Алюминиевый сплав АК12 относится к категории силуминов. Он содержит 10-13% кремния и небольшое количество иных примесей. Сплав характеризуется низкой величиной литейной усадки, хорошей герметичностью и твердостью по сравнению с иными алюминиевыми сплавами, хорошей стойкостью к коррозии. Во время изготовления отливом сплав не дает трещин, но из-за относительно невысокого предела кратковременной текучести он используется для изготовления деталей, работающих при небольшой по величине нагрузке.

Изготовление заготовок и деталей идет с помощью литья (в землю, кокиль, под давлением, формы в виде оболочек). Из сплава изготавливают различные детали двигателей, бытовых приборов, корпусы помп, элементы огнестрельного оружия. Из сплава повышенной степени чистоты допускается изготовление пищевой продукции (при наличии соответствующего разрешения).

• Форма выпуска: чушка 8-14 кг.
• Упаковка: пачка весом 300-1000 кг
• Стандарт: ГОСТ 1583-93
• Маркировка: на каждой чушке нанесен несмываемый оттиск номера плавки, на чушках верхнего ряда пачки нанесена краской следующая информация: марка сплава, номер плавки, количество чушек и масса пакета нетто, без учета веса упаковки.
• Документы: При отгрузке выдается сертификат производителя унифицированной формы с указанием Поставщика, Получателя товара, химический состав продукции по каждому пакету, вес нетто, вес брутто, а так же Товарная накладная по форме Т-1. По требованию Покупателя оговаривается и возможность выпуска дополнительных необходимых документов.
• Цена: по запросу

Химический состав сплава АК12 по ГОСТ 1583-93

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

Условия продажи и доставки алюминиевого сплава АК12

Купить алюминиевые чушки из сплава АК12 можно в столичной компании Переплав . Мы специализируемся на изготовлении алюминиевых сплавов и продаже цветных металлов, предлагая клиентам разумные цены и высокое качество продукции. Последняя всегда соответствует требованиям действующих стандартов, что подтверждают соответствующие сертификаты.

Прибыли служат для питания утолщенных мест отливки и располагаются так, чтобы металл в них застывал последним. Усадочная раковина должна полно-

стью располагаться в прибыли.

Литейные формы изготовляют в основном в опоках.

Опока - жесткая рамка (прямоугольная, квадратная, круглая), изготовлен-

ная из чугуна, стали, алюминиевых сплавов, предохраняет форму от разрушения во время ее сборки, транспортировки и заливки жидким металлом. Обычно форму изготавливают в двух опоках, которые центрируются с помощью штырей: в ушки верхней опоки устанавливают штыри и вместе с опокой наводят на ушки нижней опоки.

2 Литейные сплавы

В современном машиностроении для получения отливок наиболее часто применяют чугун, сталь, цветные сплавы (алюминиевые, медные, магниевые). В

данной работе для получения отливок будем использовать силумин марки АК12

(АЛ2) Силумин марки АК12 - это сплав алюминия с 10-13% кремния.

Свойства силумина марки АК12:

3 Получение жидкого металла

Исходные материалы, применяемые для выплавки металлов и сплавов, на-

зываются шихтовыми материалами (шихтой). В качестве шихты используют чистые металлы, специальные сплавы, отходы производства, а также флюсы,

служащие для образования шлака, который защищает жидкий металл от окисле-

Для получения силумина марки АК12 в данной работе используются отхо-

ды производства с добавлением свежего силумина. Для расплавления силумина применяют тигельную печь сопротивления.

Устройство электрической печи сопротивления показано на рисунке 4

Рисунок 4 - Схема электрической печи сопротивления 1 - теплоизоляция, 2 - огне-

упорный кирпич, 3 - кожух, 4 - крышка, 5 - тигель. 6 - нагреватель Электрическая печь сопротивления состоит из цилиндрического сварного

кожуха 3, футерованного огнеупорным кирпичом 2. Между кожухом 3 и футе-

ровкой находится теплоизолирующий асбестовый экран 1. В качестве нагревате-

ля используется нихромовая спираль6. Внутри печи установлен чугунный ти-

гель 5, закрытый крышкой 4

Заливка металлом литейных форм производится разливочным ковшом. Заливка металла должна производиться непрерывной струей, чтобы исключить попадание шлака и воздуха в полость формы.

4 Последовательность изготовления литейной формы

1. Изготовить нижнюю полуформу (рисунок 5), для чего:

- установить нижнюю половину модели 5 и модель питателя 3 на подмодель-

ную плиту 1;

Накрыть модели нижней опокой 2 так, чтобы расстояние от края модели до опоки было не менее 20 мм. Ушки 4 на опоке должны быть внизу (рисунок 5);

Рисунок 5 - Установка нижней половины модели и питателя в нижней опоке: 1 – подмодельная плита, 2- - нижняя опока, 3- питатель, 4 – ушки, 5- нижняя по-

ловина модели

Толщиной20-30 мм и плотно обжать руками смесь;

- добавить слой формовочной смеси до 50-60 мм и утрамбовать;

- полностью заполнить формовочной смесью опоку и уплотнить трамбовкой.

