Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по разное
ПРИЛОЖЕНИЕ
Приложение 1. Сведения о предполагаемой защите диссертации.
Батышев Константин Александрович
- Исследование тепловых и силовых условий литья с кристаллизацией под давлением алюминиевых сплавов с целью производства высококачественных отливок ответственного назначения.
- 05.16.04
- технических наук
- Д 212. 132. 02
- ФГОУ ВПО Государственный технологический университет Московский институт стали и сплавов
- 119049, Москва, Ленинский проспект, д. 4
- тел: (495) 955-00-32
- Предполагаемая дата защиты диссертации - 25 февраля 2010 г.
Работа выполнена в Московском государственном открытом университете (МГОУ)
Официальные оппоненты:
доктор технических наук, профессор Г.С. Макаров
доктор технических наук, профессор В.С. Моисеев
доктор технических наук, профессор И.А. Дибров
Ведущая организация - Воронежский механический завод
Защита диссертации состоится 2010 года в час. на заседании диссертационного совета Д 212.132.02 при Государственном технологическом университете Московский институт стали и сплавов по адресу: 119049, г. Москва, Ленинский проспект, д. 6, ауд. А-305.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного технологического университета Московский институт стали и сплавов
Автореферат разослан 2010 года
Ученый секретарь диссертационного совета
доктор технических наук, профессор А.Е. Сёмин
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. Современный этап развития машиностроения характеризуется увеличением производства отливок из алюминиевых сплавов. Повышение качества отливок при одновременном снижении материальных и энергетических затрат на их производство может быть достигнуто за счет разработки и освоения различных методов воздействия на расплав и затвердевающую отливку, среди которых давление занимает особое место по многообразию форм приложения и эффективности воздействия.
Разработанный в нашей стране в середине 30-х годов ХХ века (В.М. Пляцкий и др.) способ литья с кристаллизацией под давлением (ЛКД) является одним из перспективных специальных видов литья. Большой вклад в разработку и развитие ЛКД внесли отечественные ученые: В.М. Пляцкий, Н.Н. Белоусов, П.Н. Бидуля, А.И. Батышев, В.В. Марков, Г.И. Тимофеев, Т.Н. Липчин, А.Ф. Асташов и др.
Имея очевидные преимущества (высокие выход годного и коэффициент использования металла, физико-механические и эксплуатационные свойства отливок), способ ЛКД не получил еще широкого распространения из-за недостаточного развития основ теории и технологии, включая роль давления на отдельных этапах формирования отливки. Величина, характер воздействия и скорость набора давления в значительной мере влияют на получение отливок повышенного качества. К числу недостаточно решенных вопросов можно отнести следующие: тепловые и силовые условия получения отливок из алюминиевых сплавов различных систем и композиционных материалов на их основе при основных схемах прессования, эффективность воздействия давления на затвердевающую отливку, кинетику уплотнения отливок из сплавов с различной степенью легирования, изменение структуры и свойств отливок как в литом состоянии, так и после термической обработки.
Работа выполнялась в Московском государственном открытом университете (МГОУ) и являлась составной частью по теме-гранту 2.1.171 Литье с кристаллизацией под давлением: теория и практика в рамках инновационной научно-исследовательской программы Фундаментальные исследования в технических университетах (раздел 2.1. - Машиностроение).
Цель работы. Исследование закономерностей формирования отливок из алюминиевых сплавов при основных схемах прессования ЛКД и разработка на этой основе малоотходной технологии ЛКД при изготовлении высококачественных литых заготовок для деталей ответственного назначения.
Решались следующие задачи:
• Комплексное исследование тепловых и силовых условий формирования отливок в условиях поршневого, пуансонного и пуансонно-поршневого прессований для установления количественных зависимостей между давлением и параметрами, обеспечивающими качество литых заготовок.
• Исследование уплотнения отливок во время затвердевания под механическим давлением и оценка эффективности воздействия последнего при поршневом и пуансоном прессовании.
• Исследование структуры и свойств отливок из бинарных и некоторых промышленных алюминиевых сплавов (высокопрочных, антифрикционных, деформируемых), изготовленных с использованием основных схем прессования.
• Исследование влияния последовательных циклов переплав - кристаллизация под давлением на структуру и механические свойства алюминиевых сплавов.
• Изучение формирования структуры отливок в условиях одновременного воздействия давления и местного направленного затвердевания.
• Разработка и исследование технологии ЛКД применительно к литым деталям специального машиностроения и приборостроения из высокопрочных, антифрикционных и деформируемых алюминиевых сплавов. Внедрение технологии ЛКД в производство.
Методическое обеспечение работы. При проведении работы использовались экспериментальные и аналитические методы исследований, а также методы планирования экспериментов. Объектом экспериментальных исследований были отливки типа сплошного цилиндра (поршневое прессование), стакана (пуансонное прессование) и цилиндра с выступающими элементами на верхнем торце (пуансонно-поршневое прессование), которые изготовляли из бинарных сплавов систем Al-Si, Al-Cu и Al-Mg, а также из промышленных сплавов АК7ч, АК9ч, АК12, АК8М3ч (ГОСТ 1583-93), АК18Н, ВАЛ10, ВАЛ12, АЛ9М (ТУ АДИ-168-82), АЛ24П (ТУ АДИ 251-87), АО3-7 (ГОСТ 14113-78), АК6М7 (без добавок и с добавками свинца), А356.2 и А390 (стандарт США) и др.
Экспериментальные исследования тепловых условий формирования отливок проводили с применением термопар типа КТМС-ХА ГОСТ 23847-79 (с электродами диаметром 0,2 мм в стальной оболочке, имеющей наружный диаметр 1,5 мм), величины перемещения пуансона - реохордных датчиков, а давления прессования - тензометрических месдоз. Запись показаний всех термопар и датчиков производилась одновременно на одной ленте светолучевого осциллографа НО30А (или Н43.1).
Микроструктуру отливок исследовали на металлографических микроскопах МИМ-7 и Neophot-21, cканирующем электронном микроскопе JSM-35-CF (фирма JEOL) и др.
Научная новизна. 1. Установлены закономерности затвердевания отливок из алюминиевых сплавов при поршневом, пуансонном и пуансонно-поршневом прессовании ЛКД. Показано, что механическое давление, воздействующее на формирующуюся литую заготовку, способствует устранению зазора между затвердевающей отливкой и формой, в результате чего в 4Е5 раз интенсифицируется теплообмен на границе лотливка-форма. Это приводит к уменьшению в 3Е4 раза времени затвердевания отливки и перепада температур на границе раздела между отливкой и формой, к увеличению перепада температур по поперечному сечению и высоте отливки. Установлено, что продвижение фронта кристаллизации во времени как со стороны пуансона, так и со стороны матрицы пресс-формы подчиняется параболическим зависимостям типа х=Кτn (с определенными значениями коэффициента затвердевания К и показателя степени параболы n).
2. Впервые выполнен расчет уплотнения (перемещения верхнего торца) отливки, затвердевающей под механическим давлением, используя параболические зависимости продвижения фронта кристаллизации во времени. Разработаны математические модели, адекватно отражающие процесс формирования отливок при ЛКД, с помощью которых проведена теоретическая оценка воздействия давления на затвердевающую отливку в определенных условиях ее изготовления. Показано, что закономерности являются общими для всех исследованных алюминиевых сплавов и схем прессования.
3. Выявлены закономерности изменения структуры при различных тепловых и силовых условиях формирования отливок из алюминиевых сплавов, включая структуры силуминов, в том числе и заэвтектических, высокопрочных и антифрикционных сплавов. При этом впервые показано, что при наложении давления во время кристаллизации кристаллы первичного кремния в заэвтектических силуминах измельчаются, но не изменяют свою форму. Получены отливки из высокопрочных алюминиевых сплавов с σв>500 МПа.
4. Впервые показано, что при последующих неоднократных циклах переплав - затвердевание под механическим давлением структура и механические свойств отливок, изготовленных ЛКД, практически не изменяется. Это позволяет в широких пределах использовать отходы собственного производства при ЛКД.
5. Впервые установлены особенности формирования структуры отливок при одновременном воздействии механического давления и местного направленного затвердевания. Предложен способ определения скорости кристаллизации сплавов при ЛКД, защищенный авторским свидетельством СССР № 1588497.
Практическая значимость. Показана возможность использования в шихте до 100% отходов собственного производства, а также лома деталей, заготовки для которых были получены ЛКД или литьем под давлением.
Разработаны технологии изготовления отливок из алюминиевых высокопрочных [АЛ9М (ТУ АДИ-168-82) и АЛ24П (ТУ АДИ 251-87)], антифрикционных [АО3-7 (ГОСТ 14113-78), АК6М7 (без добавок и с добавками свинца)] и деформируемых сплавов для изделий специального приборостроения и машиностроения.
Результаты разработок по ЛКД внедрены в производство ОАО Гидромаш, на котором свыше 15 лет способом ЛКД изготовляют отливки из антифрикционных сплавов для шестеренных насосов. В течение этого периода было изготовлено более 300000 литых втулок и более 1 млн. литых компенсаторов; сэкономлено более 50 тонн антифрикционных алюминиевых сплавов, включая ≈ 2 тонны олова.
Апробация работы. Результаты доложены и обсуждены:
а) на Международных научных конференциях: Новые производительные технологические процессы, высококачественные сплавы и оборудование в литейном производстве (Минск, 1990 г.); The International scientific conference the occasion (Словакия, Кошице, 1992 г.); СО-MAT-NTCH′98 (Cловакия, Брно, 1998 г.); Strojne Inzinirstsvo′ 98 (Словакия, Братислава, 1998 г.); Генная инженерия в сплавах (Самара, 1998 г.), Teсhnolоgia (Словакия, Братислава, 1995, 1997, 1999, 2001, 2003, 2005 и 2007 гг.), Металлургия легких сплавов. Проблемы и перспективы (Москва, МИСиС, 2006 г.); Прогрессивные литейные технологии (Москва, МИСиС, 2005 и 2007 гг.), VII Международном научно-техническом симпозиуме Наследственность в литейных процессах (Самара, 2008 г.), Международной научно-практической конференции Металлургия цветных металлов. Проблемы и перспективы (Москва, ГТУ МИСИС, 2009 г.); Нанотехнологии и наноматериалы (Москва, МГОУ, 2009 г.);
б) на Российских научных конференциях: Наследственность в сплавах и отливках (Самара, 1990 г.), Прогрессивная технология и автоматизация литья под давлением (Москва, 1991 г.), Литейное производство сегодня и завтра (Санкт-Петербург, 2006 г.), Новые материалы, прогрессивные технологические процессы и управление качеством в заготовительном производстве (Рыбинск, РГАТА, 2007 г.), Восьмом съезде литейщиков России (Ростов-на-Дону, 2007 г.).
Публикации. Результаты работы отражены в 75 публикациях, среди которых 2 монографии, 1 учебник, 1 учебное пособие, 4 брошюры, 18 статей, опубликованных в журналах, рекомендованных ВАК, одно авторское свидетельство СССР и одно положительное решение на выдачу патента РФ.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, основных выводов, списка литературы и приложений. Ее содержание изложено на 265 страницах, она содержит 142 рисунка, 36 таблиц и список литературы из 255 наименований.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
В первой главе приведена предложенная автором периодизация развития процесса ЛКД, начиная с середины 30-х годов ХХ века до настоящего времени (четыре этапа), указаны наиболее значимые и крупные публикации по ЛКД в каждом из этапов.
Дан критический анализ имеющихся в технической литературе данных по ЛКД, начиная с публикаций 1946 г. При этом основное внимание уделено работам по затвердеванию и уплотнению отливок, изменению их усадки, структуры и свойств. Отмечено, что если затвердевание сплошных цилиндрических отливок (слитков) при поршневом прессовании рассмотрено в нескольких работах, то изучение затвердевания отливок из алюминиевых сплавов в условиях пуансонного и пуансонно-поршневого прессований не проводилось.
Некоторые исследователи процесса ЛКД для экспериментального изучения затвердевания отливок использовали метод термического анализа, устанавливая только одну термопару в тепловом центре сплошной цилиндрической отливки (при поршневом прессовании) или в донной части отливки типа стакана (при пуансонном прессовании). Это не позволяло определить величину температурного перепада по сечению отливки и продвижение фронта затвердевания.
В литературе практически нет данных о росте корки со стороны пуансона и об изменении температуры затвердевающей отливки в этой зоне; отсутствуют сведения о затвердевании отливок из заэвтектических силуминов, антифрикционных и высокопрочных алюминиевых сплавов, о характере затвердевания вертикальных стенок отливок типа стакана при пуансонном прессовании, об уплотнении затвердевающих отливок из алюминиевых сплавов разного состава, о структуре и свойствах отливок, изготовленных в условиях различного характера и времени наложения давления после заливки расплава в матрицу пресс-формы.
Выделены основные параметры процесса ЛКД, влияющие на качество отливок, названы приоритеты, определяющие выбор основных направлений исследований, сформулированы цель работы и задачи исследований.
Во второй главе приведены данные о тепловых процессах, протекающих в системе лотливка - пресс-форма при основных схемах прессования, главным образом при поршневом (рис. 1,а), пуансоном (рис. 1,б) и пуансонно поршневом (рис. 1,в) прессовании. Для их исследования использованы главным образом экспериментальные методы, а также методы математического
моделирования.
