Разработка экономной технологии получения и термической обработки кокильных отливок из алюминиевых сплавов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.01, кандидат технических наук Чечушкин, Павел Григорьевич

• Чечушкин, Павел Григорьевич
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Чечушкин, Павел Григорьевич

ВВЕДЕНИЕ.

ОСОБЕННОСТИ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ И ПРОБЛЕМА РАЗРАБОТКИ МАТЕРИАЛО- И ЭНЕРГОЭКОНОМНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПОЛУЧЕНИЯ

ОТЛИВОК В кокилях.

Некоторые существующие технологии получения отливок на автоматизированных кокильных машинах.

Структурные особенности сплавов и виды брака при получении отливок по существующей технологии.

Предпосылки проведения исследований.

Цели и задачи исследований.

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ ОХЛАЖДЕНИЯ ЛИТЫХ ЗАГОТОВОК НА ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ

И СВОЙСТВ.

Методические вопросы исследований.

Результаты исследований влияния параметров охлаждения при кристаллизации и режимов термической обработки на структуру и свойства алюминиевых сплавов.

Особенности структуры и свойств сплавов в литом состоянии . . Формирование структуры и свойств при термической обработке . Особенности влияния на структуру и свойства сплавов высокоскоростной кристаллизации. Особенности формирования свойств отливок, получаемых литьем в кокиль и литьем под давлением, а также быстрозатвердевших сплавов.

РАСЧЕТ И ОПТИМИЗАЦИЯ ЛИТНИКОВОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ОТЛИВКИ «ГОЛОВКА БЛОКА ЦИЛИНДРОВ».

Об особенностях разработанной литниковой системы.

Расчет литниковой системы.

РЕЗУЛЬТАТЫ РАЗРАБОТКИ И ПРОМЫШЛЕННОЙ АПРОБАЦИИ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ОТЛИВОК ГОЛОВКИ

БЛОКА ЦИЛИНДРОВ МОДЕЛЕЙ ВАЗ 21011 И 2108.

Заключение диссертации по теме «Материаловедение (по отраслям)», Чечушкин, Павел Григорьевич

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Обобщение выполненных теоретических и экспериментальных исследований позволило научно обосновать технологические и конструкционные решения, направленные на снижение расхода металла, повышение производительности оборудования, сокращение длительности термической обработки и улучшение свойств сплавов в процессе получения и тепловой обработки кокильных отливок из алюминиевых сплавов.

Установлены и уточнены закономерности формирования структуры и свойств алюминиевых сплавов при осуществлении регламентированно ускоренного охлаждения литой заготовки при кристаллизации и после ее завершения, позволяющие активизировать необходимые структурные превращения при последующей термической обработке.

2. Увеличение скорости послекристаллизационного охлаждения (например, замена воздушного охлаждения на охлаждение в воде) при проведении кристаллизации в песчаных формах, в формах, помещенных в печи с разными температурами, кокилях приводит в увеличению количества избыточных фаз кристаллизационного происхождения в виде прослоек по границам дендритных ячеек, особенно при ускоренном извлечении отливки из формы.

3. Повышенная степень неравновесности структуры сплава, сформированная при ускоренном послекристаллизационном охлаждении, приводит к интенсификации растворения избыточных фаз при последующих гомогенизирующих обработках, а также повышению интенсивности и степени распада при искусственном старении. Время выдержки при старении может быть сокращено в 1,5-2 раза.

В ряде случаев установлен сложный немонотонный характер изменения свойств при старении при 190-200°С.

137

В ускоренно охлажденных отливках (сплавы А/19, АК6М2, АК9) достигнуто повышение характеристик прочности (ав на 10-100 МПа), пластичности (5 на 1-1,5%), ударной вязкости (КСи на 0,2 - 0,3 МДж/м2).

4. Установлено, что при реализации литья под давлением в участках заготовок, где действовали гидравлические напряжения сжатия или высока степень турбулентности потока расплава, скорость распада при старении закаленного сплава понижена.

5. Предложены режимы ТЦО литых алюминиевых сплавов - в варианте кратных закалочных циклов, интенсифицирующие растворение избыточных фаз кристаллизационного происхождения, уменьшающие пористость и измельчающие зерно, формирующие дисперсные частицы интерметаллидов переходных металлов. Установлены особенности изменения состава фаз и дислокационной структуры при ТЦО.

