Jedną z głównych kategorii metali lekkich, które są szeroko stosowane w różnych gałęziach przemysłu, są stopy na bazie aluminium. Najpopularniejszym z nich jest stop odlewniczy AK12. Aby z powodzeniem zastosować metal w praktyce, specjaliści muszą umieć poprawnie zarządzać informacjami o jego przeznaczeniu, składzie i właściwościach.
W różnych dziedzinach przemysłu, obok wysokowytrzymałych stopów na bazie metali żelaznych (stal, żeliwo), szeroko stosowane są lekkie związki na bazie aluminium i krzemu – siluminy. Wyróżniają się większą wytrzymałością i odpornością na zużycie w porównaniu z czystym aluminium, ale są nieco gorsze od związków aluminiowo-miedzianych.
Jednym z najpowszechniejszych stopów aluminiowo-krzemowych jest AK12. Należy do kategorii odlewniczej.
Według przestarzałej klasyfikacji oznaczono go literami AL – odlew aluminiowy.
AK12 można podzielić na trzy grupy ze względu na jego właściwości:
Fizyczny
Mechaniczny
Odlewniczo-technologiczna
Silumin jest hermetycznie zamknięty i bardzo odporny na korozję. Dla stopu AK12 stosowanego w wodzie morskiej udział miedzi zgodnie z wymaganiami normy nie powinien przekraczać 0,3%. Stop wykazuje również doskonałe właściwości antykorozyjne w innych środowiskach:
Do negatywnych właściwości stopu AK12 zalicza się: - kruchość podczas obróbki.
Niemożliwe jest osiągnięcie wzrostu wytrzymałości poprzez obróbkę cieplną (hartowanie) odlewów stopowych.
Według GOST 1583-93 „Aluminiowe stopy odlewnicze” AK12 ma następujący skład chemiczny:
1. Metale nieszlachetne
2. Zanieczyszczenia
Stop uzyskał wysokie właściwości mechaniczne po modyfikacji dodatkami chemicznymi:
W niektórych przypadkach można zastosować także sole powyższych pierwiastków chemicznych. Udział modyfikatorów w składzie stopu nie przekracza 0,01%. Ich celem jest zwiększenie wskaźnika ciągliwości podczas odlewania poprzez wiązanie atomów krzemu.
Oprócz tradycyjnych modyfikatorów, w ostatnim czasie powszechnie stosuje się technologię dodawania związków na bazie strontu, który jest odporny na odpady. Ponadto jego dodatek nie powoduje wzrostu skurczu gazowego i porowatości odlewu. AK12 z dodatkiem strontu zachowuje swoją strukturę fizyko-chemiczną po wielokrotnym przetopieniu.
Ze względu na wysoki wskaźnik płynności stop jest szeroko stosowany do produkcji części pracujących w środowiskach o temperaturach do 200°C. Odlewy siluminowe wykonuje się na trzy sposoby:
Najpopularniejszą formą gotowych odlewów z AK12 na rynku są tuczniki o wadze do 15 kg.
Zgodnie z wymogami normy odlewniczej, poprzez nadruk nanoszone są następujące informacje:
Do opakowania należy dołączyć certyfikat wskazujący dokładny skład chemiczny stopu.
Obszary zastosowań i asortyment wyrobów wykonanych z AK12 są niezwykle szerokie:
Aluminiowe stopy odlewnicze reguluje GOST 1583-93, który dotyczy stopów w postaci wlewków stosowanych jako wsad metalowy oraz stopów w gotowych odlewach (w sumie 39 gatunków). Zgodnie z GOST 1583-93 przy oznaczaniu stopu stosuje się kombinowane (podwójne) oznaczenie: najpierw podaje się gatunek stopu w wlewkach, następnie w nawiasach - gatunek stopu do gotowych odlewów kształtowych, na przykład: AK12 (AL2 ), AK13 (AL13), AK5M (AL5) .
Stopy we wlewkach są oznaczone w następujący sposób. Jako pierwsza wskazana jest litera „A”, która wskazuje, że stopem jest aluminium. Następnie litery wskazują nazwę pierwiastków głównych lub stopowych, po których następuje liczba wskazująca średnią procentową zawartość tych składników. Przyjmuje się następujące oznaczenia składników wchodzących w skład stopów odlewniczych aluminium: K – krzem; Su - antymon; Mts – mangan; M - miedź; Mg – magnez; N - nikiel; C - cynk. Na przykład: AK12 jest stopem aluminium o średniej zawartości Si = 12%; AK10Su- zawiera 10% krzemu i zawiera antymon jako pierwiastek stopowy, reszta to A1; AMg4K1, 5M - stop zawierający magnez - 40%, krzem - 1,5, miedź około 1,0%, reszta - A1.
Gatunek stopu w odlewach oznacza się na dwa sposoby:
Pierwsza to litery AL (A - aluminium, L - odlewnia), po których następują cyfry oznaczające numer stopu. Liczby te są warunkowe i nie mają związku ze składem chemicznym ani właściwościami mechanicznymi. Przykład oznaczenia - AL2, AL4, AL19;
Drugi jest podobny do stopów w wlewkach.
W dokumentacji projektowej przy oznaczaniu odlewów kształtowych norma dopuszcza wskazanie gatunku stopu bez dodatkowego oznaczenia marki w nawiasie lub jedynie gatunek podany w nawiasie.
W procesie edukacyjnym, przy wskazywaniu składu chemicznego metalu gotowego odlewu, dopuszcza się stosowanie oznaczenia według metody pierwszej (AL...); jeśli chodzi o wsad (wlewki) używany do topienia , wówczas można wskazać markę wlewków według drugiej metody (AK..).
3.2.1. Klasyfikacja i właściwości stopów aluminium
Ze względu na przeznaczenie konstrukcyjne aluminiowe stopy odlewnicze można podzielić na następujące grupy:
stopy charakteryzujące się wysoką szczelnością: AK12 (AL2), AK9ch (AL4), AK7ch (AL9), AK8MZch (VAL8), AK7pch (AL9-1), AK8l (AL34), AK8M (AL32);
stopy żaroodporne o wysokiej wytrzymałości: AM5 (AL 19), AK5M (AL5), AK5Mch (AL5-1), AM4.5 Kd (VAL10);
stopy odporne na korozję: AMch11 (AL22), ATs4Mg (AL24), AMg10 (AL27), AMg10ch (AL27-1).
Litery na końcu znaczka oznaczają: h - czysty; pch - zwiększona czystość; och – szczególna czystość; l - stopy odlewnicze; c - selektywny.
Stopy rafinowane w postaci wlewków oznaczane są literą „p”, umieszczoną po oznaczeniu gatunku stopu. Stopy przeznaczone do produkcji wyrobów spożywczych oznaczone są literą „P”, która jest także umieszczana po gatunku stopu.
Aluminiowe stopy odlewnicze w postaci wlewków (wsad metalowy) i odlewów produkowane są na potrzeby gospodarki narodowej oraz na eksport zgodnie z GOST 1583-93.
Gatunki i skład chemiczny stopów odlewniczych aluminium muszą odpowiadać podanym w tabeli. 3.14.
Siluminy u świń produkowane są o następującym składzie chemicznym:
AK12ch (SIL-1): krzem 10-13%, aluminium - podstawa; zanieczyszczenia, %, nie więcej niż: żelazo 0,50, mangan 0,40, wapń 0,08, tytan 0,13, miedź 0,02, cynk 0,06;
AK12pch (SIL-0): krzem 10-13%, aluminium - podstawa; zanieczyszczenia, %, nie więcej niż: żelazo 0,35, mangan 0,08, wapń 0,08, tytan 0,08, miedź 0,02, cynk 0,06;
AK12och (SIL-00): krzem 10-13%, aluminium - podstawa; zanieczyszczenia, %, nie więcej niż: żelazo 0,20, mangan 0,03, wapń 0,04, tytan 0,03, miedź 0,02, cynk 0,04;
AK12zh (SIL-2): krzem 10-13%, aluminium - podstawa; zanieczyszczenia, %, nie więcej niż: żelazo 0,7, mangan 0,5, wapń 0,2, tytan 0,2, miedź 0,03, cynk 0,08.
Na mocy porozumienia między producentem a konsumentem silumin marki AK12zh (SIL-2) może zawierać żelazo do 0,9%, mangan do 0,8%, tytan do 0,25%.
Stopy AK7, AK5M2, AK9, AK12 wykorzystywane są do produkcji wyrobów spożywczych. Stosowanie innych gatunków stopów do wytwarzania wyrobów i sprzętu przeznaczonego do kontaktu z produktami spożywczymi i środowiskiem musi być dozwolone w każdym indywidualnym przypadku przez władze odpowiedzialne za ochronę zdrowia.
W stopach aluminium przeznaczonych do produkcji artykułów spożywczych udział masowy ołowiu nie powinien przekraczać 0,15%, arsenu nie więcej niż 0,015%, cynku nie więcej niż 0,3%, berylu nie więcej niż 0,0005%.
