Материал: Теория литейных процессов.

Анализ свойств облученных и необлученных сплавов показывает, что у алюминиевого сплава повышается жидкотекучесть, прочность, относительное удлинение, изменяется форма зерен кремния от игольчатой к компактной, существенно измельчается микроструктура, а у цинкового - также измельчается эвтектическое зерно, резко повышается относительное удлинение. У всех исследованных сплавов после облучения НЭМИ структура становится более плотной. Отмечено повышение высоты тона звучания образца металла, обработанного в расплавленном состоянии НЭМИ, по сравнению с необработанным, что связано с уменьшением количества неметаллических включений и более плотной структурой металла.

Уменьшение жидкотекучести цинкового сплава после облучения расплава НЭМИ обусловлено тем, что сплав становится менее эвтектичным: в структуре уменьшается количество эвтектических зерен.

На образце сплава, обработанного НЭМИ, кремний расположен более равномерно, чем в необработанном.

Таким образом, воздействуя наносекундными электромагнитными импульсами на металлургические расплавы, можно добиться повышения качества литого металла.

В работах Ри Хосена и других установлено, что под действием на жидкую фазу НЭМИ происходит аномальное изменение кристаллизационных параметров, физико-механических и эксплуатационных свойств меди, алюминия и сплавов на их основе (бронзы, силумины), а также серых чугунов.

Воздействие НЭМИ на жидкую фазу перечисленных выше металлов и сплавов осуществлялось погружением излучателя в расплав, причем он был изолирован от контакта с жидким металлом с помощью кварцевого или алундового наконечника, прозрачного для наносекундных электромагнитных волн. Плавку проводили в графитном тигле на установке «Параболоид-4» конструкции ЦНИИТМШа.

В качестве излучателя использовался стальной стержень диаметром 6 мм, находящийся внутри алундовой трубки.

На первом этапе влияние НЭМИ изучали на чистой электролитической меди. Нагревали ее до 1250 °С, после пятиминутной выдержки при этой температуре обрабатывали жидкую медь НЭМИ в течение 5, 10, 15, 20 и 25 минут. Затем после отключения генератора определялись интенсивности гамма-проникающих излучений (обратная величина плотности) в процессе охлаждения со скоростью 20 °С/мин до температуры 300 °С. Параллельно строилась термограмма кристаллизации.

На рис. 5.20 приведены кристаллизационные параметры и физико­ механические свойства меди в зависимости от продолжительности обработки жидкой фазы НЭМИ (0, 5, 10, 15,20 и 25 мин).

Как видно, все кристаллизационные параметры меди изменяются от продолжительности обработки НЭМИ по экстремальной зависимости:

минимальная температура начала кристаллизации наблюдается при продолжительности обработки НЭМИ, равной 10 мин; она снижается на 40 °С по сравнению с необлученной медью;

по аналогичной зависимости изменяется температура гь при которой нарушается линейный характер изменения интенсивности гамма-проникающих излучений закристаллизовавшейся меди;

при продолжительности обработки НЭМИ 10 мин наблюдается максимальная степень уплотнения А/Кр при кристаллизации;

с увеличением продолжительности обработки жидкой фазы намечается незначительное сокращение времени кристаллизации;

при продолжительности обработки НЭМИ 10 мин наблюдается максимум коэффициента термического сжатия жидкой фазы а\ и минимум коэффициента термического сжатия твердой меди а2, следовательно, жидкая медь подвергается большей усадке, а твердая медь - меньшей;

минимальная твердость и максимальная теплопроводность облученной меди наблюдаются также при 10-минутной обработке жидкой фазы НЭМИ; теплопроводность возрастает в 1,5 раза, а твердость уменьшается на 2,7 единиц по НВ; коэффициент электросопротивления изменяется по зависимости, обратной теплопроводности;

максимальная плотность меди при 20 °С наблюдается при 10-минутной обработке жидкой фазы; при этом период кристаллической решетки «а» меди приобретет минимальное значение.

Аналогичные результаты получены при обработке расплава бронзы НЭМИ (рис. 5.21):

минимальные значения кристаллизационных параметров Гл, Гс и ri наблюдались при продолжительности обработки расплава, равной 15 мин;

при этом наблюдались максимальное уплотнение при кристаллизации бронзы А/Лс и минимальное уплотнение расплава Д7|200, ; в отличие от меди в

а-бронзе степень уплотнения расплава от 1200 °С до Гл незначительно уменьшалась;

коэффициент термического сжатия расплава сс\ имеет минимальное значение, а коэффициент а2, наоборот, максимальное при обработке расплава бронзы в течение 15 мин, кроме того, по абсолютной величине значения «1 больше, чем а2;

- продолжительность кристаллизации бронзы под воздействием НЭМИ увеличивается, в отличие от облученной меди, из-за расширения температурного интервала кристаллизации (Гс-Гл);

теплопроводность бронзы, облученной в жидком состоянии НЭМИ в течение 15 мин, возрастает в 2,0 раза, а твердость - в 1,24 раза;

максимальная плотность также наблюдается при 15-минутной обработке жидкой бронзы.

Жаростойкость и коррозионностойкость меди изменяется от продолжительности облучения жидкой фазы НЭМИ по экстремальной зависимости с максимумами этих показателей при 10 мин (возрастает жаростойкость в 1,25 раза и коррозионностойкость в 2,0 раза по сравнению с необлученной медью). Облучение расплава НЭМИ в течение 15 мин повышает жаростойкость 1,4 раза, а коррозионностойкость, наоборот, уменьшается в результате измельчения структурных составляющих (а + ô + Cu3iSn8) под воздействием на расплав НЭМИ.