Структура и свойства модифицированного поршневого силумина АК18 после водородной обработки

3. Уведення в сплав Мл-5 титану помітно збільшує корозійну стійкість у водних розчинах хлористого натрію. При вмісті в розчині 0,7 % №С1 більшу корозійну стійкість мав метал з 0,1 %(мас.) Ті. Встановлено, що зміна корозійної стійкості зразків зі сплаву Мл-5 з Ті пов’язана зі зміною складу, розмірів та розподілу за розмірними групами інтерметалідів.

4. Уведення в сплав Мл-5 цирконію до 0,1%(мас.) підвищує корозійну стійкість у розчині з 0,% №С1 у 2 рази, а при вмісті 1,0%(мас.) Ъх корозійна стійкість зменшується.

5. Установлено, що збільшення вмісту дрібних (розміром не більше 8 мкм) інтерметалідів призводило до

помітного зростання корозійної стійкості магнієвого сплаву. У той же час інтерметаліди більшого розміру (до 19 мкм) погіршували корозійну стійкість металу.

Список літератури

1. Юм-Розери. Структура металлов и сплавов / Юм-Розе-ри, В. Рейнор. - М. : Металлургиздат, 1959. - 391 с.

2. Гшнейднер К. А. Сплавы редкоземельных ме-таллов / К. А. Гшнейднер. - М. : «Мир», 1965. - 185 с.

3. Уоббер Дж. Металлургия и металловедение плутония и его сплавов / Дж. Уоббер. - Гос-атомиздат, 1962. -102 с.

Одержано 05.09.2011

Зеленюк Ю.А., Черный В.Н., Шаломеев В.А., Цивирко Э.И. Коррозионная стойкость магниевого сплава МЛ-5 с титаном и цирконием

Исследовали влияние химического состава, структурных составляющих литого магниевого сплава Мл-5 на коррозионную стойкость в водных растворах с разным содержанием хлористого натрия Установили, что коррозионная стойкость сплавов зависит от содержания титана и циркония и повышается с увеличением количества интерметалидов в сплаве, а также уменьшается с повышением концентрации хлористого натрия в растворе.

Ключевые слова: магниевый сплав, химический состав, микролегирование, интерметалид, коррозионная стойкость.

Zelenyuk J., Cherny V., Shalomeyev V., Tsivirko E. Corrosion resistance of magnesium alloy ML-5 with titanium and zirconium

Influence of chemical composition, structural constituents of the cast magnesium alloy Ml-5 on corrosion resistance in aqueous solutions with different content of sodium chloride was researched. Corrosion resistance of alloys depends on content of titanium and zirconium and rises with the increase of intermetallic amount in alloy, and also decreases with sodium chloride concentration increase in solution.

Key words: magnesium alloy, chemical composition, microalloying, intermetalid, inoxidizability.

УДК 669.715.018:621.745 Д-р техн. наук В. 3. Куцова, канд. техн. наук О. А. Носко, канд. техн. наук Т. А. Аюпова, А. О. Купчинская

Национальная металлургическая академия Украины, г. Днепропетровск

СТРУКТУРА И СВОЙСТВА МОДИФИЦИРОВАННОГО ПОРШНЕВОГО СИЛУМИНА АК18 ПОСЛЕ ВОДОРОДНОЙ ОБРАБОТКИ

В работе изучена структура, фазовый состав, микротвердость, количественное соотношение и линейные размеры структурных составляющих, плотность сплава АК18(В-Зп) в исходном состоянии и после водородной обработки. Установлено, что водородная обработка сплава АК18 обеспечивает более благоприятные параметры структуры, за счет чего существенно повышается комплекс механических свойств.

Ключевые слова: силумин, модифицирование, водородная обработка, /?-&' твердый раствор, эвтектика а-А1 + /3-8г.

