Вплив температури нагріву розплаву на механічні та ливарні властивості алюмінієвого сплаву (АК12). Вплив температури нагрівання розплаву на механічні та ливарні властивості алюмінієвого сплаву (АК12) Плавка ак 12

Спектральний хімічний аналіз алюмінієвого металу. Розрахунок літникової системи для виготовлення проб із зазначеного сплаву. Зміна рідинної сплаву при різній температурі перегріву. Обґрунтування наявності дендритних зон у мікроструктурі силуміну.

Надіслати свою гарну роботу до бази знань просто. Використовуйте форму, розташовану нижче

Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань у своєму навчанні та роботі, будуть вам дуже вдячні.

Розміщено на http:// www. allbest. ru/

Вплив температури нагрівання розплаву на механічні та ливарні властивості алюмінієвого сплаву (АК12)

УДК 621.74.041

Щербінін В.А ., зтудент,

доафедра« Ливарні технології»

Науковий керівник: С.Л. Тимченко,

доандидат фізико-математичних наук, доцент кафедри« фізика» (ФН-4)

Росія, 105005, м. Москва, МДТУ ім. н.е. Баумана,

vowa. scherbinin[email protected] yandex. ru

Ключові слова: сплав (alloy), евтектика(eutecticum) , рідкотіркість(flowability) , твердість (hardness), міцність (lasting quality) , ударна в'язкість (impact hardness) , дендритна ліквація (dendrific segregation), зональна ліквація (zonal segregation), тріщина (clinc), піщані раковини (sand hole), газові раковини (blow hole).

Анотація: Автор проводить дослідження впливу температури нагрівання розплаву на механічні та ливарні властивості сплаву АК12. Вроботі описуєтьсяекспериментна виявлення хімічного складу даного металу (спектральний хімічний аналіз),який показуєвагомийвідсоток вмісту кремнію в металі (10 -12 %) . Автор детально розраховує літниковусистему для виготовлення пробзі сплаву АК12 та викладає подальше проведення експериментів на удар та розтяг, які також представлені у статті, отриманих заготовок.Порушується таке питання, як зміна рідинної сплаву при різній температурі перегріву. Автор переконливо доводить наявністье дендритних зон у мікроструктурі силуміну, а також їх зменшення зі збільшенням температури заливання.

Вступ

Незважаючи на те, що ливарні технології вже давно використовуються для отримання виробів, ідея створення нових методів лиття залишається актуальною. Також актуальним є використання ширшого спектра ливарних сплавів для отримання якісних виробів.

Сучасні технології, що включають ливарний процес, має на увазі не тільки отримання необхідної конфігурації виробу, але і можливість контролю механічних і ливарних властивостей виливків, що вийшли. Це дає величезний стрибок у різноманітних галузях діяльності суспільства (від ювелірного виробництва до військової промисловості). Логічним є висновок, що вивчення механічних та ливарних властивостей виробу необхідне технологічного прогресу.

Вивчення властивостей сплавів досить поширеною темою у наукових дослідженнях. Наприклад, у статті експериментально вивчався вплив електричного струму щільністю j~ (10 5 - 10 7) А/м 2 на процес кристалізації алюмінієвого сплаву (АК12) при литті в піщані форми та показана можливість керування процесом кристалізації за допомогою зовнішнього електричного впливу.

У статті експериментально встановлено залежність механічних та ливарних властивостей алюмінієвого сплаву від термочасової обробки (нагрів розплаву до критичної температури), при якій починається розпад мікро- неоднорідностей у розплаві, успадкованих від шихти та оптимальну ізотермічну витримку, що дозволяє значно підвищити рівень однорідності розплаву. Кристалізація розплаву зі стану, близького до гомогенного, сприяє отриманню дрібнозернистої структури та підвищеним експлуатаційним властивостям.

У цій роботі було поставлено завдання вивчення впливу перегріву розплаву

АК12 на його ливарні та механічні властивості.

Сплави системи Al-Si відомі під загальною назвою силуміну. Силуміни характеризуються хорошими ливарними властивостями та герметичністю, середньою міцністю та достатньою корозійною стійкістю. Вони використовуються для виготовлення складних виливків.

АК12 - евтектичний метал, матричним компонентом якого є алюміній, містить 12% кремнію.

Щільність силумінових сплавів знаходиться в діапазоні від 2,5 до 2,94 г/см3. Порівняно з алюмінієм силумінові сплави мають більшу міцність і зносостійкість.

Силуміни стійкі до корозії у вологій атмосфері та морській воді, у слабокислому та лужному середовищі.

експериментальна частина

З метою вивчення впливу температури перегріву розплаву на механічні та ливарні властивості були виготовлені зразки алюмінієвого сплаву АК12, отримані при наступних температурах перегріву розплаву: 800, 850 і 925 С°. Для набору статистики були виготовлені чотири зразки при одній заливці. Заливка розплаву проводилася в піщано-глинисті та кокільні форми.

Для підтвердження хімічного складу сплаву, що використовується, були виготовлені шліфи і проведений його спектральний хімічний аналіз. На знімку (рис.1) помітні характерні сліди від впливу лазера, використовуваного отримання пари металу (марка: LAES MATRIX). Згодом було проведено аналіз спектра цих пар.

Рис. 1. Шліфи для хімічного аналізу

Атоми кожного хімічного елемента мають певні резонансні частоти, внаслідок чого саме на цих частотах вони випромінюють або поглинають світло. Це призводить до того, що в спектроскопі на спектрах видно лінії (темні або світлі) у певних місцях, характерних для кожної речовини. Інтенсивність ліній залежить від кількості речовини та її стану. У кількісному спектральному аналізі визначають вміст досліджуваної речовини щодо відносної або абсолютної інтенсивності ліній або смуг у спектрах.

Результати спектрального аналізу зразків, заливка яких здійснена при температурі 925 ° представлені в таблиці 1, а при температурі заливки 800 ° - в таблиці 2.

Таблиця 1. Відсотковий вміст хімічних елементів у зразку при температурі заливки 925°

Таблиця 2. Відсотковий вміст хімічних елементів у зразку при температурі заливки 800 ° С

Для пояснення результатів хімічного аналізу сплаву скористаємося фазовою діаграмою стану силумінових сплавів, представленою на рис. 2.

