Эффективные способы рафинирующе-модифицирующей обработки заэвтектических силуминов Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

142 №

;гтггп г г^ггтштггг?

(38), 2006 -

_ „--г f

ИТЕИНОЕК-Ш

ПРОИЗВОДСТВО

-

New effective preparation for modifying of hypereutectic silumins AK18 — piston alloy is created on the basis of research-experimental-industrial works.

С. П. КОРОЛЕВ, С. П. ЗАДРУЦКИЙ, ОДО «Эвтектика»,

Б. М. НЕМЕНЕНОК, В. М. МИХАЙЛОВСКИЙ, А.Г. ШЕШКО, БИТУ,

М. И.АНИСКОВИЧ, ОАО «КАМАЗ-Металлургия»

УДК 621.74

ЭФФЕКТИВНЫЕ СПОСОБЫ РАФИНИРУЮЩЕ-МОДИФИЦИРУЮЩЕЙ ОБРАБОТКИ ЗАЭВТЕКТИЧЕСКИХ СИЛУМИНОВ

Свойства заэвтектических силуминов во многом определяются количеством, распределением, размерами и формой включений первичных кристаллических образований кремния. В условиях Белорусского национального технического университета кафедры «Металлургия литейных сплавов» и научно-исследовательской инновационной лаборатории «Прогрессивные технологические процессы плавки и высокопрочного чугуна» проведены исследования бинарных сплавов системы AI—Si с содержанием последнего 16—20%. В качестве шихтовых материалов использовали алюминий марки А999 и полупроводниковый кремний марки КДА. Образцы указанного состава готовили для микроструктурного и рентгеноспектрального анализов. Исследования микротвердости, которые проводили в научно-исследовательском центре ATZ EVUS (Vilseck, Германия) на микротвердомере Fischerscope HCV при нагрузке 0,5 Н в течение 15 с с автоматическим усреднением результатов 10 измерений, показали, что она увеличивается с ростом концентрации кремния (рис. 1, 2). Полученные данные можно объяснить уменьшением степени легирования первичных выделений кремния алюминием.

со 13000

с

а 12000

&

I 11000

т

0 10000

о.

1 9000

12 14 16 18 20 22

Содержание кремния, мае. %

Рис. 1. Влияние концентрации кремния в сплаве на микротвердость включений р^-фазы

Сопоставление результатов изменений микротвердости по сечению кристаллов кремния также показало их существенное различие. При этом микротвердость осевых участков первичных кристаллов кремния, например в сплаве Al+20% Si составляет 13 550 МПа, а в то время как их периферийные участки имеют микротвердость 8470 МПа.

Процесс зарождения и роста первичных кристаллов кремния на начальных этапах в заэвтектических силуминах связан с формированием кристаллов ß-раствора кубического габитуса, что характерно для фаз с металлическим типом связи. При дальнейшем снижении температуры формируется ß-раствор с преимущественно ковалент-ным типом связи, что обусловливает закономерную смену габитуса кремниевых кристаллов на октаэдрический.

Полученные данные по микротвердости согласуются с данными работ [1, 2], где авторы установили неоднородность ß-твердого раствора в зависимости от концентрации кремния в сплаве.

Одним из возможных вариантов изменения формы и размеров включений кремния в силуминах является, очевидно, введение в расплав

0,8

I 0,7

I 0,6

« 0,5

(D '

I 0,4

го

0,3

ш

5 0,2

О

22

12 14 16 18 20

Содержание кремния, мао. %

Рис. 2. Влияние концентрации кремния в сплаве на содержание алюминия в р5|-фазе

элементов, атомы которых, растворяясь в растущем кристалле кремния, ослабляют ковалентную составляющую связи между его атомами и тем самым уменьшают ориентирующее действие кристалла на соприкасающуюся с ним жидкую фазу.

В качестве рассматриваемых элементов-модификаторов были исследованы натрий, литий, цирконий, хлор, кислород, фтор, калий, кальций, стронций, сера, углерод, фосфор и др. Рассматривали как индивидуальные действия того или иного элемента, так и групп соединений, содержащих эти элементы по влиянию на процесс модифицирования структурных составляющих за-эвтектических силуминов. На базе проведенных исследований был разработан комплексный модификатор для заэвтектических силуминов, имеющих в своем составе серотефлонсодержащие соединения, а также стабилизаторы механизма модифицирования — химические соединения активных элементов с цирконием и фосфором.

На основании результатов этих исследований научно-производственным предприятием ОД О «Эвтектика» совместно с кафедрой МЛС и НИ-ИЛлит БНТУ разработан химический состав препарата для комплексной обработки заэвтектических силуминов — «Таблетка дегазирующая с модифицирующим эффектом для заэвтектических силуминов» ТУ РБ 14744129.004-98 и организовано их промышленное производство. Данный препарат был подвергнут опытно-промышленным испытаниям в условиях производства цветного литья (ПЦЛ) Литейного завода «КАМАЗ-Металлургия» (г. Набережные Челны) для обработки поршневого сплава АК18.

Испытания «Таблеток дегазирующих с модифицирующим эффектом для заэвтектических силуминов» проводили в сравнении с действующей технологией модифицирования сплава гек-сахлорэтаном. Количество вводимых таблеток составило 0,4%. Расход этого материала был выбран по принятым на Литейном заводе нормам расхода для гексахлорэтана. Ввиду наличия серы и хлористого калия в составе опытных таблеток данные компоненты при обработке сплава АК18 опытными таблетками производства ОДО «Эвтектика» для модифицирования и рафинирования не применяли.