а) б) в) г)
Рисунок 1. Ц Схемы прессования формирующихся отливок при ЛКД,
используемые в России:
а - поршневая; б - пуансонная; в - пуансонно-поршневая;
г - через литники-питатели
Поршневое прессование (рис. 1,а). Экспериментально тепловые процессы изучали на цилиндрических отливках (слитках) диаметром 50 мм и высотой 100Е105 мм, которые изготовляли в пресс-форме, состоящей из матрицы с толщиной стенки 85 мм, основания толщиной 30 мм и пуансона (все указанные детали были изготовлены из стали 5ХНМ). Три (или четыре) термопары закрепляли в основании и располагали на расстояниях 25 (центр); 12,5; 6 и 3 мм от рабочей поверхности, а шесть термопар - в стенке матрицы на разных расстояниях от рабочей поверхности (по сечению и высоте). На одной ленте осциллографа НО30А (или Н43.1) одновременно записывали показания всех термопар, датчиков давления и перемещения пуансона, а, следовательно, и верхнего торца отливки.
Анализ полученных графиков охлаждения отливок показал, что затвердевание отливок под механическим давлением протекает при большем перепаде температур по сечению, чем при атмосферном давлении, а время затвердевания отливок во всех зонах уменьшается. И чем ближе к оси заготовки расположена зона, тем существеннее уменьшение времени ее затвердевания под воздействием давления. Последнее объясняется тем, что поверхностные слои отливки на глубине до 3 мм затвердевают до момента приложения давления, слои, расположенные глубже, - либо под нарастающим, либо вначале под нарастающим и окончательно под номинальным давлением.
При давлении свыше 50Е80 МПа повышается температура кристаллизации металла на 5Е12оС (в зависимости от состава сплава, давления прессования и скорости его наложения), что можно объяснить: 1) изменением термодинамического состояния системы в соответствии с законом Клаузиуса-Клайперона, согласно которому
dT/dp=Tпл (V2-V1)/L, (1)
где dT - изменение температуры кристаллизации (плавления Тпл), обусловленное изменением давления на величину dp; V2, V1 - объемы жидкой и твердой фаз соответственно; L - теплота кристаллизации (плавления) сплава;
2) несоответствием между скоростями выделения теплоты кристаллизации и отвода теплоты матрицей пресс-формы; 3) выделением теплоты при деформации вертикальной корки под воздействием давления.
Обобщенные зависимости изменения некоторых исследованных параметров от номинального давления прессования приведены на рис 2. На основе их анализа можно сделать вывод о том, что с увеличением номинального давления рн уменьшаются время затвердевания отливки, относительная температура ее поверхности и величина перепада температур на границе раздела лотливка - форма, а увеличивается перепад температур по сечению отливки. Все зависимости представлены в виде областей, так как внутри них находятся экспериментальные данные для сплавов системы Al-Si (до 25%Si), они справедливы для сплавов систем Al-Cu и Al-Mg и для промышленных сплавов.
Наибольшее изменение исследованных параметров наблюдается в области давлений от атмосферного до 100Е120 МПа, при последующем повышении номинального давления они также изменяются, но в меньшей степени. Это может быть объяснено плотным прижатием растущей боковой корки к стенкам матрицы, уменьшением (и даже устранением) зазора на границе раздела лотливка - форма и увеличением за счет этого поверхности охлаждения, в результате чего повышаются скорости отвода теплоты перегрева и кристаллизации стенками матрицы. При давлении свыше 120 МПа происходит дальнейшее уменьшение величины зазора за счет впрессовывания металла в микрорельеф рабочей поверхности матрицы, но прирост поверхности охлаждения (контакта) при этом намного меньше, чем в первой области давлений; поэтому и меньше влияние номинального давления на исследованные параметры.
Видно, что механическое давление способствует устранению зазора между формирующейся отливкой и формой, в результате чего в 4Е5 раз интенсифицируется теплообмен на границе лотливка-форма. Это приводит к уменьшению в 3Е4 раза времени затвердевания отливки и перепада температур на границе раздела между отливкой и формой, к увеличению перепада температур по поперечному сечению и высоте отливки.
Рисунок 2. - Зависимости от номиналь- Рисунок 3. Ц Кривые продви-
ного давления времени затвердевания жения фронта затвердевания
отливки (τз), относительной темпера- (линий изоликвидус и изосоли-
туры ее поверхности (Тп/Тц), перепада дус, эвтектического превраще-
температур по ее сечению (δТо) и на ния) в цилиндрических отлив-
границе раздела лотливка-форма ках из сплавов системы Al-Si
(δТо-ф) сплавов системы Al-Si
Время затвердевания отливки увеличивается с увеличением содержания второго компонента в бинарных сплавах.
Изучено влияние масштабного фактора (приведенного размера) на время затвердевания цилиндрических отливок при давлении 50Е200 МПа и установлено, что с увеличением приведенного радиуса Rпр (при постоянном диаметре) это время возрастает по линейной зависимости:
τз=КпрRпр, (2)
где Кпр - коэффициент, с/мм. При этом время существования двухфазной зоны возрастает с увеличением приведенного размера отливки.
Продвижение фронта затвердевания от боковой поверхности к центральной зоне (рис. 3) математически можно выразить в виде:
х/Rо=К τn, (3)
где х - корка, растущая от стороны боковой поверхности матрицы, мм; R - радиус отливки, мм; Ко - коэффициент, 1/сn; τ - время с момента окончания заливки расплава в матрицу, с..
Для отливок из сплавов системы Al-Si зависимость (3) имеет вид (при рн=200 МПа):
х/R = 0, 0261τ1,78 при коэффициенте корреляции 0,994 (сплав АК12);
х/R = 0,0253 τ1,88 при коэффициенте корреляции 0,998 (cплав Аl-7%Si);
х/R = 0,0264 τ1,76 при коэффициенте корреляции 0,993 (сплав Al-25%Si);
х/R = 0,0257 τ1,93 при коэффициенте корреляции 0,997 (алюминий А7).
Видно, что коэффициент Ко зависит от состава сплава и давления прессования: Ко увеличивается с уменьшением степени легированности сплава и повышением давления прессования. Следует отметить, что давление выравнивает значения коэффициента Кб отливки из сплавов разного состава
Для алюминия А7 и всех исследованных сплавов зависимость (3) с достаточной степенью достоверности можно представить в виде:
х/R = К τ2 (4)
Формулу (4) можно записать в виде (5) и использовать для расчетов:
х = Кτ2 (5)
С увеличением давления прессования сокращается время существования двухфазной зоны (см. рис. 3), что приводит к последовательному затвердеванию отливок из сплавов с узким интервалом кристаллизации и к последовательно-объемному - из сплавов с широким интервалом кристаллизации. Так, при затвердевании отливок из сплава Al-6%Si (узкий интервал кристаллизации) под атмосферным давлением стояние температуры ликвидус в центральной зоне прекращается через 14 с после окончания заливки, а температуры солидус (эвтектики) - через 35 с, т.е. двухфазная зона в отливки сохраняется в течение 21 с. При давлении 300 МПа указанные временные промежутки уменьшаются соответственно до 6 и 12 с (двухфазная зона в отливке существует в течение 6 с). Для отливок из сплава Al-25%Si (интервал кристаллизации ~30оС), затвердевающих в условиях атмосферного давления, время охлаждения теплового центра до температуры ликвидус составляет 10 с и до температуры солидус (эвтектики) - 40 с, время существования двухфазной зоны - 30 с, а в условиях механического давления в 300 МПа - соответственно 5 и 10 с (время существования двухфазной зоны - 5 с).
Модифицирование силуминов, содержащих 11Е17%Si, лигатурой AlTi5B1 (для воздействия на α-фазу) приводит к повышению коэффициента К и уменьшению времени затвердевания отливки. Так, для отливок из сплава Al-17%Si, затвердевающих под атмосферным давлением, коэффициент К=0,011 мм/с2 (без модифицирования) и 0,2 и 0,277 мм/с2 при введении 0,2 и 0,5%Тi, а при затвердевании под давлением 160 МПа - К=0,152; 0,211 и 0,277 мм/с2 соответственно. Аналогичная картина наблюдается и при сравнении затвердевания отливок из сплавов АК7ч и А356.2, отличающихся друг от друга главным образом содержанием модификатора (стронция).
С использованием теории контактного теплообмена и метода графического интегрирования рассчитаны значения коэффициента теплоотдачи α1 между формирующейся отливкой и пресс-формой. К моменту окончания заливки расплава в матрицу α1=30000Е32000 Вт/(м2 К). Если формирование отливки в дальнейшем происходит в условиях атмосферного давления, то коэффициент α1 непрерывно снижается, чему способствует образование зазора между отливкой и формой (матрицей пресс-формы), в результате чего к моменту окончания затвердевания отливки величина α1 достигает 7500Е7700 Вт/(м2 К). В момент приложения давления снижение α1 прекращается и затем (пропорционально росту давления) повышается до определенной величины, характерной для каждого номинального давления рн, после чего практически остается без изменения на достигнутом уровне до окончания затвердевания отливки. Изменение величины коэффициента α1 для отливок (рн=200 МПа) из алюминия А7, сплавов АК7ч, АК12 и АК18Н во время затвердевания приведено на рис. 4, где по оси абсцисс отложено относительное время затвердевания - τ/τз. Видно, что отливки из сплавов АК18Н (кривая 1) и АК12 (кривая 2) более длительное время затвердевают в условиях повышенной интенсивности охлаждения, чем отливки из алюминия А7 (кривая 4) и сплава АК7ч (кривая 3), так как они имеют разные теплофизические характеристики. Величина критерия Био для отливок из указанных сплавов находится в пределах Вi = 1,7Е9 при заливке с перегревом над температурой кристаллизации (ликвидус) 80Е100оС и повышении давления от атмосферного до 300 МПа.
Рисунок 3. - Изменение коэффициента теплоотдачи во время затвердевания
отливок:1, 2, 3, 4 - сплавы АК18Н, АК12, АК7ч и алюминий А7 соответственно (рн=200 МПа); 5 - все сплавы (атмосферное давление)
Для изучения процесса затвердевания отливки со стороны пуансона разработана и впервые использована методика, основанная на отрыве растущей корки, образовавшейся со стороны торца пуансона, от не затвердевшего сплава, остающегося в матрице. В матрицу пресс-формы, изолированную со стороны рабочей полости слоем теплоизоляционного покрытия (листовым асбестом толщиной 3Е5 мм), препятствующим быстрому росту корки со стороны дна и стенок матрицы, заливали расплав, на который воздействовали прессующим пуансоном, торец которого не был защищен теплоизоляционным покрытием. После выдержки под давлением в течение заданного промежутка времени пуансон поднимали в исходное положение, вместе с ним извлекали и твердую корку, образовавшуюся со стороны его торца и оторвавшуюся от не затвердевшего остатка, остававшегося в полости матрицы. После охлаждения до комнатной температуры толщину корки измеряли штангенциркулем в нескольких местах по периметру.
Математическая обработка (метод наименьших квадратов) полученных при этом кривых роста корки (рис. 4,а) позволила установить следующую зависимость толщины корки хк от времени прессования τп, которую часто называют законом квадратного корня:
хк=Кк, (6)
где Кк - коэффициент затвердевания, величина которого находится в пределах 5Е8 мм/с0,5 (при этом наибольшие значения Кк характерны для алюминия А7, а наименьшие - для сплава АК12, что связано с различием их теплофизических характеристик). Для одного и того же сплава значения коэффициента затвердевания тем больше, чем больше давление прессования.
а) б)
Рисунок 4. - Характер роста корки во времени:
а - алюминий А7 (1), сплавы АК7ч (2) и АК12 (3) при рн=150 МПа;
б - сплав АК12 при рн=200 (4), 150 (5), 100 (6) и 10 МПа (7)
Анализ кривых охлаждения корок (по показаниям термопар, установленных на расстояниях 1; 5 и 10 мм от торца пуансона), показал, что с повышением давления прессования улучшается контакт между торцом пуансона и коркой, в результате чего температура поверхностного слоя корки (на глубине 1 мм) резко снижается и стабилизируется на уровне 540Е530С (давление 10 МПа, сплав АК12) и 475Е450С (давление 200 МПа), градиент температур по толщине корки при указанных выше значениях давления составляет 7 и 15С/мм. Время затвердевания слоев на глубине 1; 5 и 10 мм уменьшается от 1,3Е1,5; 5Е6 и 10Е12 с (давление 10 МПа) до 0,5Е0,6; 2.2Е3 и 5,5Е6 с (давление 200 МПа) соответственно. Зависимость между временем затвердевания корки и давлением преимущественно линейная. Изменение толщины корки во времени представлен на рис. 4,б, а значения коэффициента затвердевания находятся в пределах К = 3,5Е4,5 мм/с0,5
Для тепловых процессов, протекающих при формировании корки (плоская стенка), толщину корки определяют из следующего выражения:
хк==Кр (7)
где ρм, Lм, см - плотность, теплота кристаллизации и теплоёмкость твёрдого металла соответственно, tкр - температура кристаллизации металла;
tп - температура поверхности корки; τ - время.