Рис. 2. Діаграма стану Al-Si

Оптимальними ливарними властивостями мають сплави з мінімальною температурою плавлення та мінімальним температурним інтервалом кристалізації, що містять 12-13 % Si. Звичайний силумін структурою є заевтектичним сплавом (відсоток вмісту кремнію в сплаві перевищує 12%). Структура такого сплаву складається з голкової грубої евтектики (б+Si) та первинних кристалів кремнію (рис. 3а). Кремній при кристалізації евтектики виділяється як грубих крихких кристалів голчастої форми, які грають роль внутрішніх концентраторів напруг. Такий сплав має низькі механічні властивості: у b = 120 МПа; д = 2%. Для підвищення механічних властивостей силуміни модифікують натрієм (0,05 -0,08 %) шляхом присадки до розплаву суміші солей 67 % NaF і 33 % NaCl .

Підтвердженням цього є експеримент "Аналіз структури шліфів", описаний нижче. При детальному вивченні структури шліфу АК12, отриманої в ході роботи, можна спостерігати голку грубу евтектику (б+Si) і кристали кремнію Si, які описані вище. На малюнку 3б показана структура шліфу АК12 за температури заливки 800 С°.

Рис.3. Мікроструктура силуміну: а) заевтектичний метал; б) структура шліфу АК12 при температурі заливки 800 С (збільшення x 500)

Зміни у структурі призводять до підвищення механічних властивостей: b =200 МПа; д = 12%. Одночасно покращуються і ливарні властивості сплавів (зростає рідина, підвищується щільність виливків і т.д.).

З відсоткового вмісту кремнію в парах, що виділилися, можна зробити висновок, що експериментальний сплав є доевтектичним, але за своїми властивостями близьким до евтектичного.

У роботі проводилися дослідження рідинної сплаву та механічних властивостей зразків при різних температурах заливки. Нижче наведено розрахунок литниково-живильної системи для отримання виливків.

зразківдля випробування удар.

На рис. 4 показана схема виливки з припуском. Дана виливка є заготовкою для виготовлення стандартної проби на удар. Схема литниково-живильної системи показано на рис. 5. Спосіб виготовлення виливків – лиття у піщані форми.

Рис. 4. Схема виливки

Рис. 5. Схема літниково-живильної системи

Розрахунок літникової системи після вибору її конструкції зводиться до визначення оптимальної тривалості заливання форми та площі поперечного перерізу всіх елементів системи. Довжину кожного литникового каналу приймають конструктивно, т. е. без розрахунку, з розміщення елементів литниковой системи в габаритах форми.

1. Розрахунок часу заповнення форми.

Час заповнення форми залежить від ливарно-технологічних властивостей сплаву, температури заливки, теплоакумулюючої здатності матеріалу форми, розмірів та особливостей конструкції виливки. Закони нерозривності струменя неможливо врахувати всі ці параметри і тому теоретично отримана залежність визначає час заповнення форми приблизно.

Найчастіше для обчислення часу заливання використовують формулу Г.М. Дубіцького, К.А. Соболєва:

де ф – час заповнення, с; S – емпіричний коефіцієнт; д - переважна товщина стінки виливки, мм; G - металоємність виливки, кг

Емпіричний коефіцієнт, відповідно , дорівнює S=1,6.

Металоємність виливки визначають, як суму мас виливки, литників і прибутків, якщо вони заповнюються через загальну з виливком литникову систему. У цьому випадку зручно користуватися наступним виразом:

де G O , G Л, G П - відповідно маси виливки, литників та прибутків, кг;

Оскільки прибутку немає, G П =0.

2. Визначимо швидкість заливання.

де ф - час заповнення виливки із прибутком, c; Q - висота виливки з прибутком, що заповнюється із загальної літникової системи, мм.

3. Визначимо сумарну площу перерізу живильників.

Для визначення сумарної площі перерізу живильників зручно використовувати формулу Б. Ованна:

де м – коефіцієнт витрати літникової системи; г - щільність рідкого алюмінію г/см 3; g - прискорення вільного падіння, 980 см/с2; H p – розрахунковий напір металу, див.

Визначимо розрахунковий напір металу в опоку, схема якої зображена на рис.6;

де H - початковий тиск, см; Р - відстань від верхньої точки виливки до рівня підведення, см; C - висота виливки за положенням при заливці, див.

При вибраній схемі заливки використовуваної слід вважати, що P=С.

Рис. 6. Схема опоки

4. Визначення площі поперечного перерізу литникового ходу, стояка та живильника.

Використовуючи розрахунки по (1)-(3), розрахували площу живильника F пит =0,98 см 2 потім із співвідношення (6) отримаємо: F л.х =1,176 см 2 ; F c =1,64 см2.

Розрахунок літниково-живильної системизразків, призначенихдля випробування на розтяг.

На рис. 7 показана схема виливки з припуском. Дана виливка є заготовкою для виготовлення проби на розтяг. Схема литниково-живильної системи показано на рис. 8. Спосіб виготовлення виливків – лиття у піщані форми.

Рис. 7. Розміри виливки (з припуском)

Рис. 8. Схема літникової системи

Розрахунок проведено у тій самій послідовності, що й попередній.

Отримано такі результати:

F л.х = 1,54 см 2; F c = 2,13 см 2; F пит =1,27 см 2 .

У результаті були отримані величини площ поперечних перерізів всіх елементів літникової системи для зразків на удар і розтяг.

Опис процесу заливаннята обробки заготовок.

Згідно з розрахунками було виготовлено оснащення для отримання ливарних форм. Модель літникової системи для випробувань на удар виточена із дерев'яних брусків з урахуванням розрахункових розмірів.

Форми (піщано-глинисті) для заливки зразків Гагаріна (випробування на розтяг) формувалися з готових стандартних моделей.

Плавка металу АК12 вироблялася в печі індукційного нагріву (ТВЧ модель: SP-15) при нагріванні до різної температури (рис. 9).

Були обрані наступні температури заливки розплаву у форму: 925°С, 850°С, 800°С°.

Рис. 9. Плавка металу АК12 у печі індукційного нагрівання

Рис. 10. Заливання у форми

алюмінієвий сплав дендритний силумін

Контроль температури здійснювався за допомогою хромель-алюмелевої термопари. Показання термопари записувалися за допомогою цифрового мультиметра (Peaktech 2010 DMM). Далі розплав заливали готові форми (рис. 10) при зазначених температурах. Отримані виливки були піддані подальшій механічній обробці на верстаті фрези. Зразки на розрив обробляли точенням (за допомогою різців) на токарному верстаті з ЧПУ 16К20Т1, зразки на удар обробляли кінцевою фрезою на верстаті 2А430.

