авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 |

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ »«¬–“» ¬—–  ...»

-- [ Страница 5 ] --

Биметаллическая проволока с сердечником из Применение волок с оптимальной величи углеродистой стали и оболочкой из нержа- ной угла рабочего конуса позволяет повысить веющей стали 12Х18Н10Т может применяться стабильность процесса волочения и снизить ра для изготовления различных изделий, облада- боту пластического формоизменения заготовки ющих высокими служебными свойствами. Раз- [1], что приводит, при прочих равных условиях, личие механических свойств сердечника и обо- к уменьшению величины потребляемой при лочки приводит при волочении биметаллической волочении электроэнергии [2].

проволоки к изменению распределения напряже- Цель работы – исследование методом моде ний по поперечным сечениям и длине деформа- лирования влияния величины угла конусности ционной зоны, что необходимо учитывать при волоки на распределение продольных и ради выборе режима деформации и геомет-рии волоки. альных напряжений в очаге деформации при 108 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ волочении биметаллической проволоки углеро- плакирования принимали равной 25 %. Проч дистая сталь+сталь 12Х18Н10Т. ность соединения слоев соответствовала проч Моделирование процесса волочения с ис- ности наименее прочного из элементов модели пользованием пакета конечноэлементных про- руемой биметаллической проволоки. Для грамм SIMULIA/ABAQUS (модуль Abaqus Ex- сокращения машинного времени, затрачивае plicit) осуществляли для биметаллической мого на моделирование, использовали осесим проволоки с оболочкой из стали 12Х18Н10Т метричную схему (режим Axisymmetric), учи и сердечником из углеродистой стали трех тывающую деформации радиального сечения видов: 1 – высокоуглеродистая сталь (сталь 80);

проволоки при отсутствии смещения оси в по 2 – среднеуглеродистая сталь (сталь 45);

3 – низ- перечном направлении.

коуглеродистая сталь (сталь 10). Моделировали При анализе результатов моделирования на маршруты волочения (диаметр, мм): пряженного состояния деформационной зоны 1. 6,0 – 5.2 – 4,5 – 3,9 – 3,4 (сердечник из ста- биметалла привлекали условие пластичности при лей 45 или 80);

волочении, выражаемое в виде l r S т, 2. 4,5 – 4,1 – 3,7 – 3,35 – 3,2 (сердечник из ста- показывающее, что каждое в отдельности про ли 10). дольное l, радиальное r (и равное ему окру Вытяжки по переходам составляли в сред жное ) напряжения не могут превышать нем =1,2–1,33.

величины сопротивления деформации Sт. При При моделировании методом конечных волочении монометаллической проволоки в де элементов (размер ячейки конечноэлементной формационной зоне зафиксирован в общем слу сетки 0,1 мм) использовали следующие усло чае рост продольных и уменьшение радиаль вия: полуугол рабочего конуса абсолютно жест ных напряжений в направлении от периферии кой волоки = 3, 8 и 12о;

коэффициент трения к оси и по длине от входа к выходу [1].

f = 0,05;

противонатяжение и заострение отсут Значения сопротивления деформации угле ствуют;

длина калибрующей зоны lK = 0,5d, где родистых сталей и стали 12Х18Н10Т при раз d – диаметр волоки. Скорость перемещения на личных степенях деформации определяли из чального деформированного торца проволоки данных, приведенных в работах [3–5]. На рис. принимали Vвол = 1,0–1,8 м/с. Разогрев прово приведены кривые зависимости сопротивления локи вследствие выделения теплоты при дефор деформации компонентов исследованных биме мировании не учитывали. Схема волочения при таллов от величины вытяжки.

ведена на рис. 1.

Рис. 1. Схема волочения:

1 – рабочий конус;

2 – калибрующая зона;

3 – оболочка из нержа веющей стали 12Х18Н10Т;

4 – сердечник из углеродистой стали Для описания реологии материалов слоев при холодном волочении использовали упру Рис. 2. Зависимость сопротивления деформации ST гопластическую модель c изменением сопро от величины вытяжки при волочении сталей:

тивления деформации ST в зависимости от сте- 1 – сталь 80;

2 – сталь 45;

3 – сталь 10;

4 – 12Х18Н10Т пени деформации. Последовательное прохож дение проволоки через волоки позволяло учи- Изменение материала сердечника (рис. 2) тывать деформацию и упрочнение на пред- приводит к изменению соотношения пределов шествующих стадиях волочения. Объемное текучести компонентов в биметаллической про содержание оболочки оценивали относительной волоке, что отражается на характере распреде величиной – долей плакирования Fо /(Fо + Fс), ления напряжений в очаге деформации при где Fо и Fс – площади поперечного сечения обо- волочении биметаллической проволоки. По лочки из стали 12Х18Н10Т и сердечника из казано [6], что при волочении биметалла сталь углеродистой стали, соответственно. Долю 80+12Х18Н10Т оболочка стремится получить ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ большую вытяжку, по сравнению с сердеч- На рис. 4 показано распределение продоль ником, поэтому в сердечнике появляются до- ных напряжений l и искажение координатной полнительные напряжения растяжения. При сетки в пределах рабочей и калибрующей зон волочении биметалла сталь 10+12Х18Н10Т волоки и деформированного начального уча большую вытяжку стремится получить более стка биметаллической проволоки сталь мягкий сердечник, чему препятствует оболоч- 80+12Х18Н10Т при моделировании второго пе ка, в результате в сердечнике за счет появления рехода (первый маршрут волочения). Как видно дополнительных напряжений сжатия в осевом из рис. 4, а, искривление поперечных линий направлении происходит снижение продольных координатной сетки усиливается к выходу из напряжений. Варьирование угла конусности волоки. При этом участки координатной сетки, рабочего канала волоки приводило к измене- примыкающие к профилю волоки, значительно нию напряженного состояния очага деформа- отстают от осевых участков. Продольные рас ции образцов биметаллической проволоки. тягивающие напряжения достигают максималь На рис. 3 показана зависимость напряжен- ной величины в центральной осевой части ного состояния биметаллических образцов от очага деформации и на периферии проволоки, угла рабочего конуса волоки при моделирова- контактирующей с калибрующей зоной волоки.

нии одного из переходов маршрутов волочения биметаллической проволоки к моменту накоп ления общей деформации =1,79 ( q =44 %).

Анализ напряженного состояния проводили для средней части очага деформации при устано вившемся процессе волочения. Из рис. 3 следу ет, что с ростом значения в сердечнике иссле дованных биметаллических образцов возникает напряженное состояние, превышающее предель ное (условие l / S т =1). Для оболочки из стали 12Х18Н10Т предельное напряженное состояние при принятых значениях не достигается. Кри тическая величина max для сердечника биме таллической проволоки сталь 80+12Х18Н10Т и сталь 10+12Х18Н10Т составляет 9о и 7о, соот ветственно. При превышении указанных зна- а б чений max процесс волочения биметаллической Рис. 4. Напряженно-деформированное состояние металла проволоки идет нестабильно. Полученные значе- в пределах рабочей и калибрующей зон волоки (а) и в де формированном начальном участке (б) биметаллической ния согласуются с рекомендуемыми для волоче проволоки сталь 80+12Х18Н10Т (вытяжка = 1,79, = 12о) ния монометаллической проволоки ( = 6–8,5о) [7].

Рис. 3. Зависимость характера напряженного состояния на Рис. 5. Изменение продольных напряжений l на перифе периферии (сплошные линии) и на оси (прерывистые рии (кривая 1) и оси (кривая 2) по длине очага дефор линии) от величины полуугла конусности волоки для мации биметаллической проволоки сталь 80+12Х18Н10Т биметаллических образцов с сердечником:

(вытяжка = 1,79, = 12о) 1 – сталь 80;

2 – сталь 45;

3 – сталь 110 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ Увеличение угла конусности волоки при Значение l на оси проволоки превышает волочении биметаллической проволоки сталь 1500 МПа (рис. 5, кривая 2). В деформирован 10+12Х18Н10Т также приводит к нестабильно ном начальном участке проволоки в сердечнике сти процесса волочения, выражающейся в силь возникают неравномерно распределенные зоны ном искажении линий координатной сетки и вы концентрации напряжений, ответственные за тянутой конусообразной форме протянутого на нарушение целостности металла, что подтвер чального участка проволоки после второго пе ждается экстремальным искажением линий ко рехода маршрута волочения ( = 1,48) (рис. 6, а).

ординатной сетки (рис. 4, б).

а б Рис. 6. Эквивалентные напряжения и координатная сетка биметаллических образцов сталь 10+12Х18Н10Т (а) и сталь 45+12Х18Н10Т (б) при =12° Однако при последующих переходах поло- жении и разрушении ячеек координатной сетки, жение линий координатной сетки практически не а также утонению протянутого конца проволоки.

изменялось, что позволило для указанного би- 3. Для обеспечения стабильности волочения металла смоделировать весь принятый марш-рут биметалла углеродистая сталь+12Х18Н10Т полу волочения. Для биметалла сталь 45+12Х18Н10Т угол конусности волоки не должен превышать смоделировать процесс волочения с углом = 12о 7о для биметаллической проволоки с сердечни ком из стали 10 и 9о – с сердечником из стали 80.

не удалось: уже на втором переходе ( = 1,79) после выхода образца из рабочей конусной зоны происходит экстремальное искажение БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК координатной сетки, превышающее допусти- 1. Перлин, И. Л. Теория волочения / И. Л. Перлин, мые программой значения (рис. 6, б). М. З. Ерманок. – М. : Металлургия, 1971. – 448 с.

2. Гурьянов, Г. Н. Резервы экономии электроэнергии Выводы при холодном волочении стальной проволоки / Г. Н. Гурь 1. Показано, что увеличение угла конуснос- янов // Сталь. – 2009. – № 12. – С. 53–54.

ти волоки приводит при волочении к превы- 3. Трыков, Ю. П. Прогнозирование прочностных харак теристик биметаллической коррозионностойкой проволоки / шению предельного напряженного состояния Ю. П. Трыков, В. Ф. Даненко, Л. М. Гуревич, А. С. Сергиен сердечника биметаллических образцов, выра- ко // Прокатное производство. – 2009. – № 9. – С. 29–33.

жающемуся в нарушении условия l / S т =1 и 4. Даненко, В. Ф. Влияние волочения на свойства би металлической проволоки углеродистая сталь + возникновению зон концентрации напряжений. 12Х18Н10Т / В. Ф. Даненко, Ю. П. Трыков, Л. М. Гуре Наиболее существенно это проявляется для би- вич, С. А. Булаева // Сталь. – 2011. – № 5. – С. 53–57.