W stopach rafinowanych zawartość wodoru nie powinna przekraczać 0,25 cm 3 /100 g metalu dla siluminów podeutektycznych, 0,35 cm e /100 g dla siluminów nadeutektycznych, 0,5 cm 3 /100 g dla stopów aluminiowo-magnezowych; porowatość nie powinna przekraczać trzech punktów.
W zależności od składu chemicznego stopy aluminium dzieli się na pięć grup (tabela 3.14).
Pierwsza grupa to stopy na bazie A1-Si-Mg; Aby uzyskać drobnoziarnistą strukturę, należy zastosować modyfikację.
Druga grupa to stopy na bazie układu A1-Si-Cu; dobre właściwości odlewnicze wynikają z optymalnej kombinacji zawartości krzemu i miedzi; Taka zawartość pierwiastków stopowych pozwala na zastosowanie obróbki cieplnej w celu poprawy właściwości mechanicznych stopów.
Trzecia grupa to stopy oparte na układzie A1-Cu; Mają możliwość poddania się obróbce cieplnej, po której poprawiają się ich właściwości mechaniczne, a właściwości odlewnicze są gorsze niż siluminów.
Czwarta grupa to stopy oparte na układzie A1-Mg; mają podwyższone właściwości mechaniczne w wyniku dodawania tytanu, berylu, cyrkonu; stopy tej grupy wytrzymują duże obciążenia statyczne i udarowe.
Grupa piąta - stopy na bazie układu A1-inne pierwiastki (Ni-Ti itp.); mają właściwości żaroodporne, czyli dobrze sprawdzają się w podwyższonych temperaturach; to samo można powiedzieć o ciśnieniach.
Analizując GOST 1583-93 widać, że niektóre stopy tej samej marki, stosowane do wsadów metalowych i odlewów kształtowych, mają różnice w składzie chemicznym: w stopach do odlewów występuje niewielki spadek zawartości magnezu i wzrost zawartości szkodliwe zanieczyszczenia są dozwolone.
* Ilość uwzględnionych zanieczyszczeń zależy od rodzaju odlewu.
Uwagi:
Wtórne stopy odlewnicze wieprzowe otrzymuje się w wyniku przetwarzania wiórów, odpadów i importowanego złomu metalowego. Skład chemiczny wtórnych stopów odlewniczych aluminium we wlewkach stosowanych jako materiały wsadowe musi odpowiadać wymaganiom GOST 1583-93.
O możliwości zastosowania danego stopu decydują jego właściwości mechaniczne, fizyczne i technologiczne, a także uwzględnienie cech ekonomicznych stopu, które w wielu przypadkach są decydujące.
Właściwości mechaniczne stopów odlewniczych aluminium zgodnie z GOST 153-93 muszą odpowiadać właściwościom podanym w tabeli. 3.17.
Uwagi:
Symbole metod odlewania: 3 - odlewanie w formach piaskowych; B - odlew z wosku traconego; K - odlewanie na zimno; D - formowanie wtryskowe; PD - odlewanie z krystalizacją pod ciśnieniem (tłoczenie cieczą); O - odlewanie w formie skorupowej; M - stop podlega modyfikacji.
Symbole rodzajów obróbki cieplnej: T1 - sztuczne starzenie bez wstępnego hartowania; T2 - wyżarzanie; T4 - hartowanie; T5 - hartowanie i krótkotrwałe (niepełne) starzenie; T6 - hartowanie i całkowite sztuczne starzenie; T7 - hartowanie i odpuszczanie stabilizujące; T8 - hartowanie i odpuszczanie zmiękczające.
Właściwości mechaniczne stopów AK7Ts9 i AK9Ts6 określa się po co najmniej jednym dniu naturalnego starzenia.
Właściwości mechaniczne określone dla metody odlewania B mają zastosowanie również do odlewania skorupowego.
Właściwości technologiczne stopów aluminium (tabela 3.24) wpływają na jakość odlewów. Do tych właściwości stopów zalicza się: płynność, skurcz (objętościowy i liniowy), skłonność do tworzenia porowatości i wnęk, skłonność do tworzenia naprężeń i pęknięć odlewniczych, absorpcję gazu i powstawanie wtrąceń niemetalicznych, tworzenie błony oraz skłonność do tworzenia gruboziarnistych i konstrukcje kolumnowe.
3.2.2. Wpływ pierwiastków chemicznych na właściwości stopów aluminium
Wpływ poszczególnych pierwiastków chemicznych na właściwości odlewanych stopów aluminium podano w tabeli. 3,25.
3.2.3. Cechy stopów aluminium i obszary ich zastosowań
Odlewane stopy aluminium posiadają szereg cech: zwiększoną płynność, która zapewnia produkcję odlewów cienkościennych o złożonej konfiguracji; stosunkowo niski skurcz liniowy; zmniejszona skłonność do tworzenia pęknięć na gorąco. Ponadto stopy aluminium mają dużą skłonność do utleniania i nasycania wodorem, co prowadzi do takich wad odlewniczych jak porowatość gazowa, wtrącenia żużlowe i wtrącenia tlenkowe. Dlatego też opracowując technologię topienia i wytwarzając odlewy kształtowe dowolną metodą odlewania, należy uwzględnić charakterystykę poszczególnych grup stopów aluminium.
Najbardziej rozpowszechnione w przemyśle są stopy A1-Si-Mg, które charakteryzują się dobrymi właściwościami technologicznymi, determinowanymi rodzajem diagramu fazowego. Ich struktura to α-stały roztwór krzemu w aluminium i eutektyka, składająca się z α-stałego roztworu i ziaren krzemu. Właściwości odlewnicze zapewnia obecność w stopach dużej ilości podwójnej eutektyki α + Si (40-75%) typu rama-matryca, której podstawą jest roztwór α-stały, który warunkuje wysoką płynność stopów, a także niski skurcz odlewniczy i zmniejszoną skłonność do powstawania pęknięć na gorąco.
Wraz ze wzrostem zawartości eutektyki w stopach maleje tendencja do tworzenia mikroluz skurczowych, co zwiększa szczelność odlewów.
Proces krystalizacji tych stopów zachodzi w wąskim zakresie temperatur i przebiega frontem ciągłym od strefy obwodowej (ścian formy) do stref wewnętrznych odlewów, co powoduje powstawanie ciągłej warstwy drobnoziarnistej eutektyki pomiędzy warstwą pierwotną kryształy. Zapobiega to tworzeniu się kanałów skurczowych pomiędzy ziarnami roztworu stałego.
Wraz ze wzrostem zawartości krzemu w stopach współczynnik rozszerzalności cieplnej maleje i uzyskuje się grubszą strukturę, co prowadzi do kruchości stopu i pogorszenia obrabialności. Do mielenia wtrąceń krzemowych w eutektyce stosuje się modyfikację Na, Li, Ka, Sr, która zwiększa właściwości plastyczne (δ = 5-8%).
Do modyfikacji siluminów stosuje się mieszaniny chlorku sodu i potasu oraz sole fluorkowe o różnym składzie, a stop absorbuje około 0,01% Na. Podczas modyfikacji Na eutektyka zostaje przechłodzona o 15-30°C, a punkt eutektyczny przesuwa się do 13-15% Si. Im wyższa zawartość krzemu w stopie, tym większy efekt modyfikacji, gdyż modyfikator wpływa tylko na tę fazę. W przypadku siluminów zawierających mniej niż 5-7% Si modyfikacja nie wpływa na właściwości mechaniczne.
Żelazo w stopach A1-Si tworzy związek β(A1-Fe-Si) w postaci kruchych płytek, które znacznie zmniejszają ciągliwość. Negatywny wpływ żelaza skutecznie zmniejsza dodatek 0,2-0,5% Mn i tworzy się nowa faza a (A1-Fe-Si-Mn) w postaci zwartych równoosiowych wielościanów, które mają mniejszy wpływ na plastyczność.
Stop AL2 (eutektyczny) jest jedynym stopem podwójnym pierwszej grupy, należy do prostych siluminów. Skład eutektyczny stopu (10-13% Si) zapewnia wysoką płynność oraz brak tendencji do porowatości i pękania. Stop służy do wytwarzania gęstych, hermetycznych odlewów ze skoncentrowaną wnęką skurczową. Stop stosowany jest w stanie zmodyfikowanym, głównie bez obróbki cieplnej. Lekko obciążone części są produkowane różnymi metodami odlewania. Najniższe właściwości uzyskuje się przy odlewaniu w formach piaskowych; przy odlewaniu w formie chłodniczej lub pod ciśnieniem zauważalnie wzrastają właściwości wytrzymałościowe i plastyczne.
Specjalne siluminy podeutektyczne (AL4, AL9, AL4-1, AL9-1) mają wyższe właściwości mechaniczne, ale są gorsze pod względem właściwości technologicznych od stopu eutektycznego AL2. Wzmocnienie uzyskuje się poprzez utworzenie związku Mg 2 Si. Obniżona zawartość krzemu pozwala na stosowanie stopów do formowania wtryskowego i odlewania ciśnieniowego bez modyfikacji. Przy odlewaniu w formach piaskowych i wosku traconym zaleca się modyfikację stopów.
