Підвищення якості сплавів на основі алюмінію шляхом використання електрогідроімпульсної обробки - Автореферат

Підвищення чистоти сплавів, а також формування в них надлишкових фаз певної морфології відносяться до задач, розвязання яких забезпечить підвищення міцності і довговічночті конструкцій з алюмінієвих сплавів. Актуальність теми полягає в тому, що для поліпшення властивостей алюмінієвих сплавів пропонується один з найбільш ефективних і дешевих методів позапічної обробки - электрогідроімпульсна обробка (ЕГІО), яка характеризується широким спектром частот, високою миттєвою потужністю, незначними питомими енерговитратами (до 2 КВТГОД/т), екологічною частотою і забезпечує можливість отримати високі механічні характеристики металу, в тому числі з вторинної сировини, що має велике значення для народного господарства України. Методологія досліджень була направлена на встановлення звязку між параметрами ЕГІО і структурними змінами в металі для визначення фізичної сутності впливу на нього ЕГІО і вибору оптимальних параметрів обробки. Виконано дослідження кількох схем обробки металу методом ЕГІО і вибрана оптимальна схема, що забезпечує найкращий вплив на рідкий метал [5]; удосконалена конструкція волноводу [3, 4]; проалізований вміст заліза в розплаві в залежності від часу обробки [1]; встановлено звязок між параметрами ЕГІО, структурою і властивостями металу і вибрані оптимальні параметри обробки [2, 6-12]; здійснено промислове випробування одержаних в роботі результатів [9, 10]. Були випробуваі три схеми ЕГІО: обробка в ковші зануреним хвилеводом; обробка в ковші при впливі на метал через бокову стінку ковша; вплив на метал через бокову стінку кокіля.На підставі систематичних досліджень, виконаних на модельному сплаві і промислових сплавах на основі алюмінію, показана ефективність використання екологічно чистого і економічного методу ЕГІО для підвищення технологічних і експлуатаційних властивостей металу і конструкційної міцності виробів, в тому числі виплавлених з використанням вторинної сировини. ЕГІО розплаву приводить до підвищення його рідкотекучості і рівномірності розподілу в ньому елементів, зменшення газонасиченості і пористості, подрібнення макро-і мікрозерна, більшої однорідності в розмірах зерен, підвищення дисперсності евтектики і її виділення в коралоподібній формі, зміни морфології інтерметалідів, які виділяються у компактній формі замість голчастої. Найбільш визначним параметром є запасена енергія W, варіювання якої в інтервалі 0,5...3,75 КДЖ приводить до екстремальної зміні розмірів макро-і мікрозерна і пористості. До певного значення W відбувається подрібнення кластерів і вирівнювання розподілу елементів в розплаві, однак ближній порядок зберігається, що полегшує кристалізацію і сприяє формуванню дрібнозернистої мікроструктури. Частота подачі імпульсів і час обробки в меншій мірі впливають на структурні характеристики сплавів, що повязано з дуже великою енергією імпульсу, яка відразу приводить до подрібнення зерен.Электрогидроимпульсная обработка цветных металлов. Дьяченко С.С., Федченко Н.А.Влияние электрогидроимпульсной обработки (ЭГИО) на растворимость в алюминии элементов, входящих в сплав АЛ 9 // Импульсные процессы в механике сплошных сред. Электрогидроимпульсная обработка вторичного сплава АК5М2 / В.Ю. Федченко // Импульсные процессы в механике сплошных сред. Изменения в структуре алюминиевых сплавов, подвергнутых электрогидроимпульсной обработке // Импульсные процессы в механике сплошных сред.

1. На підставі систематичних досліджень, виконаних на модельному сплаві і промислових сплавах на основі алюмінію, показана ефективність використання екологічно чистого і економічного методу ЕГІО для підвищення технологічних і експлуатаційних властивостей металу і конструкційної міцності виробів, в тому числі виплавлених з використанням вторинної сировини. Найкращою схемою вводу коливань є обробка у ковші безпосереднім зануренням хвилевода.

2. ЕГІО розплаву приводить до підвищення його рідкотекучості і рівномірності розподілу в ньому елементів, зменшення газонасиченості і пористості, подрібнення макро- і мікрозерна, більшої однорідності в розмірах зерен, підвищення дисперсності евтектики і її виділення в коралоподібній формі, зміни морфології інтерметалідів, які виділяються у компактній формі замість голчастої. Для заевтектичних сплавів має місце подрібнення кристалів первинного кремнію і зменшення його кількості, що аналогічно впливу модифікування. Всі ці фактори сприяють поліпшенню властивостей сплавів.

3. Встановлені загальні закономірності впливу параметррів ЕГІО на структурні характеристики сплавів. Найбільш визначним параметром є запасена енергія W, варіювання якої в інтервалі 0,5...3,75 КДЖ приводить до екстремальної зміні розмірів макро- і мікрозерна і пористості. Аналогічним чином на пористість впливає частота подачі імпульсів.

