Structure and mechanical properties of silumin castings hardened under pressure

Full Text

Изучены структура и механические свойства отливок типа стакана, изготовленных литьем с кристаллизацией под давлением (ЛКД), используя схему пуансонного прессования. При этом расплав в матрицу пресс-форм заливали с избытком на 10 %, чтобы предотвратить образования спая по уровню заливки [1, 2]; избыток расплава вытеснялся из рабочей полости пресс-формы прессующим пуансоном на стадии окончательного оформления контуров отливки. Сплав AlSi7Mg0,3 (близкий по составу к сплаву АК7ч ГОСТ 1583-93) выплавляли под слоем флюса SYLUKRIT, расплав перед заливкой в форму обрабатывали препаратом ECOSAL-AL 114. при 720°С. Отливки с наружным диаметром 70 мм, высотой 125…135 мм, толщиной вертикальной стенки 15 мм и донной части 15…25 мм изготовляли на гидравлическом прессе модели PYE 250 SS M с номинальным усилием 400 кН и скоростью холостого хода 200 мм/c, последняя в момент соприкосновения выступающей части пуансона с залитым в матрицу расплавом автоматически переключалась на скорость рабочего хода, равную ~20 мм/с. Остальные технологические режимы ЛКД: температура матрицы пресс-формы ~80°C (пуансон нагревался только тепловым излучением от матрицы в течение 90 мин, когда пресс-форма была закрыта); температура заливки 615°С; давление прессования 100 МПа; время прессования 30…32 с. При изготовлении отливки записывали следующие технологические параметры процесса ЛКД: температуру затвердевающей отливки; температуру пресс-формы; перемещение прессующего пуансона; давление прессования (в гидросистеме пресса). Точность измерения температуры составляла ±0,1 °C, давления - ±0,1 МПа, перемещения пуансона - ±0,01 мм. Частота фиксации показаний всех параметров на компьютере была равна 0,01 с. Полученные отливки подвергали термической обработке: закалка по режиму Т6 (нагрев до 540°С, выдержка при этой температуре 3 (режим Т6х3), 5 (режим Т6х5) и 10 (режим Т6х10) с, охлаждение в воде, имеющей температуру 20°С); отпуск при 160°С, 4 ч, охлаждение на воздухе). Механические характеристики сплава определяли при испытании на растяжение образцов на универсальной машине LabTest 5.250 SP1 (усилие 250 кН) со скоростью движения траверсы 2,5 мм/мин. По рабочей диаграмме, записанной на компьютере, рассчитывали временное сопротивление разрыву σв, предел текучести σ0,2 и относительное удлинение δ. Микроструктуру отливок исследовали на световом (Zeiss Axiovert 40 MAT) и электронном сканирующем (JOEL JSM-6610) микроскопах. Установлено что, режим термической обработки Т6х3 способствует формированию состояния сплава с более низкой поверхностной энергией. В результате этого эвтектический кремний теряет острогранность: грани и выступы пластин или грубых волокон постепенно растворяются. При увеличении выдержки до 5 мин (режим Т6х5) процесс округления концов пластин эвтектического кремния интенсивно продолжается. Длина пластин кремния в плоскости шлифа постепенно уменьшается, и частицы приобретают округлую форму. Формирование таких частиц эвтектического кремния будет способствовать эксплуатации изделия в условиях высоких напряжений и деформаций без нарушения их целостности. При выдержке 10 мин (режим Т6×10) частицы эвтектического кремния закругляются еще больше и постепенно грубеют. Металлографический анализ показал дисперсность структуры ЛКД-отливок. В результате высокой скорости охлаждения в жидком состоянии можно ожидать определённую метастабильность состояния сплава и, как следствие, - повышенную чувствительность его структуры к термической обработке. Литературные данные и результаты настоящего исследования показали, что процесс постепенной потери острогранности пластин эвтектического кремния (процесс сфероидизации) развивается уже на ранних стадиях выдержки при температуре нагрева под закалку. Это способствует повышению механических свойств. Так, после термической обработки по режиму Т6×3 максимальные значения показателей механических свойств сплава составляли: σв = 370 МПа, σ0,2 = 168 МПа, δ = 16 %. Увеличение времени выдержки при температуре нагрева под закалку до 5 мин (режим Т6х5) показало, что сплав имеет σв = 386 МПа, σ0,2 = 174 МПа и δ = 20 %, а до 10 мин (режим Т6х10) - σв = 381, σ0,2 = 178 МПа, δ = 15 %. Выдержки при температуре нагрева под закалку более 10 мин приводили к уменьшению σв. В литом состоянии механические свойства отливок из исследованного сплава были следующими: σв = 234 МПа, σ0,2 = 135 МПа, δ = 4,5 %. Таким образом, наиболее эффективным режимом термической обработки тонкостенных отливок из немодифицированного сплава AlSi7Mg0,3, изготовленных способом ЛКД, является режим T6×5: нагрев в течение 2 мин до 540 °C, выдержка 5 мин, охлаждение в воде при 20 °C и старение при 160 °C, 4 ч, охлаждение на воздухе.

About the authors

L. Stancheck

Institute of materials and technology of the Slovak technical University, Bratislava, Slovak Republic

Email: ladislav.stancek@stuba.sk
Ph.D.; +7-10-421-264-36-80-73

B. Banko

Institute of materials and technology of the Slovak technical University, Bratislava, Slovak Republic

A. I Batyshev

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI), Moscow, Russia

Dr.Eng.; +7 495 683-9972.

K. A Batishev

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI), Moscow, Russia

Email: konstbat@rambler.ru
Dr.Eng.; +7 495 683-9972.

References

Supplementary files