6. Разработана математическая модель функционирования системы «кокиль с проточным охладителем - отливка», которая учитывает нелинейные эффекты теплообмена, наличие термического сопротивления на границе контакта отливка - кокиль, возможность фазовых переходов в проточном охладителе, а также теплоту кристаллизации сплава отливки и цикличность теплообмена.

В результате решения задачи и выполненных расчетов проведены оценки изменения температуры поверхности отливки и кокиля в процессе кристаллизации, длительности затвердевания и параметров литниковой системы специальной конструкции, позволяющей, осуществляя заливку сверху, формировать процесс получения литых заготовок с пониженным расходом металла. В частности, расчеты показывают, что для толщин стенок отливки порядка 0,001 - 0,003 м площадь сечения питателя должны быть не меньше 400 мм2. Результаты расчетов подтверждены результатами реализации экспериментальных программ.

138

7. Использование схемы заливки расплава сверху (апробировано при получении промышленных партий отливок головки блока цилиндров для моделей ВАЗ 21011 и ВАЗ 2108) позволяет обеспечить уменьшение высоты прибыльной части литой заготовки с 70 мм до 20-40 мм, повысить производительность литейных карусельных машин ~ на 20%, обеспечить повышение уровня твердости (НВ на 2-10 ед.) и прочности (ав выше на 15-60 МПа).

139

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Чечушкин, Павел Григорьевич, 1999 год

1. Kurihara Yuki. The role of aluminium in automotive weight reduction. P II //JOM: J.Miner, Metals and Mater. Soc.-1994.-46, N2,- p.33-35.

2. Brandt Yale M. The growing use of aluminium in today's automobiles // Light Metal Age.-1994.-52, N9-10.-p.88-80.

3. The increasing use of aluminium in automotive applications / Brown Kevin R., Venie Michaels, Woods Ralph A. // JOM: J.Miner, Metals and Mater. Soc.-1995.-47, N7.-p.20-23.

4. Les emplois de raluminium sedeveloppent dans I'industrie automobile // Hommes et fonderie.-1994.-N247.-p.23-24.

5. Anyadike Nnamdi. Aluminium makes inroads into automobile sector but is not un challenged // Metal Bull. Mon.-1996.-Ndec.-p.88-89.

6. Brown Robert. Automotive aluminium continues to make big news // Light Metal Age.-1994.-52, N11-12.-p.62-64.

7. Le Gal J. Founderite et automobile: Ten dances futures // Hommes et fonderie.-1994.-N247.-p. 17-19.

8. Hino Mitsuo. Trends in Passenger Car aluminization / /Kobe seiko giho = Kobe Steel Eng. Repts.-1997.-47, N2.-p.2-5.

9. Lessiter Michael J. An aluminium scrap gap ? Experts say no need for worry//Mod.Cast.-1997.-87, N2 .-p.60-61.

10. Kalhofer E. Alumunium im Fahrzeug // Werkstatt und Betr. -1997.-130, N6.-p.479.

11. Wrigley A. Aluminium intensive Lincoln coming // Autom. Manuf. And Prod. Automot. Prod..-1997.-109, N8.-p.26-28.

12. Применение алюминиевых сплавов в автомобилестроении.4.1 (обзор) //Автомобильная промышленность США.-1993.-№4.-с. 18-23.

13. Постников Н.С. Упрочнение алюминиевых сплавов и отливок. -М.:Металлургия, 1983.-156 с.

14. Eintlub der Reinigung von Aluminium schmelzen mit einem Wirbier aut die Dauerwechselfestig Keit von Druck gub / Jaunich H., Klein F,. Szimon H.-// Geisser /-Prax.-1991.-N18.-p.297-303.140

15. Курдюмов A.B., Базлова Т.А. О возможности повышения пластичности вторичных силуминов фильтрованием расплава // Литейное производст-ВО.-1991,-№8.-с.7-8.

16. Lewis К. Control of Hardspot Inclusions in Aluminium Die Casting // Die Cast. Eng.-1991.-35, N1.-p. 18-22.

17. Filtration techniken und Behandlungs verfahren bei Aluminium gub / Devaux H, Heibel D., Richard M. //Giesserei Rdsch.-1990.-37, N11-12.-p.5-11.

