CC BY
8ТЕХНОЛОГИЯ
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
ПОЗДРАВЛЯЕМ ЮБИЛЯРА!
Редакционный совет научно-технического и производственного журнала «Обработка металлов» поздравляет ПИСКУНОВА АНДРЕЯ АЛЕКСАНДРОВИЧА с юбилейной датой и желает ему крепкого сибирского здоровья, дальнейших успехов в научной и производственной деятельности, долгих лет жизни
АНДРЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ родился 26 июля 1949 года в Новосибирске. В 1972 году окончил Новосибирский институт народного хозяйства по специальности «Экономика и организация труда» и был распределен в Научно-исследовательский институт прикладной геодезии, где проработал до 1993 года, пройдя путь от младшего научного сотрудника до заместителя директора института по экономике. Областью научных и производственных интересов А.А. Пискунова в этот период являлась экономика и организация топографо-геодезического производства и науковедение. Автор более 60 опубликованных научных работ, доцент, член-корреспондент Международной академии науковедения, Международной академии общественных наук. Награжден знаком «Отличник геодезии и картографии», присвоено звание «Почетный геодезист».
В 1993 году А.А. Пискунов перешел на работу в Новосибирское территориальное управление Министерства по антимонопольной политике РФ, где работал в должности заместителя начальника управления. В настоящее время - генеральный директор Новосибирского проектно-технологического и экспериментального института «Оргстанкинпром». Основными направлениями деятельности института являются модернизация, восстановление и ремонт высокопроизводительного металлорежущего оборудования, проектирование технологических процессов. За период работы в ОАО НПТ и ЭИ «Оргстанкинпром» А.А. Пискунов награжден семью высшими общественными наградами РФ, а институт получил свыше 40 дипломов различных выставок и конференций.
УДК 621.785:[669.262.4:[669.13+669.713]]
ВЛИЯНИЕ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ШИХТЫ НА СВОЙСТВА ЖЕЛЕЗНЫХ И АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
В.К. АФАНАСЬЕВ, академик РАЕН, профессор, доктор техн. наук,
СибГИУ, г Новокузнецк Н.Б. ЛАВРОВА, доцент, СФУ, г. Красноярск С.В. ДОЛГОВА, аспирант, СибГИУ, г Новокузнецк В.Н. ТОЛСТОГУЗОВ, ведущий инженер, ОАО «Полиметалл», г. Санкт-Петербург
В работе изучены особенности влияния термической обработки шихты на свойства железных и алюминиевых сплавов. Объемная доля графита в чугуне, микротвердость основы, плотность и предел прочности изменяются по определенной закономерности. Алюминиевые сплавы, приготовленные на термообработан-ной шихте, имеют повышенные механические свойства, жидкотекучесть и плотность.
In work features of influence of thermal processing of initial materials on properties of iron and aluminium alloys are studied. A volume fraction of graphite in pig-iron, microhardness of a basis, density and strength change on the certain law. The aluminium alloys prepared on heat-treated initial material, have the raised mechanical properties, casting properties and density.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: ШИХТА, ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА, АЛЮМИНИЕВЫЕ СПЛАВЫ, ЖЕЛЕЗНЫЕ СПЛАВЫ, СВОЙСТВА.
Ранее нами было показано, что электролитическое наводороживание шихты может существенно влиять на свойства чугуна, стали и железа [1].
Настоящую работу следует рассматривать как вторую часть исследований влияния предварительной обработки шихты на свойства сплавов.
№ 2(43)2009 3
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
ТЕХНОЛОГИЯ
17 15 13 11
9 7
/
\ /
\
\
—■-- \ /
4-
300 400
7,1 Т
S ,05 ::
95 6,9
0 100 200 300 400 500 600 700 800 Г,°С
Рис. 3. Влияние термической обработки шихты на плотность чугуна СЧ 20
4,9
4.6
4.3 4
3.7
3.4
Рис. 1. Влияние термической обработки шихты на объемную долю графита чугуна СЧ 20
Объектами исследования были чугун СЧ-20 и алюминиевые сплавы систем Al-Si и Al-Mg.
Предварительная термическая обработка шихты заключалась в нагреве в интервале 20.. .900 °С с выдержкой 5 ч и охлаждением на воздухе. В дальнейшем приготовление железных сплавов и анализ их свойств проводились по методике [1].
Установлено, что предварительная термическая обработка шихты при постоянном времени оказывает существенное влияние на структуру и свойства чугуна СЧ-20. Прежде всего предварительная термическая обработка шихты оказывает влияние на объемную долю графита в структуре чугуна. Установлено (рис. 1), что объемная доля графита существенно увеличивается при использовании шихты, нагретой до 500 °С. При более высоком нагреве шихты объемная доля графита уменьшается. Минимальное количество графита наблюдается после нагрева шихты при 600 °С. При измерении микротвердости металлической основы чугуна установлено ее существенное увеличение после нагрева в интервале 200.. .400 °С. Это связано с частичным образованием выделений цементита. При более высоком нагреве шихты выделения цементита исчезают, и твердость основы резко снижается (рис. 2).
В то же время измерения плотности чугуна, приготовленного на предварительно обработанной шихте, показало, что плотность в связи с увеличением объемной доли графита плавно снижается в случае нагрева шихты до 500 °С (рис. 3). Более высокие температуры нагрева
0 100 200 300 400 500 600 700 800 С
Рис. 2. Влияние термической обработки шихты на микротвердость основы чугуна СЧ 20
приводят к некоторому увеличению плотности, но все-таки она остается ниже, чем у чугуна, приготовленного обычным способом.