У стенок опоки плотность набивки должна быть наибольшей, так как смесь мо-

жет высыпаться при переворачивании опоки;

- удалить излишки смеси линейкой;

- наколоть душником (иглой) вентиляционные каналы. Они недолжны находиться ближе 10-15 мм от модели (рисунок 6);

Рисунок 6 - Эскиз разреза нижней полуформы: 1 - формовочная смесь; 2 - вентиляционные каналы, 3 - нижняя половина модели,

4-питатель, 5- подмодельная плита

2. Изготовить верхнюю полуформу (рисунок 7), для чего:

- перевернуть нижнюю опоку 1 на 180 0 ;

- установить по шипам вторую половину модели 2;

- установить по направляющим штырям верхнюю опоку 3;

- посыпать плоскость разъема разделительным слоем песка;

- установить модели шлакоуловителя 4, стояка 5 и выпора 6 (рисунок 7);

Рисунок 7 - Изготовление верхней полуформы: 1 - заформованная нижняя опока, 2 - верхняя половина модели. 3 - верхняя опока, 4 – модель шлакоуловителя,

5 - модель стояка, 6 - модель выпора, 7- штырь

Модель шлакоуловителя и часть модели стояка показаны пунктирными ли-

ниями, так как они находятся за моделью детали

- засыпать модели слоем формовочной смеси толщиной20-50мм и плотно обжать руками смесь вокруг моделей;

- заформовать верхнюю опоку подобно нижней (рисунок 8).

Рисунок 8 - Заформованная модель детали

3. Извлечь элементы модельного комплекта из формы, для чего:

- извлечь модели стояка и выпора. Расширить верхнюю часть стояка для образо-

вания литниковой чаши;

Раскрыть опоки (снять верхнюю опоку с нижней) и положить плоскостью разъе-

ма вверх;

- извлечь из обеих опок модели отливки, питателя, шлакоуловителя;

- исправить гладилкой поврежденные места и продуть литейную форму струей воздуха.

4. Собрать литейную форму, для чего (рисунок 9):

- установить в нижнюю опоку стержень на отпечатки знаков;

- закрыть форму, т.е. накрыть нижнюю опоку верхней;

- подать опоки под заливку.

5. Запить металл в литейную форму.

6. Выбить и очистить отливку.

Плавка алюминиевых сплавов представляет ряд трудностей. Малая плотность алюминиевых сплавов способствует образованию газовых раковин и пористости, так как газы легко проникают в металлическую среду и насыщают ее. Алюминий легко окисляется. Очищать расплав от шлака и окислов трудно. Шлак и окислы остаются в расплаве в мелкораздробленном виде во взвешенном состоянии, что в значительной степени влияет на качество сплава.

Применение флюсов (хлористого цинка, криолита) или модификаторов также не позволяет очистить расплав полностью, так как затруднено отделение их от расплава.

При приготовлении алюминиевых сплавов особенно важное значение имеют чистота исходных материалов и точность состава шихты. Нередко ничтожные количества вредных примесей значительно ухудшают механические свойства сплавов. Все это вызывает необходимость особенно тщательной сортировки отходов. Без переплавки можно пользоваться ими только в том случае, если известен их химический состав. Лом неизвестного происхождения или плохо отсортированный и переплавы (вторичные сплавы), содержащие много окислов и вредных примесей, следует переплавлять в чушки. Во время переплавки очищают расплав от примесей и производят химический анализ.

Плавку и заливку алюминия производят при строгом соблюдении температурного режима и постоянном и точном контроле нагрева сплава. Даже незначительный перегрев и излишнее выдерживание сплава при высокой температуре ведут к чрезмерному насыщению его газами и окислами и появлению усадочных раковин.

Для удаления окислов и шлаков необходимо применять флюсы, действующие как химически, так и механически. После очистки расплава от окислов не следует его перемешивать.

Разливку надо производить осторожно, короткой струей.

При приготовлении алюминиевых сплавов следует придерживаться такого порядка:

расплавление около 2/3 чушкового алюминия;

присадка и расплавление лигатуры;

присадка остального чушкового алюминия;

присадка отходов и литников;

очистка расплава от окислов после его расплавления путем добавки очистительных флюсов и хорошего перемешивания;

выемка тигля и снятие шлака и окислов (не следует снимать шлак во время плавки, так как поверхностная пленка окислов защищает расплав от дальнейшего окисления);

выдерживание расплава перед заливкой до требуемой температуры.

Пример плавки алюминиевого сплава АК12 (АЛ2).

Сплав АК12 (АЛ2) можно изготовить из чушковых силуминов. В случае отсутствия силуминов в качестве шихтовых материалов можно использовать чушковый алюминий и кремний.

Приготовление сплава происходит следующим образом: расплавляют чушковый алюминий и нагревают его до температуры 850° С. В подогретый алюминий добавляют небольшими порциями кремний, который перед введением в алюминий завертывают в алюминиевую фольгу для того, чтобы он не покрылся окисью алюминия, затрудняющей растворение кремния. После полного растворения всего кремния сплав рафинируют и подвергают модифицированию.

Алюминиевые сплавы плавят в тигельных и пламенных стационарных, поворотных и наклоняющихся печах, электропечах сопротивления и индукционных печах. Плавка алюминиевых сплавов в электрических печах сопротивления состоит в следующем.

Шихтовые материалы, представляющие собой подогретые чушки первичного и вторичного сплава, отходы собственного производства и соответствующие лигатуры, загружаются в камеры, футерованные шамотным кирпичом. В камерах в фасонном огнеупоре расположены электроспирали, по которым проходит электрический ток, нагревающий их.