Stopy AK7 i AK9 różnią się od stopów AL4 i AL9 zwiększoną zawartością zanieczyszczeń, ale mniejszą ciągliwością.
Zaletą stopów opartych na układzie A1-Si-Mg jest ich podwyższona odporność na korozję w atmosferze wilgotnej i morskiej - AK12 (AL2), AK9ch (AL4), AK7ch (AL9).
Wadami tych stopów są zwiększona porowatość gazowa i zmniejszona odporność cieplna. Technologia odlewania tych stopów jest bardziej złożona i wymaga stosowania operacji modyfikacji i krystalizacji pod ciśnieniem w autoklawach. Dotyczy to szczególnie stopu AK9ch (AL4).
Stopy na bazie układu A1-Si-Cu, które charakteryzują się wysoką odpornością cieplną (temperatury pracy 250-270°C), ale ustępują stopom A1-Si-Mg właściwościami odlewniczymi, odpornością na korozję i szczelnością; nie wymagają modyfikacji ani krystalizacji pod ciśnieniem.
Odporność cieplną stopów zapewnia zawartość stabilnych faz ogniotrwałych, które krystalizują w postaci cienkiej rozgałęzionej i dobrze blokują granice ziaren roztworu stałego, co hamuje rozwój procesów dyfuzyjnych.
Stopy na bazie układu A1-Cu charakteryzują się wysokimi właściwościami mechanicznymi. Skład fazowy w stanie odlanym: α-stały roztwór miedzi w aluminium + CuA1 2. Jeśli stop zawiera zanieczyszczenia krzemu i żelaza, mogą powstać fazy A1 7 Cu 2 Fe, AlCuFeSi i trójskładnikowa eutektyka α + Si + AlCu 2 o temperaturze topnienia 525 ° C. Zwiększenie zawartości krzemu w stopach do 3% prowadzi do wzrostu ilości eutektyki i poprawy właściwości odlewniczych, ale do znacznego spadku wytrzymałości. Obecność 0,05% Mg znacznie zmniejsza spawalność stopów i ich ciągliwość.
Wytrzymałość stopów na bazie układu A1-Mg wzrasta wraz ze wzrostem stężenia magnezu do 13%, natomiast ciągliwość zaczyna spadać przy zawartości powyżej 11% Mg; główną fazą wzmacniającą jest związek chemiczny β (A1 3 Mg 2).
Do stopów odlewniczych stosuje się stopy zawierające Mg, % (ułamek wagowy):
4,5-7 - stopy średniowytrzymałe stosowane bez obróbki cieplnej AKMg5K (AL13), AMg6l (AL23);
9,5-13 - stopy o dużej wytrzymałości stosowane w stanie utwardzonym AMg10 (AL27), AMg11 (AL22).
Aby poprawić właściwości technologiczne, do większości stopów dodaje się do 0,15-0,2% tytanu i cyrkonu. Wytworzone na ich bazie związki międzymetaliczne TiA1 3 i ZrA1 3 są bardziej ogniotrwałe niż baza stopowa i są modyfikatorami pierwszego rodzaju. Właściwości mechaniczne zwiększają się o 20-30%.
Stopy na bazie układu Al-Mg mają zwiększoną skłonność do tworzenia porowatości gazowej i gazowo-skurczowej, a przy oddziaływaniu z azotem i parą wodną tworzą się wtrącenia niemetaliczne i warstwy tlenkowe. Topienie stopów należy prowadzić pod warstwą topnika, a jeśli zawierają Be, bez topnika.
Do stopów opartych na systemie A1 i innych składnikach (stopach złożonych) zalicza się stopy: żaroodporne wieloskładnikowe i samoutwardzalne, odporne na korozję AC4Mg (AL24), stopy tłokowe AK12M2MgN (AL25), a także krzemian cynku AK7Ts9 (AL11). .
Stop ATs4Mg (AL24) należy do układu Al-Zn-Mg, główną fazą wzmacniania jest T(A1 2 Mg 3 Zn 3). Wysoka stabilność stałych roztworów cynku i magnezu w aluminium zapewnia „samoutwardzenie” stopu podczas chłodzenia odlewu. Stop może być stosowany bez specjalnego utwardzania, w formie odlewu oraz w stanie naturalnym lub sztucznym. Stop posiada zadowalające właściwości, które poprawia dodatek tytanu (0,1-0,2%). Zalecany do odlewów piaskowych, form odlewniczych, części spawanych, a także części o podwyższonej stabilności wymiarowej i odporności na korozję.
Specjalne siluminy eutektyczne AK12M2MgN (AL25), posiadające dobre właściwości odlewnicze, charakteryzują się wyższą odpornością cieplną, gdyż zawierają 0,8-1,3% Ni, który tworzy złożone fazy w postaci sztywnej ramy; dodatek tytanu poprawia właściwości technologiczne. Stopy wykazują małą skłonność do zmian objętościowych podczas pracy w podwyższonych temperaturach; używany do produkcji tłoków; w tym przypadku odlewy stosuje się bez utwardzania. Aby złagodzić naprężenia wewnętrzne, tłoki poddaje się obróbce cieplnej zgodnie z trybem T1.
Silumin cynku AK7Ts9 (AL11), zawierający 7-12% Zn, który jest dobrze rozpuszczalny w litym aluminium, tworzy wzmocnienie roztworowe, co pozwala na stosowanie stopu w stanie odlanym (bez obróbki cieplnej). Posiada dobre właściwości technologiczne, zdolność do zachowania wytrzymałości, twardości i odporności na obciążenia zmienne po krótkotrwałym i długotrwałym nagrzewaniu do temperatur 300-500°C. Stop jest stosowany na części odlewane w budowie silników i innych gałęziach przemysłu, stosowany do odlewania w formach piaskowo-glinianych, formach chłodzących i pod ciśnieniem. Ma obniżoną odporność na korozję i stosunkowo dużą gęstość.
Jako materiały wsadowe podczas wytapiania stosuje się czyste metale, odpady i odpady o tym samym składzie co przygotowany stop
także odpady innych stopów. Określono wybór materiałów wsadowych
a także możliwość uzyskania z nich stopu o zadanym składzie, a także dane techniczno-ekonomiczne: dostępność materiału, jego cena, możliwość obróbki w wybranej jednostce topiącej.
Zwroty i odpady mają najniższe ceny. Z reguły jednak są one zanieczyszczone zanieczyszczeniami, dlatego nie jest możliwe uzupełnienie z nich całego wsadu, ponieważ usuwanie zanieczyszczeń podczas wytapiania nie zawsze jest możliwe lub wskazane. Ponadto odpady i zwroty często zawierają niewykrywalne zanieczyszczenia, które pogarszają właściwości metalu. W tym zakresie udział odpadów i zwrotów w opłacie ustalany jest często w oparciu o warunki dopuszczalnej zawartości określonych zanieczyszczeń.
Ilość materiałów wsadowych określa się poprzez obliczenie wsadu. W obliczeniach uwzględniono oczekiwane straty metalu. Aby obliczyć ładunek, być może konieczna jest pełniejsza analiza chemiczna wszystkich materiałów wsadowych. Poniżej znajduje się obliczenie arytmetyczne opłaty.
Technologia topienia: W zależności od skali i specyfiki produkcji wytapianie stopów aluminium odbywa się w piecach tyglowych i pogłosowych zasilanych energią elektryczną, paliwem ciekłym lub gazowym. Szczególnie szeroko stosowane są elektryczne piece indukcyjne.
Skład chemiczny metali pierwotnych, stopów wtórnych i stopów głównych musi spełniać wymagania GOST lub TU. Jako opłatę zwykle stosuje się:
Wsad do topienia stopów aluminium nie powinien być wilgotny ani zanieczyszczony olejem, emulsją lub ziemią. Wszystkie składniki wsadu wprowadzone do ciekłego metalu należy podgrzać do temperatury 150...200°C, aby uniknąć emisji metali. Opłata obejmuje pierwotne aluminium i stopy wtórne, zwrot i odpady. Pierwiastki łatwo utleniające się wprowadza się w postaci stopów, aby ułatwić ich rozpuszczenie i ograniczyć odpady. Topienie stopów najlepiej przeprowadzać w indukcyjnych piecach tyglowych.
Dla wygody i przejrzystości obliczenia przeprowadzamy dla 100 kg stopu.
Obliczanie wsadu przy użyciu zaprawy bez uwzględnienia zawartości zanieczyszczeń: przewiduje się przygotowanie 1000 kg stopu AK12M2. Średni skład chemiczny stopu wynosi Si = 11-13%; Cu=1,5-3%; Fe=1% zanieczyszczeń 1%; Al – reszta.