металлической проволоки сталь 10+12Х18Н10Т, 5. Целиков, А. И. Основы теории прокатки / А. И. Це ликов. – М. : Металлургия, 1965. – 248 с.

имеющей менее прочный по сравнению с обо 6. Даненко, В. Ф. Моделирование процесса волочения би лочкой сердечник. металлической проволоки углеродистая сталь+12Х18Н10Т / 2. Неравномерность напряжений, возникаю- В. Ф. Даненко, Л. М. Гуревич, Ю. П. Трыков [и др.] // Чер ные металлы. – 2013. – № 10. – С. 43–47.

щая на выходе из рабочей зоны и в деформи 7. Гурьянов, Г. Н. Определение оптимальных углов рованном начальном участке проволоки, приво- рабочего конуса волоки при волочении проволоки / дит к нарушению стабильности деформирован- Г. Н. Гурьянов // Заводская лаборатория. Диагностика ма ного состояния, выражающемуся в резком иска- териалов. – 2008. – № 9. – Т. 74. – С. 61–63.

Часть IV ВОПРОСЫ СВАРКИ И ЛИТЬЯ УДК 621. П. П. Красиков, О. А. Полесский, А. В. Савинов, И. Е. Лапин, В. И. Лысак ОСОБЕННОСТИ ГОРЕНИЯ ДУГИ ПРИ СВАРКЕ НЕПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ С ПРОРЕЗЬЮ НА РАБОЧЕМ УЧАСТКЕ Волгоградский государственный технический университет e-mail: svarka-nv@vstu.ru Показано влияние скорости сварки, силы тока и длины дуги на форму сварного шва при использовании электрода новой конструкции. Установлено, что различная ориентация прорези относительно направления сварки существенным образом влияет на форму и размеры шва.

Ключевые слова: сварка неплавящимся электродом, сварной шов, геометрия электрода.

It is shown the influence of speed welding, current and arc length on shape of the weld when using a new shape of electrode. Found that the different orientation of the slot relative to the direction of welding essentially influences on the shape and size of the joint.

Keywords: non-consumable electrode welding, weld, shape of the non-consumable electrode.

В балансе сил, действующих на сварочную чивается при токах дуги свыше 150 А, в то вре ванну, силовое (газодинамическое) воздействие мя как по другим [4,8] – эта зависимость имеет обратный характер при 34.

дугового разряда играет важную роль, следова тельно, его изучение и понимание способов его Величина притупления заточенного на ко регулирования, представляют значительный нус электрода также влияет на глубину про интерес [1]. Для расчета (выбора) режима свар- плавления. По данным различных авторов [4, 7], ки, а также оценки эффективности воздействия увеличение притупления приводит к заметному дуги на металл необходимо знать влияние его уменьшению Нпр, а максимальная глубина на параметров на глубину и форму проплавления. блюдается при заточке катода на «иглу» в ши Основными параметрами режима при сварке роком диапазоне токов.

неплавящимся электродом, оказывающими оп- Таким образом, размер и форма швов во ределяющее влияние на проплавление основно- многом определяются изменением формы стол го металла, являются сила тока, напряжение ба дуги, а следовательно, изменением количе (длина дуги) и скорость сварки. ства тепла, поступающего в металл, зависящего Наиболее значимыми параметрами сварных в свою очередь, от конструкции неплавящегося соединений являются глубина Нпр, ширина В электрода. Этим продиктовано стремление и коэффициент формы проплавления =В/Нпр к его постоянному совершенствованию и созда [2, 3]. Известно, что параметры проплавления нию новых электродных материалов. Цилинд (прежде всего глубина Нпр) в основном опреде- рическая форма рабочего участка полностью ляются величиной тока дуги и скоростью ее пе- решает проблему, связанную с влиянием угла ремещения (скоростью сварки). заточки и величины притупления на глубину Изучению зависимости проплавляющей и форму проплавления.

способности дуги от параметров заточки рабо- В отличие от использования сварочных дуг чего участка неплавящегося электрода посвя- с известными конструкциями неплавящихся щен ряд работ [4–6]. Мнения различных иссле- электродов, являющимися круговыми источни дователей в оценке этого влияния значительно ками тепла, существенно повлиять на форму расходятся. Так, по одним данным [7], при проплавления при сварке может электрод но сварке в аргоне с ростом угла заточки непла- вой разработанной конструкции [патент РФ вящегося катода глубина проплавления увели- 88308]. Так, например, используя один и тот же 112 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ электрод, изменяя лишь его положение в цанге чаемой при использовании стандартного элек сварочной горелки, можно получить различ- трода. Совершенно иная картина наблюдается ную форму проплавления (рис. 1). При ориента- при положении прорези поперек направления ции прорези вдоль направления сварки свароч- сварки: на одинаковых режимах, ширина шва ная ванна относительно узкая и удлиненная увеличилась на 40…45 % (рис. 2, б), а глубина (рис. 1, а), форма шва (рис. 2, а) схожа с полу- проплавления уменьшилась ~ в 3 раза.

а б Рис. 1. Форма сварочной ванны при различном положении прорези относительно направления сварки:

а – прорезь вдоль;

б – прорезь поперек;

электрод ЭВЛ-20, = 4 мм, ширина прорези (S) = 1 мм, Iд = 500А, lд = 3 мм, Vсв = 20 м/ч Безусловно, этот эффект наиболее выражен скорости 30 м/ч разница в размерах шва, по при сварке металла толщиной, близкой к пол- лученных от различно ориентированных проре ному проплавлению. При глубине проплавле- зей, уменьшается.

ния 1/3 толщины основного металла, а также а б Рис. 2. Форма проплавления при различном положении прорези относительно направления сварки:

а – прорезь вдоль;

б – прорезь поперек;

электрод ЭВЛ-20, = 4 мм, ширина прорези (S) = 1 мм, Iд = 500 А, lд = 3 мм, Vсв = 20 м/ч Причиной возникновения данного эффекта является различное распределение давления дуги и удельного теплового потока в перпенди кулярных диаметральных плоскостях (рис. 3).

В результате того, что распределение давления при расположении прорези поперек направле ния сварки (рис. 3, кривая 1) является более по логим и действует на большую площадь основ ного металла, ширина сварочной ванны увели чивается.

Форма проплавления при использовании электрода с прорезью на рабочем участке, ори- Рис. 3. Распределение давления на поверхность сварочной ентированной как вдоль, так и поперек направ- ванны при различном положении прорези относительно направления сварки:

ления сварки, практически не изменяется во 1 – прорезь поперек;

2 – прорезь вдоль;

электрод ЭВЛ-20, = 4 мм, всем диапазоне токов. ширина прорези (S) = 1 мм, Iд = 500 А, lд = 3 мм ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ Как видно из рис. 4, с ростом силы тока, плавления при расположении прорези по на глубина проплавления увеличивается практи- правлению сварки достигается при ширине чески линейно, ширина шва также возрастает, прорези 1 … 1,2 мм (рис. 6, кривая 3). Меньшее однако при больших значениях силы тока оста- значение S, по-видимому, не обеспечивает тре ется практически неизменной. Это объясняется буемой плотности тока на рабочем участке увеличением силового воздействия дуги и за- и достаточной стабилизации дуги в прорези, глубления ее в основной металл. в результате катодное пятно блуждает по тор цевым поверхностям. При значении S 1,2 мм силовое воздействие дугового разряда на ме талл сварочной ванны уменьшается, что приво дит к снижению глубины проплавления и уве личению ширины шва.

Увеличение значения S при сварке с распо ложением прорези поперек направления сварки приводит к повышению ширины шва (рис. 6, кривая 1) и уменьшению глубины проплавле ния. Таким образом, более широкая прорезь по зволяет добиться снижения и более равномер ного распределения давления дуги на поверх Рис. 4. Влияние силы тока дуги и скорости сварки на ширину ность сварочной ванны и, как следствие, мини (е) и глубину (h) проплавления: электрод с прорезью вдоль, мизации проплавления при максимальной ЭВЛ-20, = 4 мм, ширина прорези (S) = 1 мм, lд = 4 мм:

ширине шва.

1, 2 – e;

3, 4 – h;

1, 3 – Vсв = 15 м/ч;

2, 4 – Vсв = 25 м/ч Влияние высоты прорези на технологиче ские свойства дуги заключаются в обеспечении Длина дуги (напряжение) на высоких зна достаточной площади для катодных пятен. При чениях силы тока практически не влияет на малом значении высоты прорези и большом глубину проплавления. Этот факт хорошо из значении силы тока размеры катодного пятна вестен [2, 3], однако некоторое повышение все могут превысить площадь, образованную внут таки наблюдается при увеличении длины дуги ренними гранями, в этом случае наблюдается с 2 до 4 мм, (рис. 5, кривые 3, 4) что, по-види хаотичное блуждание катодного пятна по всей мому, связано с ростом общей мощности дуги поверхности рабочего участка электрода и не и увеличением силового воздействия.

стабильное горение дуги. Увеличение высоты Скорость сварки оказывает существенное прорези не приводит к изменениям технологи влияние на глубину проплавления (рис. 4, кри ческих характеристик дуги.

вые 2, 4). С ростом скорости сварки глубина проплавления быстро уменьшается, что обу словлено снижением величины погонной энер гии, вводимой в металл.

Влияние ширины прорези на размеры шва показано на рис. 6. Максимальная глубина про Рис. 6. Влияние ширины прорези (S) на геометрические размеры шва:

1 – ширина шва «e» (прорезь поперек);

2 – ширина шва «e» (про резь вдоль);

3 – глубина проплавления «h» (прорезь вдоль);

4 – глубина проплавления «h» (прорезь поперек);

электрод ЭВЛ-20, = 4 мм, Iд = 450 А, lд = 2 мм Рис. 5. Влияние длины дуги и скорости сварки на ширину Выводы (е) и глубину (h) проплавления: электрод с прорезью вдоль, 1. При различной ориентации прорези отно ЭВЛ-20, = 4 мм, ширина прорези (S) = 1 мм, Iд = 600 А:

сительно направления сварки глубина и шири 1, 2 – e;

3, 4 – h;

1, 3 – Vсв = 15 м/ч, 2, 4 – Vсв = 25 м/ч 114 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ 3. Технология электрической сварки металлов и спла на шва резко изменяются, это обусловливается вов плавлением / под ред. Б. Е. Патона. – М. : Машино эллиптическим распределением термосилового строение. – 1974. – 768 с.