Расчет Кр по формуле (7) позволил получить следующие его значения - 3,8Е7,6 мм/с0,5 (сплав АК12), которые близки к результатам опытов (3,8Е6,6 мм/с0,5), рассмотренных выше; при этом небольшое различие в значениях расчетного Кр и экспериментального Кк коэффициентов затвердевания наблюдается при высоких давлениях.
Пуансонное прессование (рис. 1,б). При пуансонном прессовании дозу расплава заливают в матрицу пресс-формы и затем выступающей частью пуансона выдавливают вверх до полного заполнения рабочей полости пресс-формы. Особенностью этой схемы ЛКД является то, что пуансон вначале соприкасается с расплавом, удаленным от вертикальных стенок матрицы, и вытесняет его выше уровня заливки, заполняя рабочую полость, оформляемую матрицей и выступающей частью пуансона. При этом коэффициент формообразования Кф, являющийся отношением объема расплава Vф, вытесненного пуансоном во время формообразования отливки, ко всему объему отливки Vот, может изменять в следующих пределах Кф=0,1Е0,9.
После окончания формообразования давление пуансоном передается либо только на внутреннюю поверхность отливки, либо на внутреннюю поверхность и верхний торец отливки, либо на внутреннюю поверхность и не на весь верхний торец отливки. Последняя схема (рис. 1,б) была принята при проведении опытов.
Проанализированы гидродинамические режимы ЛКД с учетом неразрывности струи и установлено, что скорость движения расплава в рабочей полости пресс-формы подчиняется следующей закономерности:
vф=vп/[(D-d)2 - 1], (8)
где vп - скорость внедрения пуансона в расплав.
Ее анализ показал, что увеличение толщины стенки (при постоянном наружном диаметре) от 5 до 20 мм (в 4 раза) приводит к снижению скорости vф в 10 раз. Это отражается на качестве отливок. Небольшая скорость опускания пуансона в полости пресс-формы удлиняет время формообразования отливки и иногда приводит к недоливам (особенно при температуре матрицы ниже 50оС и толщине стенки отливки мене 5 мм). Кроме того, при низкой температуре пресс-формы возможно образование спая, распространяющегося в глубь стенки на уровне заливки расплава в матрицу, что наиболее вероятно в тонкостенных отливках.
Впервые проведенные исследования тепловых условий формирования отливок типа стакана (наружный диаметр 60 мм, высота 60 мм, толщина стенки 5; 10; 15 и 20 мм) с установкой термопар в различных точках по высоте и толщине вертикальной стенки, показали, что затвердевание протекает при наличии определенного температурного перепада по высоте, связанного как с тепловыми, так и силовыми условиями формирования отливки. Время затвердевания зон отливки увеличивается при переходе от верхнего торца к нижнему, при этом тепловой центр смещается к зоне сопряжения вертикальной стенки и донной части отливки. Это следует учитывать при разработке конструкции отливки и деталей пресс-формы с целью получения качественных заготовок (без усадочных раковин и пор).
Изучение изменения температуры в поперечном сечении вертикальной стенки, равноудаленном от торцов, позволило выявить наличие определенного температурного перепада в указанном сечении, величина которого составляет 25Е85С в момент окончания формообразования отливки и 60Е150С - в момент окончания затвердевания теплового центра. Это свидетельствует о последовательном (иногда последовательно-объемном) характере затвердевания вертикальной стенки. Тепловой центр отливки смещается к прессующему пуансону (при прочих равных условиях).
Продвижение фронта затвердевания в вертикальной стенке отливки типа стакана можно выразить в виде параболы (рис. 5):
хi=Кi τi2, (9)
где τi =τн - время с момента окончания заливки расплава в матрицу, с (для расчета роста корки со стороны матрицы); τi=τв - время с момента окончания формообразования отливки, с (для расчета роста корки со стороны пуансона). Значения коэффициента затвердевания Кi неодинаковы для кривых 1 и 2 (рис. 5), что объясняется различной интенсивностью охлаждения на границах раздела лотливка - матрица и лотливка - пуансон. При прочих равных условиях величина коэффициента Кi зависит от теплофизических свойств сплава и режимов ЛКД (главным образом от давления прессования и температурных параметров).
Для отливок из сплава АК12 при рн=150 МПа Кi=0,14Е0,16 мм/с2 (для расчета продвижения фронта затвердевания со стороны наружной поверхности - со стороны матрицы) и 0,45Е0,60 мм/с2 (со стороны внутренней поверхности - со стороны пуансона). Изменение состава сплава, а следовательно, и его теплофизических характеристик приводит к изменению коэффициента Кi.
С увеличением толщины стенки отливки от 5 до 20 мм и содержания кремния в силуминах до 18% время затвердевания возрастает (при прочих равных условиях), хотя и не очень значительно. В первом случае это связано с общим ростом теплосодержания отливки, а во втором - с изменением теплофизических свойств сплава (с увеличением содержания кремния снижается теплопроводность силумина).
Формулу (9) рекомендуется использовать для расчета времени затвердевания и выдержки под давлением отливок в условиях пуансонного прессования.
Рисунок 5. - Кривые продвижения фронта затвердевания со стороны матрицы (1)
и со стороны пуансона (2): а, б, в - толщина стенки отливки 10, 15 и 20 мм
Пуансонно-поршневое прессование (рис. 1,в). При пуансонно-поршневом прессовании расплав свободно заливают в матрицу пресс-формы и затем (после соприкосновения с торцом прессующего пуансона) вытесняет его определенную дозу в одну или несколько полостей, расположенных в пуансоне. При этом торец пуансона соприкасается с коркой, образовавшейся у боковых стенок матрицы, и воздействует на нее - деформирует.
Исследовано затвердевание и охлаждение выступающих элементов отливок, формирующихся в полости пуансона и имеющих следующие размеры: диаметр d=10; 15 и 20 мм; высота h=60 мм. Диаметр внутренней полости матрицы D=60 мм, высота Н была переменной в зависимости от объема полости в пуансоне. Для четкого оформления выступающих элементов отливки в полости пуансона были предусмотрены канавки для удаления воздуха и газов. Отливки изготовляли из сплавов АК7ч и А356.2. Режимы ЛКД: tзал=720Е740оС; tм=50Е80оС; рн=20Е250 МПа; τд=3Е4 с; τп=30Е35 с; смазка - машинное масло. Установлено, что при постоянном давлении (250 МПа) время затвердевания увеличивается с увеличением диаметра элемента отливки. Это время небольшим, что связано с вытеснением в полость пуансона не расплава, а жидко-твердой массы.
Исследовано влияние различных параметров на качество получаемых отливок. Установлено, что при формообразовании отливки, а, следовательно, и при заполнении полостей пресс-формы (главным образом в пуансоне) в отливках возникают дефекты следующих видов: 1) нечеткое оформление контуров отливки в полости пуансона, образующееся из-за отсутствия или недостаточной вентиляции пресс-формы; 2) газовые раковины (при отсутствии вентиляции пресс-формы); 3) наличие спаев, распространяющихся от наружной поверхности в тело отливки (или пресс-остатка), вследствие деформации вертикальной корки.
Дефекты, связанные с нечетким оформлением контуров отливки, устраняются применением сборной конструкции пуансона при условии выполнения между его отдельными элементами вентиляционных зазоров.
Изучение механизма образования спаев в местах деформирования вертикальной корки позволило установить, что этот дефект наиболее характерен для отливок, изготовляемых в недостаточно нагретой пресс-форме (tм<100оС). Наличие избыточного количества смазки на вертикальных поверхностях матрицы (например, графитомасляной смазки) также способствует образованию подобных спаев. Выявлено, что вертикальная корка, образующаяся у стенок матриц, деформируется, а ее верхняя часть смещается в тело отливки, где под действием перегретого сплава она частично оплавляется. Для устранения указанных спаев рекомендуется уменьшать толщину и прочность корки за счет повышения начальной температуры матрицы и уменьшения времени выдержки расплава в матрице до приложения давления прессования, а также за счет увеличения припуска на механическую обработку или изменения конструкции отливки путем введения дополнительного элемента - фланца, размеры которого больше габаритов заготовки и который может служить пресс-остатком.
Качество отливок, изготовляемых с использованием схемы пуансонно-поршневого прессования, зависит не только от условий формообразования отливки, но и от величины давления. Его величину рекомендуется рассчитывать по формулам, применяемым для расчета величины давления при поршневом прессовании.
В третьей главе рассмотрены силовые условия формирования отливок при ЛКД.
Поршневое прессование. Как указывалось выше, при поршневом прессовании давление воздействует на вертикальную корку, образовавшуюся вдоль боковых стенок матрицы. Трение на контактных поверхностях лотливка - форма присущи практически всем технологическим операциям обработки металлов с использованием давления. Усилия трения и развиваемые ими на контактных поверхностях касательные напряжения зависят от многих факторов. Большинство исследователей для решения практических задач по определению деформированного состояния металла при различных технологических процессах принимают касательные напряжения τк, по абсолютной величине равные максимальным (условие Мизеса) - τк=σs/, где σs - предел текучести сплава при температурах деформации. Это, по мнению профессора Е.П. Унксова и др., обеспечивает наиболее математически строгое решение технологических задач независимо от метода расчета. Подобное положение принято и при выполнении расчетов в данной работе.
Рассмотрен баланс сил, действующих на формирующуюся отливку в момент окончания затвердевания, и определено давление, необходимое для уплотнения затвердевающей заготовки типа сплошного цилиндра диаметром D и высотой H:
р=Куσs[1+], (10)
где Ку - коэффициент, зависящий от коэффициента формообразования отливки Ку = 1 - Кф); при поршневом прессовании Ку=1.
Относительные потери давления на внешнее трение (Δр = ртр) можно определить из выражения:
, (11)
где р - приложенное давление.
Из анализа выражения (11) вытекает практический вывод о необходимости уменьшения отношения Н/D (при постоянном σs) c целью получения отливок повышенного качества. Предположив, что отливка получится плотной, когда более 60% прилагаемого давления будет затрачиваться на ее уплотнение (например, при р>0,6рн).Тогда, как видно из рис. 6, значения Δр/р<0,4 обеспечиваются при отношении H/D<1, если р>100 МПа (область II); а при давлении 50 МПа и H/D>0,5 (область I) нельзя получить качественные отливки - без усадочных дефектов, что и подтверждается многочисленными экспериментальными данными. При давлении 200 МПа качественными можно получить отливки с отношением H/D до 3 (область III).
Рисунок 6. Ц Зависимость относительных потерь давления на внешнее трение от отношения высоты к диаметру отливки: I, II, III Ц номинальное давление 50, 100 и 200 МПа (нижняя граница каждой области при σs=5 МПа, верхняя - при 10 МПа)
Значения σs определяли по справочным данным, принимая его значения от 5 до 20 МПа, зная температурное поле отливки в момент окончания затвердевания. Результаты расчета потерь давления на внешнее трение по формуле (11) приведены в табл. 1 (при σs=8 МПа):
Таблица 1. Относительные потери давления не внешнее трение
Металл, сплав | Δр/р, при рн, МПа | Примечание | ||
50 | 100 | 200 | ||
А7 | 0,91 0,80 | 0,55 0,62 | 0,32 0,35 | Расчет Опыт |
АК7ч | 0,64 0,62 | 0,60 0,61 | 0,52 0,55 | Расчет Опыт |
Если отношение H/D>>1, то можно сделать допущение о том, что потери давления на трение на вертикальных поверхностях отливки будут намного больше аналогичных потерь на торцовых поверхностях и последними можно пренебречь. Тогда выражение (11) будет иметь следующий вид
Δр/р (1+2,31σs/р) (H/D) (12)
Если отношение H/D<1 (отливки типа фланца или диска), то внешнее трение на торцовых поверхностях будет больше, чем на боковых (вертикальных) поверхностях (ими можно пренебречь), и выражение (11) примет вид:
Δр/р=1,56σs/р (13)
Экспериментальное исследование эффективности воздействия давления на затвердевающую отливку поводили на установке, позволявшей фиксировать температуру заготовки, изменение прилагаемого давления и давления, передаваемого отливкой на дно матрицы, а также относительного перемещения прессующего пуансона.
Результаты одного из опытов приведены на рис. 7, из которого видно, что отливки из алюминия А7 затвердевали в течение ~4,5 с после приложения давления (tзал=700оС, tм=50оС). Давление, приложенное через 5 с после окончания заливки, достигало заданной величины через ~4,5 с, так что отливка затвердевала под нарастающим давлением - от атмосферного до 100 МПа. После приложения давление в течение первой секунды р = р1. Это продолжалось до тех пор, пока количество твердой фазы не превышало 50%, а давление через жидкую фазу передавалось на дно матрицы и нижнюю месдозу. Затем давление р1 начинало уменьшаться. При 75% твердой фазы оно стабилизировалось и до окончания затвердевания отливки практически оставалось постоянным (р1≈75 МПа), а величина Δр = 20Е30% от приложенного давления.
Рисунок 7. - Графики охлаждения отливки (1Е3) из алюминия А7 и относительного роста корки x/R (а) и изменения силовых параметров (б): а - 1, 2, 3 - температура отливки на расстоянии 6; 12,5 и 25 мм (центр) от поверхности; б - давление, прикладываемое пуансоном р (1) и фиксируемое нижней месдозой р1 (2), потери давления на трение Δр (4) и относительное перемещение пуансона h/H (3)
Таким образом, наблюдаются потери давления на внешнее трение, величина которых увеличивается по мере затвердевания отливки. Это означает, что последние участки в тепловом центре отливки затвердевают под давлением, значительно меньшем, чем прикладываемое. Экспериментальные данные о потере давления на внешнее трение приведены в табл. 1 (они близки к расчетным).