4) wytapianie odbywać się będzie w piecu tyglowym. Odpady komponentów: 1% Al; 1% Si; 1% Fe; 1,5% Cu;
a) aluminium (84 × 100)/(100-1) = 84,8 kg;
b) krzem (12 × 100)/(100-1) = 12,12 kg;
c) miedź (2 × 100)/(100-1,5) = 2,03 kg;
d) żelazo (1 × 100)/(100-1) = 1,01 kg;
2. Określ wymaganą liczbę spółek akcyjnych:
82,06/(99/100) = 82,88 kg;
b) marka siluminu SIL1. Obliczenia dotyczą krzemu:
(13 × 93,23)/100 = 12,12 kg
c) Ligatura Al-Cu:
(42,5 × 4,77)/100 = 2,02 kg
3. Określ ilość aluminium, którą należy wprowadzić w czystej postaci:
Cały Al jest wprowadzany w postaci stopów. Do dostosowania składu stopu można zastosować surowe aluminium.
5. Określ masę każdego składnika wsadu na jeden wytop stopu (10 000 kg):
sztabki paszportowe gatunek A0 8288kg
Marka siluminu SIL00 93 23 kg
Ligatura Al-Cu 477 kg
5. Obliczenie ilości ciepła potrzebnego do ogrzania, stopienia i przegrzania 1 tony stopu do temperatury odlewania.
Ilość ciepła użytecznego wydanego na ogrzewanie, topienie i przegrzanie stopu do danej temperatury, kJ
Qtot = Qczas + Qpl + Qper
gdzie Q jest ilością ciepła wymaganą do ogrzania stopu do temperatury, kJ;
Qpl to ilość ciepła zużyta na stopienie metalu, kJ;
Qper to ilość ciepła zużyta na przegrzanie stopu do danej temperatury, kJ.
a) określić ilość ciepła potrzebną do ogrzania stopu do temperatury:
gdzie M jest masą metalu,
Ctv – średnia pojemność cieplna twardego stopu,
Z prawa Dulonga-Petita
213,125 kcal/(kg C)
Stv = 213,125 × 4,18 = 890,9 J/(kg×C)
tsol - temperatura topnienia, tsol = 560 C;
początkowa temperatura stopu, t0 = 20 C
Qczas = Ctm M (tsol – t0) = 890,9×1000 (560 – 20) = 481086 kJ
b) określić ilość ciepła wydatkowanego na stopienie metalu:
gdzie jest średnim utajonym ciepłem topnienia stopu, kJ/kg
Qpl = q M = = 550,82 ×1000 = 550820 kJ
c) określić ilość ciepła wydatkowanego na przegrzanie stopu do danej temperatury:
gdzie jest średnia pojemność cieplna ciekłego stopu,
Z prawa Dulonga-Petita dla stanu ciekłego:
=(0,22+0,03+0,002)*1000=252 kcal/(kg ×C)
Stv = 252 kcal/(kg×C) = 4,18×252 = 1053,36 J/(kg×C)
temperatura przegrzania, C;
Qper = Czh M (tli – tlik) = 1053,36×1000 (720 – 640) = 84269 kJ.
d) całkowita ilość ciepła potrzebna do nagrzania, stopienia i przegrzania 1000 kg stopu:
Qtotal = Qtime + Qpl + Qper = 481086 + 550850 + 84269 = 1116205 kJ
6. Dobór jednostki topiącej i opracowanie technologii przygotowania stopów.
6.1. Dobór urządzenia topiącego i jego charakterystyka.
Do produkcji stopów aluminium wykorzystywane są różne piece. Wyboru pieca dokonuje się w zależności od skali produkcji, wymagań dotyczących jakości wytapianego metalu i szeregu innych czynników.
W zależności od rodzaju energii wykorzystywanej do topienia stopów wszystkie piece do topienia dzielą się na paliwowe i elektryczne. Piece paliwowe dzielą się na piece tyglowe, refleksyjne i wannowe. Piece elektryczne dzieli się ze względu na sposób przetwarzania energii elektrycznej na ciepło. W odlewniach stosuje się piece oporowe, indukcyjne, łukowe, elektronowe i plazmowe.
W elektrycznych piecach oporowych nagrzewanie i topienie wsadu odbywa się dzięki energii cieplnej dostarczanej z elektrycznych elementów grzejnych zainstalowanych w stropie lub ścianach pieca do topienia. Piece te służą do topienia stopów aluminium, magnezu, cynku, cyny i ołowiu.
Piece indukcyjne, zgodnie z zasadą działania i konstrukcją, dzielą się na piece tyglowe i kanałowe. Piece tyglowe, w zależności od częstotliwości prądu zasilającego, dzieli się na piece o częstotliwości wysokiej i przemysłowej (50 szt./s).
Niezależnie od częstotliwości prądu zasilającego, zasada działania wszystkich indukcyjnych pieców tyglowych opiera się na indukowaniu energii elektromagnetycznej w nagrzanym metalu (prądy Foucaulta) i
zamieniając go w ciepło. Podczas topienia w metalu lub innych tyglach wykonanych z materiałów przewodzących prąd elektryczny, energia cieplna jest również przekazywana do nagrzanego metalu przez ścianki tygla. Indukcyjne piece tyglowe służą do topienia aluminium, magnezu, miedzi, stopów niklu, a także stali i żeliwa.
Do przygotowania stopu AK12M2 wybieramy indukcyjny piec tyglowy marki IAT-1.
Wydajność pieców tyglowych waha się od ułamków kilograma (piece laboratoryjne) do kilkudziesięciu ton.
Zalety tyglowych pieców indukcyjnych:
1) wysoka wydajność osiągnięta dzięki dużej gęstości mocy;
2) intensywna cyrkulacja wytopu w tyglu, zapewniająca wyrównanie temperatury w całej objętości kąpieli i uzyskanie jednorodnego składu chemicznego stopów;
3) możliwość szybkiego przejścia od wytapiania stopu jednej marki na inną;
4) powszechne (do 100%) stosowanie w wsadach materiałów niskiej jakości – zrębków i odpadów;
5) możliwość prowadzenia wytapiania pod dowolnym ciśnieniem (piece próżniowe) i w dowolnej atmosferze (utleniającej, redukującej, neutralnej);
6) prostota i wygoda obsługi pieca, sterowania i regulacji procesu wytapiania; duże możliwości mechanizacji i automatyzacji załadunku wsadu i odlewania metali, dobre warunki sanitarno-higieniczne.
Do wad pieców tyglowych należy mała trwałość wyłożenia tygla oraz stosunkowo niska temperatura metalu na powierzchni kąpieli ciekłej, co nie pozwala na efektywne wykorzystanie topników do metalurgicznej obróbki stopów. Jednak zalety pieców tyglowych są na tyle znaczące, że stają się one coraz bardziej powszechne. Wyróżnia się piece otwarte (topienie w powietrzu) i piece próżniowe (topienie w próżni).
Do topienia stopów aluminium, magnezu i miedzi stosuje się otwarte piece tyglowe indukcyjne o częstotliwości przemysłowej o wydajności od 0,4-1,0 do 25-60 ton i wydajności 0,5-6,0 ton ciekłego metalu na godzinę. Niezależnie od gatunku topionego stopu i pojemnika, indukcyjne piece tyglowe mają te same elementy konstrukcyjne i różnią się głównie wydajnością i mocą urządzeń elektrycznych.
Tygle pieców do topienia stopów aluminium i miedzi wykonywane są poprzez ubijanie i spiekanie mas ogniotrwałych, a piece do topienia stopów magnezu wyposażone są w tygle stalowe o konstrukcji spawanej lub odlewanej.
Piece indukcyjne wysokiej częstotliwości służą do topienia stopów na bazie niklu i miedzi, a także stali i szeregu innych stopów. Wydajność pieców waha się od kilkudziesięciu kilogramów do 1-3 ton ciekłego metalu. Źródłem zasilania są tyrystorowe przetwornice prądu.
Główne cechy indukcyjnego pieca kanałowego IAT-1
Tabela 5
6.2. Opracowanie technologii wytwarzania stopu AK12M2
Topienie większości stopów aluminium nie jest trudne. Składniki stopowe, z wyjątkiem magnezu, cynku i czasami miedzi, wprowadza się w postaci stopów. Ligaturę A1-Si wprowadza się do stopu w temperaturze 700-740°C; cynk jest ładowany przed magnezem, który zwykle wprowadza się przed odsączeniem metalu. Materiały wsadowe ładuje się w następującej kolejności: surówka aluminiowa, odpady wielkogabarytowe, przetapianie, stopy lub czyste metale. Maksymalne dopuszczalne przegrzanie stopów odlewniczych wynosi 800-830°C. Aluminium stopione na powietrzu utlenia się. Głównymi utleniaczami są tlen i para wodna. Wilgotność powietrza w zimie wynosi 2-4,5 g/m3, latem 18,5-23 g/m3; Produkty spalania paliwa ciekłego lub gazowego mogą zawierać od 35 do 70 g/m 3 pary wodnej. W zależności od temperatury i ciśnienia tlenu i pary wodnej oraz warunków kinetycznych interakcji podczas utleniania powstają tlenek glinu (A1 2 O 3) i podtlenki (A1 2 O i A1O). Prawdopodobieństwo powstania podtlenku wzrasta wraz ze wzrostem temperatury i spadkiem ciśnienia cząstkowego tlenu nad stopionym materiałem. W normalnych warunkach topnienia fazą trwałą termodynamicznie jest stały tlenek glinu – Al 2 O 3, który nie rozpuszcza się w aluminium i nie tworzy z nim topliwych związków. Po podgrzaniu do 1200°C, A1 2 O 3 rekrystalizuje do a-Al2O3. W miarę utleniania powierzchni stałego i ciekłego aluminium tworzy się gęsta, trwała warstwa tlenku o grubości 0,1-0,3 mikrona. Po osiągnięciu takiej grubości utlenianie praktycznie zatrzymuje się, ponieważ szybkość dyfuzji tlenu przez folię gwałtownie maleje. Szybkość utleniania znacznie wzrasta wraz ze wzrostem temperatury stopu.