Вимірювання рідинної сплаву АК12 за різних температур.

У цій роботі рідина плинність досліджувалося за допомогою кокіля (проба Самаріна-Нехендзи) (рис. 11). Досліджувалися результати заливок за різних температур нагрівання рідкого металу за допомогою печі опору. Розмір зерна поблизу поверхні виливки у разі лиття в кокіль і піщано-глинясті форми буде значно відрізнятися. У кокілі величина зерна більша. Це пояснюється різною швидкістю охолодження виливка, при якій відбувається формування зерна. На рис. 12 показані частини металевої проби на рідину при різних температурах заливки.

На малюнку 12 можна визначити відмінність рідкотірності при різних температурах заливки. При 925 ° С вона вища, так як помічається характерна плоска «шапка», що свідчить про зменшення поверхневого натягу зі зростанням температури. При 850 ° С добре видно більш опукла поверхня, це свідчить про більший поверхневий натяг у порівнянні з першою пробою.

Рис. 11. Форма для дослідження на рідкотекучість (проба Самаріна-Нехендзі)

Рис. 12. Кінці проб на рідину при різних температурах

Експеримент на розтяг.

Випробування на розтягу проводилося на верстаті марки Zwick/Roel Z100. Заготівлю розтягували до повного розриву. Проведено аналіз величин механічних показників даного металу. Випробовували 5 зразків: 3 при температурі 850 С°, і 2 при 925 С°.

Отримані дані наведено в таблиці 3.

Таблиця 3. Аналіз величин механічних характеристик сплаву АК12 при перегріві 925 З°

де у 0,2 - умовна межа плинності, який відповідає напрузі, при якому залишкова деформація становлять 0,2% від довжини випробуваного зразка; у - межа міцності; д – подовження при розриві; ш - відносне звуження.

На рис. 13 представлена ​​узагальнена діаграма розтягу заготовок, результати випробувань яких занесені в таблицю 3. По осі абсцис відкладено деформація заготовки в міліметрах, по осі ординат зусилля розтягу в мегапаскалях.

Рис. 13. Діаграма розтягування заготовки IX №2 (925)

Висновок.

При кваліфікованому формуванні межа міцності сплаву при 850 ° С істотно більша ніж при 925 ° С. Відносне звуження та подовження при розриві обернено пропорційно температурі заливки.

Це пояснюється тим, що різниця температур заливки сплаву та охолодного середовища дає різний градієнт температури, який впливає на формування структури сплаву. При температурі перегріву 925 С° теплова анергія сплаву, залитого в порожнину ливарної форми, частково передається формувальної суміші, яка при подальшому затвердінні злитка відіграє роль «акумулятора». Таким чином, опока за допомогою отриманої енергії збільшує час кристалізації зливка, що сприяє формуванню зерен з великим розміром (порівняно з зернами, отриманими при кристалізації зливка з температурою перегріву 850 С), сприяє утворенню дендритної і зональної ліквації.

За літературними даними для даного металу є такі результати: у =200 МПа, у 0.2 =140 МПа, д =5 %. Різниця в експериментальних та теоритичних даних пов'язана з утворенням дефектів виливки (тріщини, піщані та газові раковини).

Експеримент на удар.

Для проведення експерименту використовувалась установка walter+ bai agмоделі PH450. Схема випробування показано на рис. 14.

Суть експерименту полягає в тому, що молот, закріплений в установці і має деяку потенційну енергію, руйнує заготівлю, розміри якої прийняті згідно . Одночасно відбувається вимірювання енергії руйнування виливка з наступним знаходженням ударної в'язкості сплаву АК12. Дані експерименту наведені в таблиці 4. Випробовували 5 зразків: 2 при температурі заливки 800 С° і 3 при 850 С°. Ударна в'язкість знаходилася відповідно до формули 6.

де КС - ударна в'язкість, Дж/см 2; U – енергія, необхідна на руйнування заготівлі, Дж;

S - площа поперечного перерізу заготовки в місці надрізу, см 2;

Рис. 14. Схема випробування ударом

Таблиця 4 . Значення ударної в'язкості, отриманої в ході експерименту, при температурі заливки 800 ° С 850 °

	Ударна в'язкість Дж/см 2
	1 зразок	2 зразок	3 зразок

За отриманими даними можна зробити висновок: ударна в'язкість більша за меншої температури заливки.

З погляду ливарних технологій, згідно з , при заливанні у форми виникає внутрішня напруга. При підвищенні температури заливки напруги у виливку стають більшими, а через це і ударна в'язкість падає. Так само причиною зниження ударної в'язкості при підвищенні температури заливки є той факт, що утворюється більша кількість пір у серцевині виливки.

Аналіз структури шліфів.

Форма кристалів, що ростуть у розплаві, залежить від ступеня переохолодження рідини, напряму тепловідведення, вмісту домішок у сталі та інших параметрів. На рис. 15 схематично представлені основні структурні зони, які можуть зустрічатися в безперервно-литому злитку. Кристали, що утворюються у процесі затвердіння металу, можуть мати різну форму залежно від швидкості охолодження, характеру та кількості домішок. Найчастіше в процесі кристалізації утворюються розгалужені (древоподібні) кристали, що дістали назву дендритів.

При затвердінні зливка кристалізація починається біля поверхні більш холодної форми і відбувається спочатку переважно в тонкому шарі, що примикає до поверхні, сильно переохолодженої рідини. Внаслідок великої швидкості охолодження це призводить до утворення на поверхні злитка дуже вузької зони 1 порівняно дрібних рівноосних зерен. Далі утворюється зона дендритів (2) напрям поширення якої збігається з напрямком відведення тепла. Зона 3 кристалізується в останню чергу і має тендітну структуру із вмістом великої кількості пір. Зона 4 утворюється внаслідок усадки (зменшення обсягу).

Рис. 15. Структурні зони

Аналізувалися структури шліфів сплаву АК12 при різних температурах заливки (850 С°, 900 С° та 925 С°). На рис. 16 -18 зображено мікроструктуру даного сплаву.