Зная величину повышения температуры кристаллизации металла под воздействием давления dT, величину давления, воздействующего на центральные зоны отливки, можно определить, используя формулу (1). Результаты расчета по этой формуле показали, что при приложенном давлении 190 МПа давление, воздействующее на тепловой центр отливки снижается до 100 МПа, усадочные раковины и поры в заготовке отсутствуют; при величине воздействующего давления 100 МПа давление в тепловом центре не превышает 50 МПа, а отливка имеет усадочные раковины и поры.
Экспериментально установлено, что чем больше высота и отношение H/D отливки, тем больше относительные потери давления на внешнее трение (рис. 8); это подтверждает приведенные выше результатов расчетов. Если в центральной зоне отливки еще имеется жидкая фаза, то относительные потери давления мало зависят от высоты отливки при H/D<1,2; при H/D=1,6Е2 значения Δр/р немного возрастают, в момент окончания затвердевания Δр/р заметно повышаются, особенно в отливках с отношение H/D>1.
Рисунок 8. - Зависимость относительных потерь давления на внешнее трение от отношения высоты к диаметру отливки (а) и давления прессования (б):
1, 2 - при достижении температур ликвидус и солидус соответственно
Определены значения σs алюминиевых сплавов, используя экспериментальные данные по потерям давления на внешнее трение; они находятся в пределах 8Е18 МПа, увеличиваясь при уменьшении высоты отливки и отношения H/D.
Проведено аналитическое исследование по определению усилия извлечения отливки из матрицы пресс-формы. Показано, что причиной, вызывающей эти усилия, являются упругие деформации матрицы пресс-формы в процессе прессования затвердевающей отливки. После снятия давления между отливкой и матрицей возникает контактное давление и соответствующая ему сила трения, преодоление которых требует значительных усилий. Выведены аналитические зависимости для расчета величины этих усилий Q:
Q = , (14)
где рн - номинальное давление прессования, МПа; f - коэффициент трения; φ - коэффициент; Н - высота отливки, м; а, b - внутренний и наружный радиусы матрицы, м; μ - коэффициент Пуассона.
Анализ зависимости (14) показывает, что при прочих равных условиях с увеличением давления прессования, коэффициента трения на границе лотливка-матрица и высоты отливки усилие извлечения отливки из матрицы возрастает. Это вызывает необходимость применения оптимальные режимы ЛКД, смазывать матрицу пресс-формы перед каждой заливкой расплава и после подъема пуансона в исходное положение.
Уплотнение отливок при затвердевании. Выполнен расчет величины перемещения пуансона (верхнего торца затвердевающей под давлением цилиндрической отливки), которое косвенно характеризует величину уплотнения формирующейся отливки. При расчете принято положение о том, что перемещение пуансона во время уплотнения затвердевающей отливки прямо пропорционально усадке сплава в жидком состоянии, при затвердевании и в твердом состоянии. Кроме того, принято, что продвижение фронта затвердевания со стороны боковых поверхностей отливки подчиняется параболической зависимости (см. выражение (5)), а со стороны пуансона (для отливок типа фланца, у которого высота намного меньше диаметра). С учетом этих положений получены зависимости, позволившие рассчитать величину перемещения верхнего торца формирующейся при ЛКД отливки и затем учитывать результаты расчета при регулировании контролирующей аппаратуры, устанавливаемой на гидравлических прессах.
Для отливки типа фланца расчетом получена следующая математическая зависимость:
hз/H=εж(tзал - tлик) + , (13)
где hз - величина перемещения верхнего торца отливки под воздействием давления в момент окончания затвердевания, мм; Н - высота отливки, мм; tзал и tлик - температура заливки и ликвидус сплава, оС; εж и εv - коэффициенты усадки сплава в жидком состоянии и при затвердевании; Кк - коэффициент затвердевания, мм/ с 0,5; τз - время затвердевания отливки, с.
Экспериментальные данные и результаты их математической обработки подтверждают принятое при выполнении расчетов положение о прямо пропорциональной зависимости между перемещением верхнего торца отливки с момента приложения давления и объемной усадкой сплава в соответствующие периоды. В табл. 2 приведены расчетные (формула (13)) и опытные значения hз/H для отливки диаметром 50 мм и высотой ~100 мм из алюминия А7 и сплава АК12 при номинальном давлении прессования 100, 200 и 300 МПа.
Однако величина перемещения верхнего торца отливки не позволяет предсказать, как происходит перемещение отдельных слоев (зон) по высоте, расположенных на разных уровнях от нижнего или верхнего торца.
Для изучения перемещения отдельных слоев затвердевающей под давлением отливки использована методика, разработанная в МГОУ и заключаю-
щаяся в том, что перед заливкой расплава на вертикальные стенки матрицы со стороны рабочей полости на фиксированных расстояниях от дна устанавливали небольшие постоянные магниты.
Таблица 2. Относительное перемещение верхнего торца отливки в
момент окончания затвердевания
Металл, сплав | tзал, оС | рн, МПа | hз/H | |
Расчет | Опыт | |||
| A7 | 720 | 100 | 0,098 | 0,096 |
200 | 0,109 | 0,104 | ||
300 | 0,111 | 0,106 | ||
| AK12 | 680 | 100 | 0,062 | 0,063 |
200 | 0,064 | 0,066 | ||
300 | 0,065 | 0,068 | ||
Расплав заливали так, чтобы струя не смыла их. Разность между расстоянием каждого магнита от дна матрицы и расстоянием его от нижнего торца отливки после охлаждения последней до комнатной температуры соответствовала величине перемещения каждого магнита и соответствующего слоя отливки под воздействием давления.
Использование этой методики для алюминия и всех использованных промышленных сплавов позволило установить, что наибольшее перемещение слоев, следовательно, и лучшее уплотнение затвердевающей отливки имеет место в верхней зоне, прилегающей к пуансону и распространяющейся на расстояние ~1/3 высоты отливки от него, тем самым подтверждены данные полученные ранее в МГОУ и НГТУ. По мере удаления от верхнего торца отливки (места приложения давления) перемещение слоев уменьшается по зависимости, близкой к параболической. Абсолютные значения величины перемещения каждого слоя зависит от давления прессования, объемной усадки и механических свойств сплава при высоких температурах.
Пуансонное прессование. Усилие Р в момент окончания затвердевания отливки, как и при поршневом прессовании, затрачивается на ее уплотнение (σsF) и на преодоление сил трения между отливкой и вертикальными стенками матрицы (τкDН), между отливкой и выступающей частью пуансона (τкπdh), между отливкой и торцовыми поверхностями пресс-формы (2τкF):
Р = р F = σs F + Ку [τк (π DH + π dh)+ 2τкF] (14)
где р - прикладываемое давление, МПа; F - площадь торцовой поверхности отливки, м2; σs - предел текучести сплава при высоких температурах, МПа;
τк - контактные напряжения на поверхностях трения, МПа; D, d - наружный и внутренний диаметры отливки, м; H, h - высота отливки и глубина ее внутренней полости; Ку - коэффициент уплотнения, зависящий от коэффициента формообразования отливки Кф.
Проведен анализ коэффициента Кф для отливок типа стакана высотой 60 мм и толщиной стенки 5; 10; 15 и 20 мм, имеющих наружный диаметр 60Е200 мм и высоту 60 мм, и установлено, что наибольшее значения Кф характерны для тонкостенных отливок, следовательно, для них меньшими будут значения Ку. При постоянной толщине стенки отливки значения Кф тем больше, чем глубже ее внутренняя полость. Значит, при увеличении отношения Хдн/Хот (здесь Хдн - толщина донной части отливки; Хот - толщина вертикальных стенок) для получения качественной отливки необходимо приложить большее давление прессования, что вполне совпадает с результатами собственных опытов и литературных данных.
Рассчитаны относительные потери давления на внешнее трение по формуле
Δр/р=Крσs/р (1+ 2/ (15)
и показано, что они, как и при поршневом прессовании, зависят от предела текучести сплава при высоких температурах σs, наружных и внутренних размеров отливки, а также от коэффициента уплотнения Ку..
КД композиционных материалов. Исследовано затвердевание и охлаждение отливок из композиционных материалов с матрицей из алюминия и алюминиевых сплавов АК12 и Al-4,5%Cu. В качестве упрочняющих добавок использованы карбид титана, карбид кремния и оксид алюминия. Установлено, что характер зависимостей, полученный ранее для алюминия и сплавов на его основе, сохраняется, изменяются только численные значения.
Таблица 3. КД алюминия, некоторых алюминиевых сплавов и КМ
Металл, сплав, КМ | τз, с | δТкр, оС | ро, МПа | (h/H)з |
Алюминий А7 | 6,2 | 10 | 95 | 0,099 |
Al - 5%SiC | 10,2 | 5 | 55 | 0,043 |
Al - 10%TiC | 6,8 | 6 | 35 | 0,053 |
АК12 | 6,9 | 8 | 140 | 0,066 |
AK12 - 5%SiC | 7,1 | 4 | 100 | 0,045 |
AK12 - 5%TiC | 10,2 | 5 | 110 | 0,075 |
Al - 4,5%Cu | 9,2 | 11 | 50 | 0,120 |
Al - 4,5%Cu - 2%Al2O3 | 13 | 8 | 140 | 0,108 |
Примечание. τз - время затвердевания; δТкр - повышении температуры кристаллизации
(ликвидус) под воздействием давления; ро - давление, при котором начинается повышение
температуры кристаллизации металла (сплава); (h/H)з - относительное перемещение
верхнего торца отливки в момент окончания затвердевания
Следует отметить, что введение упрочняющих частиц в металлический расплав изменяет свойства сплавов и их склонность к уплотнению во время затвердевания (табл. 3). Отливки из композиционных материалов уплотняются в меньшей степени, чем отливки из традиционных алюминиевых сплавов.
В четвертой главе приведены результаты исследования структуры и свойств корок и отливок, изготовленных с использованием основных схем прессования.
Изучена макро- и микроструктура корок (из силуминов), растущих со стороны пуансона, и показано, что на поверхности отрыва корки от не затвердевшего остатка выявлены светлые и темные области, не имеющие принципиального отличия в строении. В этих областях обнаружены веточки эвтектического кремния (сплав АК12), растущие горизонтально - вдоль дендритов α-твердого раствора. Количество выступающих дендритов, растущих быстрее эвтектики, - незначительно. В отдельных местах выявлены участки сферической формы, ограниченные светлой полосой, структура которых не отличается от структуры близлежащих участков и состоит из дендритов α-твердого раствора и эвтектики. На отдельных участках поверхности корки выявлены элементы, имеющие форму удлиненной капли, по-видимому, образовавшиеся после отрыва корки от не затвердевшего остатка за счет вытеснения жидкой фазы из междендритных промежутков или за счет действия сил, возникших на границе расплав - фронт затвердевания при отрыве корки.
Микроструктура корок в сечении имеет направленный характер (в соответствии с теплоотводом) - от пуансона к поверхности отрыва ее от не затвердевшего остатка. При этом переходе размер дендритной ячейки увеличивается прямо пропорционально расстоянию от наружной поверхности (по линейной зависимости).
Механические свойства корок следующие (литое состояние; ось разрывных образцов перпендикулярна приложенному усилию прессования):
σв=175Е180 МПа; δ=11,4Е12,0 % (сплав АК12);
σв=202Е209 МПа; δ=14,2Е18,0 % (сплав АК7ч).
При изучении структуры цилиндрических отливок подтверждены данные других исследователей, проводивших исследование структуры сплавов цветных металлов на разной основе, что в условиях ЛКД структура отливок измельчается. Этому способствуют повышенная скорость охлаждения и воздействие давления как на условия возникновения центров кристаллизации, так и на растущие кристаллы.
Полученные экспериментальные данные хорошо согласуются с известной теоретической зависимостью:
r*= (16)
где r* - радиус критического зародыша; σ - поверхностное натяжение на границе зародыш-расплав; ΔТ - переохлаждение расплава; dT - изменение температуры кристаллизации сплава, обусловленное изменением давления на величину dp; V2, V1 - объемы жидкой и твердой фаз соответственно. Из выражения (16) видно, что уменьшение размера критического зародыша и измельчение структуры сплава в отливках при ЛКД происходит не только за счет увеличения переохлаждения, но и за счет повышения давления прессования.
Наиболее существенное измельчение структуры (в 2Е3 раза) наблюдается в области давлений от атмосферного до ~100 МПа; последующее повышение давления до 300Е400 МПа также приводит к уменьшению размеров зерен, но в значительно меньшей степени, чем в первой области давлений.