Stopy aluminium z magnezem tworzą warstwę tlenkową o zmiennym składzie. Przy niskiej zawartości magnezu (do 0,005%) warstwa tlenku ma strukturę -A1 2 O 3 i jest stałym roztworem MgO w -A1 2 0 3; przy zawartości 0,01-1% Mg warstwa tlenkowa składa się ze spinelu (MgO-A1 2 O) o zmiennym składzie oraz tlenku magnezu; przy zawartości powyżej 1,0% Mg folia składa się prawie wyłącznie z tlenku magnezu. Beryl i lantan (do 0,01%) zmniejszają szybkość utleniania tych stopów do poziomu szybkości utleniania aluminium. Ich działanie ochronne wynika z zagęszczenia warstwy tlenkowej stopów w wyniku wypełnienia powstałych w niej porów.
Mieszaniu stopu podczas procesu topienia towarzyszy naruszenie integralności filmu tlenkowego i wmieszanie jego fragmentów do stopu. Wzbogacanie wytopów we wtrącenia tlenkowe następuje także w wyniku reakcji wymiany z wyłożeniem urządzeń topiących. Najbardziej znaczący wpływ na stopień zanieczyszczenia wytopów filmami ma powierzchniowe utlenianie pierwotnych materiałów wsadu pierwotnego i wtórnego. Negatywna rola tego czynnika wzrasta wraz ze spadkiem zwartości i wzrostem powierzchni właściwej materiału.
Aluminium ma sześcienną sieć krystaliczną skupioną na powierzchni i nie ulega przekształceniom alotropowym. Ma niską gęstość (2,7 g/cm3), niską temperaturę topnienia (660°C), duże wydłużenie przy rozciąganiu (do 60%), dobrą przewodność elektryczną i wysoką wytrzymałość właściwą. Aluminium ma duży objętościowy skurcz krystalizacyjny (6,5%) i duży skurcz liniowy (1,7%); łatwo się utlenia, tworząc gęstą ochronną warstwę tlenku Al2O3. Aluminium ma szerokie zastosowanie w elektrotechnice, lotnictwie, przemyśle spożywczym, motoryzacyjnym i budownictwie.
1. Ogólna charakterystyka i obszary zastosowań stopu………………….3
2. Właściwości fizyczne, odlewnicze, mechaniczne i inne stopu...6
3. Obliczanie gęstości teoretycznej stopu……………………………...7
4. Charakterystyka wsadów i materiałów pomocniczych do wytwarzania stopu. Obliczanie opłat…………………………………………………..…... 9
5. Obliczenie ilości ciepła potrzebnego do ogrzania, stopienia i przegrzania 1 tony stopu do temperatury odlewania………………………...11
6. Dobór jednostki topiącej i opracowanie technologii przygotowania stopów……………………………………………………………………………………………. .13
6.1. Dobór urządzenia topiącego i jego charakterystyka…………………13
6.2. Opracowanie technologii wytwarzania stopu AK12M…………………16
Lista referencji………………………………………………………...19
Studenci, doktoranci, młodzi naukowcy, którzy wykorzystują bazę wiedzy w swoich studiach i pracy, będą Państwu bardzo wdzięczni.
Opublikowano w dniu http:// www. wszystkiego najlepszego. ru/
Wpływ temperatury nagrzewania stopu na właściwości mechaniczne i odlewnicze stopu aluminium (AK12)
UDC 621.74.041
Szczerbinin VA ., Zstudent,
Doambona« Technologie odlewnicze»
Opiekun naukowy: S.L. Timczenko,
Dokandydat nauk fizycznych i matematycznych, profesor nadzwyczajny katedry« fizyka» (FN-4)
Rosja, 105005, Moskwa, MSTU im. NE Baumana,
przysięga. scherbinin2014@ Yandex. ru
Słowa kluczowe: stop (stop), eutektyka(eutektycznyhm) , płynność(Fniski poziom) , twardość (twardość), wytrzymałość (trwały jakość) , siła uderzenia (uderzenie twardość) , likwacja dendrytyczna (dendrytyczny segregacja), likwidacja strefowa (strefowy segregacja), pękać (nit), muszle piasku (piasek otwór), pochłaniacze gazu (cios otwór).
Adnotacja: Autor przeprowadził badania wpływu temperatury nagrzewania stopu na właściwości mechaniczne i odlewnicze stopu AK12. Wpraca opisujeeksperymentokreślenie składu chemicznego danego stopu (spektralna analiza chemiczna),co pokazujeciężkiprocent zawartości krzemu w stopie (10 -12 %) . Autor szczegółowo oblicza bramkowaniesystem przygotowania próbkiwykonany ze stopu AK12 i przedstawia dalsze eksperymenty dotyczące udarności i naprężenia, które również przedstawiono w artykule, na otrzymanych przedmiotach.Poruszonym problemem jest zmiana płynności stopu przy różnych temperaturach przegrzania. Autor przekonująco udowadnia tę obecnośćbrak stref dendrytycznych w mikrostrukturze siluminu, a także ich zmniejszenie wraz ze wzrostem temperatury zalewania.
Wstęp
Pomimo tego, że technologie odlewnicze są od dawna wykorzystywane do wytwarzania wyrobów, idea tworzenia nowych metod odlewania pozostaje aktualna. Istotne jest także stosowanie szerszej gamy stopów odlewniczych w celu uzyskania wyrobów o wysokiej jakości.
Nowoczesne technologie, w tym proces odlewniczy, implikują nie tylko uzyskanie wymaganej konfiguracji produktu, ale także możliwość kontroli właściwości mechanicznych i odlewniczych powstałych odlewów. Daje to ogromny skok w różnych sferach społeczeństwa (od produkcji biżuterii po przemysł militarny). Logiczny jest wniosek, że badanie właściwości mechanicznych i odlewniczych produktu jest konieczne dla postępu technologicznego.
Badanie właściwości stopów jest dość powszechnym tematem w badaniach naukowych. Na przykład w artykule eksperymentalnie zbadano wpływ gęstości prądu elektrycznego J~ (10 5 - 10 7) A/m 2 na temat procesu krystalizacji stopu aluminium (AK12) podczas odlewania w formach piaskowych oraz możliwości sterowania procesem krystalizacji za pomocą zewnętrznego oddziaływania elektrycznego.
W artykule ustalono doświadczalnie zależność właściwości mechanicznych i odlewniczych stopu aluminium od obróbki cieplnej (podgrzania wytopu do temperatury krytycznej), podczas której następuje rozkład mikroniejednorodności wytopu odziedziczonych od wsadu i optymalna ekspozycja izotermiczna rozpoczyna się proces, który pozwala znacznie zwiększyć poziom jednorodności wytopu. Krystalizacja wytopu ze stanu zbliżonego do jednorodnego przyczynia się do uzyskania drobnoziarnistej struktury i zwiększonych właściwości użytkowych.
W tej pracy postawiono sobie za zadanie zbadanie wpływu przegrzania stopu
AK12 na temat właściwości odlewniczych i mechanicznych.
Stopy układu Al-Si znane są pod ogólną nazwą siluminy. Siluminy charakteryzują się dobrymi właściwościami odlewniczymi i szczelnością, średnią wytrzymałością oraz wystarczającą odpornością na korozję. Stosowane są do produkcji skomplikowanych odlewów.
AK12 jest stopem eutektycznym, którego składnikiem osnowy jest aluminium, zawiera 12% krzemu.
Gęstość stopów siluminu waha się od 2,5 do 2,94 g/cm 3 . W porównaniu do aluminium stopy siluminu mają większą wytrzymałość i odporność na zużycie.
Siluminy są odporne na korozję w wilgotnej atmosferze i wodzie morskiej, w środowisku lekko kwaśnym i zasadowym.
Część eksperymentalna
W celu zbadania wpływu temperatury przegrzania stopu na właściwości mechaniczne i odlewnicze wykonano próbki ze stopu aluminium AK12, otrzymanego w temperaturach przegrzania stopu: 800, 850 i 925°C. W celu zebrania statystyk pobrano cztery próbki na nalewkę. Stop wlewano do form piaskowo-gliniastych i schładzano.
