава) при увеличении толщины стенки и по высоте стенки одной и той же толщины. Так, расстояние между осями дендритов второго порядка dП возрастает от 30 до 40 мкм (сплав АК7ч) и от 25 до 32 мкм (сплав АК12) при увеличении толщины стенки от 5 до 20 мм, при этом величина dП незначительно (на (5 мкм) уменьшается по толщине стенки (при переходе от наружной к внутренней поверхности). В верхних зонах стенки величина dП, как правило, меньше, чем в нижних; это различие достигает 10…15 мкм. Например, в верхних зонах отливок с толщиной стенки 5 мм величина dП=20 мкм и в нижних – 35 мкм (сплав АК7ч), с толщиной стенки 20 мм – соответственно 25 и 40 мкм. В отливках из сплава АК12 это различие меньше: 25 мкм (верхние зоны) и 30 мкм (нижние зоны) при толщине стенки 5 мм; 25 мкм (верхние зоны) и 35 мкм (нижние зоны) при толщине стенки 20 мм.

Твердость отливок находится в пределах: НВ 70…100 (сплав АК7ч), 70…120 (сплав АК12), 105…140 (сплав АК18Н), 111...121 (сплав АК8М3ч), 111…126 (сплав ВАЛ10).

Таблица 5. Механические свойства отливок типа стакана, изготовленных

ЛКД при рн=150 (литое состояние)

Металл, сплав Хот, мм (0,2, МПа (в, МПа (, % Место разрыва образца, мм

А7 5 39,0 63,5 30,2 24

10 40,0 68,5 35,5 25

20 47,0 65,0 35,6 29

АК7ч 5 106,5 217,5 7,5 25

10 53,5 210 2,0 28

15 86 200 2,6 25

20 63 180 2,8 43

ГОСТ 1583 - (150 (0,5 -

АК12 5 54,0 197,8 2,95 28

10 102,5 215,0 5,0 28

15 65,5 220,0 9,0 26

20 111,0 213,0 7,3 27

ГОСТ 1583 - (160 2,0( -

АК18Н 5 47,5 145,5 4,0 21

10 114,5 170 0,6 21


загрузка...