18. Астаулов B.C. Технология приготовления алюминиевых сплавов повышенной чистоты //Литейное производство.-1990.-№11.-с.31-32.

19. Белова C.B., Миляев А.Ф. Выбор флюса для рафинирования сплавов группы АК // В сб. «Прогрессивные технологии изготовления форм и стрежней для производства отливок» Челябинск, 1990.-C.80-81.

20. Кучаев A.A., Руденко Н.Г. Влияние вращающего магнитного поля на дегазацию жидких алюминиевых сплавов // Литейное производство 1990.-№11.-с. 13-14.

21. Das +GF+ Alu Pur system: Naber therm hat die Lizenz // Giesserei Rdsch.-1991.-38, N3-4.-P.13-14.

22. Aufteilung des Volumendefizites beim Druckgie ben unter Verwendung von Vakuum / Schidelbacher Gerhard, Czikel Jozeph, Nechtelberger Erich // Giesserei.-1991.-78, N19.-p.685-690.

23. Промышленные алюминиевые сплавы: Справ. Изд. / Алиев С.Г., Альтман М.Б., Амборцумян С.М. и др.-М.:Металлургия, 1984.-528 с.

24. Алюминиевые сплавы: Плавка и литье алюминиевых сплавов / Альтман М.Б., Андреев А.Д., Белоусов H.H. и др.- М.:Металлургия, 1970.-416 с.

25. Тимофеев Г.И. Механика сплавов при кристаллизации слитков и от-л ивок.-М. :Металлургия, 1977.-160с.

26. Лебедев В.М., Мельников A.B., Николаенко В.В. Отливки из алюминиевых сплавов.-М.Машиностроение, 1970.-216с.

27. Литье в кокиль / Бураков С.Л., Вестник А.И., Дубинин Н.П. и др.-М.Машиностроение, 1980.-415с.

28. Mold casting process and apparatus, and method for producing mechanical parts: Пат. 4971134, США, МКИ B22D99/01/, Kawaguchi Masatoshi,141

29. Tajima Norio, Hatanaka Setsumi.-№143625. Заявл. 13.06.89.Опубл.20.11.90.

30. Sugijama Yoshio, Iwahori Hiroaki, Yonekura Koji, Yamamoto Yoshiaki // Foundrymen's Soc.-1990.-62, N5.-p.370-375.

31. Sandford P., Dawson W.A. The optimisation of yield in gravity die castings // Foundrymun.-1991.-84, N5.-p.216-219.

32. Ohmi Tatsuya, Tanaka Yasuhiro, Kidoh Masayuki // Хоккайдо дайчаку когакубу кэнкю хококу =Bull. Fac. Eng. Hokkaido Univ.-1991.-156.-p.4-10.

33. Anomalie de grain en zone corticale supérieure de pieces moul'ees en Al-Si / Hiebel D., Menard G., Richard M. Il Fouderie: Founder aujourdhui.-1990.-N99.-p.32-38.

34. Ohaka Tocuo II Rept Ree: Group Fundam Study Dev Adv Allajs Solidif. Process Osaka, 1990.—p.135-142.

35. Bi.Y.I.Loretto M.H. Analytical electron microscopy study of rapidly solidified Al-V 1,5% am 5 alloy // EUREM 88: Proc.9th Eur. Congr. Electron Microsc. York,, 4-9 sept., 1988. Vol.2. Bristol, Philadelphia, 1988.-p.191-192.

36. Kinder Joachim, Arzt. Eduard. Microstructure and phase compositions in high strength aluminium alloys produced by splatcooling technique. // Z. Metallk.-1991.-82, N7.-p.503-509.

37. Study of melt spun Al-Cu ribbons on aging / Bastawros A.M., EI.Labuny H.M.,Said M.Z.//Indian J. Pure and Appl. Phys.-1991.-29, N1.-p.22-26.

38. Formability of recycled aluminium advantage of rapid solidification process / Sille Kens W.Y., Dautzenberg S.H., Kais J.A.G. // CIPP Ann.-1990.-39. N1.-p.287-290.

39. Heat resistant aluminium alloy excellent in tensile strength ductility and fatigue strength: Заявка США №4992117, МКИ C22C1100 / Okubo Yoshimasa, Shibue Kuzuhisa, Yoshida Hideo; Sumimoto Light Metal Ind. Ltd, Tokyo, Japan.-№340124.