Расплав из камер стекает в сборник. В сборнике расплав рафинируют хлористым цинком, тщательно перемешивают, удаляют с поверхности пеку и шлак, а затем присаживают добавки. Перед разливкой в ковши расплав еще раз перемешивают, снимают с зеркала расплава шлак, замеряют температуру погружающей термопарой и заливают образцы для контроля химического анализа и механических качеств.

Сплавы-силумины перед выпуском в ковш подвергают модифицированию солями металлического натрия для получения мелкозернистой структуры. В отдельных случаях сплавы для дегазации продувают хлором при температуре 680-720°. При наклоне печи с помощью механизма поворота и роликов расплав выливается через желоб в разливочные ковши. Емкость печей сопротивления 0,3-3,0 т, число плавок в сутки 4-5.

Шихтовые материалы

Для получения алюминиевых сплавов используют чушковый алюминий, машинный лом, отходы литейного производства и различные лигатуры (например, 90% Аl и 10% Мn, температура плавления 770 - 830°).

В состав металлической шихты вводят 40 - 60% оборотных металлов (лома, брака, литников, выпоров, прибылей и т. д.) и 60 - 40% чистых металлов. Для предохранения металла от окисления применяют флюсы различного состава, например 50% NaCl + 50% СаСl2; или 50% NaCl + 35% KCl + 15% Na3AlF6.

Все эти флюсы являются легкоплавкими (температура плавления в пределах 500 - 600º). Для получения плотного металла с более мелким строением в него добавляют модификаторы. Для алюминиевых сплавов в качестве модификатора применяют чистый натрий и его соли: 67% NaF + 33% NaCl, или 25% NaF + 62,5% NaCl + 12,5% КСl. Модифицированию подвергают сплавы марки Ал2, Ал4 и др.

Печи для плавки алюминиевых сплавов. Алюминиевые сплавы плавят в следующих печах: поворотных тигельных печах с металлическим тиглем (рис. 83, а); в электрических тигельных печах сопротивления стационарных и поворотных (для приготовления до 0,25 т сплава); камерных печах сопротивления стационарных и поворотных (рис. 83, б) емкостью до 1,5 т; индукционных двухканальных печах с металлическим сердечником.

Рис. 83. Плавильные печи для плавки алюминиевых сплавов: а - тигельный горн; б - электропечь сопротивления: 1 - загрузочное окно; 2 - ванна для расплавления металла; 3 - сопротивление

Процесс плавки алюминиевых сплавов представляет ряд трудностей вследствие их сильного окисления и насыщения газами при нагревании свыше 800°. Существует несколько способов плавки, обеспечивающих получение качественных отливок; плавка под слоем флюса, газовое рафинирование, рафинирование солями, применение вымораживания и модифицирования.

Плавка алюминиевых сплавов под слоем флюсов проходит в такой последовательности; шихтовые материалы плотно укладывают в тигель или печь и сверху засыпают флюсами; загружают и расплавляют металл по частям: сначала расплавляют примерно треть шихты, потом остаток шихтового материала подогревают до 100 - 120° для удаления влаги с поверхности и погружают в расплавленный металл под слой флюсов.

При газовом рафинировании плавку проводят в такой последовательности: загружают и расплавляют треть шихты, добавляют лигатуры (Al + Сu, Al + Si и др.) и остаток шихты. После расплавления сплав перемешивают, нагревают до 660 - 680° и рафинируют хлором. Рафинирование осуществляют продуванием через сплав хлора в течение 5 - 15 мин. При этом хлор вступает в химическое взаимодействие с алюминием и другими элементами.

Образующиеся газообразные продукты АlСl3, НСl и часть Сl2 удаляются из металла, присоединяя к себе Аl2O3, SiО2 и газы. После газового рафинирования металл приобретает высокие механические свойства. Для газового рафинирования можно применять азот.

Спектральный химический анализ алюминиевого сплава. Расчет литниковой системы для изготовления проб из указанного сплава. Изменение жидкотекучести сплава при различной температуре перегрева. Обоснование наличия дендритных зон в микроструктуре силумина.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

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

Влияние температуры нагрева расплава на механические и литейные свойства алюминиевого сплава (АК 12)

УДК 621.74.041

Щербинин В.А ., с тудент ,

к афедра « Литейные технологии »

Научный руководитель: С.Л. Тимченко ,

к андидат физико-математических наук, доцент кафедры « физика » (ФН-4)

Россия, 105005, г. Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана,

vowa . scherbinin 2014@ yandex . ru

Ключевые слова: сплав (alloy) , эвтектика (eutectic um ) , жидкотекучесть (f lowability ) , твердость (hardness) , прочность (lasting quality ) , ударная вязкость (impact hardness ) , дендритная ликвация (dendrific segregation ), зональная ликвация (zonal segregation ), трещина (clinc ), песчаные раковины (sand hole ), газовые раковины (blow hole ).

Аннотация: Автор проводит исследование влияния температуры нагрева расплава на механические и литейные свойства сплава АК12. В работе описывается эксперимент на выявления химического состава данного сплава (спектральный химический анализ), который показывает весомый процент содержания кремния в сплаве (10 -12 %) . Автор детально рассчитывает литниковую систему для изготовления проб из сплава АК12 и излагает дальнейшее проведение экспериментов на удар и растяжение, которые также представлены в статье, полученных заготовок. Затрагивается такой вопрос, как изменение жидкотекучести сплава при различной температуре перегрева. Автор убедительно доказывает налич ие дендритных зон в микроструктуре силумина, а также их уменьшения с увеличением температуры заливки.

