Исследование и разработка высокоэффективных технологических процессов изготовления отливок из магниевых сплавов

Среди большого числа различных материалов, применяемых в современной технике, видное место отводится производству и использованию в народном хозяйстве цветных сплавов, особенно легких, к числу которых относится магний.

Магниевые сплавы — наиболее легкие из используемых в промышленности материалов находят разнообразное промышленное применение. Высокая удельная прочность обуславливает целесообразность их использования в первую очередь в тех случаях, когда имеет большое значение снижение веса конструкций (в самолетостроении, ракетной и космической технике). Кроме того, магниевые сплавы нашли применение в качестве материалов с высокими физическими и химическими свойствами.

В условиях рыночной экономики, дефицита металла и энергоносителей производство качественного литья является первостепенной задачей литейного производства. Это в полной мере относится к производству магниевых отливок. Для производства конкурентоспособных отливок необходимо создание эффективных технологий повышения свойств сплава и качество отливки из него. К числу мер, позволяющих решить такую задачу, наиболее эффективно обеспечение надежной защиты расплава от возгорания, высокой чистоты материала отливок по флюсовым, газовым и неметаллическим включениям, ухудшающим практически все показатели качества свойства литого металла.

Это достигается в результате изыскания и совершенствования методов приготовления расплавов.

Таким образом, разработка технологии приготовления литейных магниевых сплавов является важнейшей народнохозяйственной задачей, для решения которой необходимо совершенствование методов защиты расплава от возгорания, рафинирования и модифицирования расплавов для снижения в них газосодержания, твердых неметаллических включений, повышения механических свойств, плотности, герметичности отливок.

Настоящая работа состоит из трех основных разделов:

— разработка технологии получения герметичных отливок из магниевых сплавов путем совершенствования процесса рафинирования расплава при флюсовом приготовлении;

— разработка технологии получения коррозийностойких отливок из магниевых сплавов путем совершенствования и разработки новых процессов приготовления магниевых сплавов при бесфлюсовом приготовлении и создание соответствующего оборудования для его осуществления;

— производственные испытания и внедрение разработанных технологических процессов в производство в литейном цехе ОАО Комсомольского — на — Амуре авиационного объединения (ОАО «КнААПО»).

Цель работы — получение деталей с высокими эксплуатационными свойствами за счет разработки и внедрения ресурсосберегающих технологий плавки и разливки магниевых сплавов.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

— исследование влияния различных способов приготовления магниевых сплавов под слоем флюса и газовой защитной среде на газосодержание, герметичность и механические свойства;

— исследование, разработка новых методов рафинирования (электрорафинирование, продувка газами, внутреннее вакуумирование, фильтрация) магниевых сплавов, создание специальных устройств и оборудования для их осуществления;

— исследование и разработка новых технологических процессов разливки (в среде защитного газа) магниевых сплавов;

— производственные испытания и внедрение разработанных технологических процессов.

Научная новизна.

1. Получены новые результаты по обработке магниевых сплавов электрическим током, позволяющие получить средние значения механических свойств образцов после термообработки Т4: ав=255 Мпа, 8 = 6,5% и газосодержание.

15 см3/100 г;

2. Установлена и научно обоснована закономерность изменений газосодержания, герметичности и механических свойств литейных магниевых сплавов от способов их приготовления;

3. Экспериментально обоснован эффективный состав защитной газовой среды при приготовлении и разливке магниевых сплавов;

4. Выявлена зависимость массы приготовляемого расплава, плотности тока и количества электричества, позволяющая аналитическим путем определять оптимальные параметры технологии электрорафинирования магниевых сплавов;

5. Установлено, что при различной плотности тока происходит резкое изменение газосодержания — от шах до min и на оборот (при плотности тока до.

2 2 0,04 А/см происходит резкое снижение газосодержания, при 0,04 — 0,09 А/см идет дальнейшее незначительное снижение и при плотности тока более.

0,1 А/см2 происходит резкое увеличение газосодержания).

6. Установлен оптимальный режим внутреннего электровакуумирования — оптимальное время 15 минут с плотностью тока на аноде более 0,1 А/см. Основные положения, выносимые на защиту:

— результаты исследований влияния различных способов рафинирования — флюсами и электрорафинирования при приготовлении магниевых сплавов под слоем флюса на структуру сплава и качество отливок;

— результаты исследований влияния различных способов рафинирования и модифицирования (рафинирование продувкой газами, электровакуумное рафинирование, электрорафинирование с продувкой инертным и углеродосодержащим газами, рафинирование фильтрацией через кусковые насыпные фильтры) на качество получаемых отливок при бесфлюсовом приготовлении магниевых сплавов.

— результаты экспериментальных исследований разливки магниевых сплавов по формам в струе защитного газа на свойства получаемых отливок.

Личный вклад автора Автору принадлежит постановка задач данного исследования, обоснование и разработка основных положений, определяющих научную новизну и практическую значимость.

Результат экспериментальных и теоретических исследований, изложенные в диссертации, получены лично автором и при его участии под руководством научного руководителя и консультанта.

Практическая значимость и реализация.

На основе экспериментальных исследований разработаны:

— технологический процесс электрорафинирования магниевых сплавов при приготовлении под слоем флюса;

— технологический процесс бесфлюсового приготовления магниевых сплавов;

— технологический процесс разливки магниевых сплавов по формам в струе защитного газа.

Все эти технологические процессы нашли практическое применение на ОАО «КнААПО» на участке магниевого литья, оснащенном плавильно-раздаточными печами собственного производства.

Суммарный экономический эффект от внедрения на ОАО «КнААПО» составил 6655 тыс. рублей (в ценах 1998 г.).

Результаты работы внедрены в учебный процесс при чтении лекций и выполнении лабораторных работ по дисциплинам «Технологические основы производства отливок» и «Плавка литейных сплавов» кафедры «Машины и технология литейного производства» в ГОУ ВПО КнАГТУ.

10. Результаты работы по бесфлюсовому приготовлению магниевых сплавов и электрорафинированию внедрены на предприятии ОАО «КнААПО». Материалы РТМ использованы головным технологическим институтом АООТ НИАТ. Результаты работы используются также в учебном процессе на кафедре «Машины и технология литейного производства» КнАГТУ.

И. Внедрение на Комсомольском-на-Амуре авиационном производственном объединении технологических процессов приготовления магниевых сплавов и электрорафинирования позволило снизить газосодержание в 1,5 — 3 раза, сократить брак отливок по герметичности на 30 — 40%, увеличить коррозионную стойкость, надежность и долговечность литых заготовок, улучшить санитарно-гигиенические условия труда на участке.

Суммарный экономический эффект от внедрения разработанных технологий составил 6655 тыс. рублей в ценах 1998 года.