воздействия дуги в перпендикулярных диамет- 4. Суздалев, И. В. Влияние параметров режима сварки ральных плоскостях, что, в свою очередь, по- на форму и размеры кратера сварочной ванны и толщину зволяет в значительной мере расширить техно- жидкой прослойки под дугой / И. В. Суздалев, Б. М. Бере зовский, В. К. Прохоров // Сварочное производство. – логические характеристики процесса сварки.

1988. – № 8. – С. 35–36.

2. Различная ширина и глубина прорези 5. Key, J. F. Anode/Cathode geometry and Shielding gas приводят к изменению геометрических пара- interrelationships in GTAW / J. F. Key // The Welding Jour метров шва вследствие изменения характера nal. – 1980. – № 12. – P. 364–370.

6. Ludwig, H. C. Current density and anode spot size in распределения термосилового воздействия дуги the gas tungsten arc / H. C. Ludwig // The Welding Journal. – на сварочную ванну.

1968. – № 5. – P. 234–240.

7. Savage, W. F. The Effect of Electrode Geometry in Gas БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК Tungsten-Arc Welding/ W. F. Savage, S. S. Strunck, Y. Ishika 1. Ерохин, А. А. Определение величины силового воз- wa // The Welding Journal. – 1965. – № 11. – P. 489–496.

действия дуги на расплавляемый металл / А. А. Ерохин // 8. Ерохин, А. А. Влияние геометрии вольфрамового ка Автоматическая сварка. – 1971. – № 11. – С. 62–64. тода на некоторые характеристики сварочной дуги и про 2. Ерохин, А. А. Основы сварки плавлением / А. А. Еро- плавление металла / А. А. Ерохин, В. А. Букаров, Ю. С. Ище хин. – М. : Машиностроение. – 1973. – 448 с. нко // Сварочное производство. – 1971. – № 12. – С. 17–19.

УДК 621.791.92:620. Г. Н. Соколов, А. А. Артемьев, И. В. Зорин, В. Б. Литвиненко-Арьков, Ю. Н. Дубцов, С. С. Сычева МОДИФИЦИРОВАНИЕ НАНОЧАСТИЦАМИ ТУГОПЛАВКИХ СОЕДИНЕНИЙ ТЕРМО- И ИЗНОСОСТОЙКИХ НАПЛАВЛЕННЫХ СПЛАВОВ* Волгоградский государственный технический университет e-mail: naplavka34@yandex.ru Исследована структура композиционных никелевых микрогранул, содержащих наночастицы карбонит рида TiCN. Показано влияние тугоплавких наночастиц на структуру и свойства термо- и износостойких ти пов наплавленного металла на основе железа, наплавленных аргонодуговым и элекрошлаковым способами.

Ключевые слова: наночастицы, карбонитрид титана, наплавленный металл, кристаллизация, структура, модифицирование, деформация, износостойкость.

The structure of composite nickel microbeads containing nanoparticles carbonitride TiCN is investigated. The effect of refractory nanoparticles on the structure and properties of heat-and wear-resistant type of weld metal on the basis of iron, argon-arc weld and elekroshlakovym ways is shown.

Keywords: nanoparticles, titanium carbonitride, tungsten monocarbide, weld metal, crystallization, structure, modification, deformation, wear resistance.

рирования наплавленного металла и сварных Введение * Известно, что модифицирование наночас- швов еще не созданы. Для этого требуется вы тиц тугоплавких химических соединений (НТХС) явить функциональные взаимосвязи между наплавленного металла и сварных швов НТХС формирующимися в реакционной зоне сварки способствует повышению их технологических высокотемпературными турбулентными тече и эксплуатационных свойств. Показана эффек- ниями ионизированного газа, металлического тивность модифицирования сварных швов жа- и шлакового расплавов и контролируемым до ропрочных [1] и углеродистых сплавов [2] при зированием в сварочную ванну материалов, со введении НТХС в сварочную ванну в процессе держащих НТХС. Не менее важной научно лазерной сварки, электронно-лучевой наплавки технической задачей является эксперименталь жаростойкими никелевыми сплавами [3], элек- ное подтверждение известной гипотезы о влия трошлаковой наплавки износостойкими и тер- нии наночастиц на физико-химические процес мостойкими сплавами [4, 5]. Однако теоретиче- сы кристаллизации, модифицирования и уп ские и технологические основы нанострукту- рочнения сплавов. Формирование системы та ких знаний даст возможность целенаправленно * Работа выполнена при финансовой поддержке управлять свойствами сварных соединений, РФФИ в рамках научных проектов № 13-08-01282а и 12 а также интенсифицировать разработку про 08-33103 мол_а_вед ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ мышленных технологий производства наиболее жил порошок никеля ПНЭ-1 (99,9 % Ni) с раз востребованных сварочных материалов (по- мером частиц до 60 мкм, в которые при совме крытых электродов, порошковых, композици- стной обработке в планетарной мельнице вне онных проволок и флюсов), что подтверждает дряли НТХС и получали композиционные актуальность настоящего исследования. никелевые гранулы (КНГ). Массовая доля нано Цель работы заключается в улучшении частиц TiCN в КНГ (рис. 1, б) составляла 30 %.

свойств наплавленного металла на основе рас- Изготавливали ПП диаметром 3 мм с обо крытия влияния НТХС, введенных в сварочные лочками из стали Св - 08КП. Содержание нано материалы, на формирование его структуры. порошка НТХС в проволоках варьировали в диапазоне 0,1–0,6 масс. %. Эти материалы Материалы и методы исследований обеспечивали при электрошлаковой наплавке В качестве нанодисперсных компонентов, и аргонодуговой сварке следующие типы наплав которые вводили в составы наполнителей по- ленного металла на основе железа: термически рошковых проволок (ПП), использовали поро- стойкий азотосодержащий – 15Х15Н4АМ3 и шок карбонитрида титана TiCN (рис. 1, а), состо- стойкий к абразивному изнашиванию компози ящий из частиц с размерами 80–500 нм [6, 7]. ционный металлокерамический – 200Х10Н4 + Материалом, транспортирующим НТХС, слу- 25 масс % микрочастиц TiB2.

TiCN Элемент масс.

C 2, N 1, O 0, Ti 20, Fe 1, C 0, Ni 73, а б Рис. 1. Сечение гранул никеля с внедренными в них наночастицами TiCN (а) и результаты анализа химического состава их поверхностного слоя (б);

Pt – нанесенный ионным пучком слой платины Структуру, микроморфологию и элементный проточной водой до температуры 50 °С. Крите состав наплавленного металла изучали метода- рием стойкости наплавленного металла к тер ми оптической (микроскоп Carl Zeiss Axiovert 40 мической усталости служило количество цик MAT) и электронной микроскопии (растровые лов теплосмен нагрев-охлаждение до появле электронные микроскопы Versa 3D, Quanta 3D ния видимых при четырехкратном оптическом FEG). Микрорентгеноспектральный анализ ме- увеличении трещин на поверхности сплава.

талла и нанокомпонентов проводили с исполь- Стойкость наплавленного металла к изнашива зованием энергодисперсионных спектрометров: нию закрепленным абразивом оценивали по кремний-дрейфового рентгеновского детектора потере массы испытуемых образцов и эталона INCA X-Max (Oxford Instruments) и кремний- (сталь 45 в отожженном состоянии).

литиевого – Genesis (EDAX Trident XM 4).

Результаты и их обсуждение Оценку сопротивления наплавленного ме талла деформированию производили при тем- Экспериментально установлено, что в ау пературах от 20 до 1250°С склерометрическими стенитно-мартенситной структуре сплава испытаниями образцов по методике [8]. 15Х15Н4АМ3, полученного аргонодуговой на Испытания экспериментальных сплавов на плавкой с использованием ПП, в наполнитель стойкость к образованию трещин термической которой введены наночастицы TiCN, много усталости выполняли по разработанной методи- кратно возросли количество и однородность ке, заключающейся в нагреве образцов с разме- распределения интерметаллических соедине ром 20208 мм до температуры 900 °С и 1200 °С ний, имеющих сферическую форму и размер в течение 50 с и последующем их охлаждении в диапазоне от 0,5 до 1,5 мкм (рис. 2). Эти вы 116 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ деления расположены преимущественно в цен- следует считать сферические микровыделения.

тральном объеме каждого зерна металла и ок- При исследовании выполненных ионным лучом ружены диффузионной зоной, в которой эле- их диаметральных сечений выявлены много ментный состав изменяется от максимального численные группировки наночастиц с размера до среднего его значения в матрице сплава. ми от 5 до 50 нм, расстояние между которыми Средний размер зерна в металле уменьшился изменяется в диапазоне 20–150 нм. Учитывая в 2,5 раза по сравнению с исходной структурой, размеры сфер, можно полагать, что количество а его высокотемпературные свойства повыси- наночастиц в них может составлять от несколь лись (рис. 3). Эффект улучшения его свойств ких сотен до нескольких тысяч. Энергодиспер можно объяснить формированием композици- сионный анализ группы наночастиц показал, онной структуры, главным элементом которой что в них содержится сера.

Рис. 2. Структура металла, модифицированного наночастицами TiCN (а), вид частицы в центре зерна (б), ее поперечное сечение (в) и химический состав (масс. %) (г) Эти результаты, согласующиеся с данными ет формирование в металле сферических выде [9], можно объяснить действием гидродинами- лений, вокруг которых формируются зерна.

ческих течений в металлических расплавах ка пель и сварочной ванны, способствующих ин тенсивному перемешиванию и увеличению изотермической выдержки в них наночастиц TiCN. В таких условиях карбонитриды частич но диссоциируют, легируя расплав продуктами распада. Сера под влиянием поверхностно адсорбционных сил в результате гетерофазного взаимодействия адсорбируется на поверхности а б оставшихся наночастиц, а затем с некоторым Рис. 3. Зависимость показателя k сопротивления пласти их количеством удаляется из расплава. При ческой деформации наплавленного металла (а) и его стой уменьшении интенсивности перемещения и пе- кости к образованию трещин термической усталости (б) реохлаждения металлического расплава вблизи от температуры T испытаний:

1 – 09Х14Н4АМ3Т+0,3TiCNнано;

2 – базовые составы без нанопо фронта кристаллизации группировки нанораз- рошков;

3 –DN-S WA ltd. (03Х13Н5К2АМВФСГ);

N – количество мерных формирований TiCN-S могут служить циклов до появления первой трещины гетерогенными центрами кристаллизации. Диф Исследованием влияния наночастиц карбо фузионная миграция в такие центры атомов на нитрида TiCN на структуру и свойства наплав иболее тугоплавких химических элементов (мо ленного ЭШН абразивностойкого сплава сис либдена, хрома, железа и никеля) обусловлива ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ темы Fe-Cr-Ni-Ti-C-B, армированного микро- лезохромистых боридов, карбидов и карбобо частицами диборида титана, установлено, что ридов, а объем эвтектической составляющей модифицирование оказывает существенное сплава увеличивается. Трансформация микро влияние на кристаллизационные процессы структуры практически не отражается на твер в сварочной ванне. Оно обусловливает изме- дости сплава (она возрастает с 51 до 53 HRC), нение морфологии, размеров и состава упроч- но вместе с тем двукратно (с 6 до 12,6) повы няющих фаз, инициирует выделение большого шается его относительная износостойкость по количества мелкодисперсных (0,8…6 мкм) со- сравнению с немодифицированным металлом.