Рис. 16. Структура шліфу (800 ° С): а) збільшення (х200); б) збільшення (х500)

Рис. 17. Структура шліфу (850 С): а) збільшення (х200); б) збільшення (х500)

Рис18. Структура шліфу (925 С): а) збільшення (х200); б) збільшення (х500)

Так як швидкість відведення тепла у всіх цих випадках кристалізції однакова, то ймовірність зародження дендритних зерен залежить від різниці температури форми та температури заливки, тобто від величини первісного переохолодження. На рис. 19 представлена ​​залежність швидкості зростання кристалів (с. к.) і швидкості зародження центрів кристалізації від (ч. ц.) від величини переохолодження.

Рис. 19. Залежність ч. та с.к. від величини переохолодження

Висновок:З рис. 16-18 видно зменшення кількості дендритних зон із захопленням температури заливки, а отже ливарні та механічні властивості покращуються. Також видно, що евтектика є дисперснішою при Т зал = 850 С°.

Висновок

У цій роботі були представлені експерименти з ливарним сплавом АК12, досліджено вплив температури нагрівання розплаву на механічні та ливарні сплави.

Проведено спектральний аналіз даного металу. Результати цього аналізу зразків, заливка яких здійснена при температурі 925 ° представлені в таблиці 1, а при температурі заливки 800 ° - в таблиці 2.

Мікроструктура шліфу АК12 показала наявність грубої, голчастої евтектики (б+Si) і кристали кремнію Si (рис.3).

За розрахунками літниково-живильної системи були відлиті зразки за різної температури заливки. За результатами подальших експериментів на розтяг і на удар виявлено межу міцності, умовну межу плинності (у, у 0,2) і ударна в'язкість (КС). Відносне звуження та подовження при розриві обернено пропорційно температурі. При підвищенні температури заливки напруги у виливку стають більшими, а через це і ударна в'язкість падає.

Також з експерименту на жидкотекучесть видно, що зі зростанням температури заливки сплаву поверхневе натяг зменшується, що свідчить про збільшення рідини.

Список літератури

1. Тимченко С.Л. Вивчення кристалізації металу під впливом електричного струму // Розплави. 2011. №4. С. 53-61.

2. Дєєв В.Б., Морін С.В., Селянин І.Ф., Хамітов Р.М.. Перегрів розплавів ливарних алюмінієвих сплавів // Повзунівський альманах. 2004. №4. З. 23-24.

3. ГОСТ 1583-93. Сплави алюмінієві ливарні. Технічні умови. Введіть. 1993-10-04. М: Видавництво стандартів, 1996. 3с.

4. Мельников В.П., Давидов С.В. Лабораторна робота. Вивчення структури та властивостей кольорових сплавів // «Технологія металів та металознавство» БДТУ. 2008. № 3. 14с.

5. Мельников В.П., Давидов С.В. Лабораторна робота. Вивчення структури та властивостей кольорових сплавів // «Технологія металів та металознавство» БДТУ. 2008. №3. С. 3-5.

6. ГОСТ 9454-78. Метали. Метод випробування на ударний вигин при знижених, кімнатній та підвищеній температурах. Введіть. 1979-01-01. М: Видавництво стандартів, 1978. С. 3-4.

7. Вірт А. Е., Лаврентьєв А. М.. Розрахунок литникових систем сталевих виливків // 2012. С. 7-11.

8. ГОСТ 1497-84. Метали. Метод випробувань на розтяг. Введіть 86-01-01. М: Видавництво стандартів, 1984. С. 21-26.

9. Лецик В.І. Лиття кольорових металів у металеві форми // 2003.

10. Гуляєв А.П. Металознавство / / Металургія. 1986. 43с.

11. Коротких М. Т. Технологія конструкційних матеріалів та матеріалознавство: навчальний посібник // Алюміній та сплави на його основі. 2004. 23с.

Розміщено на Allbest.ru

...

Подібні документи

Обґрунтування вибору марки сплаву для виготовлення каркасу літака, що літає із дозвуковими швидкостями. Хімічний склад дуралюміну, його механічні та фізичні властивості, та технологічні методи їх забезпечення. Аналіз кінцевої структури металу.

контрольна робота , доданий 24.01.2012


Вивчення властивостей алюмінієвого сплаву, що деформується, де основним легуючим елементом є марганець. Вплив легуючих елементів на властивості та структуру сплаву та основних домішок. Умови експлуатації та галузі застосування алюмінієвих сплавів.

реферат, доданий 23.12.2014


Розробка технологічного процесу виготовлення пресованого профілю ПК-346 із сплаву АД1. Розрахунок оптимальних параметрів пресування та обладнання, необхідного для виготовлення заданого профілю. Опис фізико-механічних властивостей металу АД1.

курсова робота , доданий 17.05.2012


Характеристика сплаву ВТ22, його хімічні властивості, щільність, процеси кування та штампування, застосування. Розрахунок маси заготівлі. Визначення виробничої програми для виробництва прутків із сплаву Вт22, вибір режиму роботи та розрахунок фонду часу.

курсова робота , доданий 11.11.2010


Методика побудови діаграм стану. Специфіка їх використання для сплавів, що утворюють механічні суміші із чистих компонентів. Особливості визначення температури кристалізації металу. Криві охолодження сплаву Pb-Sb, застосування правил відрізків.

презентація , доданий 14.10.2013


Хімічний склад, призначення металу марки ХН75МБТЮ. Вимоги до металу відкритої виплавки. Розробка технології виплавки металу марки. Вибір обладнання, розрахунок технологічних властивостей. Матеріальний баланс плавки. Вимоги до подальшого переділу.

курсова робота , доданий 04.07.2014


Металофізичний опис алюмінієвого сплаву та розрахунок цеху з виробництва алюмінієвого профілю для будівельних потреб. Температурний інтервал пресування та технічні вимоги до профілю. Розрахунок продуктивності преса та правила приймання виробу.

курсова робота , доданий 25.01.2013


Залежність між складом та структурою сплаву, що визначається типом діаграми стану та властивостями сплаву. Стани сплавів, компоненти яких мають поліморфні перетворення. Стан із поліморфним перетворенням двох компонентів. Мікроструктура металу.

контрольна робота , доданий 12.08.2009


Основні вимоги виробу, схема технологічного процесу виробництва, характеристика основного устаткування. Механічні властивості металу. Вимоги до прокату. Методика розрахунку Б.В. Кучеряєва. Розрахунок продуктивності основного агрегату.