© В. 3. Куцова, О. А. Носко, Т. А. Аюпова, А. О. Купчинская, 2012 40

Введение

Заэвтектические силумины являются материалом, обладающим хорошими литейными свойствами, высоким модулем упругости, низким температурным коэффициентом линейного расширения, хорошей свариваемостью и обрабатываемостью резанием, также сравнительно невысокой стоимостью. Их применяют в качестве литейных сплавов для изготовления деталей, которые требуют низкого линейного расширения и повышенных характеристик жаропрочности. Заэвтектические силумины широко используются для производства поршней двигателей внутреннего сгорания и ряда других деталей, изготовленных методами фасонного литья или жидкой штамповки [1].

Преследуя цель улучшить структуру и свойства поршневых силуминов, их подвергают модифицированию, физико-химическому воздействию, а также применяют термическую обработку. В данной работе использовали модифицирование сплава АК18 комплексом В-8п и водородную обработку расплава по разным режимам для улучшения структуры и свойств.

Материал и методика исследований

Объектом исследований в данной работе служили образцы заэвтектическош силумина АК18, легированного комплексом В-8п в количестве 0,05 %.

Химический состав исследуемого сплава приведен в таблице 1.

Таблица 1 - Химический состав сплава АК18

Микроструктуру образцов выявляли в 0,5 % и 1 % водном растворе плавиковой кислоты. Исследование микроструктуры осуществляли с помощью оптического микроскопа «№ор1ю1;-21». Количественные параметры структуры сплава определяли методами стереометрической металлографии. Микротвердость фаз и структурных составляющих измеряли прибором ПМТ-3. Твердость измеряли по методу Бринеля.

Водородную обработку расплава проводили по методике ФТИМС НАНУ [2].

Параметры водородной обработки расплава АК18 приведены в таблице 1.

Теория и анализ полученных результатов

Основные фазы и структурные составляющие сплава АК18 - кремниевый твердый раствор (р-81), эвтектика - а-А1-р-81 и алюминиевый твердый раствор (а-А1). Легирующие элементы и примеси образуют ин-терметаллидные фазы.

Анализ микроструктур исходных образцов (рис. 1) свидетельствует, что с увеличением скорости охлаждения наблюдается уменьшение размеров первичных кристаллов [3-81 твердою раствора и их существенное разветвление. Наблюдается также уменьшение межппа-стинчатого расстояния в эвтектике а-А1 + р-81, морфология эвтектики сохраняется пластинчатой.

В структуре силумина АК18 с помощью металлографическою анализа и травления выявлены интер-металидные фазы, которые идентифицированы [1,5] как интерметаллиды типа (ТеМп)3812А115 (рис. 2). Ин-терметаллиды, содержащие В, 8п, не обнаружены.

Исследуемый сплав Химические элементы, %

Бі Бе Мп Мё В-8п А1

АК18 18,0 0,3 0,2 0,3 0,05 основа

Таблица 2 - Параметры режимов водородной обработки сплава АК18

Обработка Т печи, °С Тзаливки разрывных образцов, °С Т заливки металографических образцов,°С/№ образца

/г*=2 мм Тф**=250°С /г*=10 мм Тф**=25 °С

Исходный сплав 799 - 760 760

1 2

Водородная обработка, 10 мин 804 780 780 780

3 4

Водородная обработка, 20 мин 803 798 790 790

9 11

Водородная обработка, 40 мин 800 680 680 680

13 15

Водородная обработка, 40 мин 800 - Тзак = 680 °С 16

Водородная обработка, 90 мин 800 756 Тзак = 755 -С 19

Примечание: /г * — толщина стенки формы, Тф** — температура формы на момент заливки

б е

Рис. 1. Структура исходного силумина АК18:

а, б- медленное охлаждение^, г -ускоренное охлаждение;  .

УГ**'.

‘У / / -

ЙЙЙ

С**-**

„*С^М«г#5й%&

я

Iі{£%а^

^т,'.чл

♦* .ж** у* ♦§ , ♦ ,♦ я ♦§ *г ч,Г***»в.