Приготовление сплава АК18 проводили в печи ИАТ-1/04 согласно инструкции ИТ37.104.51.0146-97. Состав шихты и химический состав сплава соответствовали требованиям технологической инструкции. Таблетки вводили в расплав после доводки сплава по химическому составу и введения фосфористой меди непосредственно перед выдачей металла из плавильной печи ИАТ-1/04.

В процессе приготовления сплава проводили отбор проб для определения химического состава, эффекта модифицирования и газонасыщенности. Обработку металла в раздаточном ковше и залив-

Л ГГТТгЯГГ КСчШЛРГГ.П /1ДО

- 2 (38), 2006/ 1Чи

ку опытной партии отливок осуществляли по действующему технологическому процессу. После заливки в кокиль «поршней» проводили отбор отливок на микро- и макроструктуру и механические свойства.

В результате испытаний опытно-промышленной партии установлено следующее.

1. Дегазирующие таблетки ОДО «Эвтектика» работают с эффективным борботажем и без значительного выделения вредных технологических газов. Процесс занимает по времени 12 мин, по серийной технологии — 10 мин.

2. После обработки сплава таблетками ОДО «Эвтектика» образовалось большое количество «сухого», с малым содержанием металла, сыпучего шлака, который хорошо отделялся от металла.

3. Степень модифицирования структуры, а именно площадь первичных кристаллов кремния составила: в плавильной печи ИАТ-1/04 — до 3600 мкм2; в раздаточной печи «Дозоматик-800» — до 2240 мкм2; в отливке — до 2500 мкм2; распределение кремния — равномерное.

4. Газонасыщенность сплава — 1 балл по ГОСТ 1583-93.

5. Согласно данным ВТК (бюро технического контроля), брак за период испытания таблеток составил 5,3% (за 2004 г. брак — 6,9%), значительно сократился брак по газовой пористости — с 5,3 до 3,3%.

Практические выводы по результатам опытных работ в условиях ПЦЛ Литейного завода ОАО «КАМАЗ-Металлургия»

1. При обработке сплава «Таблетками дегазирующими с модифицирующим эффектом для заэвтектических силуминов» производства ОДО «Эвтектика» ТУ РБ 14744129.004-98 образуется «сухой», сыпучий шлак с хорошим отделением его от металла, что уменьшает потери металла со шлаком и позволяет эффективно очищать расплав от оксидных плен и неметаллических включений. Применение таблеток позволит сократить потери металла со шлаком при приготовлении сплава АК18 с 4 до 2% и увеличить процент выхода годного литья.

2. Исследованием отобранных проб установлено, что полученный сплав АК18 соответствует требованиям по газонасыщенности и модифицированию, а степень модифицирования структуры лучше, чем при обработке по серийной технологии.

3. Анализ микро- и макроструктуры образцов на механические свойства, вырезанных из отливок «Поршень», показывает соответствие техническим требованиям на отливку. Как видно из рис. 3, размер кристаллов первичного кремния и их площадь в сплаве А1—(18%) меньше при обработке опытным препаратом, чем при обработке по серийной технологии.

mi,

ГГг(1 г

(38). 2006

гсягштгтт

170

160

150

! 140

! 130

Г120

'I 110

х л с; со

i 100

90

80

1 И

1 И

1:56

м

1 >8<

1 >8

А

8iJ

70

012345678 9 1011 12 13 141516 171819 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49

Номер плавки (условно)

-♦—Сплав обработан таблетками "Эвтектика" ■Ш ■ Сплав обработан по серийной технологии

Рис. 3. Максимальный размер зерна кремния в сплаве АК18 (в печи ИАТ-1/04)

4. Применение препарата «Таблетка дегазирующая с модифицирующим эффектом для заэв-тектических силуминов» позволит отказаться от необходимости использования серы и калия хлористого для обработки расплава, а также от экологически вредного гексахлорэтана.

5. Учитывая то, что применение препарата «Таблетка дегазирующая с модифицирующим эффектом для заэвтектических силуминов» более экологично, а также то, что сократился уровень брака в отливках «Поршень», техническими специалистами бюро цветного литья Литейного завода «КАМАЗ-Металлургия» принято решение о включении данного препарата в перечень разрешенных замен модифицирующих препаратов для поршневого сплава АК18.

Таким образом, на основании исследователь-ско-опытно-промышленных работ можно заключить, что создан новый эффективный препарат для модифицирования заэвтектических силуминов АК18 — поршневых сплавов.

По вопросам практического применения данного препарата и технологического сопровождения просим обращаться по адресу:

220140, Республика Беларусь, г. Минск, ул. Притьщкого, 62/4-208, ОДО «Эвтектика», E-mail: evtectik@nsys. by, т/ф (1037517) 259-45-01, 253-92-94, 292-75-82 или по адресу: 220013, Республика Беларусь, г. Минск, пр-т Независимости, 65, корп. 7, БИТУ НИИЛлит.

Литература

1. Влияние газосодержания на формы роста ß-Si-твер-дого раствора в сплавах / A.M. Вейков, К.А. Пиндичев, А.И. Фомина // Проблемы металлургического производства. Киев, 1990. С. 71-74.

2. Шубников A.B. Образование кристаллов. М.; JL: Изд-во АН СССР, 1947.