курсова робота , доданий 09.01.2013


Алюміній та його сплави. Характеристика та класифікація алюмінієвих сплавів. Деформовані, ливарні та спеціальні алюмінієві сплави. Литі композиційні матеріали на основі алюмінієвого металу для машинобудування. Склад промислових дюралюмінів.

Файли: 1 файл

Як шихтові матеріали при плавці використовують чисті метали, повернення і відходи того ж складу, що і сплав, що готується, а

також відходи інших металів. Вибір шихтових матеріалів визначається,

а також можливістю отримання з них сплаву заданого складу, а також техніко-економічними даними: наявністю матеріалу, його ціною, можливістю переробки в обраному плавильному агрегаті.

Найнижчу ціну мають повернення та відходи. Але вони, зазвичай, забруднені домішками, тому їх скласти всю шихту не можна, оскільки видалення домішок по ходу плавки які завжди можливо і доцільно. Крім того, у відходах і повернення часто містяться невизначені домішки, які погіршують властивості металу. У зв'язку з цим частку відходів та повернень у шихті часто задають із умови допустимого утримання обумовлених домішок.

Кількість шихтових матеріалів визначають шляхом розрахунку шихти. При розрахунку враховують очікувані втрати металу. Для розрахунку шихти необхідно мати, можливо, повніший хімічний аналіз усіх шихтових матеріалів. Нижче наведено арифметичний розрахунок шихти.

Технологія плавки: Залежно від масштабу та специфіки виробництва плавку алюмінієвих ливарних сплавів ведуть у тигельних та відбивних печах, що працюють на електроенергії, рідкому чи газоподібному паливі. Особливо широко застосовують електричні індукційні печі.

Хімічний склад первинних металів, вторинних сплавів та лігатур повинен відповідати вимогам ГОСТу, або ТУ. Як шихта зазвичай застосовують:

1. Силумін марки СІЛ1 (12% Si, зост Al) (ГОСТ2685-89);
2. Лігатура Al-Cu (57.5% Al).

Шихта для плавки алюмінієвих сплавів не повинна бути вологою та забрудненою олією, емульсією, землею. Усі компоненти шихти, що вводяться в рідкий метал, повинні бути нагріті до 150...200°С, щоб уникнути викидів металу. До складу шихти входять чушковий первинний алюміній та вторинні сплави, повернення та відходи. Легкоокисні елементи вводять у вигляді лігатур з метою полегшення їх розчинення та зменшення чаду. Виплавку лігатур найкраще проводити в індукційних печах тигельних.

Для зручності та наочності розрахунок ведемо на 100 кг сплаву.

Розрахунок шихти із застосуванням лігатури без урахування вмісту домішок: задано приготувати 1000 кг металу АК12М2 Середній хімічний склад металу – Si=11-13%; Cu = 1,5-3%; Fe=1% домішки 1%; Al – інше.

1. паспортні чушки марки А0 (ГОСТ 11069-01);
2. Силумін марки СІЛ00 (13% Si, зост Al) (ГОСТ2685-89);
3. Лігатура Al-Cu (57.5Cu);

4) плавка буде проводитися в печі тигельної. Чад компонентів: 1% Al; 1% Si; 1% Fe; 1.5% Cu;

а) алюмінію (84×100)/(100-1) = 84,8 кг;

б) кремнію (12 × 100)/(100-1) = 12,12 кг;

в) міді (2 × 100)/(100-1.5) = 2,03 кг;

г) заліза (1 × 100)/(100-1) = 1,01 кг;

2. Визначаємо необхідну кількість АТ:

82.06/(99/100) = 82,88 кг;

б) силумін марки СІЛ1. Розрахунок ведеться за кремнієм:

(13 × 93,23)/100 = 12,12 кг

в) лігатура Al-Cu:

(42,5×4,77)/100 = 2,02 кг

3. Визначаємо кількість алюмінію, яку необхідно ввести у чистому вигляді:

Весь Al вноситься як лігатур. Алюміній чушковий можна використовувати для коригування складу металу.

5. Визначаємо масу кожної складової шихти на одну плавку металу (10000 кг):

паспортні чушки марки А0 8288кг

Силумін марки СІЛ00 93 23 кг

Лігатура Al-Cu 477 кг

5. Розрахунок кількості теплоти, необхідної для нагрівання, розплавлення та перегріву 1 тонни сплаву до температури лиття.

Кількість корисного тепла, що витрачається на нагрівання, розплавлення та перегрів розплаву до заданої температури, кДж

Qобщ = Qраз + Qпл + Qпер

де Qраз кількість тепла, необхідне для розігріву сплаву до температури, кДж;

Qпл кількість тепла, витраченого на розплавлення металу, кДж;

Qпер кількість тепла, витраченого на перегрів розплаву до заданої температури, кДж.

а) визначаємо кількість тепла, необхідну для розігріву сплаву до температури:

де М - маса металу,

Cтв - середня теплоємність твердого сплаву,

Із закону Дюлонга-Пті

213,125 ккал/(кг З)

Ств = 213,125 × 4,18 = 890,9 Дж/(кг×С)

tсол - температура плавлення, tсол = 560 З;

початкова температура металу, t0 = 20 C

Qраз = Cтв M (tсол – t0) = 890,9×1000 (560 – 20) = 481086 кДж

б) визначаємо кількість тепла, витраченого на розплавлення металу:

де середня прихована теплота плавлення сплаву, кДж/кг

Qпл = q M = = 550,82 × 1000 = 550820 кДж

в) визначаємо кількість тепла, витраченого на перегрів розплаву до заданої температури:

де середня теплоємність рідкого сплаву,

Із закону Дюлонга-Пті для рідкого стану:

=(0,22+0,03+0,002)*1000=252 ккал/(кг ×С)

Cтв = 252 ккал/(кг×С) = 4,18×252 = 1053,36 Дж/(кг С)

температура перегріву, З;

Qпер = Cж M (tлі - tлік) = 1053,36 × 1000 (720 - 640) = 84269 кДж.

г) загальна кількість тепла необхідного для нагрівання, розплавлення та перегріву 1000кг сплаву:

Qобш = Qраз + Qпл + Qпер = 481086 + 550850 + 84269 = 1116205 кДж

6. Вибір плавильного агрегату та розробка технології приготування сплаву.

6.1. Вибір плавильного агрегату та його характеристика.

Для виробництва алюмінієвих сплавів застосовують різноманітні печі. Вибір печі проводиться залежно від масштабу виробництва, вимог, що висуваються до якості металу, що виплавляється, і цілого ряду інших факторів.