? л • гл/^ .>*

^ Т ' -У ~ „**

йш

Рис. 2. Интерметаллиды в структуре исходного силумина АК18: а, б - медленное охлаждение; в, г- ускоренное охлаждение; а,б-х 400, в, г - х 800

Водородная обработка приводит к изменению форм роста первичных кристаллов р-Э1 твердого раствора (рис. 3, а, б). Наряду с пятилучевыми кристаллами наблюдаются Н-образные кристаллы [4]. Морфология эвтектики сохраняется пластинчатой, межпластинча-тое расстояние уменьшается (рис. 3, а, б). Увеличение времени водородной обработки от 20 до 40 минут независимо от условий охлаждения приводит к измельчению первичных кристаллов р-81 твердого раствора, формированию компактных кристаллов правильной формы и появлению псевдопервичных дендритов а-А1 твердого раствора, формированию ободка а-А1 твердого раствора вокруг кристаллов р-81 твердого раствора (рис. 3 в-д). Увеличение времени водородной

< ••• -V 'Г.

і

У'

I

обработки от 40 до 90 мин наряду с вышеописанным изменением структуры приводит к формированию более тонкодиференцированной эвтектики не только пластинчатой, но и стержневой морфологии (рис. 3,

е-ж).

Интерметаллид

Ч

%

в-'

ЯЁ

* --к

ДИИИИВДЙЩя

шшшщятщтшшттзт

ЕмШн

Рис. 3. Микроструктура сплава АК18 после водородной обработки: а - образец № 3, б - образец № 4, е - образец № 9, г - образец № 11, <3 — образец № 15, е - образец № 16, ж - образец № 19, х 100

V*14- '' '-І

І"' Л%.. -

р* г » 2І

К-. ... 4

^

- " « '• п ч. * і* . 1 і г,

і “# ' Ул? І ' ' - *-Ш і :

'"V ✓ А?: .

У : '

к ’ ^ % Іч. і

а б в

Рис. 4. Микроструктура сплава АК18 после водородной обработки: а - образец №3; б- образец № 4; в- образец 15; а - х 400; б-е- х 1000

Анализ результатов стереометрических исследований структуры сплава АК18 (табл. 3) свидетельствует, что водородная обработка обеспечивает уменьшение количества первичных кристаллов твердого раствора в 1,25-2 раза и увеличение количества эвтектической составляющей. Размер первичных и эвтектических кристаллов в-Э! твердого раствора уменьшается более, чем в два раза, а межпластинчатое расстояние эвтектики а-А1-|3-31 - от 0,8 до 3 раз.

Наименьшие линейные размеры структурных составляющих наблюдаются после водородной обработки сплава в течение 40 мин и закаленном в воде с тем-

пературы 680 °С, также после 40 мин водородной обработки с последующим быстрым охлаждением. Такие изменения структуры должны обеспечивать улучшение механических свойств заэвтектическош силумина.

Заэвтектичестие силумины являются литейным материалом, поэтому одной из важных характеристик является плотность сплава. Плотность сплава АК18 оценивали путем взвешивания образцов на воздухе и в растворе четыреххлористош углерода (СС14). Полученные данные приведены на рисунке 5.

Таблица 3 - Количественные параметры структуры сплава АК18 после водородной обработки

№ образца Ср. % структурных составляющих линейные размеры

% первичных кристаллов р-а % эвтектики а-АІ-р-Бі первичных кристаллов р- Б1 эвтектики а-А1-Р-8і