W celu potwierdzenia składu chemicznego użytego stopu wykonano cienkie przekroje i przeprowadzono jego spektralną analizę chemiczną. Na zdjęciu (rys. 1) widoczne są charakterystyczne ślady działania lasera użytego do wytwarzania par stopu (marka: LAES MATRIX). Następnie przeanalizowano widmo tych par.
Ryż. 1. Sekcje analizy chemicznej
Atomy każdego pierwiastka chemicznego mają ściśle określone częstotliwości rezonansowe, w wyniku czego to właśnie przy tych częstotliwościach emitują lub pochłaniają światło. Prowadzi to do tego, że w spektroskopie linie (ciemne lub jasne) są widoczne na widmach w pewnych miejscach charakterystycznych dla każdej substancji. Intensywność linii zależy od ilości substancji i jej stanu. W ilościowej analizie widmowej zawartość badanej substancji określa się na podstawie względnych lub bezwzględnych intensywności linii lub pasm w widmach.
Wyniki analizy spektralnej próbek odlanych w temperaturze 925°C przedstawiono w tabeli 1, a przy temperaturze zalewania 800°C – w tabeli 2.
Tabela 1. Procentowa zawartość pierwiastków chemicznych w próbce przy temperaturze zalewania 925°C
Tabela 2. Procentowa zawartość pierwiastków chemicznych w próbce przy temperaturze zalewania 800°C
Do wyjaśnienia wyników analizy chemicznej zastosowanego stopu posłużymy się diagramem fazowym stopów siluminu pokazanym na ryc. 2.
Ryż. 2. Diagram fazowy Al-Si
Stopy o minimalnej temperaturze topnienia i minimalnym zakresie temperatur krystalizacji, zawierające 12-13% Si, mają optymalne właściwości odlewnicze. Silumin konwencjonalny ma budowę stopu nadeutektycznego (procentowa zawartość krzemu w stopie przekracza 12%). Struktura takiego stopu składa się z szorstkiej eutektyki w kształcie igieł (b + Si) i pierwotnych kryształów krzemu (rys. 3a). Podczas krystalizacji eutektyki wydziela się krzem w postaci grubych, kruchych kryształów w kształcie igieł, które pełnią rolę wewnętrznych koncentratorów naprężeń. Stop ten ma niskie właściwości mechaniczne: y b = 120 MPa; d= 2%. W celu poprawy właściwości mechanicznych siluminy modyfikuje się sodem (0,05-0,08%), dodając do stopu mieszaninę soli 67% NaF i 33% NaCl.
Potwierdza to opisane poniżej doświadczenie „Analiza struktury cienkich przekrojów”. Dzięki szczegółowym badaniom struktury przekroju AK12 uzyskanego w trakcie prac można zaobserwować opisane powyżej kryształy szorstkiej eutektyki (b + Si) i Si w kształcie igieł. Rysunek 3b przedstawia strukturę przekroju AK12 w temperaturze zalewania 800°C.
Ryc.3. Mikrostruktura siluminu: a) stop nadeutektyczny; b) konstrukcja przekroju AK12 w temperaturze zalewania 800°C (wzrost X 500)
Zmiany w strukturze prowadzą do wzrostu właściwości mechanicznych: y b =200 MPa; d = 12%. Jednocześnie polepszają się właściwości odlewnicze stopów (zwiększa się płynność, zwiększa się gęstość odlewów itp.).
Z procentowej zawartości krzemu w uwolnionych parach można stwierdzić, że doświadczalny stop jest podeutektyczny, ale jego właściwości są zbliżone do eutektycznych.
W pracy przeprowadzono badania płynności stopu oraz właściwości mechanicznych próbek w różnych temperaturach zalewania. Poniżej znajduje się obliczenie układu wlewowo-zasilającego do produkcji odlewów.
próbkido testów udarności.
Na ryc. Rysunek 4 przedstawia schemat odlewu z naddatkiem. Odlew ten stanowi półfabrykat do wykonania standardowego testu udarności. Schemat układu bramkująco-zasilającego pokazano na ryc. 5. Metodą wykonywania odlewów jest odlewanie piaskowe.
Ryż. 4. Schemat odlewania
Ryż. 5. Schemat układu wlewowo-zasilającego
Obliczenia układu wlewowego po wybraniu jego projektu sprowadzają się do określenia optymalnego czasu zalewania formy oraz pola przekroju poprzecznego wszystkich elementów układu. Długość każdego kanału wlewowego przyjmuje się konstruktywnie, to znaczy bez obliczeń, na podstawie rozmieszczenia elementów układu wlewowego w wymiarach formy.
1. Obliczanie czasu na wypełnienie formularza.
Czas wypełniania formy zależy od właściwości odlewniczych i technologicznych stopu, temperatury zalewania, zdolności akumulacji ciepła materiału formy, wymiarów i cech konstrukcyjnych odlewu. Prawa ciągłości strumienia nie pozwalają na uwzględnienie wszystkich tych parametrów, dlatego otrzymana teoretycznie zależność w przybliżeniu określa czas wypełniania formy.
Najczęściej do obliczenia czasu zalewania stosuje się wzór G.M. Dubitsky, K.A. Sobolewa:
gdzie f - czas napełniania, s; S - współczynnik empiryczny; d - dominująca grubość ścianki odlewu, mm; G - zużycie metalu w odlewie, kg
Współczynnik empiryczny według , wynosi S=1,6.
Zużycie metalu odlewu określa się jako sumę mas odlewu, wlewów i zysków, jeżeli są one napełniane przez wspólny system wlewowy z odlewem. W takim przypadku wygodnie jest użyć następującego wyrażenia:
gdzie G O, G L, G P to odpowiednio masy odlewu, wlewów i zysków, kg;
Ponieważ nie ma zysku, G P = 0.
2. Określ prędkość napełniania.
gdzie f to czas wypełnienia odlewu zyskiem, s; Q to wysokość odlewu z zyskiem wypełnionym ze wspólnego systemu wlewowego, mm.
3. Określ całkowitą powierzchnię przekroju podajników.
Aby określić całkowitą powierzchnię przekroju podajników, wygodnie jest skorzystać ze wzoru B. Hovanna:
gdzie m jest natężeniem przepływu układu wlewowego; g - gęstość ciekłego aluminium g/cm 3 ; g - przyspieszenie swobodnego spadania, 980 cm/s 2 ; H p - projektowe ciśnienie metalu, cm.
Określmy ciśnienie projektowe metalu w kolbie, którego wykres pokazano na ryc. 6;
gdzie H jest ciśnieniem początkowym, cm; P - odległość od najwyższego punktu odlewu do poziomu wlotu, cm; C - wysokość odlewu w zależności od pozycji podczas zalewania, cm.
Przy zastosowanym schemacie napełniania należy przyjąć, że P=C.
Ryż. 6. Schemat kolby
4. Wyznaczenie pola przekroju prowadnicy wlewowej, pionu i podajnika.
Korzystając z obliczeń według (1)-(3) obliczyliśmy powierzchnię dopływu F dół =0,98 cm 2, następnie z zależności (6) otrzymujemy: F l.x =1,176 cm 2; Fc =1,64 cm 2.
Obliczanie układu bramkująco-zasilającegoprzeznaczone próbkido próby rozciągania.
Na ryc. Rysunek 7 przedstawia schemat odlewu z naddatkiem. Odlew ten stanowi półfabrykat do przeprowadzenia próby rozciągania. Schemat układu bramkująco-zasilającego pokazano na ryc. 8. Metodą wykonywania odlewów jest odlewanie piaskowe.
Ryż. 7. Wymiary odlewu (z naddatkiem)
Ryż. 8. Schemat układu wlewowego
Obliczenia przeprowadzono w tej samej kolejności, co poprzednie.
Uzyskano następujące wyniki:
F l.x = 1,54 cm 2; Fc =2,13 cm2; F dół = 1,27 cm 2.
W rezultacie uzyskano pola przekrojów wszystkich elementów układu wlewowego dla próbek udarowych i rozciągających.
Opisy procesu zalewaniai obróbka detali.
Według obliczeń wykonano urządzenia do wykonania form odlewniczych. Model układu wlewowego do prób udarności jest wykonany z bloków drewnianych z uwzględnieniem wymiarów projektowych.
Formy (piaskowo-gliniane) do zalewania próbek Gagarina (próby rozciągania) wykonano z gotowych modeli standardowych.
Topienie metalu AK12 prowadzono w piecu indukcyjnym (model HDTV: SP-15) poprzez ogrzewanie go do różnych temperatur (rys. 9).
Wybrano następujące temperatury wlewania stopu do formy: 925°C, 850°C, 800°C.
