Повышение качества отливок из магниевых сплавов методом газоизостатического прессования - Статья

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ОТЛИВОК ИЗ МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ МЕТОДОМ ГАЗОИЗОСТАТИЧЕСКОГО ПРЕССОВАНИЯДосліджено вплив газоізостатичного пресування на якість литва з магнієвих сплавів. Показано, що газоізостатичне пресування виливків відповідального призначення з магнієвих сплавів є ефективним способом підвищення їх фізико-механічних характеристик. Показано, что газоизостатическое прессование отливок ответственного назначения из магниевых сплавов является эффективным способом повышения их физико-механических характеристик.При этом на эксплуатационную стойкость и долговечность работы литья из магниевых сплавов значительное влияние оказывают дефекты, образующиеся при изготовлении отливок и их эксплуатации. Наиболее часто встречающимся дефектом литья из магниевых сплавов служат микропоры, поэтому устранение данного вида брака является важной задачей литейного производства [3]. Для получения ответственного магниевого литья применяют сплавы МЛ5, МЛ10 и др., производство которых включает в себя выплавку сплава в индукционных, газовых печах, рафинирование жидкого расплава флюсом, заливку форм и термическую обработку. Поэтому отливки из магниевых сплавов проходят контроль на гидростатическое испытание, в результате которого часть из них его не выдерживают и отбраковываются. Рентгеновский контроль дефектов в отливках из магниевых сплавов осуществляли при помощи аппаратов РАП-150/30, РУП 400-5 и МИРА-2Д и регистрацией по-лученных данных на рентгеновские пленки РМ-1 и РТ-2.

Повышение надежности работы машин и механизмов определяется качеством материалов, из которых они изготовлены [1,2]. При этом на эксплуатационную стойкость и долговечность работы литья из магниевых сплавов значительное влияние оказывают дефекты, образующиеся при изготовлении отливок и их эксплуатации. К дефектам, влияющим на свойства отливок, относятся макро- и микропористость, газовые раковины и неметаллические включения. Наиболее часто встречающимся дефектом литья из магниевых сплавов служат микропоры, поэтому устранение данного вида брака является важной задачей литейного производства [3].

Состояние вопроса. Для получения ответственного магниевого литья применяют сплавы МЛ5, МЛ10 и др., производство которых включает в себя выплавку сплава в индукционных, газовых печах, рафинирование жидкого расплава флюсом, заливку форм и термическую обработку. При этом в отливках сложной конфигурации могут встречаться участки с микропористостью, что приводит к отбраковке изделий и влечет за собой снижение выхода годного литья на производстве [4,5]. Одним из перспективных направлений устранения микропористости отливок из магниевых сплавов может быть применение технологии газоизостатического прессования [6-8]. Данная технология опробована и применяется для высоколегированных сплавов на основе никеля и железа. При использовании данной технологии происходит сваривание (захлопывание) стенок микропор в результате высокотемпературной ползучести и диффузии металла. При этом в ряде работ [9,10] отмечено, что газоизостатическое прес-_____________________________________

? Шаломеев В.А., 2014

68

«МЕТАЛУРГІЯ». Випуск 1 (31), 2014

_______________________________________________________________________ сование жаропрочных сплавов на основе никеля способствовало измельчению структурных составляющих сплава и более равномерному их распределению в матрице, а также повышению физико-механических свойств металла. Применение газоизостатического прессования магниевых сплавов для исправления дефектов литья до настоящего времени не изучалось. Поэтому опробование технологии газоизостатического прессования отливок из магниевых сплавов для повышения их качества и улучшения физико-механических свойств является актуальной задачей.

Постановка задачи. Целью настоящей работы является исследование возможности применения технологии газоизостатического прессования для отливок из магниевых сплавов, а также изучение его влияния на структуру и свойства магниевого литья.

Основная часть исследования. Одним из важных условий получения высококачественного магниевого литья является получение металла повышенной плотности без микропористости и рыхлот. Поэтому отливки из магниевых сплавов проходят контроль на гидростатическое испытание, в результате которого часть из них его не выдерживают и отбраковываются. Качество отливок из магниевых сплавов МЛ5 и МЛ10 в промышленных условиях определяли неразрушающими методами контроля: рентгеновским, люминесцентным и цветным.

Рентгеновский контроль дефектов в отливках из магниевых сплавов осуществляли при помощи аппаратов РАП-150/30, РУП 400-5 и МИРА-2Д и регистрацией по-лученных данных на рентгеновские пленки РМ-1 и РТ-2. Толщина просвечиваемого материала находилась в пределах 11…116 мм.