звтектич.Зі межпл. расстояние

Скорость охлаждения сплава У0хл= 0,04 °С/мин

1 10 90 245,5 88,5 17,28

3 8 92 213,5 79,1 13

9 6,33 93,67 158,1 67,2 11,95

Скорость охлаждения сплава Уохл= 0,4°С/мин

2 5,75 89,25 221,9 33,7 5,8

4 3 97 193,4 39,9 4,8

11 4,92 95,08 131,4 33,3 5,33

15 6,48 93,52 103,9 27,1 5

Образцы после закалки

16 8,98 91,02 89,2 27,7 5,33

19 8,82 91,18 105,8 23,3 3,84

а б

Рис. 5. Плотность сплава АК18 после водородной обработки с последующим медленным охлаждением (а) и быстрым

охлаждением

7600 « 7400 Щ 7200

s 7000 Б 6800

Ч 6600

й 6400

К 6200

g 6000

5800

5600

Hull

2 3 4 9 10 11 15 16 19

номер образца

номер образца

а б

Рис. 6. Микротвердость кристаллов р-81 твердого раствора (а) и эвтектики а-А1-р-81 (б) в образцах заэвтекгического

силумина после водородной обработки

Таблица 4 - Значение твердости сплава АК18

№ образца 1 2 3 4 9 10 11 15 16 19

НВ 109 120 140 142 155 137 143 143 126 123

Плотность сплава понижается после 5-ти минут водородной обработки при различных скоростях охлаждения. При увеличения времени водородной обработки более 5-ти минут плотность сплава возрастает: при медленном охлаждении плотность сплава колеблется в пределах 2,45-2,6 г/см3, при быстром 2,6-2,63 г/см3.

Микротвердость первичных кристаллов в-Э1 твердого раствора колеблется в интервале 6263-7500 МПа, а эвтектики 134-187 МПа, соответственно (рис. 6). Наибольшие значения наблюдаются при увеличении времени выдержки водородной обработки до 40-90 мин.

Твердость сплава АК18, легированного комплексом В-8п, почти в 2 раза превышает твердость не модифицированного силумина [3]. Последующая водородная обработка приводит к увеличению твердости в среднем на 25 %.

Выводы

Проведено исследование влияния водородной обработки на структуру и свойства сплава АК18, легированного комплексом В-8п. Показано:

- водородная обработка в течение 10 мин приводит к изменению форм роста первичных кристаллов в-81 твердого раствора, наряду с пятилучевыми кристаллами наблюдаются Н-образные кристаллы. Морфология эвтектики сохраняется пластинчатой;

- в результате водородной обработки в течение 20-40 мин существенно измельчаются структурные составляющие сплава АК18: первичные и эвтектические

кристаллы в-Si твердою раствора уменьшаются в 1,5-2 раза, межпластинчатое расстояние в эвтектике уменьшается в 1,2-3 раза;

- наилучшее соотношение параметров структуры, микротвердости, твердости и плотности наблюдается в образце после водородной обработки в течение 40 минут с последующим быстрым охлаждением.

Список литературы

1. Мондольфо Л. Ф. Структура и свойства алюминиевых сплавов / Л. Ф. Мондольфо ; [пер. с англ.]. - М. : Металлургия, 1979. - 640 с.

2. Борисов Г. П. Водородная обработка расплава - как метод снижения водородной пористости отливок из алюминиевых сплавов / Г. П. Борисов II Водородная обработка материалов. - Донецк : ДонГТУ, 2001. -С. 202-204.

3. Носко О. А. Особливості структури, фазові перетворення легованого кремнію і модифікованих заевтектичних силумінів та розробка способів підвищення їх властивостей : автореф. дис. канд. техн. наук : спец. 05.16.01 / О. А. Носко. - Д., НметАУ - 2006. - 20 с.

4. Kutsova V. Z. The Regularities of the Structure Formation and Phase Transformation in Al-Si Alloys I Kutsova V. Z. II Advanced Light Alloys and Composites. - NATO ASI Series. - 1997- P. 29-34.

5. Силумины. Атлас микроструктур и фрактограмм промышленных сплавов: Справочн. изд. I [Пригунова А. Г., Белов Н. А., Таран Ю. Н. и др.]. - М. : МИСиС, 1996. -175 с.