Структура отливок из доэвтектических силуминов характеризуется наличием дендритов α-твердого раствора и эвтектики (α+Si). В структуре отливок из сплава Al-13%Si, затвердевших под атмосферным давлением, содержатся кристаллы первичного кремния (КПК) и эвтектика. При ЛКД размеры КПК уменьшаются с увеличением давления (рис. 10), уменьшается также и площадь, занятая ими, что указывает на сдвиг эвтектической точки вправо - к кремнию. В отливках из заэвтектического силумина (с 25%Si) с повышением давления при кристаллизации КПК также измельчаются (дробятся); если при литье в кокиль их размеры находились в пределах 70Е75 мкм, то при рн=320 МПа - 20Е23 мкм; конфигурация (форма) КПК при этом не изменяется (рис.9).
Смещение эвтектической точки вправо, измельчение эвтектики, увеличение растворимости кремния в алюминии и наблюдаемое устранение усадочной пористости в формирующихся при ЛКД отливках приводит к повышению их механических свойств. Одновременное повышение прочностных (σв, НВ) и пластических (δ) характеристик силуминов при ЛКД можно объяснить измельчением дендритов α-твердого раствора, КПК и составляющих эвтектики, а также физическими свойствами последней.
а) б)
Рисунок 9. Ц Микроструктура отливок из сплава Al-25%Si, затвердевших под
атмосферным давлением (а) и давлением 320 МПа (б)
Изучение микроструктуры силуминов с 13Е25%Si показало, что КПК имеют разное строение и располагаются на фоне α-твердого раствора, но это не отражается кардинально на изменении механических свойств; главное здесь - не строение КПК, а их размеры, изменяющиеся под воздействием давления на затвердевающую отливку. Давление приводит к измельчению КПК, но не оказывает существенного влияние на их конфигурацию (рис. 10).
Рисунок 10. Ц Форма кристаллов первичного кремния в отливках из сплава Al-17%Si,
затвердевших под давлением 160Е320 МПа
Применены методы планирования экспериментов с использованием планов Рехтшафнера (для двойных сплавов системы Al-Si) и Хартли (для высокопрочных сплавов системы Al-Si-Cu). Получены уравнения регрессии и графические зависимости, связывающие значения прочности и пластичности сплавов в отливках с основными параметрами ЛКД.
Микроструктура сплавов систем Al-Cu и Al-Mg при кристаллизации под давлением также претерпевает существенные изменения, приводящая к изменению параметров затвердевания, уплотнения и механических свойств отливок. Так, в сплавах системы Al-Cu при кристаллизации под давлением наблюдается резкое измельчение α-твердого раствора и фазы Сu-Al2. У сплавов, близких к эвтектическому составу и кристаллизующихся в типично дендритной форме, выявлено заметное уменьшение размеров дендритных ячеек, по которым рассчитана скорость охлаждения, эквивалентная действующему давлению.
Повышение давления при кристаллизации приводит к измельчению структуры отливок из сплавов системы Al-Zn-Mg (например, сплава АЛ24П) как в литом состоянии, так и после термообработки по режиму Т6. Микроструктура отливок из них в литом состоянии характеризуется наличием дендритов α-твердого раствора и различных фаз, число и объем которых заметно изменяется и по сечению, и по высоте заготовки. С увеличением давления расстояние между осями дендритов второго порядка уменьшается, а количество фазы MgZn2 увеличивается в верхней зоне. В средней зоне по высоте с увеличением давления не только уменьшается расстояние между осями дендритов второго порядка, но и наблюдается изменение в расположении фазы MgZn2 и T-фазы (Al2Mg3Zn3).
В литом состоянии при увеличении давления прочностные характеристики сплава непрерывно повышаются (σв от 96,3 до 275,3 МПа), а после термообработки по режиму Т6 их скачок наблюдается только при переходе от атмосферного давления к механическому (σв от 430 до 450 МПа, σ0,2 от 360 до 375 МПа). Пластические характеристики повышаются как в литом состоянии - от 2,1 до 11,3 %, так и после термообработки по режиму Т6 - от 4,9 до 9,0 %).
Таким образом, с повышением давления механические свойства отливок из всех исследованных сплавов заметно возрастают, особенно пластические характеристики.
Формирование комбинированных структур в отливках. Исследовано формирование отливок в частично теплоизолированных формах при ЛКД алюминиевых сплавов. Деформируемый сплав, близкий по составу к чистому алюминию, заливали в матрицу пресс-формы, изолированную со стороны рабочей полости листовым асбестом толщиной 1Е5 мм. В асбесте почти на всю высоту матрицы были выполнены прорези (щели) шириной 1Е8 мм для контакта расплава непосредственно со стенками матрицы. Типичные макроструктуры поперечных сечений цилиндрических отливок (D=50 мм, Н≈100 мм) приведены на рис. 11.
а) б)
Рисунок 11. - Макроструктура цилиндрических отливок (диаметр 50 мм),
изготовленных в условиях атмосферного давления (а) и ЛКД
при рн=150 МПа (б)
Видно, что конфигурация зоны крупных кристаллов, растущих сто стороны неизолированных поверхностей матрицы, приближаются к окружности; при этом в отливках, затвердевших под атмосферным давлением, они намного меньше (рис. 10,а), чем в отливках, затвердевших под поршневым давлением (рис. 10,б). С увеличением ширины зоны контакта расплава с матрицей увеличиваются и размеры (ширина) зон крупных кристаллов. Наличие разных зон отражается на механических свойствах отливок (табл. 4).
Рассмотрено формирование зон крупных кристаллов от круговых прорезей в асбесте со стороны дна матрицы (реактивные силы) и торца пуансона
Таблица 4. Механические свойства отливок из сплава Б1Т (литое состояние)
Зона отливки | рн, МПа | σ0,2, МПа | σв, МПа | δ,% |
Крупные кристаллы | 150 | 117 | 173 | 19 |
300 | 143 | 182 | 27 | |
Мелкие кристаллы | 150 | 122 | 208 | 27 |
300 | 144 | 214 | 28 |
(активные силы) и показано, что глубина проникновения этих зон внутрь отливки со стороны верхнего торца больше, чем со стороны нижнего, несмотря на то, что рост крупных кристаллов со стороны верхнего торца начинался на 4..5 с позже (из-за вынужденной выдержки между окончанием заливки и началом приложения давления). Способ защищен авторским свидетельством № 1588497 (СССР).
Таким образом, получены данные, свидетельствующие о возможности получения комбинированных структурных зонах в отливках с различными значениями механических свойств путем регулирования давления прессования, толщины теплоизоляционного покрытия и условий охлаждения отдельных частей (или зон) заготовки.
Пуансонное прессование. Металлографические исследования показали, что макроструктура отливок из алюминия А7 состоит из столбчатых кристаллов, вытянутых в направлении теплового потока - к внешней и внутренней сторонам стенки стакана, разграниченных тепловым центром. При этом ширина кристаллов увеличивается с увеличением толщины стенки отливки (при прочих равных условиях).
Макроструктура отливок с Хот=10 и 15 мм из сплава АК7ч также характеризуется наличием столбчатых кристаллов, вытянутых к внешней и внутренней сторонам стенки стакана, как и у алюминия А7. Тепловой центр в отливках с Хот=15 мм смещается к внутренней поверхности. В отливках с Хот=10 мм у внутренней поверхности стенки макрозерна в 3Е4 раза тоньше, чем у внешней. В отливках с Хот=5 и 20 мм на всей высоте стенки в основном мелкие округлые макрозерна. Только в нижней части у внешней стенки отливки с Хот=5 мм наблюдаются крупные кристаллы, вытянутые в сторону матрицы. Тепловой центр в них располагается на равном расстоянии от вертикальных поверхностей. Во всех отливках из сплава АК7ч макроструктура донной части состоит в основном из крупных макрокристаллов.
В макроструктуру отливок из сплава АК12 со стороны внешних поверхностей просматривается корка, образовавшаяся до момента внедрения пуансона в расплав. Наибольшее влияние на равномерность структуры по сечению отливки оказывают температурные (tзал, tм) и временные (τд) параметры. Так, при tм<50оС и τд>3 с со стороны боковой поверхности и дна матрицы образуется корка значительной толщины ещё до момента внедрения пуансона в расплав, которая частично размывается расплавом, вытесняемым пуансоном.
В отливках из сплава АК18Н в макроструктуре также наблюдается корка с внешних и внутренних сторон стенки, лишь в отливке с Хот=20 мм она выражена нечетко. Структура центральной зоны однородна и мелкодисперсна, как и структура донной части отливки.
Микроструктура отливок типа стакана из сплавов АК7ч и АК12 состоит из дендритов α-фазы и эвтектики (α+Si), из сплава АК18Н - из КПК и эвтектики. Она изменяется (для одного и того же сплава) при увеличении толщины стенки и по высоте стенки одной и той же толщины. Так, расстояние между осями дендритов второго порядка dП возрастает от 30 до 40 мкм (сплав АК7ч) и от 25 до 32 мкм (сплав АК12) при увеличении толщины стенки от 5 до 20 мм, при этом величина dП незначительно (на ~5 мкм) уменьшается по толщине стенки (при переходе от наружной к внутренней поверхности). В верхних зонах стенки величина dП, как правило, меньше, чем в нижних; это различие достигает 10Е15 мкм. Например, в верхних зонах отливок с толщиной стенки 5 мм величина dП=20 мкм и в нижних - 35 мкм (сплав АК7ч), с толщиной стенки 20 мм - соответственно 25 и 40 мкм. В отливках из сплава АК12 это различие меньше: 25 мкм (верхние зоны) и 30 мкм (нижние зоны) при толщине стенки 5 мм; 25 мкм (верхние зоны) и 35 мкм (нижние зоны) при толщине стенки 20 мм.
Твердость отливок находится в пределах: НВ 70Е100 (сплав АК7ч), 70Е120 (сплав АК12), 105Е140 (сплав АК18Н), 111...121 (сплав АК8М3ч), 111Е126 (сплав ВАЛ10).
Таблица 5. Механические свойства отливок типа стакана, изготовленных
КД при рн=150 (итое состояние)
Металл, сплав | Хот, мм | σ0,2, МПа | σв, МПа | δ, % | Место разрыва образца, мм |
| А7 | 5 | 39,0 | 63,5 | 30,2 | 24 |
10 | 40,0 | 68,5 | 35,5 | 25 | |
20 | 47,0 | 65,0 | 35,6 | 29 | |
| АК7ч | 5 | 106,5 | 217,5 | 7,5 | 25 |
10 | 53,5 | 210 | 2,0 | 28 | |
15 | 86 | 200 | 2,6 | 25 | |
20 | 63 | 180 | 2,8 | 43 | |
ГОСТ 1583 | - | ≥150 | ≥0,5 | - | |
| АК12 | 5 | 54,0 | 197,8 | 2,95 | 28 |
10 | 102,5 | 215,0 | 5,0 | 28 | |
15 | 65,5 | 220,0 | 9,0 | 26 | |
20 | 111,0 | 213,0 | 7,3 | 27 | |
ГОСТ 1583 | - | ≥160 | 2,0≥ | - | |
АК18Н | 5 | 47,5 | 145,5 | 4,0 | 21 |
10 | 114,5 | 170 | 0,6 | 21 |
Прочностные и пластические характеристики отливок определяли на нестандартных образцах, вырезанных из вертикальных стенок, и сохранивших с двух сторон литую поверхность; их размеры следующие: длина 55Е60 мм, толщина 9Е10 мм. Результаты их испытаний приведены в табл. 5.
Проанализирована удаленность места разрушения (разрыва) разрывных образцов от нижнего торца отливки. Выше отмечалось, что при пуансонном прессовании возможно образование спаев, распространяющихся от наружной поверхности в глубь стенки по уровню заливки расплава в матрицу. В проведенных опытах для отливок с толщиной стенки 10 мм этот уровень
соответствовал 38±2 мм от дна матрицы (и, следовательно, от нижнего торца отливки), толщина дна была 10±3 мм. Разрыв образцов происходил на следующем расстоянии от нижнего торца отливки: 24Е29 (алюминий А7), 25Е48 мм (сплав АК7ч), 26Е28 мм (сплав АК12) и 21 мм (сплав АК18Н). Видно, что разрыв происходил не по уровню заливки расплава в матрицу, а ниже, что косвенно свидетельствует об отсутствии в них спаев, указанных выше.
Изучена эффективность теплосилового и модифицирующего (фосфоросодержащей лигатурой) воздействия на затвердевание, структуру и свойства отливок типа стакана из заэвтектического силумина А390. Установлено, что размеры кристаллов первичного кремния (КПК), которые формируются при ЛКД не модифицированных и модифицированных заэвтектических силуминов, существенно различаются и соответственно находятся в пределах 50Е90 и 10Е12 мкм.
Влияние теплосилового воздействия на прочностные свойства модифицированного заэвтектического силумина А390 представлено в табл. 6.
Таблица 6. - Прочность сплава А390 в отливках стакан в зависимости
от давления прессования и толщины стенки отливки
Хот, мм | σв, МПа, при рн, МПа | ||
90 | 180 | 260 | |
5 | 184 | 220 | 195 |
10 | 169 | 212 | 209 |
15 | 158 | 186 | 225 |
При повышении давления прессования с 90 до 260 МПа σв возрастает со 158Е184 до 195Е225 МПа. Однако, если при давлениях до 180 МПа с увеличением толщины стенки отливки σв снижается, то при давлении 260 МПа он, наоборот, повышается. Такой характер изменения σв обусловлен, вероятно, тем, что при рн<180 МПа проявляется эффект теплосилового воздействия на интенсивность затвердевания в большей степени, чем увеличение толщины стенки отливки. При рн=260 МПа влияние скорости затвердевания на структурные параметры достигает предельного уровня и полнее проявляется эффект пропрессовывания затвердевающей отливки с большей толщиной стенки; они получаются более плотными и более прочными.