единений титана (TiCN, TiC и TiN), равномер- Это почти в 5 раз превышает соответству но заполняющих весь объем матрицы сплава и ющий показатель одного из лучших про упрочняющих ее (рис. 4, а). При этом умень- мышленных сплавов, наплавленного стандар шается объемная доля, размеры и микротвер- тной проволокой АН-170М (тип металла дость (в среднем с 22 до 17 МПа) крупных же- 150Х15Р3Т2) [4].

Рис. 4. Микроструктуры (а, б) абразивностойкого сплава системы Fe-Cr-Ni-Ti-C-B, модифицированного наночастицами TiCN в количестве 0,6 масс. % и химический состав (в) в областях А, Б, В Так как температура плавления нанокри- наночастиц TiCN как центров кристаллизации.

сталлических частиц TiCN размером от 80 до Однако методами растровой электронной мик 500 нм понижена [10], то в перегретом метал- роскопии выявлено, что в сечении частиц кар лическом расплаве капель, формирующихся на бида TiC находятся включения размером от торце порошковой проволоки, наночастицы до 250 нм, в которых повышено содержание TiCN частично диссоциируют, что приводит кальция (рис. 4, б, в). Сопоставляя термодина к высвобождению азота и титана. Это подтвер- мические свойства соединений кальция и ре ждается появлением в эвтектической составля- зультаты энергодисперсионного анализа, мож ющей закристаллизовавшегося металла капель но предположить, что данные включения явля нитридов титана TiN с размерами 1…2 мкм. ются оксидами CaO либо CaTiO3. Вероятно, Небольшое количество нитридов TiN кубиче- ионы кальция и кислорода, являющиеся по ской формы с размерами 3…6 мкм содержится верхностно-активными элементами шлаковой и в наплавленном металле. Коагуляция и коа- системы флюса АНФ-6, с использованием ко лесценция наночастиц TiCN также приводит торого производилась ЭШН экспериментально к образованию колоний укрупненных до 1…3 мкм го сплава, адсорбируются на поверхности на выделений TiCN неправильной формы. Остав- ночастиц TiCN, находящихся в металлическом шиеся в сварочной ванне наночастицы, а также расплаве. При последующем его охлаждении кластеры карбонитрида TiCN могут служить образуются комплексы TiCN–CaO (либо TiCN– центрами кристаллизации для карбидов, нитри- CaTiO3), на которых кристаллизуются карбиды дов и карбонитридов титана, выделяющихся из TiC. Сера в области расположения наноразмер расплава. Активное формирование и рост но- ных частиц не обнаружена, что можно объяс вой фазы на упорядоченных структурах термо- нить активной десульфурацией металлов ка динамически стабильных наночастиц TiCN пель и сварочной ванны в процессе ЭШН.

объясняется изоморфностью кристаллических Вывод решеток указанных химических соединений.

Вместе с тем близость химического состава Наночастицы TiCN в железном расплаве и кристаллического строения соединений тита- сварочной ванны способны формироваться на затрудняет обнаружение и идентификацию в кластеры, в которые могут диффундировать 118 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ поверхностно активные сера, кислород, каль- 4. Артемьев, А. А. Влияние микрочастиц диборида ти тана и наночастиц карбонитрида титана на структуру и ций и адсорбироваться на поверхности наноча свойства наплавленного металла / А. А. Артемьев, Г. Н. Со стиц. В процессе кристаллизации металла в та- колов, В. И. Лысак // Металловедение и термическая об кие кластеры могут мигрировать элементы работка металлов. – 2011. – № 12. – С. 32–37.

с повышенной температурой плавления (мо- 5. Исследование структуры и свойств наплавленного либден, хром), что влияет на гетерогенизацию алюминида никеля Ni3Al, легированного нанодисперсны ми карбидами вольфрама / И. В. Зорин, Ю. Н. Дубцов, расплава по химическому составу и способст Г. Н. Соколов, В. И. Лысак, А. В. Самохин, Н. В. Алексе вует созданию концентрационного переохлаж- ев, Ю. В. Цветков // Перспективные материалы. – 2012. – дения в образованных сферических центрах, № 2. – С. 21–27.

вокруг которых формируются зерна модифи- 6. Самохин, А. В. Плазмохимические процессы созда цированного металла, обладающего повышен- ния нанодисперсных порошковых материалов / А. В. Са мохин, Н. В. Алексеев, Ю. В. Цветков // Химия высоких ными технологическими свойствами.

энергий. – 2006. – Т. 40. – № 2. – С. 120–126.

7. Цветков, Ю. В. Термическая плазма в нанотехно БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК логиях / Ю. В. Цветков // Наука в России. – 2006. – № 2. – 1. Еремин, Е. Н. Применение наночастиц тугоплавких С. 4–9.

соединений для повышения качества сварных соединений 8. Соколов, Г. Н. Диагностика износостойкости наплав из жаропрочных сплавов / Е. Н. Еремин // Омский науч ленного металла методом склерометрии / Г. Н. Соколов, ный вестник. – 2009. – № 3. – С. 63–67.

А. А. Артемьев, И. В. Зорин, В. И. Лысак, В. Б. Литвиненко 2. О применении нанодисперсных порошков туго Арьков // Сварка и диагностика. – 2012. – № 2. – С. 34–39.

плавких соединений в процессе лазерной сварки углеро дистых сталей / Е. Д. Головин. А. А. Батаев, А. Н. Черепа- 9. Анучкин, С. Н. Исследование взаимодействия нано нов, Л. К. Болотова // Российские нанотехнологии. – 2009. – размерных частиц тугоплавких соединений с поверхност Т. 2. – № 3–4. – С. 35–57. но-активным веществом в расплаве никеля. I. Гетерофаз 3. Модификация структуры порошковых покрытий на ное взаимодействие / С. Н. Анучкин, В. Т. Бурцев, А. В. Са никелевой и хромоникелевой основах введением наноча- мохин // Металлы. – 2010. – № 6. – С. 30–37.

стиц диборида титана при электронно-лучевой наплавке / 10. Григоров, И. Г. О зависимости температуры плав И. В. Степанова, С. В. Панин. В. Г. Дураков, М. А. Корча ления нанодисперсного карбонитрида титана от радиуса гин // Известия высших учебных заведений. Серия «По частиц / И. Г. Григоров, Ю. Г. Зайнулин // Преспективные рошковая металлургия и функциональные покрытия». – материалы. – 2007. – № 6. – С. 60–63.

2011. – № 1. – С. 68–74.

УДК 669.716:621. Л. М. Гуревич*, Л. В. Рагозин**, А. Н. Богомолов**, В. В. Плотников**, А. Н. Жоров**, О. С. Киселев * ИЗМЕНЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ ДЕФОРМИРУЕМЫХ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ ПРОИЗВОДСТВА ФИЛИАЛА «ВГАЗ-СУАЛ» ПРИ ГОМОГЕНИЗАЦИОННОМ ОТЖИГЕ * Волгоградский государственный технический университет ** ОАО «СУАЛ» филиал «ВгАЗ-СУАЛ»

е-mail: mv@vstu.ru В работе представлены результаты исследования микроструктуры цилиндрических слитков деформи руемых алюминиевых сплавов EN AW-6060, 6060T и 6063 производства филиала «ВгАЗ-СУАЛ» после го могенизационного нагрева различной продолжительности.

Ключевые слова: цилиндрические слитки, непрерывная разливка, гомогенизирующий отжиг, деформи руемые алюминиевые сплавы, интерметаллиды The results of the study of the microstructure cylindrical ingot of deformable aluminum alloys EN AW-6060, 6060T and 6063 production branch "VgAZ-SUAL" after homogenization heat of varying lengths are presented.

Keywords: cylindrical ingot, continuous casting, homogenizing annealing, wrought aluminum alloy, intermetallic.

Из деформируемых алюминиевых сплавов АД35 ГОСТ 4784–97, а в ЕЭС – сплавы EN на основе системы Al-Mg-Si (авиалей) произво- AW-6060, EN AW-6063.

дится более 90 % прессованных профилей бла- Суммарное содержание легирующих ком годаря хорошей коррозионной стойкости, кра- понентов в авиалях меньше, чем в дуралюми сивому внешнему виду после цветного аноди- нии и обычно колеблется в пределах от 1 до 2 %.

рования, высокой пластичности, возможности Как следует из диаграммы состояния Al–Mg–Si прессования со скоростью истечения до 50– [2], магний и кремний характеризуются низкой 70 м/мин [1]. В России типичными представи- переменной растворимостью в твердом алюми телями авиалей являются сплавы АД31, АД33, нии при температурах менее 200 °С, в связи ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ с чем сплавы при комнатной температуре име- Технологический процесс производства ци ют в равновесных условиях гетерогенную линдрических слитков в условиях филиала структуру с избыточными включениями Mg2Si. «ВгАЗ-СУАЛ» состоит из следующих основ Наличие в сплавах до 0,3 % мас. неизбежной ных операций: приготовление сплава, полуне примеси железа, практически не растворимой в прерывная разливка, обрезка торцов слитков, алюминии, приводит к образованию ряда избы- гомогенизационный отжиг и охлаждение слит точных фаз различной морфологии, наиболее ков по специальному режиму. В технологиче важными из которых являются: ской цепочке производства лимитирующей грубые пластины (иглы) -AlFeSi длиной производственные мощности операцией явля в десятки микрометров, которым обычно при- ется гомогенизационный отжиг, проходящий писывают химическую формулу Al5FeSi;

по согласованному с потребителями режиму:

более компактные включения -AlFeSi дли- нагрев до температуры 560 °С – 4 ч, выдержка ной несколько микрометров с выявляемой при при 560 °С – 4 ч. Операция нагрева слитков в пе электронно-микроскопическом анализе формой чи не может быть ускорена из-за ограниченной китайского шрифта или скелетов (рис. 1) [2, 3], мощности термического оборудования.