40. Optimum quenching condition for the formation of the osahedral phase in AL-Cu-Fe alloys / Ochin P., Quivy A., Dezellus A., Poynjt S., Guibert S.P. // Scr. Met. Et, Mater.-1991.-25, N8.-p.182.

41. Ductility and dynamic strain aging in rapidly solidified aluminum alloys / Bouchod E., Kubin L., Octor H. // Met. Trans. A.-1991.-22, N5.-p.1021-1028.142

42. Михаленков K.B., Могилатенко В.Г. Модифицирование вторичных литейных сплавов частицами нитрида титана // Прогрессивные литейные технологии и материалы / АН УССР. Институт проблем литья. -Киев, 1990.-с.69-73.

43. Molten metall processing of advanced cast aluminum alloys / Shivkumar S„ Wang L., Apelian D. //Tom.-1991.-43, N1.-p.26-28.

44. Liu Bing yi /Чжнцзо = Foundry.-1991.-N2.-p.18-21.

45. Куцова В.З. Исследования структуры, фазового состава и механических свойств сплава AJ1-4, модифицированного лигатурой Al-Si-Sr.// Литейное производство. 1991.-№8.-с. 8-10.

46. Способ получения Al-Si сплава. Заявка 2-141544. Япония, МКИ С22С1/02. / Исидзуки Сатору; Судзуки дзидося когё к. к. -№63 -296955. Заявл. 24.11.88. Опубл. 30.05.90. Кокай Токкё Кохо. Сер. 3. -1990. -37. С. 267-270.

47. Батышев А.И., Безналько В.И. и др. Затвердевание отливок из высокопрочных алюминиевых сплавов под давлением.// Литейное производство. 1990.-№11. с. 8-18.

48. Perfectionnement au procede demoulage a mousse perdue et sous pression de picces memallgues: Заявка 2651453. Франция, МКИ В22С9104/ Garat Michel, Aluminium Pechiney №8911943; Заявл. 07.09.89; Опубл. 08.03.91.

49. Rover buys ultrasel MX to impregnate «К» Series castings//Found ryman 1990.-83, №10.-p. 437.

50. Пропитка пористых отливок. Poroser Gub Kein Problem/Maldener H.//Fertigung stechn. und Betr. -1990. -40, №7. -p. 424 -425.• 143

51. Крук С.И. Высокотемпературная газостатическая обработка отливок из алюминиевых сплавов // Литейное производство. -1991. -№3. -с. 9-10.

52. Сплав Al-Si и его изготовление. Заявка 2159388. Япония, МКИ С22С21/02/ Домато Осаму, Савахиса Эйитиро, Мори Сюхей; К.К.Кобэ сейсо-сё токкё кохо. Сер. 3(4) 1990, 42. -с. 195-198.

53. Aluminium alloys 443 (Restricted copper content die casting alloy) // Alloy Dig.-1991.-Apr. p. 3-4.

54. Hypereutectic aluminium Silicon alloy: Пат. 4869428 США, МКИ C22C21/00 / Donahue Raymond S., Hesterberg William G., Clery Terrance. M.: Brunswick Corp. №339082, Заявл. 14.04.89. Опубл. 13.11.90.

55. Prozebent Wicklung des Feingiebens von Aluminium Lithium Legierungen sowie Untersuchung ihzer giebtechnisehen und mechunischen Eigenschaften / Bofarini C., Sahm P.R. // Giesser Forsch. -1991.-43. №2. p. 74-83.

56. A.c. №1636467. Литейный сплав на основе AI / Алексеев B.B. и др. -№4480711/02. Заявл. 12.09.88; Опубл. 23.03.91. Бюл. №11.

57. Kehoe F.R., Chadwick G.A. Mechanical and physical properties of squeeze cast aluminium metalmatrix composites containing 5-30% Saffil // Mater. Sei. and Eng. A. -1991. -135. -p. 209-212.

58. Shindel bacher G., Czikel J. Verarbeitung und Eigenschaften der mit SiC Teilchen verstärkten legierung A380 // Giesserei Rdsch. -1991. -38, №5-6. -p. 10-14.

59. Муратов B.C. Особенности формирования структуры и свойств алюминиевых сплавов при форсированных режимах термической и деформационной обработок. -Самара: Самар.гос.техн.ун-т, 1995. -184 с.

