CC BY
21
136
хттг(7 г: гсгтшгнтг?
(38). 2006 -
MIMIIMim 4
ИТЕЙН0Е1Г #4 ПРОИЗВОДСТВО
The chill mould with spray cooling system, which allows to receive the slugs of silumins AK9, AK12 and AK18 with high-dispersed microstructure without application of modifiers, is developed.
В. Ю. СТЕЦЕНКО, С. Л. РАДЬКО, ИТМ КАН Беларуси
ЛИТЬЕ СИЛУМИНОВ в кокиль со СТРУЙНОЙ СИСТЕМОЙ ОХЛАЖДЕНИЯ
УДК 669.715
Механические и эксплуатационные свойства заготовок из силуминов во многом зависят от дисперсности их микроструктуры. В настоящее время наиболее распространенным способом измельчения структуры отливок является модифицирование. Оно, как известно, имеет следующие основные недостатки: относительно малое время живучести модификатора (20—25 мин для натрий-содержащих флюсов), отсутствие универсальности, экологическая небезопасность [1]. Все это предполагает необходимость разработки новых методов диспергирования микроструктуры отливки. Наиболее перспективным из них является повышение скорости затвердевания [2]. В настоящее время существующие литейные металлические формы не позволяют охлаждать отливку с такой скоростью, при которой можно было бы отказаться от модификаторов. Это связано с тем, что при литье силуминов в основном используют кристаллизаторы с щелевой системой охлаждения, которая накладывает определенные ограничения на скорость затвердевания отливки. В ГНУ «ИТМ HAH Беларуси» была разработана более эффективная струйная система охлаждения кристаллизатора. Она позволяет повысить его охлаждающую способность более чем в 2 раза [3]. Для определения влияния охлаждения металлической литейной формы на микроструктуру получаемых отливок был разработан кокиль со струйной системой охлаждения [4].Он состоит из стакана 7, корпуса 2, верхнего фланца J, нижнего фланца 4, экрана 5, подводящего патрубка 6, отводящего патрубка 7 (рис. 1). На поверхности экрана равномерно выполнены отверстия диаметром 4 мм с шагом по высоте и образующей 12 мм. Экран удален на расстоянии 20 мм от
стакана. Охлаждение заготовки 8 осуществляется следующим образом. Охладитель из подводящего патрубка 6 тангенциально поступает в коллектор между корпусом 2 и экраном 5, далее равномерно продавливается в виде затопленных струй через отверстия в экране. Струи охладителя с высокой скоростью ударяют перпендикулярно о наружную поверхность стакана. При этом значительно увеличивается интенсивность турбулизации потока и уменьшается толщина теплового пограничного слоя вблизи стенки стакана, что повышает охлаждающую способность кокиля [3]. Для форми-
Рис. 1. Схема литья в кокиль со струйной системой охлаждения: 1 — стакан; 2 — корпус; 3 — верхний фланец; 4 — нижний фланец; 5 — экран; 6 — подводящий патрубок; 7 — отводящий патрубок; 8 - отливка; 9 — захват
ГШ:С-Г, (fMPJJJiPrr.f,
- 2 (38). 2006
/137
рования прибыльной части отливки и ее извлечения использовался захват 9 (рис. 1).
Литьем в кокиль со струйной системой охлаждения при расходе воды 50 м3/ч и давлении 4 атм были получены опытные отливки диаметром 50 мм и высотой 170 мм из сплавов марки АК9, АК12, АК18. В качестве основы шихты использовали чушки алюминия марки А7 и силумина марки АК12, лигатуру Al+40%Si. Плавку проводили в графитовом тигле печи сопротивления «Snol-1300». Модификаторы не применяли. Температура заливки сплава АК9 составляла 800 °С, АК12 — 850 и АК18 — 900 °С. Из средней части отливок были вырезаны поперечные шлифы. После их шлифовки, полировки и химического травления водным раствором кислот (2% HCl + 3%HN03 + 1%HF) исследовали микроструктуру средней час-
ти шлифа с помощью аппаратно-программного комплекса на базе микроскопа «ПЛАНАР МИ-1». Результаты сравнивали с результатами исследования микроструктуры заготовок, полученных с применением модификаторов.
Было установлено, что интенсивность струйного охлаждения оказывает существенное влияние на размер фазовых составляющих отливок из доэв-тектических, эвтектических и заэвтектических силуминов. Так, в опытных заготовках из сплавов АК9 и АК12 дисперсность кристаллов эвтектического кремния составила 1,0—1,5 мкм, а зерен ос-фазы — 30—40 мкм (рис. 2, а, 3, а). В заготовках из тех же сплавов, но полученных по технологии с применением модифицирующих флюсов, размер кристаллов кремния составил 5—10 мкм, а размер ос-фазы - 60-80 мкм (рис. 2, б, 3, б).
Рис. 2. Микроструктура сплава АК9: а — литье в кокиль со струйной системой охлаждения; б — литье в кокиль по обычной
технологии с применением модификаторов. х200
■ ~ -
Рис. 3. Микроструктура сплава АК12: а — литье в кокиль со струйной системой охлаждения; б — литье в кокиль по обычной
технологии с применением модификаторов. х200
В опытных заготовках из сплава АК18 раз- полученных с применением фосфорсодержащих
мер кристаллов эвтектического кремния со- лигатур, аналогично дисперсность по кремнию
ставлял 2—3 мкм, а первичных кристаллов составляла 5—8 и 40—50 мкм соответственно
кремния — 20—25 мкм (рис. 4, а). В заготовках, (рис. 4, б).
Ш/ЛГГТТгС- ГГ П^ПГГЛТПТГ?.
I 2 (38), 2006 -
а б
Рис. 4. Микроструктура сплава АК18: а — литье в кокиль со струйной системой охлаждения; б — литье в кокиль по обычной
технологии с применением модификаторов. хЮО
Таким образом, кокиль со струйной системой охлаждения позволяет получать заготовки из силуминов доэвтектического, эвтектического и заэвтектического составов с высокодисперсной микроструктурой без применения модификаторов.
Литература
1. Альтман М.Б., Стромская Н.П. Повышение свойств стандартных литейных алюминиевых сплавов. М.: Металлургия, 1984.
2. Алюминий: свойства и физическое металловедение: Справ, изд. / Пер. с англ. М.: Металлургия, 1989.
3. Марукович Е.И., Стеценко В.Ю. Повышение эффективности работы кристаллизатора при непрерывном литье слитков //Литье и металлургия. 2005. №2. Ч. 1. С. 139—141.
4. Пат. 2251 и ВУ: МПК В22Б27/04. Устройство для изготовления слитков.