которым иногда приписывают стехиометриче- Исследование микроструктуры и свойств скую формулу Al8Fe2Si. проводилось на цилиндрических темплетах вы Присутствие в сплаве лежащих по границам сотой 20–40 мм, вырезанных из слитков спла ветвей дендритов твердого раствора Al(Mg, Si) вов системы Al–Mg–Si, предназначенных для хрупких вытянутых включений -AlFeSi резко дальнейшего получения строительных и деко снижает способность сплавов к экструдирова- ративных профилей методом экструзии (горя нию (приводит к увеличению давления прессо- чего прессования). Образцы сплавов были вания, ухудшению качества поверхности про- представлены как непосредственно после не филя и снижению стойкости прессующей осна- прерывной разливки, так и после отжигов дли стки). В связи с этим сплавы подвергают гомоге- тельностью от 2 до 4 ч с момента достижения низирующему отжигу, основной задачей кото- 560 °С (рис. 2). Химический состав образцов ис рого является трансформация железистых фаз – следованных сплавов приведен в табл. 1.

преобразование фазы -AlFeSi в -AlFeSi [4].

Режимы проведения гомогенизационного от жига не оптимизированы и могут сильно раз личаться для одного и того же сплава у разных производителей (обычно изотермическая выдер жка проводится при температурах 540–580 оС в течение 4–10 ч).

Рис. 2. Режим термической обработки исследованных образцов Макроструктуру проточенной торцевой по верхности темплетов, подвергнутой травлению в 15–20 % растворе гидроокиси натрия и по следующему осветлению в 30 %-ном водном растворе азотной кислоты, исследовали в соот ветствии с инструкцией И-12-16 «Макрокон троль слитков алюминиевых цилиндрических Рис. 1. Морфология -AlFeSi, выявленная при просвечи (ГОСТ 19437–81), слитков цилиндрических из вающей электронной микроскопии [3] сплава АД31 (ГОСТ 23855–79), слитков алюми ниевых плоских для проката (ГОСТ 9498–79)»

Целью настоящей работы является опреде ОАО «СУАЛ» филиал «ВгАЗ-СУАЛ». На мак ление минимально необходимой длительности рошлифах определялась плотность и однород гомогенизационного отжига цилиндрических ность структуры слитка, наличие раковин, тре слитков деформируемых алюминиевых сплавов щин, расслоений, пористости, шлаковых, окис EN AW-6060, 6060T и 6063, выпускаемых ОАО ных и других посторонних включений в соот «СУАЛ» филиал «ВгАЗ-СУАЛ».

120 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ ветствии с ГОСТ 1583–93 и ГОСТ 23855–79. ленной стали 5 мм, нагрузка 2,5 кН, для по Механические характеристики сплавов оцени- вышения точности измерений диаметр отпе вали по радиальному распределению твердости чатков определяли на инструментальном мик по Бринеллю по ГОСТ 9012–59 (шарик из зака- роскопе ММИ-2 с ценой деления 0,005 мм).

Таблица Химический состав образцов исследованных сплавов Химический состав, % масс.

Марка сплава Прочие Si Fe Cu Ti Mg Mn Zn Cr Al по EN AW Каждый Сумма 6063 0,42 0,19 0,001 0,008 0,499 0,016 0,005 0,001 ост 0,03 mах 0, 6060Т 0,53 0,19 0,001 0,007 0,389 0,025 0,005 0,001 ост 0,03 mах 0, 6060 0,48 0,18 0,001 0,008 0,532 0,002 0,005 0,001 ост 0,05 mах 0, Микроструктуру образцов, вырезанных из ска интерметаллидных фаз -AlFeSi и -AlFeSi периферийной, средней и центральной части ка- одинакова при травлении в различных реактивах, ждого темплета, исследовали на оптическом ме- их идентифицировали по морфологии: выделения таллографическом микроскопе «Olympus» BX61 -AlFeSi фазы – близкие к равноосным, выделе при увеличениях от 100 до 500 в нетравленом ния -AlFeSi – иглообразные, вытянутые с отно состоянии и после травления в течение 30–40 с шением длина/толщина 5. На микрошлифах в 0,5 %-ном водном растворе плавиковой кисло- определялась микротвердость поверхностного ты (99,5 % H2O, 0,5 % HF). Фотографирование крупнокристаллитного слоя и основного металла микроструктуры проводили цифровой фотокаме- слитка по ГОСТ 9450–76.

рой DP-12 с последующей обработкой электрон- Макроструктура всех исследованных тем ного изображения пакетом программ AnaliSyS. плетов (негомогенизированных и после отжи При исследовании оценивали параметры дендри- гов различной продолжительности) плотная тов;

толщину поверхностного крупнокристал- и однородная, раковин, трещин, расслоений, литного слоя;

форму, объемное содержание и пористости, шлаковых, окисных и других по размер интерметаллидных фаз;

наличие, характер сторонних включений не обнаружено (рис. 3).

распределения, объемное содержание и размеры Распределение твердости по Бринеллю ста силицида магния Mg2Si. В связи с тем, что окра- бильное по сечению слитка (рис. 4).

а в б Рис. 3. Макроструктура темплетов слитков:

а – EN AW-6063;

б – EN AW-6060Т;

в – EN AW- а б Рис. 4. Распределение твердости по Бринеллю в радиальном направлении в алюминиевых сплавах в негомогенизированном состояннии:

а – темплет сплава EN AW-6063;

б – темплет сплава EN AW- ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ После травления во всех исследованных об- ально обнаруживаемому изменению размера разцах выявлена характерная структура из ден- зерна сплавов (табл. 2).

дритных ячеек, декорированных выделениями интерметаллидов. Крупнозернистой ликваци онной зоны на поверхности полученных полу непрерывной разливкой слитков сплавов EN AW-6060, 6060T и 6063 не обнаружено (рис. 5), размер дендритной ячейки на поверхности со ответствует дендритному параметру в центре слитка. Использование модификатора (прутко вой лигатуры Al–Ti–B) обеспечило по всему сечению слитков получение 4–5-го номера раз мера зерна по шкале ГОСТ 21073.1–75 (сред ний диаметр дендритной ячейки 0,062–0,087 мм, 128–256 зерен на 1 мм2 площади шлифа). Про ведение гомогенизирующих отжигов продол- Рис. 5. Отсутствие крупнозернистой ликвационной жительностью от 2 до 4 ч не приводило к визу- зоны на периферии слитка (сплав EN AW-6063) (100) Таблица Параметры микроструктуры исследованных сплавов после гомогенизационных отжигов Доля интерметаллидных фаз, % об.

Продолжительность Максимальная длина Средний диаметр Сплав отжига, ч включений -AlFeSi, мкм дендритной ячейки, мм -AlFeSi -AlFeSi – 90–95 5–10 90 0, 6063 2 10 90 15 0, 4 10 90 15 0, – 90–95 5–10 70 0, 2 10 90 25 0, 6060Т 4 10 90 15 0, – 90–95 5–10 70 0,062–0, 6060 2 10 90 20 0,062–0, 4 10 90 18 0,062–0, Исследование распределения микротвердо- Отжиг с увеличенной продолжительностью сти не выявило различий в значениях подпо- (до 2,5;

3 и 4 ч) не приводил в представленных верхностных и глубинных слоев, то есть под- образцах сплавов к дополнительным изменени твердило отсутствие ликвационной зоны. ям микроструктуры и морфологии избыточных В микроструктуре негомогенизированных фаз: содержание -AlFeSi превышало 90 %, со сплавов EN AW-6060, 6060T и 6063 по грани- держание -AlFeSi до 10 % от общего объема цам дендритных ветвей располагаются выделе- интерметаллидных выделений. Максимальная ния -AlFeSi протяженностью 60–90 мкм (рис. длина сохранившихся включений -AlFeSi 6, а, в, д). Содержание кристаллов менее 1 % об. 18 мкм. Единичные выделения Mg2Si обнару После гомогенизирующего отжига в течение 2 ч живались лишь в отдельных полях зрения. Та во всех исследованных сплавах происходила ким образом, отжиг длительностью 2 ч с мо трансформация до 90 % вытянутых включений мента достижения заданной температуры садки (540–580 оС) приводил к трансформации мик -AlFeSi в более компактные -AlFeSi. Длина сохранившихся участков -AlFeSi не превыша- роструктуры до параметров, соответствующих ла 20 мкм (рис. 6, б, г, е). Единичные включе- требованиям потребителей и обеспечивающих ния Mg2Si присутствовали только в отдельных необходимую способность сплавов к экструди полях зрения. рованию.

122 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ а б в г д е Рис. 6. Морфология интерметаллидных выделений в литом состоянии (а, в, д) и после проведения гомогенизирующего отжига в течение 2 часов (б, г, е):

а, б – сплав EN AW-6063;

в, г – сплав EN AW-6060Т;

д, е – сплав EN AW-6060 (500) Выводы достижения заданной температуры садки по 1. Для исследованных цилиндрических слит- зволяет трансформировать до 90 % грубых пла ков сплавов EN AW-6060, 6060T и 6063, полу- стин интерметаллидных фаз -AlFeSi в более ченных полунепрерывной разливкой в услови- компактные -AlFeSi.

ях филиала «ВГАЗ-СУАЛ», проведение гомо- 2. Отжиг с увеличенной продолжительнос генизационного отжига в течение 2 ч с момента тью (до 2,5;

3 и 4 ч) не приводил в представлен ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ 2. Металловедение алюминия и его сплавов: справ.

ных образцах сплавов к дополнительным изме изд. / А. И. Беляев [и др.]. – М. : Металлургия, 1983. – 280 с.

нениям микроструктуры и морфологии избы 3. Electron Microscope Study in 6201 Aluminum Alloy точных фаз. of Al-Fe-Si Intermetallics / M. H. Mulazimoglu, A. Zaluska, J.

E. Gruzleski, and F. Paray // Metallurgical and Materials БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК Transactions A. 1996, vol. 27A. – P. 929–936.

4. Effect of casting and homogenizing treatment condi 1. Колачев, Б. А. Металловедение и термическая об- tions on the formation of Al–Fe–Si intermetallic compounds работка цветных металлов и сплавов : учеб. для вузов / in 6063 Al–Mg–Si alloys / H. Tanihata, T. Sugawara, K.

Б. А. Колачев, В. И. Елагин, В. А. Ливанов. – 4-е изд., пе- Matsuda, S. Ikeno // Journal of Materials Science, 1999, vol.