Твердость отливок из сплава А390 слабо зависит от толщины стенки, но последовательно возрастает на 2 и 6% (до НВ 148) при увеличении давления с 90 до 180 и 260 МПа соответственно.
Таким образом, усиленное внешнее теплосиловое воздействие на жидкий и кристаллизующийся заэвтектический силумин является эффективным фактором измельчения структуры и повышения механических свойств. Высокий уровень показателей структуры и свойств заэвтектических силуминов достигается при комплексной обработке, которая включает, наряду с усиленным теплосиловым воздействием, модифицирование фосфором.
Изучена возможность получения тиксотропной (сфероидизированной) структуры в отливках типа стакана и показана ее зависимость от интенсивности движения расплава в полости пресс-формы, которая, в свою очередь, зависит от конфигурации и размеров отливки.
Пуасонно-поршневое прессование. ЛКД позволяет получать высококачественные отливки. Однако в некоторых из них (особенно в отливках сложной конфигурации) возникают местные дефекты, влияющие на свойства литых деталей. Исследовано качество отливок типа стакана с ребрами и выступами во внутренней полости, полученных в условиях пуансонного прессования (наружная стенка) и пуансонно-поршневого прессования (внутренняя полость с ребрами и приливами) из алюминиевого сплава АК7ч. Расплав при температуре 700±5С заливали в матрицу пресс-формы, имеющую температуру 150Е180С и установленную на столе гидравлического пресса модели Д2430Б. Остальные параметры ЛКД были следующими: время выдержки расплава в матрице до приложения давления составляло 3Е4 с и формирующейся отливки под давлением - 60Е80 с; давление - 150 и 200 МПа.
Анализ полученных данных показал, что имеет место разброс свойств образцов, вырезанных из различных зон приливов. Установлено, что в изломе образцов, имеющих низкую прочность, выявлены дефекты газоусадочного происхождения довольно крупных размеров. Эти дефекты были двух типов: с блестящей поверхностью и со светлой незначительно шероховатой поверхностью (последние дефекты встречались чаще). На поверхности дефектов первого типа, когда на темном фоне оксида алюминия выявлены светлые области, микрохимический анализ позволил выявить широкий спектр элементов, не содержащихся в сплаве. Этот дефект являлся газовой раковиной экзогенного характера, образовавшейся во время вытеснения не затвердевшего сплава прессующим пуансоном (в его рабочую полость) при окончательном формообразовании отливки, так как в пуансоне не были предусмотрены газоотводные каналы.
Шероховатость поверхностей дефектов второго типа может быть объяснена присутствием преждевременно обнаженных дендритов. Одна часть поверхности раковины состоит только из дендритов α-твердого раствора, вторая - из дендритов α-твердого раствора, между которыми находятся тонкие пластинки эвтектического кремния. По-видимому, дефект возник из-за недостатка жидкого сплава во время затвердевания этой зоны отливки.
На некоторых поверхностях изломов образцов обнаружены кристаллы первичного кремния, что нехарактерно для доэвтектических силуминов. Это очень хрупкая структурная составляющая, разрушающаяся расщеплением еще перед разрушением самого образца, в результате чего снижается прочность сплава. Возникновение кристаллов первичного кремния, по-видимому, связано с возникновением местных зон высокого давления, вызванного явлениями кавитации, что приводит к сдвигу эвтектической точки в сторону кремния.
Способ ЛКД, несмотря на целый ряд преимуществ перед другими специальными способами литья, требует тщательного анализа структуры и механических свойств отливок, и особенно в тех случаях, когда имеются заметные различия в показателях механических свойств одной и той же отливки в различных зонах. Это в большей степени относится к отливкам, формирование которых происходит в условиях пуансонного и пуансонно-поршневого прессования, когда имеет место перемещение значительных масс не затвердевшего сплава прессующим пуансоном. Газовые раковины, образовавшиеся после захвата воздуха перемещаемым сплавом, не выделяются из формирующейся отливки и остаются в ее стенках. Любые способы вентиляции пресс-форм не способствуют полному устранению таких раковин, но выполнение газоотводных каналов является обязательным (особенно при пуансонно-поршневом прессовании).
Подпитка отдельных элементов отливок при ЛКД осуществляется за счет механического давления. Поэтому наличие усадочных раковин и пор в отдельных зонах отливок свидетельствует о том, что в этих зонах давление было недостаточным или неэффективным. Это вызывает необходимость изменения конструкции отливки или использования другой схемы прессования.
При прочих равных условиях, чем больше давление прессования, тем выше механические свойства отливок, полученных при пуансоном и пуансонно-поршневом прессовании.
В пятой главе рассмотрены вопросы, относящиеся к наследственности алюминиевых сплавов при ЛКД и разработке технологических процессов ЛКД для конкретных литых заготовок из высокопрочных, антифрикционных и деформируемых алюминиевых сплавов.
Наследственность алюминиевых сплавов. Изучено влияние трех последовательных циклов переплав - затвердевание под давлением при ЛКД силуминов (отливки - цилиндрические заготовки D=50 мм, Н=60Е70 мм). Установлено, что после первого цикла достигнуты следующие показатели механических свойств (литое состояние): σв=254,1 МПа и δ=16% (сплав АК12, рн=150 МПа); после второго цикла обработки механические свойства незначительно снизились (σв=242,3 МПа; δ=10%), а после третьего цикла достигли σв=226,4 МПа; δ=9%. Следовательно, неоднократное использование трех последовательных циклов, шихты их 100%-ного лома и отсутствия внепечной обработки расплава приводит к некоторому снижению механических свойств заготовок, полученных ЛКД. Это может быть объяснено загрязнением расплава при неоднократном переплаве без внепечной обработки и, как следствие. Несмотря на это даже после третьего цикла обработки механические свойства отливок были выше требований ГОСТ 1583-93 (σв≥ 150 МПа; δ≥ 2%). Освежение шихты на 50% сплавом, не подвергшимся ЛКД, практические не отражается на прочностных характеристиках (σв=240,7Е241,5 МПа), но приводит к снижению пластичности δ от 10,8 до 5,8%.
Применение трех последовательных циклов переплав - затвердевание под давлением при пуансоном прессовании отливок типа стакана (D=60 мм, Н=60 мм, Хот=15 мм, рн=150 МПа) показало, что при переходе от цикла I к циклу III механические свойства изменяются следующим образом (литое состояние): σв от 206,7 до 211,7 МПа (сплав АК7ч); от 183,4 до 199,1 МПа (сплав АК12); от 165, до 153,3 МПа (сплав АК18Н); а δ соответственно по сплавам - от 8,6 до 5,4; от 4,5 до 7,1 и от 1,4 до 0,7%. Выявлено заметное измельчение кристаллов первичного кремния в отливках из сплава АК18Н после третьего цикла обработки, при этом число крупных кристаллов первичного кремния уменьшилось почти в 2 раза.
КД высокопрочных алюминиевых сплавов. Разработана и исследована технология ЛКД высокопрочных алюминиевых сплавов АЛ24П и АЛ9М применительно к литым деталям специального назначения. Разработаны конструкции пресс-форм и отработана технология изготовления ЛКД тонкостенных отливок Колпак и Поршень. Определены рациональные технологические режимы ЛКД. Отливки Колпак имели следующие механические свойства (после термообработки по режиму Т7): σ0,2=265Е295 МПа; σв=310Е410 МПа; δ=4,6Е12,6%, а отливки Поршень - σ0,2=300Е318 МПа; σв=390Е435 МПа; δ=10,6Е16,3%. Опытно-промышленная партия этих отливок, изготовленных ЛКД, успешно выдержала стендовые и полевые испытания.
КД деформируемых сплавов. Исследованы закономерности формирования отливок при ЛКД деформируемого алюминиевого сплава, близкого по составу к чистому алюминию и содержащему небольшие добавки никеля, титана и железа и используемого для деталей, изготовляемых листовой штамповкой. В качестве опытных отливок были выбраны заготовки типа небольшого сплошного цилиндра и стакана. Для изготовления отливок была спроектирована и изготовлена пресс-форма с неразъемной матрицей, чаще всего используемая в производственных условиях. Отработаны технологические режимы ЛКД деформируемого низколегированного алюминиевого сплава, обеспечивающие получение равноосной мелкозернистой структуры отливок, используемых в дальнейшем для изготовления деталей методом холодного выдавливания.
КД антифрикционных сплавов. Разработана и исследована технология ЛКД антифрикционных алюминиевых сплавов АО3-7 и АК6М7 (последний без добавок и с добавками 1Е10%Pb), используемых для изготовления литых деталей шестеренных насосов. Вначале на цилиндрических отливках диаметром 50 мм и высотой 40Е105 мм были исследованы тепловые и силовые условия ЛКД, обеспечивающие получение плотных отливок с высокими механическими и служебными свойствами, включая коэффициент трения скольжения в системе вал - втулка.
Изучены ликвационные процессы в отливках и показано, что при ЛКД и олово, и свинец, содержащиеся в алюминиевых сплавах, склонны к обратной ликвации и к ликвации по плотности. Оптимизированы составы сплавов по содержанию свинца. Заливка расплава при температуре >750оС приводит к получению неравномерной структуры по высоте отливки. Поэтому при поршневом прессовании рекомендуется иметь tзал=720Е740оС, а остальные режимы ЛКД поддерживать в следующих пределах: tм=200Е220оС; рн=150Е200 МПа; τд=3.
КД втулок. Втулки шестеренного насоса типа НШ-32У изготовляются из антифрикционного алюминиевого сплава АО3-7 ГОСТ 14113-78. Этот сплав предназначен для монометаллических подшипников скольжения (втулки, вкладыши и др.), работающих на трение в условиях смазки. К сплаву АО3-7 предъявляются следующие требования по механическим свойствам: σв≥170 МПа и НВ 75Е117; при этом σв определяют на специально отлитых образцах, а твердость - на широком торце втулки после термообработки по режиму Т1.
Разработаны чертежи отливок Втулка для ЛКД в одноместной и двухместной пресс-формах. Для исследования технологии ЛКД использованы пуансонно-поршневое и поршневое прессование. Отливки изготовляли при следующих режимах ЛКД: tзал=680Е980оС; tм=100Е220оС; рн=100Е220 МПа; τд=2Е6 с; τп=10Е12 с.
При пуансонно-поршневом прессовании окончательное формообразование отливки при внедрении прессующего пуансона в расплав, когда часть незатвердевшего сплава вытесняется пуансоном выше уровня заливки в полость, образованную пуансоном и стержнем, выполняющим отверстие в отливке. В большинстве отливок, изготовленных с использованием этой схемы прессования, в той или иной степени развития обнаружены обратная ликвация неоднородность строения по сечению отливки. В тонкой части, оформляемой вытесненным при формообразовании отливки расплавом, выявлена зональная ликвация. Основной составляющей ликвата являлись оксидные плены типа Al2O3 и более сложного состава, а также олово. Изменение рн, tзал и tм в исследованных пределах не позволили добиться полного устранения неоднородности строения по высоте втулки, но дало возможность наметить пути локализации и снижения ликвации. Это снижение tзал и повышение tм.
При использовании поршневого прессования тонкая часть отливки Втулка располагалась внизу и могла затвердеть до начала приложение давления, поэтому стремились проводить опыты при τд до 3Е4 с. Опыты проводили при следующих режимах ЛКД: tзал=720Е850оС; tм=120Е220оС; рн=150Е200 МПа; τд=3Е4 с; τп=10Е12 с.
Изучение макроструктуры отливок показало, что зональная ликвация отсутствовала, а структура отливок укрупнялась с повышением температуры заливки. Заливка расплава при температуре >750оС приводила к получению неравномерной структуры по высоте отливки. Поэтому при поршневом прессовании рекомендуется иметь tзал=720Е740оС, а остальные режимы ЛКД поддерживать в следующих пределах: tм=200Е220оС; рн=150Е200 МПа; τд=3Е4 с; τп=10 с. Процесс ЛКД внедрен в производство ОАО Гидромаш (Московская обл.)..
Сравнительные данные о расходе алюминиевого сплава АО3-7 на Втулку при литье в кокиль и ЛКД приведены в табл. 1. Ее анализ показывает, что переход с литья в кокиль на ЛКД позволяет уменьшить массу отливки (при ЛКД в одноместную пресс-форму) на 0,055 кг, полностью устранить литники и прибыли и сэкономить на одной заготовке еще 0,11 кг.
Таблица 7. Расход сплава АО3-7 на отливку Втулка
Масса, кг | КИМ | Способ литья | ||
Детали | отливки | итников и прибылей | ||
0,156 | 0,270 | 0,110 | 0,58 | итье в кокиль |
0,215 | - | 0,73 | КД | |
КД компенсаторов. Деталь компенсатор является составной частью шестеренного насоса. Она сопрягается плоской торцовой поверхностью с вращающимися стальными шестернями, а ее боковые поверхности с уплотнением прилегают к стенкам внутренней полости корпуса насоса. Отливка имеет форму восьмерки с двумя отверстиями. На плоской торцовой поверхности выполнены канавки, на противоположной стороне - буртик для фиксации резинового уплотнения. Боковая поверхность имеет сложную конфигурацию и механической обработке не подвергается; размеры этой поверхности имеют допуск, обеспечивающий сборку шестеренного насоса. Средняя толщина стенки ~8 мм.