Естественно, что увеличение объемной доли графита приводит к снижению прочности чугуна (рис. 4). Такое снижение может достигать 185.. .180 МПа вместо исходных 210.. .215 МПа.
Полученные результаты позволяют сделать существенный вывод о том, что с помощью предварительной термической обработки можно изменить структурно-фазовое состояние шихтового чугуна, что в последующем наследуется чугуном окончательного состава.
Влияние предварительной термической обработки изучалось также на алюминиевых сплавах. Она заключалась в нагреве до определенных температур, выдержке и охлаждении. Приготовленные в цеховых условиях алюминиевые сплавы на тер-мообработанной шихте имеют повышенные механические свойства, жидкотекучесть и плотность. Эффективность этого способа обработки шихты определяется скоростью охлаждения (табл. 1).
Заметим, что самая меньшая пластичность окончательно приготовленного сплава наблюдается при предварительной обработке шихты с охлаждением с печью. Это, возможно, происходит потому, что при охлаждении силуминов с температуры 535 °С с печью в их микроструктуре наблюдается большое количество продуктов распада по дендритам твердого раствора. Эти продукты образуются в результате распада водорода и других примесных элементов в осно-
215 Т
100 200 300 400 500 600
Рис. 4. Влияние термической обработки шихты на предел прочности чугуна СЧ 20
4 № 2 (43)2009
5
Т,
0
7,15 Т
7
6,85
0
ТЕХНОЛОГИЯ
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
Таблица 1
Влияние вида охлаждения шихты (535 С, 1 ч) на механические и литейные свойства сплава АК12
Среда охлаждения Механические свойства Жидкотекучесть, мм Линейная усадка, %
спПа 5, %
Обычное приготовление 170 6,7 329 1,15
Воздух 185 10,5 335 0,98
Вода 190 7,9 340 0,98
Печь 177 4,4 323 0,95
ве при пребывании образцов в интервале 200... 400 °С [2].
В общем, по этим результатам можно сделать заключение, что предварительная термическая обработка может оказать определенное влияние на механические и литейные свойства алюминиевых сплавов.
Исследование влияния предварительной термообработки шихты на свойства отливок проводилось и на сплаве АМгбЛ.
Шихтовый сплав в виде брусков обрабатывали в течение 24 часов при температуре 435 °С, а затем охлаждали в кипящей воде. Плавили в лабораторной печи сопротивления в стальном крашеном тигле емкостью 3 кг. Шихту, не подвергавшуюся термообработке, расплавляли полностью; а термообработанную (70 % от веса плавки) вводили порциями под зеркало расплава. Часть отливок в виде пластин толщиной 15 мм использовали для испытания механических свойств, а остальные для испытания свариваемости.
Установлено, что приготовление сплава на тер-мообработанной шихте обеспечивает получение более мелкодисперсных отливок (размер зерна в среднем 0,3б мм), чем выплавленных с использованием нетермообработанной шихты (размер зерна 0,81 мм). При исследовании микроструктуры замечены следующие различия. В отливках с мелким зерном количество выделений Р-фазы и травимость границ зерен несколько больше, а микротвердость центральной части дендрита а-твердого раствора ниже и составляет 460 МПа против 530 МПа. Плотность образцов также различна и составляет 2,6012 г/см3 - для мелкокристаллических и 2,6093 г/см3 - для крупнокристаллических. Механические свойства сплава в мелкокристаллических отливках составили ов = = 255 МПа, 5 = 16 %, а в крупнокристаллических - ов = 235 МПа, 5 = 12%.
Перед сваркой донную часть отливок на ширине 35 мм фрезеровали до толщины 4 мм. Сваривали универсальным автоматом на специальном стапеле для выполнения продольных швов с использованием присадочной проволоки из сплава АМг6.
Исследование сварных соединений показало существенное различие их как по структуре, так и по свойствам в зависимости от исходной шихты. Во-первых, величина зерна в шве, полученном при сварке мелкокристаллических отливок, имеет размер в среднем 0,12 мм, тогда как в другом случае - 0,32 мм. Во-вторых, травимость тела зерна по междендритным пространствам выше для мелкокристаллических швов. Третья особенность заключается в том, что при сварке мелкокристаллических отливок образуется широкая зона частичного оплавления зерен не только по границам, но и по междендритным пространствам. Значения прочности сварных соединений близки к полученным на отливках (ов = 260 МПа и 230 МПа), однако пластичность образцов с широкой зоной частичного оплавления снижается (5 = 11,5 % и 11,2 % соответственно). Разрушение сварных образцов из крупно-кристаллических отливок происходит по основному металлу, а из мелкокристаллических - по переходной зоне.
Приведенные результаты показывают, что условия приготовления литейных алюминиевых сплавов влияют не только на структуру и свойства отливок, но и на качество сварных соединений.
По проведенным исследованиям можно сделать вывод о том, что предварительная термическая обработка шихты, как и электролитическое наводороживание [1], может оказывать влияние на формирование структурно-фазовых соотношений, что существенно отразится на технологических и служебных свойствах сплавов окончательного состава.
Список литературы
1. Афанасьев В.К. Влияние наводороживания шихты на свойства чугуна, стали и железа / В.К. Афанасьев, С.В. Долгова, Н.В. Гришков, Н.Б.Лаврова, В.Н. Толстогузов // Обработка металлов. - 2008. - № 3. -С.7-10.
2. Афанасьев В.К. Некоторые закономерности изменения пластичности алюминия и его сплавов // Металлы. - 1978. - № 6. - С.195-199.
№ 2 (43)2009 5
