Удосконалення процесів рафінування, модифікування та термічної обробки доевтектичних силумінів, виготовлених із вторинної сировини

Краткое содержание

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, показано зв'язок з науковими темами, сформульовано мету і задачі дослідження, визначено об’єкт, предмет і методи дослідження, зазначено наукову новизну і практичну цінність одержаних результатів, виділено особистий внесок здобувача, наведено інформацію про апробацію результатів дослідження та публікації за темою дисертації.

У першому розділі розглянутий сучасний стан проблеми покращення якості силумінів, виготовлених із вторинної сировини. Аналіз літературних джерел показав, що найбільш простими, технологічними та економічно доцільними методами підвищення механічних і експлуатаційних властивостей Al-Si сплавів є рафінування та модифікування. Показано, що вторинні силуміни забруднені металевими домішками, найбільш шкідливою з яких є залізо. Незважаючи на те, що підвищена кількість інтерметалідних фаз впливає на процеси дифузії та швидкість фазових перетворень, термічну обробку вторинних алюмінієвих сплавів проводять, як правило, за тими ж режимами, що і первинних сплавів. В літературних джерелах виявлені поодинокі та суперечливі дані щодо можливості залізовмісними фазами зазнавати перетворень при термічному впливі. Зроблено висновок, що для покращення якості силумінів, виготовлених із вторинної сировини, необхідно удосконалювати існуючі технології рафінування, модифікування та термічної обробки. На цій підставі сформульовано мету, задачі і напрям подальшого дослідження.

Другий розділ містить обґрунтування вибору експериментальних методів дослідження. В роботі використовували доевтектичні силуміни марок АК5М2, АК6М2, АК8М3 і  АК9М2. Плавлення сплавів здійснювали на вторинній шихті, отриманій в полуменевій печі відбивального типу. Лабораторні плавки проводили в електричній печі опору з використанням чавунного тигелю. Плавлення та нагрівання металу до температури
720±10 ºС здійснювали під стандартним флюсом (15 % KCl, 45 % NaCl,
40 % AlF₃). Порошок заліза та розроблені рафінувально-модифікувальні комплекси вводили при температурі 720±10°С. Приготування сплавів в умовах АТ «Мотор Січ» здійснювали в газовій печі з використанням графітового тигелю.

Хімічний склад досліджуваних силумінів контролювали на іскровому спектрометрі «SPECTROLAB». Термічну обробку сплавів АК5М2, АК6М2 та АК9М2 здійснювали згідно з рекомендаціями ДСТУ 2839-94. Гартування та старіння силуміну АК8М3 проводили за температур 500±10 °С та 180±10 °С відповідно, варіюючи часові параметри термічної обробки.

Контроль газової пористості проводився візуально за шкалою, наведеною в ДСТУ 2839-94. Мікроструктуру сплавів вивчали за допомогою оптичного мікроскопу МИМ-8. Кількісна оцінка форми виділень структурних складових здійснювалась за параметром форми λ, під яким розуміли відношення максимальної довжини вкраплення до його максимальної ширини. Для рентгеноструктурного аналізу використовували дифрактометр ДРОН-3М. Мікрорентгеноспектральний аналіз виконували на растровому електронному мікроскопі РЭМ-106И, здійснюючи аналізи в точці та за лінією.

Випробування механічних та експлуатаційних властивостей проводили за стандартними методиками. Визначали такі показники як мікротвердість HV, твердість НВ, границя міцності при випробуванні на розтяг σ_в^р, умовна границя плинності σ_0,2, границя міцності при випробуванні на стиснення σ_в^ст, відносне видовження δ, відносне осадження ε, ударна в’язкість КС, кількість циклів N до руйнування при малоцикловій втомі, границя тривалої міцності σ_-1 та в’язкість руйнування К_ІС. Математичну обробку експериментальних даних здійснювали з використанням стандартних математичних і статистичних методів, а також сучасної обчислювальної техніки.

У третьому розділі наведено експериментальні результати досліджень впливу рафінувально-модифікувальної обробки на структуру та властивості доевтектичних силумінів, виготовлених із вторинної сировини. Оскільки в управлінні процесами структуроутворення при обробці розплаву провідна роль належить модифікуванню, спочатку було вирішено розробити модифікатор вторинних доевтектичних силумінів та оптимізувати його присадку з використанням стандартного флюсу, а потім відкоригувати склад рафінувальної суміші.

За результатами досліджень, проведених на сплаві АК5М2, було підібрано компоненти модифікатора, склад якого захищено патентом України № 42653: 10…20 % Na₂CO₃, 15…20 % SrCO₃, 12…20 % SiC,
3…8 % Ti, 0,5…2 % C, решта S. Подальші експериментальні дослідження дозволили встановити оптимальну кількість даного модифікатора на рівні