4. Екстремальний характер зміни розміру зерен від запасеної енергії W при ЕГІО пояснений з позицій сучасних уявлень про кластерну будову рідкого металу. До певного значення W відбувається подрібнення кластерів і вирівнювання розподілу елементів в розплаві, однак ближній порядок зберігається, що полегшує кристалізацію і сприяє формуванню дрібнозернистої мікроструктури. При подальшому збільшенні W ближній порядок порушується, аналогічно тому, як це відбувається при підвищенні температури, кристалізація утруднюється і зерно зростає.

5. Частота подачі імпульсів і час обробки в меншій мірі впливають на структурні характеристики сплавів, що повязано з дуже великою енергією імпульсу, яка відразу приводить до подрібнення зерен. Збільшення часу дії понад оптимальний практично не впливає на структурні характеристики сплавів, однак призводить до зростання пористості внаслідок ефекту спінювання. Оптимальний час дії обумовлюється масою оброблюваного металу.

6. ЕГІО дещо збільшує розчинність кремнію в алюмінії, що пояснено з позицій підвищення термодинамічного потенціалу розплаву при введенні в нього потужних електрогідроімпульсних коливань. Наслідком цього є зменшення кількості евтектичної складової в доевтектичних сплавах і кристалів первинного кремнію в заевтектичних.

7. З врахуванням особливостей технологічного процесу виплавлення металу в реальних умовах, можливостей обладнання і впливу параметрів ЕГІО на характеристики структури для сплавів на алюмінієвій основі рекомендовані такі оптимальні режими обробки: W = 1,25...2,5 КДЖ; f = 10 імп / с; t від 10 до 120 с в залежності від маси оброблюваного металу.

8. При оптимальних умовах обробки макрозерно зменшується практично вдвічи, мікрозерно на 1...2 бали, пористість знижується на 20...40%, покращується заповнюваність форми, підвищується гідрощільність деталей. При цьому sв підвищується ~ на 10%, d на 20...40%. Це дозволяє одержати в сплавах властивості, які перевищують вимоги ДСТУ. Використання комплексної обробки (флюс ЕГІО) додатково покращує механічні властивості, особливо пластичність (~ на 25%).

9. ЕГІО ефективно покращує властивості сплавів, виплавлених з використанням вторинної сировини. Так, при значно більшому вмісті Fe (1,6% у порівнянні з 0,9%, яке регламентується ДСТУ) ЕГІО практично забезпечує рівень властивостей, що відповідають ДСТУ. Таким чином, впровадження ЕГІО може значно поширити використання лому і відходів алюмінієвих сплавів для виготовлення виробів і знизити їх собівартість.

10. Співставлення ЕГІО з існуючими методами обробки алюмінієвих сплавів (використання флюсів, вакуумування, ультразвукова дія) показало, що ЕГІО є найбільш економічним методом позапічної обробки, який забезпечує таку ж пористість і пластичність, як після вакуумування, і тимчасовий опір, що перевищує досягяємий після ультразвукової обробки і обробки флюсом. При цьому ЕГІО є екологічно чистим методом.

11. Промислове випробування повністю підтвердило лабораторні дослідження. Спосіб випробуваний на ВАТ " Завод мастильного і фільтрувального обладнання" (м. Миколаїв) і рекомендований до впровадження. Брак, в залежності від деталей, що виготовляються, зменшився на 33...50%. Річний економічний ефект складає близько 80 тис. грн. алюмінієвий сплав метал електрогідроімпульсний

Публікації в наукових спеціальних виданнях: 1. Грабовый В.М., Бескаравайный Н.М., Федченко Н.А. Массоперенос от границы раздела стальной волновод - алюминиевый расплав // Процессы литья. - К.: ФТИМС. - 2001. - № 2. - с. 33 -40.

2. Эффективность электрогидроимпульсной обработки вторичных алюминиевых сплавов / В.Ю. Шейгам, А.И. Семенченко, В.М. Грабовый, Н.А.Федченко // Процессы литья. - К.: ФТИМС. - 2002. - № 1. - с.

3. Установка для виброимпульсной обработки расплавленного металла. А.С. № 1476728. СССР. МКИ В22D27 / 08 / Бутаков Б.И., Амлиев Э.Л., Ульянов В.А., Федченко Н.А., Ващенко В.И. - № 4229652 / 31 - 02; заявлено 0.03.1987; опубл.3.01.1989. Бюл. № 12-2 с.: ил.

4. Устройство для виброимпульсной обработки расплава. А.с.№ 1427703. СССР. МКИ В 22 D 27 / 08./ Бутаков Б.И., Ризун А.Р., Шевченко Е.Т. Федченко Н.А., Некрасов В.Н., Ульянов В.А. № 4187476 / 31 - 02; заявлено 28.12.1987; опубл.1.06.1988. Бюл. № 3 - 3с.