Анализ эффективности существующих физических способов модифицирования алюминиевых сплавов

全文:

Обоснование. Получение желаемых механических свойств и их улучшение у изделий аэрокосмической промышленности всегда была актуальной задачей в металлургии. В литейном производстве были предложены методы модификации расплавов. Среди физических способов модификации можно выделить электротоковую, ультразвуковую, магнитно-импульсную и другие обработки расплавов металлов, но их сравнение между собой требует изучения.

Цель — провести сравнение физических методов модификации алюминиевого сплава А5 и выделить из них наиболее эффективный.

Методы. Были проведены эксперименты по воздействию магнитно-импульсной обработки (МИО) и электротоковой обработки (ЭТО), также был проведен литературный обзор с целью сбора информации для лучшего понимания механизма действия методов и экспериментальных данных для непосредственного сравнения их с полученными данными.

Для проведения МИО и ЭТО расплава алюминия использовали установку МИУ-10. МИО проводилась с различными энергиями воздействия: 0,5, 1 и 1,5 кДж на образцы и различным числом импульсов: 15, 25 и 70. ЭТО проводилась с энергией воздействия 1кДж и числом импульсов n = 10.

Результаты. После исследования литературы были выяснены механизмы воздействия физических методов обработки на алюминиевый расплав. При ЭТО под действием силы Лоренца индуцированной электро-токовыми импульсами, зародыши зерен смещаются с верхней поверхности расплава вниз, что способствует измельчению структуры [1].

При ультразвуковой обработке (УЗО) на кристаллизующийся сплав формируются вибрационные потоки жидкости, которые смывают кристаллические зародыши с фронта твердой фазы и разносят их по всему объему, а также происходит схлопывание пузырьков газа, запасенная энергия которых трансформируются в импульсы высокого давления и кумулятивные струи, что также способствует измельчению структуры слитка [2].

При МИО протекание импульсного тока по индуктору создает вокруг него переменное магнитное поле, вследствие этого возникают объемные электродинамические силы, которые способствуют измельчению структуры в слитке [3]. Схемы обработки представлены на рис. 1.

 

Рис. 1. Схемы различных методов обработки расплава

 

После проведения экспериментов при сравнении полученных образцов видно, что при УЗО структура получается более однородной. При ЭТО и МИО зерненая структура не настолько однородная, однако при МИО структура наиболее измельченная (рис. 2), что так же видно при количественном сравнении по размеру зерна и степени его измельчения (см. таблицу).

 

Рис. 2. Структуры слитков а) — без обработки [2]; б) — обработанный УЗО [2]; в) — модифицированный солями натрия; г) — обработанный ЭТО; д) — без обработки; е) обработанный МИО (n = 15, w = 0,5 кДж); ж) — обработанный МИО (n = 25, w = 1 кДж); з) — обработанный МИО (n = 25, w = 1,5 кДж); и) обработанный МИО (n = 70, w = 1 кДж)

 

Таблица. Результаты измельчения структуры отливок при воздействии различными методами обработки расплава

Вид обработки		Средний размер зерна, мм	Измельчение %
Магнитно-импульсная обработка	Образец Д	4,91	–
	Образец Е	3,66	25,4
	Образец Ж	1,33	73
	Образец З	0,54	89
	Образец И	0,88	82
	Образец В	3,00	38
Электротоковая обработка		2,00	59
Ультразвуковая обработка		0,22	66

 

Выводы. Были проведены исследования влияния МИО, ЭТО и УЗО на структуру и свойства алюминиевого сплава марки А5. Установлено, что МИО способствует измельчению зернен отливок до 10 раз, что благоприятным образом отражается на физических и механических свойствах.

Данный способ обладает значительными преимуществами перед другими, что делает его одним из самых перспективных для промышленного внедрения, так как обладает наибольшей степенью измельчения зерна, а также имеет дистанционный характер воздействия и не имеет погружных элементов, подверженных износу и способных «загрязнять» рабочий расплав.

作者简介

Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева

Email: andreyskoroumov@mail.ru

студент, группа 1321-220302D, институт авиационной и ракетно-космической техники

俄罗斯联邦, Самара

Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева; Самарский государственный технический университет

Email: pfettser.2-mmt-4@yandex.ru

аспирант, группа 1-ОАД-22-2, факультет машиностроения, металлургии и транспорта; инженер-конструктор ОНИЛ-41, кафедра обработки металлов давлением

俄罗斯联邦, Самара; Самара

Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева

编辑信件的主要联系方式.
Email: 4ernikov82@mail.ru

научный руководитель, кандидат технических наук, доцент кафедры обработки металлов давлением

俄罗斯联邦, Самара

参考

补充文件