Люминесцентный контроль отливок выполняли методами ЛЮМ-17-П и ЛЮМ-К, используя капиллярное проникновение люминесцентной жидкости в полость дефекта изделия. На предварительно очищенную поверхность наносили слой индикаторного пенетранта, состоящего из керосина или реактивного топлива (85 ± 5 %) и масла трансформаторного или МК-8 (15 ± 5 %). После промывки изделия в технической воде и последующей сушки на контролируемую поверхность наносили проявитель в виде оксида магния. Наличие дефектов устанавливали по свечению в ультрафиолетовом свете, которое создавали облучателем КДЗ-3Л.

Для дефектоскопии изделий цветным методом ЦМ15-В на предварительно очищенную поверхность изделия наносили слой индикаторного пенетранта. После выдержки, в результате которой пенетрант заполняет поверхностные дефекты, поверхность обрабатывали жидкостью ОЖ-2, выявляющей указанные дефекты, и удаляли ее смесью 70 % трансформаторного масла или МС-8П и 30 % топлива ТС-1 или РТ. Для фиксации дефекта использовали проявитель.

Образцы для металлографического контроля и определения механических свойств изготавливали из отливок, содержащих микропористость, до и после газоизостатического прессования. Газоизостатическое прессование выполняли в газостате модели «QUINTUS» при температуре 395 ± 5 ?С и давлении 9,2 МПА в течение 1,5 ч.

Предел прочности и относительное удлинение образцов определяли на разрывной машине Р5 при комнатной температуре. Длительную прочность при температуре 150 ?С и напряжении 80 МПА определяли на разрывной машине АИМА 5-2 на образцах c рабочим диаметром 5 мм по ГОСТ 10145-81. Макро- и микроструктуру исследуемых сплавов изучали при помощи световых микроскопов «Neophot 32» и «OLYMPUS ИХ 70».

69

«МЕТАЛУРГІЯ». Випуск 1 (31), 2014

_______________________________________________________________________ Участки отливок из сплавов МЛ5 и МЛ10 с пониженной плотностью (рис. 1) имели однородную мелкодисперсную макроструктуру. При этом микрорыхлоты в отливках из магниевых сплавов были разделены участками с нормальной плотностью и имели равномерное понижение плотности в местах их расположения, что позволяет классифицировать их как концентрированные хлопьевидные (рис. 2) [11].

Рисунок 1 - Микропористость в отливках из магниевых сплавов, х 200

Рисунок 2 - Хлопьевидные микрорыхлоты в участках отливок из магниевых сплавов х 500

Микроструктура термообработаного сплава МЛ10 представляла собой ?-твердый расплав с наличием эвтектики [? ?(MGZR12Nd)] сферической формы. Микроструктура сплава МЛ5 характеризовалась наличием ?-твердого раствора, эвтектики ? ?(Mg17Al12) и интерметаллидов ?(Mg17Al12). Размер интерметаллидной фазы составлял 0,5…2,0 мкм, а расстояние между осями дендритов второго порядка - 6…10 мкм.

Металлографический анализ показал, что газоизостатическое прессование не оказывает влияния на размеры макро- и микрозерна отливок из магниевых сплавов. При этом наблюдали уплотнение металла и микропоры закрывались. Газоизостатиче-

70

«МЕТАЛУРГІЯ». Випуск 1 (31), 2014

_______________________________________________________________________ ское прессование способствует упрочнению металла поверхностных слоев отливок за счет их деформации. Микротвердость металла в поверхностной зоне отливок была значительно выше ее в центральной части. Определение свойств исследуемых сплавов показало улучшение физико-механических характеристик и жаропрочности после газоизостатического прессования (табл. 1).

Таблица 1 - Физико-механические свойства и жаропрочность термообработанных образцов из магниевых сплавов до (1) и после (2) газоизостатического прессования

?В, ?, МПА %

228,0 3,6

248,4 4,2

МЛ5 HVMATP, МПА 1200,8* 1065,7 1396,7 1325,6

?, г/см3

1,562

1,798

Свойства сплавов

?270 , ч МПА 141,1 235,0

В

? , 80

158,4 262,1

?, %

3,6

4,8

МЛ10 HVMATP, МПА 1290,5 1261,0 1426,6 1354,3

?, г/см3

1,754

1,881

?270 , ч

80

47,5

61,4

Примечание*: в числителе представлены данные по краю отливки, в знаменателе - в ее центральной части

Газоизостатическое прессование отливок из магниевых сплавов, содержащих микропористость, позволяет устранить ее (рис. 3) и получить металл с механическими и эксплуатационными свойствами, удовлетворяющими требованиям норматив-но-технической документации.