Опробованы три схемы прессования формирующихся отливок. В результате была выбрана схема пуансонно-поршневого прессования. Режимы ЛКД варьировали в следующих пределах: tзал=650Е750оС; tф=80Е270оС; усилие прессования 0,6Е1 МН (60Е100 тс); время выдержки формирующейся отливки под давлением 5Е20 с; время от окончания заливки расплава в матрицу до начала приложения давления 3Е12 с.
Изучены структура и механические свойства компенсаторов, изготовленных ЛКД из сплава следующего состава (в масс. %): Si 7,2; Cu 6,3;Мg 0,1; Mn 0,28; Fe 0,9; Zn 0,2; Ni 0,08; Al остальное. При этом механические свойства определяли на нестандартных образцах, вырезанных непосредственно из литых компенсаторов (перпендикулярно воздействию усилия прессования).
На рис. 12,а приведена микроструктура литого компенсатора, характеризующаяся наличием следующих структурных с оставляющих: алюминиевый твердый раствор (α-фаза); β-фаза - (FeMn)3Si2Al5 - светлая крупная сетка; фаза W - (Cu, Mn, Al, Si) - серые включения на белом; эвтектика Al-Si. Механические свойства этой отливки (литое состояние) следующие: σв=180Е187 МПа; δ=2,7Е2,9; НВ 115.
Для сравнения на рис. 12,б приведена микроструктура отливки, полученной литьем под давлением из сплава следующего состава (в масс. %): Si 5,5; Cu 5,6; Mg 0,13; Mn 0,16; Fe 0,73; Zn 0,20; Ni 0,12; Pb 0,01; Al остальное. Микроструктура отливки характеризуется наличием тех же структурных составляющих, что и структура отливок, изготовленных ЛКД. Следует отметить, что выделения β-фазы имеют форму светлых игл, что менее благоприятно и приводит к снижению механических свойств: σв=164Е172 МПа; δ=1,9Е2,6; НВ 98.
а) б)
Рисунок 12. - Микроструктура литых компенсаторов, изготовленных ЛКД (а) и литьем под давлением (б) из медистого силумина
Технология ЛКД заготовок Втулка и Компенсатор внедрена ОАО Гидромаш (п. Новый Быт Московской обл.). В течение последних 15 лет на этом предприятии способом ЛКД изготовлено более 300000 отливок Втулка и более 1 миллиона отливок Компенсатор. Только на сплаве АО3-7 (при изготовлении отливок Втулка) экономия сплава АО3-7 составила более 50 тонн, включая ~2 тонны олова.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
- На основе проведенных комплексных исследований тепловых и силовых условий ЛКД установлено, что независимо от конфигурации отливки основные закономерности их затвердевания и уплотнения при основных схемах прессования одинаковы.
- Механическое давление, воздействующее при ЛКД, способствует устранению зазора между формирующейся отливкой и пресс-формой, в результате чего в 4Е5 раз интенсифицируется процесс теплообмена на границе лотливка-форма. Это приводит к уменьшению в 3Е4 раза времени затвердевания отливок из алюминиевых сплавов всех систем и перепада температур на границе раздела между отливкой и формой, к увеличению перепада температур по поперечному сечению и высоте формирующейся заготовки.
- Продвижение фронта затвердевания в отливках во времени выражается параболическими зависимостями, показатель степени которых изменяется от 0,5 до 2 и зависит от конфигурации поверхности контакта между отливкой и формой и давления прессования. Схема прессования при ЛКД не оказывает заметного влияния на характер указанных параболических зависимостей.
- Коэффициент затвердевания отливки при различных схемах прессования зависит от состава сплава и его теплофизических свойств, размеров (масштабного фактора) отливки и величины воздействующего давления. Его величина уменьшается при увеличении количества легирующих элементов в сплаве (степени легирования), увеличении толщины стенки (или приведенного размера отливки) и снижении давления прессования.
- Давление способствует формированию в отливке плоского фронта затвердевания и переходу характер затвердевания от объемного к объемно-последовательному при использовании сплавов с широким интервалом кристаллизации. При этом сокращается время существования и ширина двухфазной зоны в отливке.
- Уплотнение формирующейся под механическим давлением отливки зависит от характера затвердевания, прочностных характеристик образовавшейся корки и усадки сплава в соответствующие периоды - в жидком состоянии, при затвердевании и в твердом состоянии. При прочих равных условиях чем больше давление, тем на большую величину перемещается верхний торец отливки и тем лучше уплотняется сама затвердевающая отливка.
- Эффективность уплотнения затвердевающей отливки при ЛКД зависит от потерь давления на внешнее трение, которые тем больше, чем меньше давление прессования, чем больше габаритные размеры отливки и предел текучести сплава при высоких температурах. При варьировании отношения высоты к диаметру отливки изменяется роль касательных напряжений на вертикальных и горизонтальных поверхностях в возникновении сил трения и относительных потерь давления прессования на их преодоление. Чем больше указанное отношение, тем больше роль касательных напряжений на вертикальных поверхностях отливки в снижении эффективности действия давления на затвердевающую отливку.
- Наибольшее перемещение слоев затвердевающей отливки под давлением имеет место на расстоянии до 1/3 высоты от верхнего торца - места приложения давления. Его величина зависит от свойств сплава при высоких температурах и скорости затвердевания отливки. Неравномерность уплотнения формирующейся отливки по высоте при воздействии механического давления приводит к ее неоднородному строению, что отражается на структуре и физико-механических свойствах.
- Давление свыше 100 МПа, воздействующее на кристаллизующийся сплав, приводит к измельчению структуры отливок. В доэвтектических силуминах измельчаются первичные кристаллы α-твердого раствора в 2,0Е2,5 раза, а в заэвтектических - первичные кристаллы кремния в 3Е4 раза, а также составляющие эвтектики. Оно способствует увеличению количества α-твердого раствора в структуре сплавов до- и эвтектического составов и, следовательно, приводит к сдвигу эвтектической точки в сторону кремния. При кристаллизации под давлением форма первичных кристаллов кремния в заэвтектических силуминах не изменяется.
- Структура заэвтектектических силуминов, включая кристаллы первичного кремния, заметно изменяется при ЛКД (измельчается), но комплексное воздействие модифицирования расплава фосфорсодержащей лигатурой и механического давления на затвердевающую отливку является предпочтительным.
- Измельчение структуры и устранение усадочной пористости способствует повышению механических свойств отливок, изготовленных ЛКД из исследованных сплавов. При этом между прочностными и пластическими показателями свойств наблюдается прямо пропорциональная линейная зависимость: с увеличением прочности повышается и пластичность сплавов.
- Впервые показана возможность получения в отливках комбинированной структуры за счет создания зон с направленным затвердеванием и последующим воздействием механического давления на кристаллизующийся сплав, что предопределяет различные значения механических свойств в отдельных зонах литой заготовки. Установлены технологические пути регулирования такой структуры при ЛКД за счет изменения ширины зоны контакта, толщины теплоизоляционного покрытия матрицы пресс-формы и давления прессования.
13. Установлена возможность получения тиксостропной структуры отливок при пуансонном прессовании, зависящей от характера движения расплава, выдавливаемого прессующим пуансоном, величины его дозы, конструкции отливки, температурных режимов литья и прессования.
14. При использовании схемы пуансонно-поршневого прессования необходимо учитывать условия удаления газов из рабочей полости пуансона, смятия вертикальной корки, образовавшейся до приложения давления, и величину давления, определяющие получение качественных отливок.
15. Впервые установлено, что наследственность алюминиевых сплавов в отливках, изготовленных ЛКД, сохраняется после нескольких циклов переплав - затвердевание под давлением. Поэтому в шихте при плавке можно использовать в широких пределах отходы собственного производства, а также отслужившие детали, отливки для которых были изготовлены способом ЛКД или литьем под давлением.
16. Разработана технология ЛКД высокопрочны алюминиевых сплавов применительно к деталям специального приборостроения: спроектированы отливки и пресс-формы, установлены рациональные режимы литья и прессования, определён достигаемый при ЛКД комплекс механических свойств как в литом состоянии, так и после термической обработки.
17. Разработана технология ЛКД антифрикционных алюминиевых сплавов для литых деталей гидронасосов высокого давления: выбраны рациональные схемы прессования, созданы конструкции отливок и пресс-форм, установлены режимы ЛКД. Технология ЛКД антифрикционных алюминиевых сплавов внедрена ОАО Гидромаш, где в течение последних 15 лет изготовлено более 300 тысяч отливок Втулка и более 1 миллиона отливок Компенсатор. Только на сплаве АО3-7 (при изготовлении отливок Втулка) экономия составила более 50 тонн, включая ~2 тонн олова.
Основное содержание диссертации отражено в следующих
публикациях:
- Батышев А.И., Безпалько В.И., Любавин А.С., Батышев К.А. Литье с кристаллизацией под давлением: Обзор. информ. - М., 1989. - 56 с. (Машиностроительное производство. Серия Технология и оборудование литейного производства /ВНИИТЭМР. Вып. 1).
- Батышев А.И., Батышев К.А. Отливки из композиционных материалов: Обзор. информ. - М., 1990. - 41 с. (Машиностроительное производство. Серия Технология и оборудование литейного производства /ВНИИТЭМР. Вып. 4).
- Батышев А.И., Батышев К.А. Формирование отливок в условиях внешних воздействий: Обзор. информ. - М., 1991. - 64 с. (Машиностроительное производство. Серия Технология и оборудование литейного производства /ВНИИТЭМР. Вып. 1).
- Батышев К.А., Батышев А.И. Отливки из алюминиевых сплавов: Обзор. информ. - М., 1992. - 54 с. (Машиностроительное производство. Серия Технология и оборудование литейного производства /ВНИИТЭМР. Вып. 1).
- Проектирование и производство заготовок: Учебник /А.И. Батышев, А.Г. Схиртладзе, К.А. Батышев и др. - М.: Изд-во Глобус, 2005.Ц222 с.
- Батышев К.А. Литье с кристаллизацией под давлением алюминиевых сплавов. - М., 2008. - 143 с.
- Батышев К.А. Литье с кристаллизацией под давлением. - М.: Изд-во МГОУ, 2009. - 167 с.
- Новые технологии и материалы в литейном производстве: Учебное пособие /А.И. Батышев, К.А. Батышев, В.Д. Белов и др. /под общей ред. А.И. Батышева. - М.: Изд-во МГОУ, 2009. - 181 с.
- юбавин А.С., Батышев К.А., Безпалько В.И. Исследование затвердевания отливок при наложении механического давления /Прогрессивная технология и автоматизация литья под давлением: Материалы семинара. - М., МДНТП, 1991. - С. 142-143.
- Batyshev K.A., Bespal′ko V.I., Lubavin A.S. Vplyv mechanickeho tlaku na process tuhnuta odliatku: Тezy referatu Pokrok v rozvoji zlivarenskych materialov a technologii. - Kosice, 1992. - С. 17.
- Батышев К.А., Самсонов В.И., Арефьев А.П. Микродуговое оксидирование деталей из алюминиевых сплавов //Литейное производство, 1992, № 5. - С. 19-21.
- Batyshev K.A., Samsonov V.I., Aref′ev A.P. Microarc oxidation of aluminum alloy component //Soviet Casting Technology, 1992, № 5 - P. 30-32.
- Батышев К.А., Батышев А.И., Любавин А.С., Шрамко Т.Я. Затвердевание отливок под поршневым давлением // Литейное производство, 1993, № 10. - С. 26-27.
- Batyshev K.A., Batyshev A.I.,Lyubavin A.S., Shramko T.Ja. Solidification of aluminum alloys under pressure //Soviet Casting Technology, 1993, № 10. - Р. 41-44.
- Батышев К.А., Батышев А.И., Любавин А.С., Безпалько В.И. Затвердевание отливок типа стакана при литье с кристаллизацией под давлением //Литейное производство, 1993, № 11. - С. 25-26.
- Batyshev K.A., Batyshev A.I., Lyubavin A.S., BezpalТko V.I. Solidification under pressure of cup-shoped castings // Soviet Casting Technology, 1993, № 11. - Р. 34-36.
- Батышев К.А. Затвердевание отливок типа стакана при пуансонном прессовании /лTechnologia-95, 7 сентября 1995 г.- Bratislava, 1995. S. 169-170.
- Батышев К.А. Затвердевание отливок из композиционных материалов с металлической матрицей //Литейное производство, 1994, № 4. - С. 22-23.
- Батышев А.И., Батышев К.А., Григерова Т.М. Свойства заэвтектических силуминов, затвердевших под давлением //Литейное производство, 1995, № 6. - С. 15-16.
- Batyshev A.I., Batyshev K.A., Grigerova T.M. Thе properties of hypereutectic silumins, solidified under pressure //Russian Castings Technology, 1995, № 6. - Р. 17-18.
- Батышев А.И., Георгиевский Г.М., Савченко Е.Г., Батышев К.А., Литвинова Н.Н. Литье с кристаллизацией под давлением антифрикционных алюминиевых сплавов //Известия вузов. Цветная металлургия, 1997, № 1. - С. 21-24.
