Материал: Теория литейных процессов

Рис. 5.10. Политерма сопротивления расплава и механические свойства сплава АЛ26

В рамках принятого механизма структурного изменения расплава представляет практический интерес оценка влияния на свойства алюминиевых

сплавов температурного воздействия (перегрева) относительно порогов аномального изменения физических свойств и структурных параметров.

Сплав АЛ26 (21 % Si; 1,8 % Си; 0,6 % Mg; 0,7 % Мп; 1,5 % Ni; 0,5 % Со; до 0,4 % Fe по массе) после расплавления перегревали до различных температур в атмосфере аргона. При этом находили определенную температуру перегрева, при которой достигался максимум прочностных свойств (см. рис. 5.10). Температура заливки жидкого металла после охлаждения в печи со скоростью 0,13-0,15 К/с оставалась постоянной для всех опытов и равнялась 973 К. Образцы для механических испытаний (ГОСТ 1497-73) изготавливались из цилиндрических слитков, отлитых в сухие песчано-глинистые формы. Максимумы значений <т„ и НВ наблюдались при перегреве расплава на 80 К выше порога аномального изменения р. Металлографический анализ показал, что повышение прочностных свойств обусловлено измельчением структурных составляющих. Наблюдалась обратная корреляция между сгв, НВ и д. Подобная взаимосвязь между свойствами в жидком и твердом состояниях наблюдалась у сплава АД31, представляющего интерес с точки зрения использования отходов прессового производства для синтеза силуминов. Химический состав сплава: 0,3-0,5 % Si; 0,4-0,7 % Mg; 0,01 % Мп; 0,3-0,5 % Fe по массе.

Сплав АЛ9, полученный насыщением расплава отходов прессового производства АД31 кристаллическим кремнием (КР3), перегревали до различных температур и охлаждали до температуры заливки 973 К со скоростью 0,5-0,66 К/с. Образцы для механических испытаний отливались в кокиль, подогретый до 573 К. Одновременно заливали прутковую пробку на жидкотекучесть Я. На рис. 5.11 видно, что значения <тв, <5, Я, сп (линейная усадка) изменяются в зависимости от температуры перегрева немонотонно: максимумы значений <тв, НВ и Я наблюдаются при 1023 и 1273 К. Значения второго максимума достигаются при перегреве над вторым порогом аномального изменения электросопротивления р (1179-1223 К). Микроструктура сплава состоит из дендритов a -твердого раствора, эвтектики и интерметаллидных высококремнистых фаз AlxSiYFez.

Установлено, что строение и размеры структурных составляющих зависят от температурных режимов плавки. Максимальным значениям сгв, S и Я, как правило, соответствует ячеистое строение дендритов твердого раствора размерами 20-30 мкм, однородное строение эвтектической колонии и компактная (встречается крестообразная) форма включения интерметаллидной фазы размерами 60-100 мкм.

о,

Относительное удлинение, %

Температура, К

Рис. 5.11. Зависимость механических и технологических свойств синтезированного из отходов силумина расплава от температуры перегрева

На основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

электросопротивление и вязкость жидкого алюминия немонотонно изменяются от температуры;

аномальный характер изменения свойств жидкого алюминия наблюдался в районах температур 983-1048, 1148-1233 и 1283-1323 К в зависимости от степени чистоты алюминия;

аномальное изменение р расплавов АЛ26 и АЛ2 было зафиксировано соответственно при 1243 и 1273 К, АД31 - 1023-1123 и 1223-1273 К, АЛ 9 - 998-1073 и 1173-1223 К;

механические и литейные свойства алюминиевых сплавов изменяются с температурой перегрева немонотонно: максимум значений этих свойств (сгв, НВ) наблюдался при 1023 и 1273 К; второй максимум свойств наблюдался при определенных перегревах над вторым порогом аномального изменения и существенно превышал значения их первого максимума;

с точки зрения практического приложения результатов исследований можно сделать вывод о том, что для достижения максимальных прочностных (часто и пластических) свойств сплавы должны быть перегреты выше второго аномального изменения физических свойств (р или v) на определенную для каждого конкретного сплава температуру;

повышение прочностных свойств алюминиевых сплавов за счет термического воздействия на жидкую фазу обусловлено получением более гомогенной структуры расплава вследствие равномерного распределения компонентов между структурными агрегатами расплава, о чем свидетельствует как исчезновение в структуре сплавов грубых игловидных выделений интерметаллидных фаз, так и измельчение зерен, а также существенный рост микротвердости а твердого раствора.

5.5.2.Влияние температурных режимов плавки и легирования алюминия

иего сплавов на их механические характеристики

Явление аномального изменения физических свойств жидкого алюминия и его сплавов целесообразно использовать для повышения эффективности легирования.

Жидкий алюминий перегревали до температур, существенно превышающих температуру плавления, и легировали медью (4; 10 мае. %). Температура заливки жидкого металла оставалась постоянной, равной 1023 К. Расплав охлаждали вместе с муфельной печью до температуры заливки и заливали образцы в песчаную и металлическую форму.

Зависимость механических свойств алюминиевых сплавов от температуры легирования носит сложный характер: наблюдаются два максимума прочностных свойств (сгв, НВ) при 1073 и 1373 К, т. е. при определенных перегревах над порогом аномального изменения свойств

расплавов (рис. 5.12, 5.13). Изменение механических свойств исследованных сплавов соответствует структурным изменениям; положение первого максимума <тв (1073 К) - температуре перехода структуры ближнего порядка по типу полиморфных превращений (В. 3. Кисунько, И. А. Новохатский), о чем свидетельствует изменение дифракционной картины отраженного рентгеновского излучения жидким алюминием при 1073 К (А. В. Емельянов).

нв

6

I

40

Рис. 5.12. Механические свойства сплава А1 + 4,0 % Си в зависимости от температуры легирования: 1 - литье в кокиль; 2 - литье в песчаную форму

Положение второго максимума 1373 К на 200 К выше температуры второго порога аномального изменения физических свойств жидкого алюминия (1173 К). Аналогично изменяются с температурой перегрева механические

порога аномального изменения 1273 К на 150 К. Разупрочнение алюминиевых