На вигляд використовуваної для плавки сплавів енергії всі плавильні печі ділять на паливні та електричні. Паливні печі поділяють на тигельні, відбивні до шахтно-ванних. Електричні печі класифікують залежно від способу перетворення електричної енергії на теплову. У ливарних цехах застосовують печі опору, індукційні, електродугові, електронно-променеві та плазмові.

В електричних печах опору нагрівання та розплавлення шихти здійснюються за рахунок теплової енергії, що надходить від електронагрівальних елементів, встановлених у зводі або в стінках плавильної печі. Ці печі застосовують для плавки алюмінієвих, магнієвих, цинкових, олов'яних та свинцевих сплавів.

Індукційні печі за принципом роботи і конструкції поділяють на тигельні та канальні печі Тигельні в залежності від частоти струму класифікують на печі підвищеної і промислової частоти (50 пер/с).

Незалежно від частоти струму принцип роботи всіх індукційних тигельних печей заснований на індуктуванні електромагнітної енергії в металі, що нагрівається (струми Фуко) і

перетворенні її на теплову. При плавці в металевих або інших тиглях, виготовлених з електропровідних матеріалів, теплова енергія передається до металу, що нагрівається, також стінками тигля. Індукційні печі тигель застосовують для плавки алюмінієвих, магнієвих, мідних, нікелевих сплавів, а також сталей і чавунів.

Для виготовлення сплаву АК12М2 вибираємо індукційну тигельну піч марки ІАТ-1.

Ємність печей тигельних коливається від часток кілограма (лабораторні печі) До декількох десятків тонн.

Переваги тигельних індукційних печей:

1) висока продуктивність, що досягається завдяки великим значенням питомої потужності;

2) інтенсивна циркуляція розплаву в тиглі, що забезпечує вирівнювання температури за обсягом ванни та отримання однорідних за хімічним складом у сплавів;

3) можливість швидкого переходу з виплавки металу однієї марки на іншу;

4) широке (до 100%) використання в шихті низькосортних матеріалів - стружки та відходів;

5) можливість проведення плавки при будь-якому тиску (вакуумні печі) та у будь-якій атмосфері (окислювальній, відновлювальній, нейтральній);

6) простота та зручність обслуговування печі, управління та регулювання процесу плавки; широкі можливості для механізації та автоматизації завантаження шихти та розливання металу, гарні санітарно-гігієнічні умови.

До недоліків печей тиглів слід віднести невисоку стійкість футеровки тигля і відносно низьку температуру металу на поверхні рідкої ванни, яка не дозволяє ефективно використовувати флюси для металургійної обробки сплавів. Однак переваги тигельних печей настільки значні, що вони знаходять все більшого поширення. Розрізняють печі відкриті (плавка на повітрі) та вакуумні (плавка у вакуумі).

Для плавки алюмінієвих, магнієвих і мідних сплавів застосовують відкриті індукційні печі печі промислової частоти ємністю від 0,4-1,0 до 25- 60 т і продуктивністю 0,5-6,0 т рідкого металу на годину. Незалежно від марки сплаву, що виплавляється, і ємності індукційні тигельні печі мають однакові конструкційні вузли і відрізняються в основному продуктивністю і потужністю електрообладнання.

Тигли печей для плавки алюмінієвих та мідних сплавів виготовляють шляхом на бивки та спікання вогнетривких мас, а печі для плавки магнієвих сплавів обладнані сталевим тиглем звареної або литої конструкції.

Для плавки сплавів на нікелевій та мідній основах, а також сталей та інших сплавів застосовують індукційні печі підвищеної частоти. Місткість печей - від десятків кілограмів до 1-3 т рідкого металу. Джерелом живлення є тиристорні перетворювачі струму.

Основні характеристики індукційної канальної печі ІАТ-1

Таблиця 5

6.2. Розробка технології отримання металу АК12М2

Плавка більшості алюмінієвих сплавів не складає труднощів. Легуючі компоненти, за винятком магнію, цинку, а іноді і міді, вводять у вигляді лігатур. Лігатуру А1-Si вводять у розплав за 700-740 °С; цинк завантажують перед магнієм, який зазвичай вводять перед зливом металу. Завантаження шихтових матеріалів ведуть у наступній послідовності; чушковий алюміній, великогабаритні відходи, переплав, лігатури або чисті метали. Максимально допустиме перегрів для ливарних сплавів 800-830 °С. При плавці повітря алюміній окислюється. Основними окислювачами є кисень та пари води. Вміст вологи повітря в зимовий час становить 2-4,5 г/м 3 , у літнє 18,5-23 г/м 3 ; продукти горіння рідкого або газоподібного палива можуть містити від 35 до 70 г/м 3 водяної пари. Залежно від температури та тиску кисню та пари води, а також від кінетичних умов взаємодії при окисленні утворюються оксид алюмінію (А1 2 Про 3) та субоксиди (А1 2 Про та А1О). Імовірність утворення субоксидів зростає зі збільшенням температури та зменшенням парціального тиску кисню над розплавом. У звичайних умовах плавки термодинамічно стійкою фазою є твердий оксид алюмінію - А1 2 Про 3 який не розчиняється в алюмінії і не утворює з ним легкоплавких сполук. При нагріванні до 1200 °С - А1 2 Про 3 перекристалізовується в а-Al2O3. У міру окислення на поверхні твердого і рідкого алюмінію утворюється щільна, міцна плівка оксиду товщиною 0,1-0,3 мкм. При досягненні такої товщини окиснення практично зупиняється, оскільки швидкість дифузії кисню через плівку різко уповільнюється. Швидкість окиснення сильно зростає із підвищенням температури розплаву.

Сплави алюмінію з магнієм утворюють оксидну полону змінного складу. При малому вмісті магнію (до 0,005%) оксидна полону має структуру -А1 2 Про 3 і являє собою твердий розчин MgO -А1 2 0 3 ; при вмісті 0,01-1 % Mg оксидна полону складається із шпинелі (MgO- А1 2 Про) змінного складу та оксиду магнію; при вмісті понад 1,0 % Mg полону майже повністю складається з оксиду магнію. Берилій та лантан (до 0,01%) знижують швидкість окислення цих сплавів до рівня швидкості окислення алюмінію. Захисна дія їх обумовлена ​​ущільненням оксидної плівки сплавів за рахунок заповнення пор, що утворюються в ній.