Введение

Несмотря на то, что литейные технологии уже давно используются для получения изделий, идея создания новых методов литья остается актуальной. Также актуальным является использование более широкого спектра литейных сплавов с целью получения качественных изделий.

Современные технологии, включающие литейный процесс, подразумевает не только получение необходимой конфигурации изделия, но и возможность контроля механических и литейных свойств получившихся отливок. Это дает огромный скачок в различных сферах деятельности общества (от ювелирного производства до военной промышленности). Логичным является вывод, что изучение механических и литейных свойств изделия необходимо для технологического прогресса.

Изучение свойств сплавов является довольно распространенной темой в научных исследованиях. Например, в статье экспериментально изучалось влияние электрического тока плотностью j ~ (10 5 - 10 7) А/м 2 на процесс кристаллизации алюминиевого сплава (АК12) при литье в песчаные формы и показана возможность управления процессом кристаллизации с помощью внешнего электрического воздействия.

В статье экспериментально установлена зависимость механических и литейных свойств алюминиевого сплава от термовременной обработки (нагрев расплава до критической температуры), при которой начинается распад микро- неоднородностей в расплаве, унаследованных от шихты и оптимальную изотермическую выдержку, позволяющую значительно повысить уровень однородности расплава. Кристаллизация расплава из состояния, близкого к гомогенному, способствует получению мелкозернистой структуры и повышенным эксплуатационным свойствам.

В настоящей работе была поставлена задача изучения влияния перегрева расплава

АК12 на его литейные и механические свойства.

Сплавы системы Al-Si известны под общим названием силумины. Силумины характеризуются хорошими литейными свойствами и герметичностью, средней прочностью и достаточной коррозионной стойкостью. Они применяются для изготовления сложных отливок.

АК12 - эвтектический сплав, матричным компонентом которого является алюминий, содержит 12 % кремния .

Плотность силуминовых сплавов находится в диапазоне от 2,5 до 2,94 г/см 3 . По сравнению с алюминием силуминовые сплавы обладают большей прочностью и износостойкостью.

Силумины устойчивы к коррозии во влажной атмосфере и морской воде, в слабокислой и щелочной среде.

Экспериментальная часть

С целью изучения влияния температуры перегрева расплава на механические и литейные свойства были изготовлены образцы из алюминиевого сплава АК12, полученные при следующих температурах перегрева расплава: 800, 850 и 925 С°. Для набора статистики были изготовлены по четыре образца при одной заливке. Заливка расплава проводилась в песчано-глинистые и кокильные формы.

Для подтверждения химического состава используемого сплава были изготовлены шлифы и проведен его спектральный химический анализ. На снимке (рис.1) видны характерные следы от воздействия лазера, используемого для получения паров сплава (марка: LAES MATRIX). Впоследствии был проведен анализ спектра этих паров.

Рис. 1. Шлифы для химического анализа

Атомы каждого химического элемента имеют строго определённые резонансные частоты, в результате чего именно на этих частотах они излучают или поглощают свет. Это приводит к тому, что в спектроскопе на спектрах видны линии (тёмные или светлые) в определённых местах, характерных для каждого вещества. Интенсивность линий зависит от количества вещества и его состояния. В количественном спектральном анализе определяют содержание исследуемого вещества по относительной или абсолютной интенсивностям линий или полос в спектрах.

Результаты спектрального анализа образцов, заливка которых осуществлена при температуре 925 С° представлены в таблице 1, а при температуре заливки 800 С° - в таблице 2.

Таблица 1. Процентное содержание химических элементов в образце при температуре заливки 925 С°

Таблица 2. Процентное содержание химических элементов в образце при температуре заливки 800 С°

Для объяснения результатов химического анализа используемого сплава воспользуемся фазовой диаграммой состояния силуминовых сплавов , представленной на рис. 2.

Рис. 2. Диаграмма состояния Al-Si

Оптимальными литейными свойствами обладают сплавы с минимальной температурой плавления и минимальным температурным интервалом кристаллизации, содержащие 12-13 % Si. Обычный силумин по структуре является заэвтектическим сплавом (процент содержания кремния в сплаве превышает 12 %). Структура такого сплава состоит из игольчатой грубой эвтектики (б+Si) и первичных кристаллов кремния (рис. 3а). Кремний при кристаллизации эвтектики выделяется в виде грубых хрупких кристаллов игольчатой формы, которые играют роль внутренних концентраторов напряжений. Такой сплав обладает низкими механическими свойствами: у b = 120 МПа; д= 2 %. Для повышения механических свойств, силумины модифицируют натрием (0,05 -0,08 %) путем присадки к расплаву смеси солей 67 % NaF и 33 % NaCl .

Подтверждением этого является эксперимент «Анализ структуры шлифов», описанный ниже. При детальном изучении структуры шлифа АК12, полученной в ходе работы, можно наблюдать игольчатую грубую эвтектику (б+Si) и кристаллы кремния Si, которые описаны выше. На рисунке 3б показана структура шлифа АК12 при температуре заливки 800 С°.

Рис.3. Микроструктура силумина: а) заэвтектический сплав; б) структура шлифа АК12 при температуре заливки 800 С°(увеличение x 500)

Изменения в структуре приводят к повышению механических свойств: у b =200 МПа; д = 12 %. Одновременно улучшаются и литейные свойства сплавов (возрастает жидкотекучесть, повышается плотность отливок и т.д.).