рераб. и доп. – М. : МИСИС, 2005. – 428 с. 34, is. 6. – P. 1205–1210.

УДК 621. Н. А. Зюбан, Д. В. Руцкий, Е. А. Косова, С. С. Коновалов ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ШНУРОВ ВНЕОСЕВОЙ ЛИКВАЦИИ В СЛИТКАХ ИЗМЕНЕННОЙ КОНФИГУРАЦИИ И РАЗЛИЧНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ОТЛИВКИ* Волгоградский государственный технический университет е-mail: rtecmat@vstu.ru, konovalov_ss1988@mail.ru В работе приводятся результаты исследования влияния изменения геометрии поддона литейной оснаст ки для отливки крупного кузнечного слитка, а также применения при отливке технологии инокулирования на формирование шнуров внеосевой ликвации и их геометрические характеристики.


Ключевые слова: слиток;

шнуры внеосевой ликвации;

выпуклый поддон;

инокулирование.

The paper gives the results of research of influence of geometry pallet casting tooling for casting the large forg ing ingot, and the use of technology of liquid-solid casting to form of strings off-center segregation and their geo metric characteristics.

Keywords: ingot;

the strings off-center segregation;

convex pallet;

liquid-solid casting.

Производство крупных слитков остается макроструктурах слитков, иногда сопровожда приоритетным направлением в современном ющиеся пористостью (рис. 1).

энергетическом, атомном и химическом маши ностроении, а их качество определяет уровень механических, служебных и эксплуатационных свойств получаемых из них изделий. Учитывая повышенные требования к надежности и безо пасности эксплуатации современных энергети ческих агрегатов, получение крупногабаритных качественных заготовок представляет сложную научную и техническую задачу, обусловленную особенностями кристаллизации больших масс металла. Данный процесс характеризуется мно жеством одновременно протекающих физиче ских, физико-химических, тепловых явлений, Рис. 1. Шнуры внеосевой ликвации в крупных слитках что приводит к образованию большого количе ства неконтролируемых внутренних дефектов Отрицательное воздействие этого дефекта металлургического характера, которые могут на механические свойства проявляется в резком наследоваться будущей поковкой и готовым снижении ударной вязкости вблизи ликвацион * изделием [1, 2]. ных шнуров, снижении усталостной прочности В связи с перераспределением примесей в металла, а также возможности выкрашивания процессе кристаллизации и одновременным при попадании шнура на поверхность изделия.

протеканием усадочных явлений при затверде- Отсутствие единой точки зрения на меха вании крупных слитков образуется зона вне- низм образования данного дефекта осложняет осевой химической неоднородности в виде поиск эффективных мер, направленных на по «шнуров» внеосевой ликвации, представляю- давление и возможное устранение этого опас щих собой участки повышенной травимости на ного явления. Учитывая, что внеосевавя ликва ция развивается в период кристаллизации ме * Работа выполнена в рамках гранта РФФИ (соглаше талла, воздействовать на нее можно с помощью ние №12-08-31328/12) и гранта МК-4034.2012.8.

124 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ теплофизических факторов, изменяя условия Объектом исследования являлись три ваку затвердевания слитков. Применение слитков умных слитка стали 38ХН3МФА массой 24,2 т, с измененной геометрией донной части («вы- один из которых отливался по штатной техно пуклым» поддоном) и использование инокули- логии (сравнительный слиток), второй – с во рования струи при вакуумной разливке металла гнутой донной частью («выпуклым» поддо создает реальные условия для управления ин- ном), масса слитка 22,5 т, и третий с примене тенсивностью и направлением теплоотвода нием инокулирования струи.

в процессе кристаллизации слитков [3,4]. Исследование проводилось по оцифрован Целью данной работы являлось исследова- ным копиям серных отпечатков с продольных ние особенностей расположения и распределе- осевых плит и заключалось в определении осо ния шнуров внеосевой ликвации, их геометри- бенностей расположения шнуров внеосевой ли ческие характеристики, выявление общих зако- квации, их диаметров и координат, по значени номерностей образования шнуров на основе ям которых определялись видимая длина каж изучения металла опытных и сравнительных дого шнура и угол наклона к оси слитка. Ре слитков. зультаты исследования приведены в таблице.

Геометрические параметры шнуров внеосевой ликвации в исследуемых слитках стали 38ХН3МФА Параметры ликвационных шнуров Тип слитка Кол-во шнуров на осевом Видимая Угол наклона к оси Диаметр, темплете, шт. длина, мм слитка, град. мм 20–149* 1–47 1– Обычной геометрии 63 9,3 5, С вогнутой донной ча- 11–204 2–31 1– стью 62,9 12 3, 14–213 1–35 1– Инокулированный 75,6 9,8 3, П р и м е ч а н и е. *Над чертой: минимальное значение – максимальное значение;

под чертой – среднее.

Из приведенных данных следует, что в опыт- сравнению с обычным больше на треть, а в ино ных слитках количество шнуров гораздо боль- кулированном слитке увеличение аналогичного ше, чем в слитке обычной геометрии. В слитке параметра невелико и составляет всего 5 %.

с вогнутой донной частью их в 1,7 раза больше, При этом интервал значений углов наклона а в инокулированном – в 2,5 раза. Средняя ви- шнуров к оси значительно шире в слитке обыч димая длина шнуров в обычном слитке и в слит- ной геометрии (в опытных слитках этот пара ке с вогнутой донной частью практически оди- метр меньше на 26–37 %).

накова. Интервал длин в опытном слитке шире Кроме количества шнуров самым важным в 1,5 раза (самый короткий шнур в опытном параметром является их диаметр, так как он ха слитке имеет длину около 1 см, что короче та- рактеризует размер дефектной зоны по сече кого же в слитке сравнения почти в 2 раза, нию слитка. Анализируя полученные данные, а длина самого протяженного шнура больше можно сказать, что в опытных слитках по срав аналогичного в обычном слитке на 37 % и со- нению с обычным средний диаметр шнуров ставляет почти 20,5 см). В инокулированном внеосевой ликвации меньше на 2 мм (35 %). Мак слитке средняя видимая длина шнуров по срав- симальный диаметр шнура уменьшился с 14 мм нению с остальными больше на 12,5 мм (20 %), до 10 мм (на 29 %) в слитке измененной гео а интервал значений длин практически совпа- метрии и до 7 мм (в 2 раза) в инокулированном.

дает с аналогичным параметром в слитке с во- Для более полного анализа полученных гнутой донной частью. данных была построена гистограмма распреде По результатам исследования угла наклона ления диаметров шнуров внеосевой ликвации шнуров внеосевой ликвации к вертикальной в исследуемых слитках (рис. 2). Анализируя оси можно сказать, что в опытных слитках полученную гистограмму, можно сказать, что шнуры располагаются более полого, причем в слитке обычной геометрии значительная в слитке с вогнутой донной частью это наибо- часть шнуров (60 %) имеет диаметр в интервале лее ярко выражено. Средний угол наклона шну- от 3 до 7 мм. В опытных слитках шнуры имеют ров к оси в слитке с измененной геометрией по гораздо меньшее сечение. В слитке измененной ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ геометрии 81 % шнуров имеют диаметр от 1 до полагается преимущественно в нижней поло 5 мм, а в инокулированном слитке количество вине, что свидетельствует о сосредоточении таких шнуров достигает 90 %. В обычном слит- большого количества ликватов в этих областях.

ке 22 % ликвационных шнуров имеют диаметр В результате в верхних горизонтах, затверде от 7 до 14 мм, в слитке с вогнутой донной ча- вающих последними, количество ликватов ста стью таких крупных шнуров всего лишь 6 %, а новится меньше, и образование шнуров ослож в инокулированном их нет вообще. няется, что проявляется в значительно меньшем Следует отметить характерную особенность их количестве, а значит, и в более равномерном для всех слитков: при движении от дна к под- распределении ликвирующих примесей по объ прибыльной части количество шнуров и их ему опытных слитков и стабилизации механи средний диаметр возрастают;

при движении от ческих свойств по длине и сечению готового поверхности к оси слитков количество шнуров изделия.

увеличивается, достигает максимума на рас- Применяя указанные методы управления стоянии –2/3 радиуса от поверхности, затем процессом кристаллизации стали можно обес уменьшается, а средний диаметр увеличивается печить формирование шнуров внеосевой лик практически непрерывно. Также обращает на вации на более ранних этапах кристаллизации.

себя внимание то, что в начале процесса за- Изменение формы поддона способствует ин твердевания средний диаметр шнуров по вы- тенсификации кристаллизационных процессов соте и сечению всех слитков практически оди- в нижней половине слитка, что обеспечивает наков. оптимальное расположение шнуров с более равномерным распределением ликвирующих примесей по объему слитка. Применение ино кулирования позволяет ускорить кристаллиза цию путем ввода дополнительных частиц теплостоков на всем протяжении процесса за полнения изложницы, то есть оказывать влия ние на весь объем слитка, а не только на его нижнюю половину. Предлагаемые методы управления ликвационными процессами явля ются технологичными, не требующими ради кального изменения технологии отливки слит ков и обеспечивающими высокое качество по лучаемых поковок.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК Рис. 2. Гистограмма распределения шнуров внеосевой ликвации по диаметру в исследуемых слитках 1. Шелухина, Ю. М. Исследование строения шнуров внеосевой ликвации в крупных слитках низколегирован Таким образом, проведенные исследования ных конструкционных сталей / Ю. М. Шелухина, С. И. Жу выявили значительные возможности управле- льев, Н. А. Зюбан // Известия ВолгГТУ : межвуз. сб. науч.

ния процессом формирования шнуров внеосе- ст. № 10(48) / ВолгГТУ. – Волгоград, 2008. – (Серия вой ликвации за сет изменения интенсивности «Проблемы материаловедения, сварки и прочности в ма и направления теплоотвода при затвердевании шиностроении» ;

вып. 2). – С. 136–138.

слитков с измененной геометрией донной части 2. Жульев, С. И. Производство и проблемы качества кузнечного слитка / С. И. Жульев, Н. А. Зюбан. – Волго («выпуклым» поддоном) и инокулированием град : РПК «Политехник», 2003. – 168 с.

струи. Эти возможности реализуются в измене 3. Ефимов, В. А. Разливка и кристаллизация стали / нии параметров, особенностей расположения В. А. Ефимов. – М. : Металлургия, 1976. – 552 с.