Перемішування розплаву в процесі плавки супроводжується порушенням цілісності оксидної полони та замішуванням уривків її в розплав. Збагачення розплавів оксидними включеннями відбувається і в результаті обмінних реакцій з футеруванням плавильних пристроїв. Найбільш істотний вплив на ступінь забруднення розплавів полоном надає поверхнева окисленість вихідних первинних та вторинних шихтових матеріалів. Негативна роль цього фактора зростає в міру зменшення компактності та збільшення питомої поверхні матеріалу.

Опис роботи

Алюміній має кубічні гранецентровані кристалічні грати і не відчуває алотропічних перетворень. Він має невелику щільність (2,7 г/см3), невисоку температуру плавлення (660 °С), має високе відносне подовження при розтягуванні (до 60 %), хорошу електропровідність і високу питому міцність. Алюміній має велику об'ємну усадку кристалізації (6,5%) і велику лінійну усадку (1,7%); він легко окислюється з утворенням щільної захисної плівки оксидної з А12О3. Алюміній широко застосовують у електротехніці, авіації, харчовій промисловості, в автомобілебудуванні, у будівництві.

1. Загальна характеристика та сфери застосування сплаву………………….3
2. Фізичні, ливарні, механічні та інші властивості сплаву……...6
3. Розрахунок теоретичної щільності металу………………………………...7
4. Характеристика шихтових та допоміжних матеріалів для отримання сплаву. Розрахунок шихти…………………………………………..…... 9
5. Розрахунок кількості теплоти, необхідної для нагрівання, розплавлення та перегріву 1 тонни сплаву до температури лиття……………………………...11
6. Вибір плавильного агрегату та розробка технології приготування сплаву……………………………………………………………………………..13
6.1. Вибір плавильного агрегату та його характеристика…………………13
6.2. Розробка технології отримання сплаву АК12М…………………16
Список використаної літератури………………………………………...19

Алюмінієво-кремнієвий сплав АК12 (стара марка - АЛ2), що відноситься до силумінів, має гарну корозійну стійкість, а також підвищений рівень ливарних та механічних властивостей. Зважаючи на такі унікальні технологічні параметри, він успішно конкурує з чорними металами, поступово витісняючи їх традиційних галузей промисловості: автомобільного та текстильного машинобудування.

Хімічний склад.

АК12 – ливарний сплав, який за діючими стандартами ГОСТ 1583-93 містить до 90% алюмінію, що легується кремнієм. Плюс до всього його складу входять малі добавки марганцю, титану, нікелю та інших елементів.

Примітка: Al – основа; процентний вміст Al дано приблизно.

Такий високий відсоток кремнію - 10-13%, що міститься в сплаві АК12, забезпечує його відмінну рідину і ливарні якості, дозволяючи знижувати температуру лиття і продовжувати термін служби виливки. Невеликі добавки різних металів, що вводяться до складу сплаву АК1, значно підвищують його експлуатаційні характеристики.

Зокрема, марганець не тільки збільшує термічну міцність, але й перешкоджає приставанню деталей, що відливаються до стінок форм, а також пов'язує домішки заліза і зменшує його шкідливий вплив не якість матеріалу. Добавки титану, що призводять до подрібнення зерна, також позитивно впливають на ливарність та механічну оброблюваність металу.

Властивості силуміну АК12.

Силумін марки АК12 має малу щільність, оскільки його склад входить легкий кремній - щільність становить 2,66 г/см3. Він має важливі властивості, які важко вдається отримати у більш міцних алюмінієвих сплавів:

• висока рідина;
• низька лінійна усадка;
• чудова зварюваність.

Сплав АК12 дає малу усадку в процесі лиття, практично не утворює тріщин. При цьому виливки, за рахунок його малого інтервалу кристалізації (близького до нуля), мають невелику пористість. Але через схильність алюмінієво-кремнієвого сплаву до газонасичення вироби можуть містити концентровані газові раковини - закриті відкриті або порожнини з шорсткою поверхнею. Саме через них виникають чималі труднощі при виготовленні масивних та складних форм заготовок з АК12.

Корозійна стійкість – другий після ливарних якостей, але не менш важливий параметр сплаву АК12. В цілому він має середній рівень антикорозійності, тому може використовуватися в промисловості без захисного покриття або з нанесеним на його поверхню шаром фарби. Швидкість корозії силуміну АК12 у морському та вологому повітрі багато в чому залежить від його складу.

Сплав АК12 чудово зварюється будь-якими видами зварювання, як аргонового, так і точкового, даючи досить міцний зварювальний шов.

Модифікація металу.

На жаль, сплав АК12 термічна загартування не призводить до підвищення його характеристик міцності. У зв'язку з цим його механічні властивості модифікують спеціальними добавками. Для цього алюмінієво-кремнієвий сплав розплавляють до рідкого стану та обробляють лужними металами (натрієм, літієм, калієм) або їх солями. Модифікатора потрібно трохи, буквально соті частки відсотка, щоб він зв'язав частинки кремнію, що знаходяться в розчині, і загальмував їх зростання. В результаті значно підвищується міцність та пластичність сплаву АК12, а також його ливарні властивості.

Останнім часом промисловістю активно використовується алюмінієво-кремнієвий сплав АК12, модифікований з'єднаннями стронцію, які практично так само впливають на сплав, як і солі лужних металів. Їх вводять у вигляді лігатури на основі алюмінію, і, на відміну від натрію, стронцій не схильний до чаду і не підвищує газосадкову та садинну пористість матеріалу. Виливки, одержувані з його допомогою, зберігають модифіковані властивості навіть після переплавки.

Застосування ливарного металу АК12.

Алюмінієво-кремнієвий сплав АК12 погано ріжеться і піддається прокатці, але для нього характерна підвищена рідкість. З огляду на це він надзвичайно затребуваний у виробництві литих деталей, які здатні працювати при температурі до 200 градусів. Для їх отримання використовують різноманітні методи лиття: під тиском, пісок і металеві форми. Надалі з виливків виготовляють деталі для побутової техніки, гірничо-металургійної, авіабудівної, машинобудівної галузей промисловості:

• картери;
• поршні;
• блоки циліндрів;
• м'ясорубки;
• теплообмінники;
• корпуси помп;
• трубопровідна арматура;
• перехідники та ін.