Из процентного содержания кремния в выделившихся парах можно сделать вывод что экспериментальный сплав является доэвтектическим, но по своим свойствам близким к эвтектическому.

В работе проводились исследования жидкотекучести сплава и механических свойств образцов при различных температурах заливки. Ниже приведен расчет литниково-питающей системы для получения отливок.

образцов для испытания на удар.

На рис. 4 показана схема отливки с припуском. Данная отливка является заготовкой для изготовления стандартной пробы на удар . Схема литниково-питающей системы показана на рис. 5. Способ изготовления отливок - литье в песчаные формы.

Рис. 4. Схема отливки

Рис. 5. Схема литниково-питающей системы

Расчет литниковой системы после выбора ее конструкции сводится к определению оптимальной продолжительности заливки формы и площади поперечного сечения всех элементов системы. Длину каждого литникового канала принимают конструктивно, т. е. без расчета, исходя из размещения элементов литниковой системы в габаритах формы.

1. Расчет времени заполнения формы.

Время заполнения формы зависит от литейно-технологических свойств сплава, температуры заливки, теплоаккумулирующей способности материала формы, размеров и особенностей конструкции отливки. Законы неразрывности струи не позволяют учесть все эти параметры и поэтому теоретически полученная зависимость определяет время заполнения формы приближенно.

Чаще всего для вычисления времени заливки используют формулу Г.М. Дубицкого, К.А. Соболева :

где ф - время заполнения, с; S - эмпирический коэффициент; д - преобладающая толщина стенки отливки, мм; G - металлоемкость отливки, кг

Эмпирический коэффициент, согласно , равен S=1,6.

Металлоемкость отливки определяют, как сумму масс отливки, литников и прибылей, если они заполняются через общую с отливкой литниковую систему. В этом случае удобно пользоваться следующим выражением :

где G O , G Л, G П - соответственно массы отливки, литников и прибылей, кг;

Так как прибыли нет, G П =0.

2. Определим скорость заливки .

где ф - время заполнения отливки с прибылью, c; Q - высота отливки с прибылью, заполняемой из общей литниковой системы, мм.

3. Определим суммарную площадь сечения питателей.

Для определения суммарной площади сечения питателей удобно использовать формулу Б. Ованна :

где м - коэффициент расхода литниковой системы; г - плотность жидкого алюминия г/см 3 ; g - ускорение свободного падения, 980 см/с 2 ; H p - расчетный напор металла, см.

Определим расчетный напор металла в опоке, схема которой изображена на рис.6 ;

где H - первоначальный напор, см; Р - расстояние от самой верхней точки отливки до уровня подвода, см; C - высота отливки по положению при заливке, см.

При выбранной схеме заливки, используемой следует считать, что P=С.

Рис. 6. Схема опоки

4. Определение площади поперечного сечения литникового хода, стояка и питателя .

Используя расчеты по (1)-(3), рассчитали площадь питателя F пит =0,98 см 2 , затем из соотношения (6) получим: F л.х =1,176 см 2 ; F c =1,64 см 2 .

Расчет литниково-питающей системы образцов, предназначенных для испытания на растяжение.

На рис. 7 показана схема отливки с припуском. Данная отливка является заготовкой для изготовления пробы на растяжение . Схема литниково-питающей системы показана на рис. 8. Способ изготовления отливок - литье в песчаные формы.

Рис. 7. Размеры отливки (с припуском)

Рис. 8. Схема литниковой системы

Расчет проведен в той же последовательности, что и предыдущий.

Получены следующие результаты:

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

В итоге былиполучены величины площадей поперечных сечений всех элементов литниковой системы для образцов на удар и на растяжение.

Описания процесса заливки и обработки заготовок .

Согласно расчетам была изготовлена оснастка для получения литейных форм. Модель литниковой системы для испытаний на удар выточена из деревянных брусков с учетом расчетных размеров.

Формы (песчано-глинистые) для заливки гагаринских образцов (испытания на растяжение) формовались из готовых стандартных моделей.

Плавка металла АК12 производилась в печи индукционного нагрева (ТВЧ модель: SP-15) при нагреве его до различной температуры (рис. 9).

Были выбраны следующие температуры заливки расплава в форму: 925 С°, 850 С°, 800°С°.

Рис. 9. Плавка металла АК12 в печи индукционного нагрева

Рис. 10. Заливка в формы

алюминиевый сплав дендритный силумин

Контроль температуры осуществлялся с помощью хромель-алюмелевой термопары. Показания термопары записывались с помощью цифрового мультиметра (PeakTech 2010 DMM). Далее расплав заливали в готовые формы (рис. 10) при указанных температурах. Полученные отливки были подвергнуты дальнейшей механической обработке на фрезировочном станке. Образцы на разрыв обрабатывали точением (с помощью резцов) на токарном станке с ЧПУ 16К20Т1, образцы на удар обрабатывали концевой фрезой на станке 2А430.

Измерение жидкотекучести сплава А К12 при различных температурах.

В данной работе жидкотекучесть исследовалось с помощью кокиля (проба Самарина-Нехендзи) (рис. 11). Исследовались результаты заливок при различных температурах нагрева жидкого металла с помощью печи сопротивления. Размер зерна вблизи поверхности отливки в случае литья в кокиль и в песчанно-глинястые формы будет значительно различаться. В кокиле величина зерна больше. Это объясняется разной скоростью остывания отливки при которой происходит формирование зерна. На рис. 12 показаны части металлической пробы на жидкотекучесть при различных температурах заливки.