- Батышев А.И., Георгиевский Г.М., Батышев К.А., Хорохорин Ф.П., Савченко Е.Г. Литье с кристаллизацией под давлением антифрикционных алюминиевых сплавов //Литейное производство, 1997, № 4. - С.31-32.
- Батышев А.И., Георгиевский Г.М., Батышев К.А., Хорохорин Ф.П. Литье с кристаллизацией под давлением антифрикционных алюминиевых сплавов /Теchnologia-97: Zb. prednas. - Bratislava, 1997. - S. 256-258.
- Батышев А.И., Станчек Л., Батышев К.А., Капуткин Е.Я., Космачева Н.П. Наследственность при литье с кристаллизацией под давлением //Генная инженерия в сплавах: Тезисы международ. научно-практ. конф., 18-21 мая 1998 г. Самара. - Самара. Россия, 1998. - С. 55-56.
- Батышев А.И., Батышев К.А., Литвинова Н.Н. Затвердевание отливок при литье с кристаллизацией под давлением //Литейное производство, 1998, № 6. - С. 28-29.
- Stancek L., Caplovic L., Batysev A.I., Batysev K.A. Morfologia eutektickeho kremika zliatiny Al-Si12 stuhnutej za ucinku vonkajsieho tlaku /лStrojne InzinierstsoТ98.- Zb. referatov z medzinarodnej konferencie. П cast. - Strojnicka fakuta. STU v Bratislave, 1998. - S. 641-644.
- Stancek L., Caplovic L., Batysev A.I., Batysev K.A. Vpуivi tlaku aplikovaneho pocas tuhnutia na morfologiu eutektickeho kremika siluminovych odliatkov pohakovitelo tvaru // CO-MAT-TECHТ98.- 6 Medzi narodna vedicka konferencia.- Trnava, 22-23 oktober, 1998. - S. 186-191.
- Батышев А.И., Станчек Л., Батышев К.А. и др. Наследственность при литье с кристаллизацией под давлением //Информационный бюллетень № 64, 65. - М., Июль, 1998. - С. 8. (Инженерно-технический центр машиностроения Металлург).
- Батышев А.И., Батышев К.А. Исследование формирования отливок с внутренними полостями при литье с кристаллизацией под давлением / Процессы литья (Киев), 1999. - № 4. - С.42-47.
- Батышев А.И., Батышев К.А., Литвинова Н.Н., Станчек Л., Савченко Е.Г. Особенности формирования отливок с глубокими внутренними полостями при литье с кристаллизацией под давлением TechnologiaТ99: Zb. prednas. D.2. - Bratislava, 8-9 sept. 1999. - Bratislava, 1999. - S. 635-640.
- Stancek L., Caplovic L., Batysev A.I., Batysev K.A. Charakter prudenia v modelovych LKT-odliatkoch po haroviteho tvaru pocas tuhnutia /Там же. - С. 769-772.
- Stancek L., Caplovic L., Batysev A.I., Batysev K.A. Vplyv tlaku na modifikaciu kremika pri dkymi ochladzovanim // Materialove vedy na prahu 3. Milenia. Sbornik prednasek sekce Sltvarenske materilov a technologii.- Brno, areal FSJ VUT. 30.8 - az 2.9.1999. - S. 57-61.
- Батышев А.И., Батышев К.А., Григерова Т.М.,Станчек Л. О затвердевании расплава со стороны пуансона при кристаллизации под механическим давлением //Известия вузов. Цветная металлургия, 1999, № 6. - С. 30-32.
- Батышев А.И., Батышев К.А., Безпалько В.И., Любавин А.С. Об особенностях структуры отливок, полученных в частично теплоизолированных формах при кристаллизации под давлением //Известия вузов. Цветная металлургия, 2000, № 1. - С. 17-19.
- Соловьев В.П., Батышев К.А. Затвердевание под давлением отливок из композиционных материалов /Тезисы докладов Международной научно-практической конференции Прогрессивные литейные технологии, 24-26 октября 2000 г., МИСиС. - М., 2000. - С. 136.
- Чурсин В.М., Савченко Е.Г., Батышев К.А., Станчек Л. Литье под давлением силуминов (пуансонное прессование) /Там же. - С. 137-138.
- Батышев А.И., Станчек Л., Батышев К.А., Безпалько В.И. Исследование структуры и свойств отливок, затвердевших под давлением в частично теплоизолированных формах Technologia 2001. Zbornik prednasok. П diel.- 11-12. 09.2001. - Bratislava. - S. 478-481.
- Stancek L., Batysev A.I., Batysev K.A., Caplovic L. Dosadzovanie eutektikych siluminov pri tuhnuti pod tlakom. /Там же. - S. 547-550.
- Батышев А.И., Безпалько В.И., Батышев К.А., Хорохорин Ф.П. Затвердевание под давлением отливок из алюминиевых сплавов/ Тезисы докладов второй международной научно-практической конференции Прогрессивные литейные технологии., 19-21 декабря 2002 г., МИСиС. - М.,2002. - С. 61-64.
- Батышев А.И., Станчек Л., Батышев К.А., Безпалько В.И. Затвердевание отливок под давлением. /8-я Международная научная конференция Technologia-2003. Zbornik abstraktov. 9-10 сентября 2003 г. - Братислава. - С.50. (Доклад на диске).
- Stancek L., Batysev A.I., Batysev K.A. Porovnavanie intensity prudenia vyvolaneho vysokym vonkajsim tlakom pocas tuhnutia roznych tokovych priestoroch odliatkov. /Там же. - С.61. (Доклад на диске).
- Batyshev A.I., Brezhnev L.V., Batyshev K.A., Stancek L. Improving the casting prozecc with crystallization under pressure. /9-я Международная научная конференция Technologia-2005. 13-14 sept. 2005, Bratislava. - Р. 52. (Доклад на диске).
- Batyshev K.A., Batyshev A.I., Stancek L. Solidification process of aluminum matrix composite materials / Там же. - Р. 52. (Доклад на диске).
- Батышев А.И., Батышев К.А., Георгиевский М.Г. Ликвация свинца в отливках из медистых силуминов //МГОУ-ХХ1-Новые технологии, 2005, № 5. - С. 29-32.
- Батышев А.И., Батышев К.А., Станчек Л. Формирование тонкостенных отливок из силуминов при литье с кристаллизацией под давлением. /Труды третьей Международной научно-практической конференции Прогрессивные технологии литейного производства. МИСиС, 13-15 декабря 2005 г. - М.: МИСиС, 2005. - С. 172-177.
- Станчек Л., Батышев А.И., Седлачек Е., Батышев К.А. Получение тиксотропной структуры в отливках при литье с кристаллизацией под давлением /Там же. - С. 163- 171.
- Батышев А.И., Батышев К.А., Станчек Л. Формирование тонкостенных отливок из силуминов при литье с кристаллизацией под давлением //Литейщик России, 2005, № 12. - С. 48-51.
- Станчек Л., Батышев А.И., Седлачек Е., Батышев К.А. Получение тиксотропной структуры в отливках при литье с кристаллизацией под давлением //Литейщик России, 2005, № 12. - С. 54-57.
- Батышев А.И., Батышев К.А. О влиянии давления на наследственность алюминиевых сплавов //Рынок вторичных металлов, 2006, № 3. - С. 39-40.
- Батышев А.И., Батышев К.А., Станчек Л. Пуансонное прессование отливок из силуминов при литье с кристаллизацией под давлением //МГОУ-ХХ1-Новые технологии, 2006, № 2. - С.24-27.
- Георгиевский Г.М., Георгиевский М.Г., Батышев А.И., Батышев К.А. Многосекционные шестеренные насосы моноблочной компоновки //МГОУ-ХХ1-Новые технологии, 2006, № 2. - С. 27-29.
- Батышев А.И., Безпалько В.И., Батышев К.А., Абрамов А.А., Тихомиров М.Д. Литье с кристаллизацией под давлением высокопрочных алюминиевых сплавов //Там же. - С. 39-42.
- Батышев А.И., Безпалько В.И., Батышев К.А., Абрамов А.А., Тихомиров М.Д. Литье высокопрочных алюминиевых сплавов /Литейное производство сегодня и завтра. Тезисы докладов 6-ой Всероссийской научно-практической конференции. - С.-Петербург, 2006. - С. 161-167.
- Батышев А.И., Батышев К.А., Гольцова С.В., Базилевский Е.М. Литье медных сплавов в условиях воздействия давления /Там же. - С. 167-170.
- Батышев А.И., Батышев К.А., Георгиевский Г.М., Георгиевский М.Г. Литейные медистые силумины, легированные свинцом /Металлургия легких металлов. Проблемы и перспективы. П-я Международная научно-практическая конф., МГИСиС, 20-22 ноября 2006 г. - М.: МИСиС, 2006. - С. 216-218.
- Батышев А.И., Батышев К.А., Гольцова С.В. Литье медных сплавов в условиях воздействия давления /МГОУ-ХХ1-Новые технологи, 2006, № 2. - С. 26-28.
- Stancek L., Batyshev A.I., Caplovic L., Batyshev K.A. Metallographic Verification of Model of the Flow Enforced during Solidification under High External Pressure //Die Casting Engineer (США). March 2007. - P. 56-60.
- Белов М.В., Батышев К.А. Некоторые особенности затвердевания отливок из заэвтектических силуминов при литье с кристаллизацией под давлением /Труды восьмого съезда литейщиков России. Том 1. - Ростов-на-Дону, 2007. - С. 249-252.
- Батышев А.И., Батышев К.А., Гольцова С.В., Безпалько В.И., Станчек Л. Механические свойства отливок, уплотненных при затвердевании /Новые материалы, прогрессивные технологические процессы и управление качеством в заготовительном производстве. Материалы Российской научно-технической конференции. Т.1. - Рыбинск, 2007. - С. 20-24.
- Батышев А.И., Батышев К.А., Безпалько В.И., Гольцова С.В., Станчек Л. Механические свойства отливок, уплотненных при затвердевании /Там же. - С. 61-65.
- Batyshev A.I., Batyshev K.A., Bezpalko V.I., Stancek L., Abramov A.A., Tichomirov M.D. Casting with crystallization under pressure of high strength Al-alloys /лTechnologia-2007. 10 International Conference. Book of abstracts. - Bratislava, 2007. - P. 39-41.
- Батышев А.И., Батышев К.А., Гольцова С.В. О наследственности алюминиевых сплавов //МГОУ-ХХ1-Новые технологии, 2007, № ,
- Батышев А.И., Батышев К.А., Георгиевский Г.М., Георгиевский М.Г. Эволюция шестеренных насосов //МГОУ-ХХ1-Новые технологии, 2007, № 5. - С. 33-36.
- Белов М.В., Тен Э.Б., Батышев К.А. Некоторые особенности затвердевания отливок из заэвтектических силуминов при литье с кристаллизацией под давлением (ЛКД) //Известия высших учебных заведений. Черная металлургия, 2007, № 5. - С. 42-44.
- Георгиевский Г.М., Георгиевский М.Г., Батышев А.И., Батышев К.А. Совершенствование конструкций шестеренных насосов //Технология машиностроения, 2008, № 2. - С. 45-48.
- Батышев А.И., Батышев К.А., Гольцова С.В., Георгиевский М.Г. Ликвация свинца в отливках из алюминиевых сплавов //Литейное производство, 2007, № 12. - С.2-4.
- Батышев А.И., Батышев К.А., Безпалько В.И., Станчек Л., Абрамов А.А., Тихомиров М.Д Литье с кристаллизацией под давлением высокопрочных алюминиевых сплавов //Литейное производство, 2008, № 1. - С. 28-30.
- Батышев К.А., Белов М.В. О структуре силуминов, прессованных при кристаллизации //МГОУ-ХХ-Новые технологии, 2008, № 1. - С. 31-32.
- Батышев К.А. Изучение структуры заэвтектических силуминов /Наследственность в литейных процесса. Труды VII Международного научно технического симпозиума 14-16 октября 2008 г. - Самара, СамГТУ, 2008. - С. 133-134.
- Батышев К.А. О влиянии повторяющихся циклов переплав - затвердевание под давлением на свойства отливок /Наследственность в литейных процесса. Труды VII Международного научно технического симпозиума 14-16 октября 2008 г. - Самара, СамГТУ, 2008. - С. 134.
- Батышев К.А. Влияние характера движения расплава в полости пресс-формы на качество отливок из вторичных сплавов цветных металлов /Сборник тезисов докладов Международной научно практической конференции Металлургия цветных металлов. Проблемы и перспективы, 16-18 февраля 2009 г., ГТУ МИСИС. - М., 2009. - 316-317.
- Батышев К.А. В сб. Наноматериалы. - М.: Изд-во МГОУ, 2009.
- А.с. № 1588497 (СССР). Способ определения скорости кристаллизации сплавов при литье с кристаллизацией под давлением /Батышев К.А. и др. - Б.И., 1990, №
- Заявка № 2007131572/06(034406). Георгиевский М.Г.. Георгиевский Г.Г., Батышев К.А. Шестеренная гидромашина (Варианты). - Решение о выдаче патента РФ на изобретение от 18 ноября 2008 г.
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по разное