а б

Рисунок 3 - Макроструктура отливки из сплава МЛ5, х 50: а - до газоизостатического прессования, б - после газоизостатического прессования

Выводы. Установлено, что газоизостатическое прессование является эффективной технологией для устранения некоторых дефектов в отливках из магниевых сплавов. Показано, что применение газоизостатического прессования устраняет микропористость в отливках из сплавов МЛ5 и МЛ10, повышает их плотность на 10…15 %, предел прочности на ~ 10 %, пластичность на ~ 20 % и жаропрочность на ~ 10…20 %.

71

«МЕТАЛУРГІЯ». Випуск 1 (31), 2014

_______________________________________________________________________ Применение данной технологии позволяет снизить процент брака и повысить выход годного.

1. Богуслаев, В. А. Авиационно-космические материалы и технологии [Текст] / В. А. Богуслаев, А. Я. Качан, Н. Е. Калинина. - Запорожье. : ОАО «Мотор Сич», 2009. - 382 с. - Би-блиогр. : с. 376-378. - ISBN 966-2906-01-0.

2. Rourke, D. J. Magnesium- current status and future prospects [Текст] / D. J. Rourke // Proc. Intern. Magnesium Conf. in conjuction with METER 2000 : Magnesium New Business Op-portunies. - Brescia. - 2000. - C. 14-23.

3. Сон, К. Е. Исследования и разработки применения магниевых сплавов в Южной Корее [Текст] / К. Е. Сон, М. Ч. Канг, К. Х. Ким // Литейное производство. - 2006. - № 1. - С. 8-10.

4. Шалин, Р. Е. Монокристаллы никелевых жаропрочных сплавов [Текст] / Р. Е. Шалин, И. Л. Светлов, Е. Б. Качанов. - М. : Машиностроение, 1977. - 336 с. - Библиогр. : с. 331-334. - ISBN 978-953-307-106-0.

5. Каблов, Е. Н. Жаропрочность никелевых сплавов [Текст] / Н. Н. Каблов, Е. Р. Голубовский. - М. : Машиностроение, 1998. - 464 с. - Библиогр. : с. 459-462. - ISBN 5-217-02883-1.

6. Богуслаев, В. А. Конструкция и техническое обслуживание авиационных двигателей [Текст] / В. А. Богуслаев, А. Я. Качан, В. Ф. Мозговой. - Запорожье : Мотор Сич, 2008. - 560 с. - Библиогр. : с. 553-554. - ISBN996-7108-99-6.

7. Богуслаев, В. А. Прочность деталей ГТД [Текст] / В. А. Богуслаев, В. Б. Жуков, В. К. Яценко. - Запорожье : Мотор Сич, 2003. - 527 с. - Библиогр. : 511-519. - ISBN966-7108-74-0.

8. Edgar, R. L. Magnesium Alloys and their Applications / R. L. Edgar, Ed. Kainer K.U. : Wiley-Weinheim-New York. - Chichester - Brisbane - Singapore-Toronto. VERLAGGMBH. - 2000. - P. 3-8.

9. Клочихин, В. В. Структура и свойства отливок из никелевого сплава после горячего изостатического прессования [Текст] / В. В. Клочихин, П. Д. Жеманюк, Э. И. Цивирко // Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні. - 2000. - № 2. - С. 20-23.

10. Burt, H. The Effectof Hot Isostatic Pressing of the Greepand Fracture Behavior of the Cast Su-perallog Mar-M002 [Text] / H. Burt, J. Dennison, J. Elliot // Materials Scienaand Engineering. - 1982. - No 53. - Р. 245-250.

11. Вайнблат, Ю. М. Паукообразные дефекты в слитках сплава Mg-Al-Zn [Текст] / Ю. М. Вайнблат, Б. И. Бондарев, Т. А. Мухина // Технология легких сплавов. - 1999. - № 2. - С. 15-18.

Стаття надійшла до редакції 20.09.2013 р. Рецензент, проф. Є.І. Цивірко

Текст даної статті знаходиться на сайті ЗДІА в розділі Наука http://www.zgia.zp.ua

72