По рисунку 12 можно определить различие жидкотекучести при различных температурах заливки. При 925 С° она высшая, так как замечается характерная плоская «шапка», что свидетельствует о уменьшение поверхностного натяжения с ростом температуры. При 850 С° хорошо видна более выпуклая поверхность, это свидетельствует о большем поверхностном натяжении по сравнению с первой пробой.

Рис. 11. Форма для исследование на Жидкотекучесть (проба Самарина-Нехендзи)

Рис. 12. Концы проб на жидкотекучесть при разных температурах

Эксперимент на растяжение.

Испытание на растяжени проводилось на станке марки Zwick/Roel Z100. Заготовку растягивали до полного разрыва. Проведен анализ величин механических характеристик данного сплава. Испытанию подверглись 5 образцов: 3 при температуре 850 С°, и 2 при 925 С°.

Полученные данные показаны в таблице 3.

Таблица 3. Анализ величин механических характеристик сплава АК12 при перегреве 925 С°

где у 0,2 - условный предел текучести, который соответствует напряжению, при котором остаточная деформация составляют 0,2 % от длины испытываемого образца; у в - предел прочности; д - удлинение при разрыве; ш - относительное сужение.

На рис. 13 представленна обобщенная диаграмма растяжения заготовок, результаты испытаний которых занесены в таблицу 3. По оси абсцисс отложено деформация загатовки в миллиметрах, по оси ординат усилие растяжения в мегапаскалях.

Рис. 13. Диаграмма растяжения заготовки IX №2(925)

Вывод .

При квалифицированной формовке предел прочности сплава при 850 С° существенно больше чем при 925 С°. Относительное сужение и удлинение при разрыве обратно пропорционально температуре заливки.

Это объясняется тем, что разность температур заливки сплава и охлаждающей среды дает разный градиент температуры, который влияет на формирование структуры сплава. При температуре перегрева 925 С° тепловая анергия сплава, залитого в полость литейной формы, частично передается формовочной смеси, которая при последующем затвердевании слитка играет роль «аккумулятора». Таким образом, опока с помощью полученной энергии увеличивает время кристаллизации слитка, что способствует формированию зерен с большим размером (в сравнении с зернами, полученными при кристаллизации слитка с температурой перегрева 850 С°), способствует образованию дендритной и зональной ликвации.

По литературным данным для данного сплава имеются следующие результаты: у в =200 МПа, у 0.2 =140 МПа, д =5 %. Разница в экспериментальных и теоритических данных связано с образованием дефектов отливки (трещины, песчаные и газовые раковины).

Эксперимент на удар .

Для проведения эксперимента использовалась установка walter + bai ag модели PH450. Схема испытания показана на рис. 14.

Суть эксперимента заключается в том, что молот, закрепленный в установке и обладающий некоторой потенциальной энергией, разрушает заготовку, размеры которой приняты согласно . Одновременно происходит измерение энергии разрушения отливки с последующим нахождением ударной вязкости сплава АК12. Данные эксперимента приведены в таблице 4. Испытанию подверглись 5 образцов: 2 при температуре заливки 800 С° и 3 при 850 С°. Ударная вязкость находилась в соответствии с формулой 6.

где КС- ударная вязкость, Дж/см 2 ; U - энергия, необходимая на разрушение заготовки, Дж;

S - площадь поперечного сечения заготовки в месте надреза, см 2 ;

Рис. 14. Схема испытания на удар

Таблица 4 . Значения ударной вязкости,полученной в ходе эксперимента, при температуре заливки 800 С° и 850 С°

	Ударная вязкость Дж/см 2
	1 образец	2 образец	3 образец

По полученным данным можно сделать вывод: ударная вязкость больше при меньшей температуры заливки.

С точки зрения литейных технологий, согласно , при заливке в формы возникает внутреннее напряжение. При повышении температуры заливки напряжения в отливке становятся больше, а из-за этого и ударная вязкость падает. Так же причиной понижения ударной вязкости при повышении температуры заливки является тот факт, что образуется большее количество пор в сердцевине отливки.

Анализ структуры шлифов .

Форма растущих в расплаве кристаллов зависит от степени переохлаждения жидкости, направления теплоотвода, содержания примесей в стали и других параметров. На рис. 15 схематически представлены основные структурные зоны, которые могут встречаться в непрерывно-литом слитке. Кристаллы, образующиеся в процессе затвердевания металла, могут иметь различную форму в зависимости от скорости охлаждения, характера и количества примесей. Чаще в процессе кристаллизации образуются разветвленные (древовидные) кристаллы, получившие название дендритов.

При затвердевании слитка кристаллизация начинается у поверхности более холодной формы и происходит вначале преимущественно в примыкающем к поверхности тонком слое сильно переохлажденной жидкости. Вследствие большой скорости охлаждения это приводит к образованию на поверхности слитка очень узкой зоны 1 сравнительно мелких равноосных зерен. Далее образуется зона дендритов (2) направление распространения которой совпадает с направлением отвода тепла. Зона 3 кристаллизуется в последнюю очередь и имеет хрупкую структуру с содержанием большого количества пор. Зона 4 образуется вследствие усадки (уменьшения объема).