и геометрических характеристик образующихся 4. Зюбан, Н. А. Формирование внеосевой неоднород шнуров. ности кузнечного слитка с измененной геометрией донной Большая часть шнуров в опытных слитках части изложницы / Н. А. Зюбан, Д. В. Руцкий, С. Б. Гама имеет меньший диаметр, меньшую длину и рас- нюк, С. С. Коновалов // Металлург. – 2011. – № 6. – С. 65–68.

126 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ УДК 621.74.002.6:669. А. В. Кукса, Н. А. Кидалов, П. В. Рожков УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОРИСТЫХ ОТЛИВОК ВАКУУМНОЙ ПРОПИТКОЙ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА ЕГО РАБОТОСПОСОБНОСТИ Волгоградский государственный технический университет e-mail: mitlp@vstu.ru Приведена конструктивно-технологическая схема разработанного устройства (вытряхного кокиля) для изготовления пористых заготовок пропиткой металлическим расплавом засыпки плакированных гранул пе нополистирола. Проведенные испытания подтвердили его работоспособность. Получены образцы пористых силуминовых заготовок (отливок). Визуализация теплового воздействия расплава на гранулы пенополис тирола, плакированные упрочняющими оболочками, показала что при 300–400 °С и выше оболочки (скор лупки) пустые, сохраняют сферическую форму.

Ключевые слова: устройство для пропитки, гранула пенополистирола, плакиро-вание, упрочняющая обо лочка, образец пористой отливки, полые оболочки (сферы).

Given the structural and technological setup developed device (mold shake) for the manufacture of porous preforms impregnated molten metal filling clad polystyrene pellets. The tests confirmed that it is working. Samples of porous silumin pieces (castings). Visualization of heat exposure melt styrofoam pellets, clad reinforcing shells showed that the 300–400 °С and higher shells (shells) are empty retain a spherical shape.

Keywords: a device for impregnating, polystyrene bead, plating, reinforcing shell pattern porous castings, hol low shell (sphere).

Настоящая работа, являющаяся продолже- зующихся при термодеструкции пенополисти нием работы [1], посвящена разработке устрой- рола. С помощью шланга 11, надетого на шту ства для изготовления пористых отливок ваку- цер 5, устройство соединяется с вакуум-систе умной пропиткой, его экспериментальному оп- мой 12 (показана условно).

робованию при получении опытных образцов, моделированию (визуализации) теплового воз действия расплава на гранулы пенополистиро ла, плакированные упрочняющей оболочкой, используемые в качестве порообразователя-на полнителя.

На рис. 1 представлена конструктивно-тех нологическая схема разработанного устройства для изготовления пористых отливок [2], пред ставляющего собой специальный (вытряхной) кокиль, приспособленный для вакуумной про питки засыпки гранул пенополистирола, пла кированных упрочняющей оболочкой. Оно включает корпус 1, установленный на подстав ку 2. Сверху корпус 1 имеет съемную надстав ку 3 с литниковой воронкой. В нижней части корпуса 1 имеется вкладыш-днище 4 со штуце ром 5. Для предотвращения попадания гранул в штуцер отверстие в штуцере 5 перекрыто вставкой 6 с канавками-вентами 7 (промывни ками).

Рис. 1. Конструктивно-технологическая схема устройства (ко В полости корпуса 1 размещена засыпка 8 киля) для литья пористых заготовок вакуумной пропиткой:

гранул пенополистирола, плакированных уп- 1 – корпус;

2 – подставка;

3 – надставка с литниковой воронкой;

4 – вкладыш-днище;

5 – штуцер;

6 – вставка;

7 – канавка-вента;

рочняющей оболочкой 9, выполненной в виде 8 – засыпка плакированных гранул пенополистирола;

9 – упроч слоя жидкостекольного покрытия с добавкой няющая оболочка;

10 – отверстие;

11 – соединительный шланг;

ПАВ и дисперсного металлического порошка 12 – вакуум-система (изображена условно) или порошка огнеупорного материала. В верх На рис. 2 представлен фотоснимок кокиля, ней части корпуса 1 выполнено отверстие изготовленного согласно конструктивно-техно (газоотводной канал) для выхода газов, обра ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ логической схеме (рис. 1), для получения по- хода требует организация системы газоотвода ристых отливок вакуумной пропиткой в разо- при получении по данной технологии пористых бранном виде. Внутренние размеры корпуса заготовок больших размеров с целью обеспече кокиля: верхний диаметр – 55 мм, нижний – ния безопасных условий труда.

50 мм;

высота переменная от 110 до 80 мм (через На рис. 3. представлен фотоснимок получен 10 мм), регулируемая с помощью вкладышей. ных пористых пеноалю-миниевых заготовок.

а б в г Рис. 3. Фотоснимок полученных пористых заготовок Рис. 2. Фотоснимок устройства (кокиля) для из силумина:

получения пористых отливок в разобранном виде:

а, в, г – вид спереди, б – вид разреза, г – пористая заготовка, по 1 – корпус;

2 – вкладыш-днище со штуцером;

3 – вставка лученная из плакированных гранул пенополистирола dгр = 4–6 мм с канавками вентами;

4 – надставка с литниковой воронкой (остальные из гранул dгр = 2–4 мм) Перед заливкой кокиля расплавом произво- При стремительном быстротечном дозиро дили его сборку, для чего выполняли следую- ванном заполнении полости формы расплавом щие операции: устанавливали в предварительно и нагреве засыпки 8 упрочняющая оболочка окрашенный корпус 1 вкладыш-днище 4 со предохраняет гранулы пенополистирола от де штуцером 5, надевали на штуцер 5 соедини- формирования (расплющивания), разрушения тельный шланг 11, ставили корпус 1 на под- (раздавливания) и термодеструкции возникаю ставку 2, размещали в корпусе 1 засыпку 8 пла- щими динамическими и тепловыми нагрузка кированных гранул пенополистирола, устанав- ми. Под воздействием теплового фактора про ливали на корпус 1 надставку 3 с литниковой исходит упрочнение (спекание) жидкостеколь воронкой. ной оболочки.

Затем включали вакуум-систему (э/двига- Так как процессы, происходящие при ваку тель, вакуум-насос и вакуум-ресивер с мано- умной пропитке засыпки плакированных гра метром). При достижении в ресивере остаточ- нул пенополистирола в кокиле, скрыты от глаз ного давления 0,3–0,5 атм производили заливку наблюдателя, то для качественной (приближен кокиля силуминовым расплавом марки Ал5 (или ной) оценки изменений, происходящих в обо нестандартным) при температуре 730–750 °С. лочках и гранулах пенополистирола, прибегли Расплав под воздействием разности атмосфер- к моделированию (визуализации) теплового ного давления и разряжения в корпусе (давления воздействия на них залитого расплава.

в вакуум-ресивере) поступает в корпус и запол- Для этого приготовили гранулы двух видов, няет зазоры (несплошности) в засыпке между оболочки которых имели одинаковое жидко гранулами пенополистирола с упрочняющей стекольное покрытие, нанесенное пульвериза оболочкой. После затвердевания и охлаждения цией с обсыпкой разными дисперсными по заготовку извлекли из кокиля и отделили литни- рошками – алюминиевым и смесью оксидов ки. Кокиль перед заливкой не нагревали. алюминия и кремния.

При заливке расплавом кокиля с засыпкой Тепловую обработку (нагрев до температу более крупных гранул (dгр = 4–6 мм) пенополи- ры 700 °С) плакированных гранул проводили стирола с упрочняющей оболочкой под дейст- в фольговых коробках в лабораторной печи ПЛ вием вакуума замечены прорывы (хлопки) га- 20/12,5 (с регулируемым температурным режи зов в разъем между надставкой и корпусом, что мом) с отбором гранул через каждые 100 °С для свидетельствует об увеличении объема обра- осмотра. Чтобы осмотреть оболочки изнутри, зующихся газообразных продуктов термодест- их локально разрушали.

рукции, в связи с чем возникает необходимость На рис. 4 представлены фотоснимки плаки своевременного их удаления, дабы предотвра- рованных гранул до прокалки и прокаленных тить возможность выброса металла в разъем гранул (пустых оболочек) для трех интервалов или через литниковую воронку. Особого под- температур: 80–100 °С, 300–400 °С, 550–700 °С.

128 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ пористых заготовок вакуумной пропиткой под твердила его работоспособность. Впервые по лучены опытные образцы пористых отливок с использованием в качестве порообразователя засыпки гранул пенополистирола с упрочняю щей оболочкой. Плотность пористого силумина в заготовке 1,3–1,5 г/см3 (плотность алюминия 2,7 г/см3 dгр).

а б в г Моделирование (визуализация) показало, Рис. 4. Вид плакированных гранул и оболочек до и после что при тепловом воздействии расплава на пла прокалки:

кированные гранулы пенополистирола в резуль а – до прокалки;

б – при 80–100 °С;

в – 300–400 °С;

г – 550–700 °С (верхний ряд – обсыпка дисперсным порошком алюминия, ниж- тате термодеструкции полистирола они стано ний ряд – смесью глины и маршалита) вятся полыми оболочками (скорлупками), при этом сохраняют сферическую форму.

Как видно из рисунка, при 80–100 °С (рис. 4, б) в оболочках сохраняется (виден) пенополисти БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК рол, а при 300–400 °С (рис. 4, в) и 550–700 °С (рис. 4, г) его нет, что свидетельствует о термо- 1. Кукса, А.. В..Получение пористых литых заготовок ва деструкции пенополистирола, сопровождаю- куумной пропиткой с использованием в качестве порооб щейся образованием летучих веществ и проте- разователя гранулированного пенополистирола / А. В. Кук са, Н. А. Кидалов, П. В. Рожков, А. В. Торощин // Извес канием интенсивного газовыделения. Упроч тия ВолгГТУ : межвуз. сб. научн. ст. № 6 (109) / ВолгГТУ. – ненные прокалкой пустые оболочки (скорлуп- Волгоград, 2013. – (Серия «Проблемы материаловедения, ки) сохраняют, в большинстве своем, сфериче- сварки и прочности в машиностроении»;

вып. 7 ) – скую форму и тем самым способствуют фор- С. 115–119.

2. Пат. на полезную модель №128136 РФ, B22D 25/00.

мированию пористого строения заготовки при Устройство для изготовления пористых отливок вакуум пропитке расплавом засыпки плакированных ной пропиткой / Кукса А. В., Кидалов Н. А., Рожков П. В. ;

гранул пенополистирола. заявитель и патентообладатель Волгоградский государст Таким образом, экспериментальная провер- венный технический университет. – № 2012158182/02 ;

за ка разработанного устройства для изготовления явл. 28.12.2012 ;

опубл. 20.05.2013, Бюл. № 14.