Силумін АК12, що має в маркуванні літеру «П» і містить мінімальні частки свинцю, цинку, берилію та миш'яку, може використовуватися при виготовленні металевого посуду. Наприклад, з нього отримують міцні та легкі казани, сковорідки, каченята, форми для запікання та інші вироби харчового призначення.

Крім цього, сплав АК12 активно застосовують у ювелірній справі. Він добре зварюється, що важливо при складанні біжутерії, а також полірується і шліфується через свою малу пористість, утворюючи блискучу і рівну поверхню без вад. Якщо потрібно, проводять анодування ювелірних виробів, забарвлюючи оксидний шар, що утворюється на їх поверхні, в різноманітні кольори. При знижених температурах прозора плівка оксидів набуває золотистого відтінку (під колір натурального золота).

Ми пропонуємо наступні марки алюмінієво-кремнієвого сплаву АК12 у чушках та виливках:

• АК12ч;
• АК12пч;
• АК12ч;

Доставка матеріалу здійснюється в будь-який російський регіон з дотриманням термінів та правил транспортування.

З кремнієм та незначною часткою магнію, а також інших домішок. Для силумінів характерна низька ливарна усадка, герметичність, стійкість до корозії та висока твердість у порівнянні з іншими сплавами на основі Al. Однак, не всі силуміни виявляють свої якості однаково і по-різному поводяться в умовах підвищеного навантаження, у морській воді та при високих температурах.

У нас Ви можете придбати:

• Чушки АК12пч (підвищеної чистоти).

Хімічний склад та механічні властивості АК12

Так як АК12 - це ливарний сплав алюмінію, то хімічний склад та інша важлива інформація про нього викладено у ГОСТ 1583-93.

Ливарно-технологічні властивості

Заготівлі з АК12 у ряді інших заготовок з алюмінію виділяються малою ливарною усадкою у відсотковому співвідношенні 0,8 %, високою плинністю в рідкому стані та малою щільністю. Крім того, під час лиття цей матеріал не дає тріщин. Однак, межа короткочасної міцності цього силуміну менша, тому спектр його застосування обмежений деталями, що працюють під невеликим навантаженням.

Виливки з АК12 виходять з мінімальною ливарною усадкою, вони мають хорошу щільність і високу герметичність. Міцність деталей не сильно коливається в меншу сторону, при виливку товстостінних виробів. Корозійна стійкість у звичайній воді та атмосфері – хороша. Зварюваність АК12 – без обмежень аргонно-дуговим або точковим зварюванням, за достатньої кваліфікації зварювальника. Детальніше ми розповімо про застосування цього матеріалу нижче.

Експлуатаційні особливості АК12

Варто зазначити, що деталі з цього металу не призначені для функціонування в морській воді. Причиною тому є високий вміст міді у його складі. Зміст Cuв АК12 становить близько 0,6%, а для використання у морській воді застосовуються тільки сплави алюмінію з вмістом міді нижче 0,3%. Тому для цього АК12 застосовувати не рекомендується.

Що ж до температурного режиму роботи, то багато силумінів відносяться до кувальних і жароміцних сплавів, але АК12 займає особливу нішу серед інших силумінів. Він також може застосовуватися для кування, але деталі з нього не можна використовувати за температури вище 200 °C. За межами цієї температури метал почне втрачати стійкість до корозії і міцність. Ці зміни мають незворотний характер.

Продукція із силуміну АК12

З огляду на хорошу плинність, герметичність, корозійну стійкість цей матеріал рекомендується застосовувати для виливки деталей техніки, апаратури, приладів складної форми. Однак крихкість цього сплаву не дозволяє використовувати його для відливання відповідальних деталей, що працюють під навантаженням.

АК12 застосовують для відливання деталей у кокіль, піщані форми, під тиском, за моделями, у форми у вигляді оболонок. З нього виготовляють корпуси помп, деталі двигунів, апаратури та побутових приладів. В іншому із силуміну цієї марки підвищеної чистоти випускають і харчову продукцію, але лише зі спеціального дозволу: казани, каструлі тощо. Можливе також його застосування і у справі зброї.

Алюмінієвий сплав АК12 відноситься до категорії силумінів.Він містить 10-13% кремнію та невелику кількість інших домішок. Метал характеризується низькою величиною ливарної усадки, оптимальною герметичністю і твердістю в порівнянні з іншими алюмінієвими металами, оптимальною стійкістю до корозії. Під час виготовлення відливом метал не дає тріщин, але через відносно невисоку межу короткочасної плинності він використовується для виготовлення деталей, що працюють при невеликому за величиною навантаженні.

Виготовлення заготовок та деталей йде за допомогою лиття (в землю, кокіль, під тиском, форми у вигляді оболонок). Зі сплаву виготовляють різні деталі двигунів, побутових приладів, корпуси помп, елементи вогнепальної зброї. Зі сплаву підвищеного ступеня чистоти допускається виготовлення харчової продукції (за наявності відповідного дозволу).

• Форма випуску: чушка 8-14 кг.
• Упаковка: пачка вагою 300-1000 кг
• Стандарт: ГОСТ 1583-93
• Маркування: на кожній чушці завдано незмивний відбиток номера плавки, на чушках верхнього ряду пачки нанесена фарбою наступна інформація: марка сплаву, номер плавки, кількість чушок та маса пакета нетто, без урахування ваги упаковки.
• Документи: При відвантаженні видається сертифікат виробника уніфікованої форми із зазначенням Постачальника, Одержувача товару, хімічний склад продукції за кожним пакетом, вага нетто, вага брутто, а також Товарна накладна за формою Т-1. На вимогу Покупця обумовлюється можливість випуску додаткових необхідних документів.
• Ціна за запитом

Хімічний склад сплаву АК12 згідно з ГОСТ 1583-93

Al	Si	Mn	Ti	Fe	Cu	Zr	Mg	Zn	Домішок
осн	10 - 13	до 0.5	до 0.1	0.7	до 0.6	до 0.1	до 0.1	до 0.3

Умови продажу та доставки алюмінієвого сплаву АК12

Купити алюмінієві чушки зі сплаву АК12 можна у столичній компанії Переплав. Ми спеціалізуємося на виготовленні алюмінієвих сплавів та продажу кольорових металів, пропонуючи клієнтам розумні ціни та високу якість продукції. Остання завжди відповідає вимогам чинних стандартів, що підтверджують відповідні сертифікати.