Рис. 15. Структурные зоны

Анализировались структуры шлифов сплава АК12 при различных температурах заливки (850 С°, 900 С° и 925 С°). На рис. 16 -18 изображена микроструктура данного сплава.

Рис. 16. Структура шлифа (800 С°): а) увеличение (х200); б) увеличение (х500)

Рис. 17. Структура шлифа (850 С°): а)увеличение (х200); б)увеличение (х500)

Рис18. Структура шлифа (925 С°): а)увеличение (х200); б)увеличение (х500)

Так как скорость отвода тепла во всех данных случаях кристализвции одинакова, то вероятность зарождения дендритных зерен зависит от разницы температуры формы и температуры заливки, то есть от величины первоначального переохлаждения. На рис. 19 представлена зависимость скорости роста кристаллов (с. к.) и скорости зарождени центров кристализации от (ч. ц.) от величины переохлаждения .

Рис. 19. Зависимость ч.ц. и с.к. от велечины переохлаждения

Вывод: Из рис. 16-18 видно уменьшение количества дендритных зон с увелечением температуры заливки, а значит литейные и механические свойства улучшаются. Также видно, что эвтектика является более дисперсной при Т зал = 850 С°.

Заключение

В данной работе были представлены эксперименты с литейным сплавом АК12, исследовано влияние температуры нагрева расплава на механические и литейные сплавы.

Проведен спектральный анализ данного сплава. Результаты этого анализа образцов, заливка которых осуществлена при температуре 925 С° представлены в таблице 1, а при температуре заливки 800 С° - в таблице 2.

Микроструктура шлифа АК12 показала наличие грубой, игольчатой эвтектики (б+Si), и кристаллы кремния Si (рис.3).

По расчетам литниково-питающей системы были отлиты образцы при различной температуры заливки. По результатам дальнейших экспериментов на растяжение и на удар выявлены предел прочности, условный предел текучести (у в, у 0,2) и ударная вязкость (КС). Относительное сужение и удлинение при разрыве обратно пропорционально температуре. При повышении температуры заливки напряжения в отливке становятся больше, а из-за этого и ударная вязкость падает.

Также из эксперимента на жидкотекучесть видно, что с ростом температуры заливки сплава поверхностное натяжение уменьшается, что свидетельствует об увеличении жидкотекучести.

Список литературы

1. Тимченко С.Л. Исследование кристаллизации сплава под действием электрического тока // Расплавы. 2011. №4. С. 53-61.

2. Деев В.Б., Морин С.В., Селянин И.Ф., Хамитов Р.М.. Перегрев расплавов литейных алюминиевых сплавов // Ползуновский альманах. 2004.№4. С. 23-24.

3. ГОСТ 1583-93. Cплавы алюминиевые литейные. Технические условия. Введ. 1993-10-04. М.: Издательство стандартов, 1996. 3с.

4. Мельников В.П., Давыдов С.В. Лабораторная работа. Изучение структуры и свойств цветных сплавов // «Технология металлов и металловедение» БГТУ. 2008. № 3. 14с.

5. Мельников В.П., Давыдов С.В. Лабораторная работа. Изучение структуры и свойств цветных сплавов // «Технология металлов и металловедение» БГТУ. 2008. № 3. С. 3-5.

6. ГОСТ 9454-78. Металлы. Метод испытания на ударный изгибпри пониженных, комнатной и повышенной температурах. Введ. 1979-01-01. М.: Издательство стандартов, 1978. С. 3-4.

7. Вирт А. Э., Лаврентьев А. М.. Расчет литниковых систем стальных отливок // 2012. С. 7-11.

8. ГОСТ 1497-84. Металлы. Метод испытаний на растяжение. Введ 86-01-01. М.: Издательство стандартов, 1984. С. 21-26.

9. Лецик В.И. Литьё цветных металлов в металлические формы // 2003.

10. Гуляев А.П. Металловедение // Металлургия. 1986. 43с.

11. Коротких М. Т. Технология конструкционных материалов и материаловедение: учебное пособие // Алюминий и сплавы на его основе. 2004. 23с.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Обоснование выбора марки сплава для изготовления каркаса самолета, летающего с дозвуковыми скоростями. Химический состав дуралюмина, его механические и физические свойства, и технологические методы их обеспечения. Анализ конечной структуры сплава.

контрольная работа , добавлен 24.01.2012


Изучение свойств алюминиевого деформируемого сплава, где основным легирующим элементом является марганец. Влияние легирующих элементов на свойства и структуру сплава и основных примесей. Условия эксплуатации и области применения алюминиевых сплавов.

реферат , добавлен 23.12.2014


Разработка технологического процесса изготовления прессованного профиля ПК-346 из сплава АД1. Расчет оптимальных параметров прессования и оборудования, необходимого для изготовления заданного профиля. Описание физико-механических свойств сплава АД1.

курсовая работа , добавлен 17.05.2012


Характеристика сплава ВТ22, его химические свойства, плотность, процессы ковки и штамповки, применение. Расчет массы заготовки. Определение производственной программы для производства прутков из сплава Вт22, выбор режима работы и расчет фонда времени.

курсовая работа , добавлен 11.11.2010


Методика построения диаграмм состояния. Специфика их использования для сплавов, образующих механические смеси из чистых компонентов. Особенности определение температуры кристаллизации сплава. Кривые охлаждения сплава Pb-Sb, применение правила отрезков.