Ryż. 9. Topienie metalu AK12 w piecu indukcyjnym
Ryż. 10. Wlewanie do foremek
Silumin dendrytyczny ze stopu aluminium
Kontrolę temperatury przeprowadzono za pomocą termopary chromowo-alumelowej. Odczyty termopary rejestrowano za pomocą multimetru cyfrowego (PeakTech 2010 DMM). Następnie wytop wlewano do przygotowanych form (rys. 10) we wskazanych temperaturach. Powstałe odlewy poddano dalszej obróbce mechanicznej na frezarce. Próbki rozciągające poddano obróbce metodą toczenia (przy użyciu frezów) na tokarce CNC 16K20T1, próbki udarowe poddano obróbce frezem walcowo-czołowym na maszynie 2A430.
Pomiar płynności stopu AK12 w różnych temperaturach.
W tej pracy badano płynność za pomocą formy chłodzącej (test Samarina-Nehendziego) (rys. 11). Badano wyniki zalewania w różnych temperaturach ogrzewania ciekłego metalu za pomocą pieca oporowego. Wielkość ziaren przy powierzchni odlewu w przypadku odlewania w formie kokilowej i w formach piaskowo-gliniastych będzie się znacznie różnić. W formie chłodniczej wielkość ziaren jest większa. Wyjaśnia to różna szybkość chłodzenia odlewu, przy której następuje tworzenie się ziaren. Na ryc. Figura 12 przedstawia części testu płynności metalu w różnych temperaturach odlewania.
Na podstawie rysunku 12 można określić różnicę w płynności w różnych temperaturach zalewania. Przy 925°C jest ona najwyższa, gdyż zauważalny jest charakterystyczny płaski „kapelusz”, co świadczy o spadku napięcia powierzchniowego wraz ze wzrostem temperatury. W temperaturze 850°C wyraźnie widoczna jest bardziej wypukła powierzchnia, co wskazuje na wyższe napięcie powierzchniowe w porównaniu do pierwszej próbki.
Ryż. 11. Formularz badania płynności (test Samarina-Nehendziego)
Ryż. 12. Zakończenia badań płynności w różnych temperaturach
Eksperyment z rozciąganiem.
Próbę rozciągania przeprowadzono na maszynie Zwick/Roel Z100. Obrabiany przedmiot rozciągano aż do całkowitego złamania. Przeprowadzono analizę właściwości mechanicznych tego stopu. Zbadano 5 próbek: 3 w temperaturze 850°C i 2 w temperaturze 925°C.
Uzyskane dane przedstawiono w tabeli 3.
Tabela 3. Analiza właściwości mechanicznych stopu AK12 podczas przegrzania 925 C°
gdzie y 0,2 jest warunkową granicą plastyczności, która odpowiada naprężeniu, przy którym odkształcenie szczątkowe wynosi 0,2% długości badanej próbki; y in - wytrzymałość na rozciąganie; d - wydłużenie przy zerwaniu; w - zwężenie względne.
Na ryc. Rysunek 13 przedstawia uogólniony wykres rozciągania przedmiotów obrabianych, którego wyniki badań zestawiono w tabeli 3. Oś x przedstawia odkształcenie przedmiotu w milimetrach, a oś rzędnych przedstawia siłę rozciągającą w megapaskalach.
Ryż. 13. Wykres naprężenia przedmiotu IX nr 2(925)
Wniosek.
W przypadku formowania kwalifikowanego wytrzymałość stopu na rozciąganie w temperaturze 850°C jest znacznie większa niż w temperaturze 925°C. Względne skurczenie i wydłużenie przy zerwaniu są odwrotnie proporcjonalne do temperatury zalewania.
Wyjaśnia się to faktem, że różnica temperatur pomiędzy zalewaniem stopu a czynnikiem chłodzącym daje inny gradient temperatury, co wpływa na kształtowanie się struktury stopu. Przy temperaturze przegrzania 925°C energia cieplna stopu wlewanego do wnęki formy odlewniczej jest częściowo przekazywana mieszaninie formierskiej, która podczas późniejszego krzepnięcia wlewka pełni rolę „baterii”. Tym samym za pomocą uzyskanej energii kolba wydłuża czas krystalizacji wlewka, co sprzyja tworzeniu się ziaren o większym rozmiarze (w porównaniu z ziarnami uzyskanymi podczas krystalizacji wlewka przy temperaturze przegrzania 850 C °), sprzyja tworzeniu segregacji dendrytycznej i strefowej.
Według danych literaturowych dla tego stopu dostępne są następujące wyniki: yw =200 MPa, y 0,2 =140 MPa, d =5%. Różnica danych eksperymentalnych i teoretycznych wynika z powstawania wad odlewniczych (pęknięcia, dziury piaskowe i gazowe).
Eksperyment uderzeniowy.
Do przeprowadzenia eksperymentu użyliśmy konfiguracji Waltera+ kochanie ag Modele PH450. Schemat testu pokazano na rys. 14.
Istota eksperymentu polega na tym, że osadzony w instalacji młotek posiadający pewną energię potencjalną niszczy przedmiot obrabiany, którego wymiary są brane według. Jednocześnie mierzona jest energia pękania odlewu, a następnie określana jest udarność stopu AK12. Dane doświadczalne podano w tabeli 4. Przebadano 5 próbek: 2 w temperaturze zalewania 800°C i 3 w temperaturze 850°C. Udarność była zgodna ze wzorem 6.
gdzie KS oznacza udarność, J/cm 2; U to energia potrzebna do zniszczenia przedmiotu obrabianego, J;
S jest polem przekroju przedmiotu obrabianego w punkcie cięcia, cm 2 ;
Ryż. 14. Schemat próby udarności
Tabela 4 . Wartości udarności uzyskane podczas doświadczenia w temperaturze zalewania 800°C i 850°C
|
Udarność J/cm2 |
||||
|
1 próbka |
2 próbki |
3 próbki |
||
Na podstawie uzyskanych danych możemy stwierdzić: udarność jest większa w niższych temperaturach zalewania.
Z punktu widzenia technologii odlewniczej, podczas zalewania form powstają naprężenia wewnętrzne. Wraz ze wzrostem temperatury odlewania naprężenia w odlewie stają się większe, a przez to spada udarność. Również przyczyną spadku udarności wraz ze wzrostem temperatury zalewania jest fakt, że w rdzeniu odlewu tworzy się większa liczba porów.
Analiza struktury cienkich przekrojów.
Kształt kryształów rosnących w stopie zależy od stopnia przechłodzenia cieczy, kierunku odprowadzania ciepła, zawartości zanieczyszczeń w stali i innych parametrów. Na ryc. Fig. 15 przedstawia schematycznie główne strefy strukturalne, które mogą występować we wlewku odlewanym w sposób ciągły. Kryształy powstające podczas krzepnięcia metalu mogą mieć różne kształty w zależności od szybkości chłodzenia, charakteru i ilości zanieczyszczeń. Częściej podczas procesu krystalizacji tworzą się rozgałęzione (drzewiaste) kryształy, zwane dendrytami.
Kiedy wlewek krzepnie, krystalizacja rozpoczyna się na powierzchni zimniejszej postaci i początkowo zachodzi głównie w cienkiej warstwie silnie przechłodzonej cieczy przylegającej do powierzchni. Ze względu na dużą szybkość chłodzenia prowadzi to do powstania bardzo wąskiej strefy 1 stosunkowo małych, równoosiowych ziaren na powierzchni wlewka. Następnie tworzy się strefa dendrytów (2), której kierunek propagacji pokrywa się z kierunkiem odprowadzania ciepła. Strefa 3 krystalizuje jako ostatnia i ma delikatną strukturę zawierającą dużą liczbę porów. Strefa 4 powstaje w wyniku skurczu (zmniejszenia objętości).
Ryż. 15. Strefy strukturalne
Analizowano struktury kształtowników stopu AK12 w różnych temperaturach zalewania (850°C, 900°C i 925°C). Na ryc. 16-18 przedstawiają mikrostrukturę tego stopu.
Ryż. 16. Konstrukcja przekroju (800°C): a) powiększenie (x200); b) powiększenie (x500)
Ryż. 17. Konstrukcja przekroju (850°C): a) powiększenie (x200); b) powiększenie (x500)
Ryc. 18. Struktura przekroju (925°C): a) powiększenie (x200); b) powiększenie (x500)
Ponieważ szybkość usuwania ciepła we wszystkich przypadkach krystalizacji jest taka sama, prawdopodobieństwo zarodkowania ziaren dendrytycznych zależy od różnicy między temperaturą formy a temperaturą zalewania, to znaczy od wielkości początkowego przechłodzenia. Na ryc. Rysunek 19 pokazuje zależność szybkości wzrostu kryształów (s.c.) i szybkości zarodkowania centrów krystalizacji od (cc) od ilości przechłodzenia.
Ryż. 19. Zależność h.c. i sk. od wielkości hipotermii
Wniosek: Z ryc. 16-18 widać zmniejszenie liczby stref dendrytycznych wraz ze wzrostem temperatury zalewania, co oznacza poprawę właściwości odlewniczych i mechanicznych. Oczywiste jest również, że eutektyka jest bardziej rozproszona w temperaturze T = 850°C.