Одержано 18.11.2011

Куцова В.З., Носко О.А., Аюпова Т.А., Купчинська А.О. Структура і властивості модифікованого поршневого силуміну АК18 після водневої обробки

У роботі досліджено структуру, фазовий склад, мікротвердість, кількісне співвідношення та лінійні розміри структурних складових, щільність сплаву АК18 в вихідному стані та після водневої обробки. Встановлено, що воднева обробка сплаву АК 18 зумовлює кращі параметри структури, за рахунок чого суттєво підвищується комплекс механічних властивостей.

Ключові слова: силумін, модифікування воднева обробка, j3-Si- твердий розчин, евтектика а-АІ + jB-Si.

Kutsova V, Nosko О., Aupova Т., Kupchinskaya A. Structure and properties of modified piston silumin AK18 after hydrogen treatment

Microstructure, growth forms of primary crystals phase composition, quantitative parameters and linear size of structure components, density, microhardness and mechanical properties of hypereutectic industrial piston silumin after hydrogen treatment are studied. It is shown that the best quantitative parameters of structure and mechanical properties in modified silumin are observed after hydrogen treatment.

Key words: silumin, modifying, hydrogen treatment, j3-Si solid solution, eutectic a-Al + /3-Si.

УДК 621.74.04 А. Н. Зеленюк1, А. В. Елькин2, В. В. Наумик3

1ЗМЗ им. В. И. Омельченко,2 Научно-исследовательский и проектный институт титана, 3 Национальный технический университет; г. Запорожье

ИССЛЕДОВАНИЕ КАЧЕСТВА МЕРНЫХ СЛИТКОВ, ПОЛУЧЕННЫХ ИЗ 100 % ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ВОЗВРАТА, РАФИНИРОВАННОГО МЕТОДОМ ТЕМПЕРАТУРНОВРЕМЕННОЙ ОБРАБОТКИ

Исследованы макро, микроструктура, механические свойства при обычных и повышенных температурах мерных слитков жаростойких сплавов ВЖЛ12Э-ВИ и ЭИ868Л, полученных из 100 % технологического возврата. По результатам исследования слитки полностью удовлетворяют требованиям ОСТ и могут быть использованы при производстве точного литья

Ключевые слова: шихта, технологический возврат, мерная заготовка, плавка, механические испытания, образцы, жаропрочные испытания, кристаллизация, усадочная раковина, утеплительная втулка, заливочная чаша, кокиль.

Состояние вопроса

Авиастроение - на сегодняшний день отрасль, ведущая в плане разработки и внедрения передовых технологий и материалов. Высокие требования в условиях мирового рынка способствуют совершенствованию выпускаемых агрегатов, одновременно улучшая качество составных узлов и деталей с точки зрения конструкторских решений и экономичности производства.

Одним из направлений снижения себестоимости изделий является разработка и внедрение технологии рафинирования технологического возврата сплавов.

Практической целью разработки стало получение мерного слитка из 100 % технологического возврата в условиях литейного цеха.

Переработка технологического возврата не только

© А. Н. Зеленюк, А. В. Елькин, В. В. Наумик, 2012

ISSN1607-6885 Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні №1, 2012 45

устраняет проблемы и расходы, связанные с ею утилизацией, но и позволяет влиять на качество получаемых из возврата слитков, открывает перспективные направления, связанные с исследованием влияния технологических факторов на структуру и свойства сплавов. Данная разработка дает возможность снизить затраты на закупку шихтовых материалов со значительным экономическим эффектом для предприятия.

Проводимые ранее исследования по рафинированию отдельно взятых жаростойких сплавов показывают перспективность выбранного направления переработки возврата. Использование сплавов, прошедших температурно-временную обработку, улучшает качество получаемого литья, а именно снижает брак при люминесцентном контроле, улучшает микрострукту-