презентация , добавлен 14.10.2013


Химический состав, назначение сплава марки ХН75МБТЮ. Требования к металлу открытой выплавки. Разработка технологии выплавки сплава марки. Выбор оборудования, расчет технологических параметров. Материальный баланс плавки. Требования к дальнейшему переделу.

курсовая работа , добавлен 04.07.2014


Металлофизическое описание алюминиевого сплава и расчет цеха по производству алюминиевого профиля для строительных нужд. Температурный интервал прессования и технические требования к профилю. Расчет производительности пресса и правила приемки изделия.

курсовая работа , добавлен 25.01.2013


Зависимость между составом и структурой сплава, определяемой типом диаграммы состояния и свойствами сплава. Состояния сплавов, компоненты которых имеют полиморфные превращения. Состояние с полиморфным превращением двух компонентов. Микроструктура сплава.

контрольная работа , добавлен 12.08.2009


Основные требования к изделию, схема технологического процесса производства, характеристика основного оборудования. Механические свойства сплава. Требования к прокату. Методика расчета Б.В. Кучеряева. Расчет производительности основного агрегата.

курсовая работа , добавлен 09.01.2013


Алюминий и его сплавы. Характеристика и классификация алюминиевых сплавов. Деформируемые, литейные и специальные алюминиевые сплавы. Литые композиционные материалы на основе алюминиевого сплава для машиностроения. Состав промышленных дюралюминов.

Одна из основных категорий лёгких металлов, которые широко применяются в различных отраслях промышленности, - сплавы на основе алюминия. Наиболее распространённый из них - литейный сплав АК12. Для успешного практического использования металла специалистам необходимо уметь правильно распоряжаться информацией о его назначении, составе и свойствах.

Характеристика сплава

В различных областях промышленности наряду с высокопрочными сплавами на основе чёрных металлов (сталь, чугун) широко используются лёгкие соединения на основе алюминия и кремния - силумины. Они отличаются большей прочностью и износостойкостью в сравнении с чистым алюминием, но несколько уступают соединениям алюминия с медью.

Один из наиболее распространённых сплавов алюминия с кремнием - АК12. Он относится к категории литейных.

По устаревшей классификации маркировался литерами АЛ - алюминий литейный.

АК12 по свойствам можно разделить на три группы:

Физические

• удельная теплоёмкость - 838 Дж/(кг*град);
• модуль упругости - 0,7 Мпа;
• плотность - 2650 кг/м3;
• коэффициент температурного расширения - 21,1 1/Град;
• удельное электрическое сопротивление - 54,8 Ом*м.

Механические

• твёрдость по Бринеллю - НВ 10-1=50 МПа;
• временное сопротивление разрыву при литье в кокиль или под давлением - 147-157МПа;
• относительное удлинение при литье в кокиль - 2-3%;
• относительное удлинение при литье под давлением - 1-2%.

Литейно-технологические

• коэффициент линейной усадки - 0,8%.

Силумин герметичен и очень устойчив к коррозии. У сплава АК12, применяющегося в морской воде, доля меди в соответствии с требованиями стандарта не должна превышать 0,3%. Отличные антикоррозионные свойства сплав проявляет и в других средах:

• слабокислой;
• щелочной;
• в условиях высокой влажности.

К отрицательным свойствам сплава АК12 следует отнести следующие: - хрупкость при механической обработке.

• высокий показатель пористости;
• крупнозернистая эвтектическая структура отливок;
• невысокий порог физических нагрузок.

Достичь увеличения прочности путём термообработки (закалки) отливок сплава невозможно.

Химический состав

По ГОСТу 1583-93 «Сплавы алюминиевые литейные» АК12 имеет следующий химический состав:

1. Основные металлы

• алюминий - 84,3-90%.
• кремний - 10-13%.

2. Примеси

• железо - до 1,5%
• медь - до 0,6%
• марганец - до 0,5%
• цинк - до 0,3%
• магний и титан - до 0,1%

Высоких механических показателей сплав достиг после модификации химическими добавками:

• натрием;
• калием;
• литием.

В отдельных случаях могут применять также соли вышеуказанных химических элементов. Доля модификаторов в составе сплава не превышает 0,01%. Их назначение - увеличение показателя пластичности при литье путём связывания атомов кремния.

Кроме традиционных модификаторов в последнее время стала широко применяться технология добавки соединений на основе стронция, который устойчив к угару. Также его добавка не приводит к увеличению газовой усадки и пористости отливки. АК12 с добавлением стронция сохраняет физико-химическую структуру после многоразовой переплавки.

Практическое применение сплава АК12

Из-за высокого показателя жидкотекучести сплав широко применяется при производстве деталей, работающих в среде с температурой до 200ºС. Отливки из силумина изготавливаются тремя способами:

• под давлением.
• с использованием металлической литейной формы (кокиля).
• с использованием литейной формы из песка.

Наиболее востребованная на рынке форма готовых отливок из АК12 - чушки весом до 15 кг.

В соответствии с требованиями стандарта на отливку путём оттиска наносится следующая информация:

• наименование сплава;
• номер плавки;
• масса.

К упаковке в обязательном порядке прилагается сертификат с указанием точного химического состава сплава.

Области применения и линейка изделий из АК12 необычайно широка:

• автомобильная промышленность, авиастроение - блоки цилиндров, поршни и картеры двигателей.
• жилищно-коммунальное хозяйство - запорная арматура для сантехнических работ, теплообменники для обогревательных устройств.
• Из силумина изготавливаются некоторые виды кухонной бытовой техники.