УДК 621.742. Н. А Кидалов, Н. А Осипова, Ю. Н. Семерич ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕСЧАНО-ГЛИНИСТЫХ СМЕСЕЙ ПОВЫШЕННОЙ ЖИВУЧЕСТИ С ДОБАВКОЙ БИШОФИТА Волгоградский государственный технический университет e-mail: mv@vstu.ru В работе исследованы свойства формовочных песчано-глинистых смесей (ПГС), в которые с целью повышения живучести в качестве технологической добавки вводили водный раствор природного бишофита взамен воды в сравнении со свойствами ПГС с добавкой водного раствора CaCl2(MgCl26H2O). Резуль-таты исследований показали возможность замены воды бишофитом, при этом увеличение живучести ПГС с бишофитом до 4 ч и более при стабильности физико-механических и технологических свойств.

Ключевые слова: песчано-глинистая смесь, технологические добавки, отливка, живучесть.

In the properties of molding sand-clay mixtures (CBC), which in order to improve the survivability of a processing aid in an aqueous solution of natural bishofit substituting water in comparison with the properties of ASG supplemented with an aqueous solution of CaCl2 (MgCl26H2O). The results showed the possibility of replacing the water bishofit, thus increasing survivability CBC with bishofit to 4 hours or more for the stability of mechanical and technological properties.

Keywords: sand and clay mixture, processing aids, casting, vitality.

Получение высококачественных отливок тетическую систему, состоящую из огнеупор невозможно без применения песчано-глинис- ного наполнителя – формовочного песка (ГОСТ тых формовочных смесей (ПГС) со стабильны- 2138–93), связующего материала – огнеупорной ми свойствами. Формовочные песчано-глини- глины ГОСТ (28177–96), воды и специальных стые смеси представляют собой сложную син- технологических добавок (керосина, мазута, ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ ния (MgCl2H2O·6Н2О), очень хорошо растворя КО, глины в виде водно-глинистой суспензии ется в воде, поэтому добычу его из природного и др.) [1, 2]. Одним из важных свойств ПГС яв месторождения ведут методом подземного рас ляется живучесть – способность смеси сохра творения с последующим выкачиванием рас нять физико-механические и технологические твора на поверхность. Полученный таким обра свойства с момента изготовления до ее полного зом бишофит, как правило, имеет плотность использования. ПГС – типичное капиллярно 1,32 г/см пористое тело. Влага испаряется вследствие те Исследовались свойства песчано-глинистых пломассообмена между смесью и окружающим смесей, содержащих 8 массовых % бентонито воздухом. Процесс высыхания принято делить вой глины, 5 % воды, остальное до 100 массо на два основных периода: I – период постоян вых % кварцевого песка марки 1К2О202. Взамен ной скорости сушки, сопровождающийся быст воды в смесь вводилось 5 % насыщенного вод рым снижением общего влагосодержания. За ного раствора CaCl2 и такого же количества тем с некоторой критической точки скорость бишофита взамен воды. Составы смесей пред испарения уменьшается, доходя до 0 при вы ставлены в табл. 2.

равнивании парциальных давлений пара над смесью и в окружающем воздухе (II – второй Таблица период). Достигнутую к этому моменту влаж Состав исследуемых ПГС (с бишофитом) ность смеси называют равновесной. Очевидно, полной стабилизации влаги в смеси можно дос- Составляющие смеси, масс. % тичь при равенстве исходного и равновесного Шифр Глина Песок СаСl2 Бишофит влагосодержания. Смесь с неизменной во вре- смеси бентонитовая Вода 1,315 г/cм3 1,32 г/см 1К315Б мени влажностью будет иметь неограниченную БП1Т живучесть. Стабилизация влажности, а следо- 1 92 8 5 – – вательно, и других технологических свойств 2 92 8 – 5 – смесей, достигается вводом в их состав доба 3 92 8 – – вок, резко уменьшающих испарение влаги в ок ружающую среду, вплоть до полного подавле Порядок приготовления смесей: в катковый ния этого процесса [3]. Добавки должны быть смеситель загружают огнеупорный наполни недорогими, недефицитными, нетоксичными, тель (кварцевый песок1К2О202), перемешивают технологичными при вводе в смесь. Наиболее 10 с, добавляют глину, время перемешивания полно этим требованиям отвечают гигроско 2 мин, после чего добавляют воду или водный пичные соли – хлориды щелочных и щелочно раствор CaCl2 или бишофита, время перемеши земельных металлов: CaCl2, NaCl. Известно ве вания 8 мин, после чего смесь готова для про дение в ПГС водного раствора CaCl2 равновес ведения исследований. Определяли следующие ной концентрации вместо воды для стабили свойства смесей: влажность, газопроницае зации свойств и повышения живучести [4].

мость, предел прочности на сжатие во влажном В качестве технологической добавки взамен состоянии, текучесть, предел прочности на из CaCl2 в ПГС вводили бишофит (табл.1). Бишо гиб, осыпаемость по стандартным методикам.

фит – это природный шестиводый хлорид маг Указанные свойства определялись сразу по сле изготовления смеси и через 1, 2, 3 и 4 ч.

Таблица Живучесть смеси оценивалась временем, в те Состав бишофита чение которого смесь сохраняет свои свойства.

Наименование составляющих Кол-во состав. масс. % В табл. 3 и 4 и на рис. 1–3 приведены физико механические и технологические свойства ис Хлорил магния 21,01–52, следуемых ПГС. Полученные результаты ис Бромид магния 0,37–0, следования показывают, что ПГС без добавок Хлорид кальция 0,20–0, сохраняет влажность в течение 2 ч, после чего Хлорид калия 0,08–0,20 влажность падает с 4 до 3 %;

газопроницае мость незначительно увеличивается 230 до 250, Сульфат кальция 0,03–0, прочность на сжатие во влажном состоянии Карбонат кальция 0,02–0, практически не изменяется с течением времени, Бикарбонат кальция 0,01–0, текучесть снижается (с 36 до 25 %), пластиче Окись бария 0,002–0, ские свойства, характеризуемые прочностью на Вода Остальное изгиб, незначительно повышаются (с 0,22 до 130 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ 0,27), осыпаемость возрастает (0,13 до 0,2 %). честь практически 2 ч обладая при этом опре Таким образом, ПГС без добавок имеет живу- деленными свойствами.

а б в Рис. 1. Физико-механические свойства формовочных смесей:

а – влажность;

б – газопроницаемость;

в – прочность на сжатие по сырому а б в Рис. 2. Технологические свойства формовочных смесей:

а – текучесть;

б – прочность на изгиб;

в – осыпаемость Таблица Физико-механические свойства исследуемых ПГС Прочность на сжатие во влажном Газопроницаемость, см4/г·с Влажность, % состоянии · 105 Па Шифр через, ч через, ч через, ч смеси сразу сразу сразу 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 1 4 4 4 3 3 230 240 245 250 250 0,65 0,65 0,66 0,67 0, 2 3 3 3 3 3 260 250 250 250 250 0,55 0,69 0,72 0,65 0, 3 3 3 3 3 3 230 230 230 230 230 0,54 0,55 0,60 0,65 0, ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ Таблица Технологические свойства исследуемых ПГС Текучесть, % Прочность на изгиб Осыпаемость, % Шифр через, ч через, ч через, ч смеси сразу сразу сразу 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 1 36 35 31 27 25 0,22 0,23 0,24 0,25 0,27 0,13 0,100 0,100 0,130 0, 2 13 21 23 29 30 0,25 0,25 0,26 0,24 0,24 0,06 0,060 0,060 0,060 0, 3 15 16 18 20 22 0,24 0,23 0,22 0,24 0,26 0,06 0,066 0,067 0,068 0, Исследование свойств ПГС с технологиче- изготовлении стандартных образцов. Разрабо ской добавкой CaCl2 указывает на увеличение танный состав с бишофитом хранился 10 дней живучести смеси, влажность смеси 3 % сохра- в естественных условиях, при этом свойства его няется в течение 4 ч, при этом прочность на не изменились, влажность осталась 3 %. ПГС сжатие во влажном состоянии повышается использовали для изготовления литейной фор в течение 2 ч хранения с 0,55 до 0,72·105 Па, мы и последующей заливки ее серым чугуном.

при дальнейшем хранении смеси прочность со- Часть формы изготавливалась из ПГС с водой храняется в пределах 0,6–0,65·105·Па;

текучесть вместо бишофита (табл. 1, шифр 1). На рис. увеличивается 13 до 30 %, а осыпаемость нахо- представлена отливка, верхняя часть которой за дится на постоянном уровне 0,06–0,069 %, что лита в ПГС с водой, а нижняя – в ПГС с бишофи в три раза меньше по сравнению с ПГС с до- том. Как видно, с нижней части отливки легче бавками воды. ПГС с CaCl2 хорошо формуется, отделяется пригар по сравнению с верхней.

пластичная, но по сравнению с ПГСна воде бо- Таким образом, разработан состав ПГС с но лее рассыпчатая. вой технологической добавкой-бишофитом, по Исследуемая ПГС с бишофитом аналогично вышающей живучесть смесей, который реко ПГС с CaCl2 не теряет влажность (3 %), газо- мендуется для производственных испытаний проницаемость (230 ед.) в течение 4 ч, проч- в литейном производстве. Использование при ность также повышается с 0,54 до 0,65·105 Па, родного бишофита расширяет ассортимент не при этом имеет постоянную осыпаемость (0,06– органических технологических добавок для ПГС, 0,068 %), текучесть повышается с 15 до 22 %. что выгодно отличает его от других используе Смесь очень хорошо формуется, пластичная, мых в литейном производстве добавок высоки не прилипает к модельно-технологической ос- ми технологическими свойствами ПГС, стои настке, что обеспечивает четкий отпечаток при мостью и богатой природной сырьевой базой.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Влияние химических добавок DOLAFLUX SP 11, DOLAPIX PC 67, DOLAPIX DH 6 на вязкость водно-гли нистых суспензий / А. С. Князева, Н. А. Кидалов, Н. А. Оси пова, Ю. Баст // Заготовительные производства в машино строении. – 2013. – № 1. – C. 8–10.

2. Высококонцентрированные водно-глинистые сус пензии / В. П. Бычков, Н. А. Осипова, Н. А. Кидалов, Н. Б. Зубкова // Литейное производство. – 2000. – № 4. – C. 20–21.

3. Лыков, А. В. Теория сушки / А. В. Лыков. – М. Энер гия, 1968. – 465 с.



Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.