Wniosek
W pracy przedstawiono eksperymenty ze stopem odlewniczym AK12 oraz zbadano wpływ temperatury nagrzewania stopu na stopy mechaniczne i odlewnicze.
Przeprowadzono analizę spektralną tego stopu. Wyniki tej analizy próbek odlanych w temperaturze 925°C przedstawiono w tabeli 1, a przy temperaturze zalewania 800°C – w tabeli 2.
Mikrostruktura przekroju AK12 wykazała obecność gruboziarnistej eutektyki iglastej (b + Si) oraz kryształów krzemu (rys. 3).
Zgodnie z obliczeniami układu wlewowo-zasilającego próbki odlewano w różnych temperaturach zalewania. Na podstawie wyników dalszych doświadczeń rozciągania i udarności określono wytrzymałość graniczną, granicę plastyczności (γ, γ 0,2) oraz udarność (IC). Względne skurczenie i wydłużenie przy zerwaniu są odwrotnie proporcjonalne do temperatury. Wraz ze wzrostem temperatury odlewania naprężenia w odlewie stają się większe, a przez to spada udarność.
Z doświadczenia płynności wynika również, że wraz ze wzrostem temperatury zalewania stopu napięcie powierzchniowe maleje, co świadczy o wzroście płynności.
Referencje
1. Timczenko S.L. Badanie krystalizacji stopów pod wpływem prądu elektrycznego // Rasplavy. 2011. Nr 4. s. 53-61.
2. Deev V.B., Morin S.V., Selyanin I.F., Khamitov R.M.. Przegrzanie stopów odlewanych stopów aluminium // Almanach Polzunovsky. 2004.Nr 4. s. 23-24.
3. GOST 1583-93. Stopy odlewnicze aluminium. Warunki techniczne. Wchodzić 1993-10-04. M.: Wydawnictwo Standardy, 1996. 3 s.
4. Melnikov V.P., Davydov S.V. Praca laboratoryjna. Badanie struktury i właściwości stopów metali nieżelaznych // „Technologia metali i metaloznawstwo” BSTU. 2008. nr 3. 14 s.
5. Melnikov V.P., Davydov S.V. Praca laboratoryjna. Badanie struktury i właściwości stopów metali nieżelaznych // „Technologia metali i metaloznawstwo” BSTU. 2008. Nr 3. S. 3-5.
6. GOST 9454-78. Metale. Metoda badania zginania udarowego w temperaturach niskich, pokojowych i podwyższonych. Wchodzić 1979-01-01. M.: Wydawnictwo Standardy, 1978. s. 3-4.
7. Virt A. E., Lavrentiev A. M.. Obliczanie systemów wlewowych dla odlewów stalowych // 2012. P. 7-11.
8. GOST 1497-84. Metale. Metoda próby rozciągania. Wprowadzono 86-01-01. M.: Wydawnictwo Standardy, 1984. s. 21-26.
9. Letsik V.I. Odlewanie metali nieżelaznych do form metalowych // 2003.
10. Gulyaev A.P. Metalurgia // Metalurgia. 1986. 43 s.
11. Korotkikh M. T. Technologia materiałów konstrukcyjnych i nauka o materiałach: podręcznik // Aluminium i stopy na nim oparte. 2004. 23 s.
Opublikowano na Allbest.ru
...Uzasadnienie wyboru gatunku stopu do produkcji ramy samolotu latającego z prędkościami poddźwiękowymi. Skład chemiczny duraluminium, jego właściwości mechaniczne i fizyczne oraz technologiczne metody ich zapewnienia. Analiza końcowej struktury stopu.
test, dodano 24.01.2012
Badanie właściwości przetworzonego stopu aluminium, w którym głównym pierwiastkiem stopowym jest mangan. Wpływ pierwiastków stopowych na właściwości i strukturę stopu oraz główne zanieczyszczenia. Warunki pracy i obszary zastosowań stopów aluminium.
streszczenie, dodano 23.12.2014
Opracowanie procesu technologicznego wytwarzania profilu wytłaczanego PK-346 ze stopu AD1. Obliczanie optymalnych parametrów prasowania oraz oprzyrządowania niezbędnego do wykonania danego profilu. Opis właściwości fizyko-mechanicznych stopu AD1.
praca na kursie, dodano 17.05.2012
Charakterystyka stopu VT22, jego właściwości chemiczne, gęstość, procesy kucia i tłoczenia, zastosowanie. Obliczanie masy przedmiotu obrabianego. Ustalenie programu produkcyjnego do produkcji prętów ze stopu Vt22, wybór trybu pracy i obliczenie funduszu czasu.
praca na kursie, dodano 11.11.2010
Metodyka konstruowania diagramów stanu. Specyfika ich zastosowania do stopów tworzących mieszaniny mechaniczne czystych składników. Cechy określania temperatury krystalizacji stopu. Krzywe chłodzenia stopu Pb-Sb, zastosowanie reguły segmentowej.
prezentacja, dodano 14.10.2013
Skład chemiczny, przeznaczenie gatunku stopu KhN75MBTYu. Wymagania dla metali otwartych. Opracowanie technologii stopu do topienia. Dobór urządzeń, obliczenia parametrów technologicznych. Bilans materiału stopionego. Wymagania dotyczące dalszej redystrybucji.
praca na kursie, dodano 07.04.2014
Opis metalofizyczny stopu aluminium i obliczenia warsztatu do produkcji profili aluminiowych na potrzeby budownictwa. Zakres temperatury prasowania i wymagania techniczne profilu. Obliczanie produktywności prasy i zasad akceptacji wyrobów.
praca na kursie, dodano 25.01.2013
Zależność pomiędzy składem i strukturą stopu, określona przez rodzaj diagramu fazowego i właściwości stopu. Stany stopów, których składniki ulegają przekształceniom polimorficznym. Stan z polimorficzną transformacją dwóch składników. Mikrostruktura stopu.
test, dodano 12.08.2009
Podstawowe wymagania dotyczące produktu, schemat procesu produkcyjnego, charakterystyka głównego wyposażenia. Właściwości mechaniczne stopu. Wymagania dotyczące wynajmu. Metoda obliczeniowa B.V. Kuczeriajewa. Obliczanie wydajności jednostki głównej.
praca na kursie, dodano 01.09.2013
Aluminium i jego stopy. Charakterystyka i klasyfikacja stopów aluminium. Stopy aluminium kute, odlewane i specjalne. Odlewane materiały kompozytowe na bazie stopów aluminium do zastosowań w budowie maszyn. Skład duraluminium przemysłowego.
Zapytaj o cenę
Zadaj pytanie
Lista produktów oferowanych przez Orion-Spetssplav-Gatchina LLC obejmuje aluminiowe stopy odlewnicze AK12, AK12Ch, AK12PCh, AK12och. Firma zajmuje się sprzedażą metalu własnej produkcji i gwarantuje niezmiennie wysoką jakość poprzez staranną kontrolę właściwości. Orion-Spetssplav-Gatchina LLC jest stałym dostawcą dla dużych przedsiębiorstw rosyjskich i zagranicznych.
Stopami są aluminium z dodatkiem 10-13% krzemu, który pełni funkcje stopowe. W zależności od marki stopy te mają wyraźne ograniczenia dotyczące zawartości żelaza, manganu, wapnia, tytanu, miedzi i cynku.
Niższe temperatury odlewania pomagają obniżyć koszty produkcji części. Dzięki zawartości dodatków krzemowych w składzie stopy serii AK12 charakteryzują się niską gęstością, zwiększoną płynnością i minimalnym skurczem liniowym. Stopy nie są podatne na pękanie podczas odlewania i dobrze nadają się do spawania
Siluminy AK12, AK12Ch, AK12PCh, AK12och cieszą się dużym zainteresowaniem w budowie maszyn (wymienniki ciepła, urządzenia pompujące, adaptery, elementy armatury rurociągów),
w produkcji odlewów hermetycznych o skomplikowanych kształtach, w wytwarzaniu wyrobów dla przemysłu spożywczego i innych celów.
| Marka | Formularz | Mieszanina | Cechowanie | Standard | Cena w dolarach/tonę, bez VAT |
| AK12 | Wlewek waflowy Rozmiar 400*200*40mm Waga 5-7 kg |
Al-84,3-90% Si 10-13% |
Biały pasek, Zielony pasek Zielony pasek |
GOST 1583-93 Specyfikacje klienta G-AlSi12 |
na żądanie |
| AK12h | Wlewek waflowy Rozmiar 400*200*40mm Waga 5-7 kg |
Al-85,8-90% Si-10-13% |
GOST 1583-93 Specyfikacje klienta |
na żądanie | |
| AK12pch | Wlewek waflowy Rozmiar 400*200*40mm Waga 5-7 kg |
Al-86,3-90%, Si 10-13% |
GOST 1583-93 Specyfikacje klienta |
na żądanie | |
| AK12och | Wlewek waflowy Rozmiar 400*200*40mm Waga 5-7 kg |
Al-86,6-90%, Si 10-13% |
GOST 1583-93 Specyfikacje klienta |
na żądanie |