60. Хирш П., Хови А., Николсон Р., Пэшли Д., Уэлан М. Электронная микроскопия тонких кристаллов. -М.: Мир. 1968. -574 с.

61. Утевский J1.M. Дифракционная электронная микроскопия в металловедении. -М.: Металлургия, 1973. -528 с.

62. Пшеничников Ю.П. Выявление тонкой структуры кристаллов: Справочник. -М.: Металлургия, 1961. -863 с.

63. Миркин Л.И, Справочник по рентгеноструктурному анализу поликристаллов. -М.: Физматгиз, 1961. -863 с.

64. Золотаревский B.C. Структура и прочность литых алюминиевых сплавов. -М.: Металлургия, 1981. -192 с.

65. Истомин-Касторовский В.В., Виттенберг Л.М., Мишин A.C., Золотаревский B.C. Электронно-микроскопическое исследование структуры отливок из сплава АЛ21-1 // Изв. ВУЗов. Цветная металлургия. -1975. -№5, с. 107112.

66. Колачев Б.Л., Ливанов В.А., Елагин В.И. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов. -М.: Металлургия, 1981. -416 с.

67. Кенис М.С., Муратов B.C., Чечушкин П.Г. Особенности структуры и свойств отливок из алюминиевых сплавов // Литейное производство. -1993. -№8.-с. 11-13.

68. Кенис М.С., Муратов B.C., Чечушкин П.Г., Филатов A.M. Высокопроизводительная технология кокильного литья //Литейное производство. -1988. -№11.-с. 14-15.

69. Гуляев Б.Б. Литейные процессы. -М.: Машгиз, 1960. -416 с.

70. Структура и свойства полуфабрикатов из алюминиевых сплавов: Справочник / под ред. Елагина В.И., Ливанова В.А. -М.: Металлургия, 1984. -408 с.

71. Новиков И.И. Теория термической обработки металлов. -М.: Металлургия, 1974.-400 с.

72. Кенис М.С., Муратов B.C., Чечушкин П.Г. О возможности управлёния структурой и свойствами отливок, получаемых в кокилях // Литейное производство. -1991. -№3. -с. 12-13.

73. Vosio Baba. Trans. Japan Inst. Metals -1969. -10. №3. -p. 188.

74. Фридляндер И.Н. Алюминиевые деформируемые конструкционные сплавы. -М.: Металлургия, 1979. -208 с.

75. Фридляндер И.Н. Высокопрочные деформируемые алюминиевые сплавы. -М.: Металлургия, 1979. -208 с.

76. Давыдов В.Г., Бер Л.Б., Кольцова А.А, Климович Л.Г., Курбатова A.B. О продолжительности выдержки при нагреве под закалку листов и лент из сплавов системы Al-Cu-Mg и Al-Cu-Mg-Mn // Технология легких сплавов. -1983. -№4. -с. 9-16.

77. Гудзенко В.Н., Полеся А.Ф. Метастабильные фазы в системе Al-Mg // Изв. ВУЗов. Цветная металлургия. -1973. -№4. С. 144-148.

78. Пархутик П.А., Лубенский М.З. Влияние условий кристаллизации на структуру алюминиево-кремниевых сплавов. II Металловедение и термическая обработка металлов. -1972. -№9. -с. 68-69.

79. Mourik Pvan, Keijez Th. Hed, Mittemeijer E.J. Exess vacansies in repidly146quenched alluminium alloys // Rapidly Quenched Metals Proc. 5 Inst. Conf. -Amsterdam, 1985. -p. 899-902.

80. Омака Тосио. Скорость охлаждения и структура кристаллизации при резком охлаждении частиц алюминиевых сплавов. // Rept. Rec. Group Fun-dam. Study Dev. Adv. Alloys Solidif. Process. -Osaka, 1990. -p. 135-142.

81. Agarwal S.C., Herman H. Early-stage phase separation in liquid-quenched AI-7at%Zn. // J. Mater, Scu 1978. -13. №7. -p. 1549-1554.

82. Мирошниченко И.С. Закалка из жидкого состояния. М.: Металлургия, 1982. -168 с.

83. Чуистов К.В. Старение металлических сплавов. -Киев.: Наук, думка, 1985.-230 с.

84. Добаткин В.И., Елагин В.И. Гранулированные алюминиевые сплавы. -М.: Металлургия, 1981. -175 с.