Разработка технологических основ подготовки сплавов системы Al-Si-Mg к получению отливок методом твердожидкой формовки
Разновидностью процесса твердожидкой формовки являются различные методы порционной обработки расплава в жидкотвердом состоянии для обеспечения требуемых реологических свойств суспензии как и в случае классического тиксолитья. Разработана математическая модель поведения расплава в кристаллизаторе в условиях различных режимов МГД перемешивания расплава и доказана высокая достоверность расчетных… Читать ещё >
Содержание
- 1. Состояние вопроса (аналитический обзор)
- 1. 1 Современные тиксопроцессы
- 1. 2 Критерии оценки пригодности сплавов к тиксоформовке
- 1. 3 Сплавы, используемые для тиксоформовки
- 1.
- Выводы, постановка цели и задач работы
- 2. Методика проведения исследований и экспериментов
- 2. 1. Материалы, плавка и обработка сплавов в жидком состоянии
- 2. 2. Приборы и оборудование
- 2. 3. Выявление и оценка структуры, определение механических 31 свойств сплавов
- 2. 4. Термодинамический анализ
- 2. 5 Определение вязкости
- 3. Усовершенствование технологии подготовки сплава A357 к 35 тиксоформовке
- 3. 1 Моделирование процесса полунепрерывного литья цилиндрических 36 слитков с МГД перемешиванием расплава в кристаллизаторе
- 3. 2 Повышение структурной и химической однородности 53 цилиндрических слитков сплава A3 5 7 за счет одно- и двухплоскостного МГД перемешивания расплава в кристаллизаторе
- 3. 3 Разработка технологических режимов подготовки сплава A357 к 68 тиксолитью
- 3. 4 Реализация разработанной технологии тиксолитья в 86 производственных условиях
- 4. Расширение номенклатуры сплавов для твердожидкой формовки
- 4. 1 Разработка критериев оценки пригодности сплавов для 89 твердожидкой формовки
- 4. 1. 1. Выбор и совершенствование термодинамических критериев
- 2. Разработка структурных критериев
- 4. 1.3 Разработка технологических критериев
- 4. 2. Применение деформируемых алюминиевых сплавов для 100 твердожидкой формовки
- 4. 2. 1. Обоснование применимости сплава АДЗЗ для твердожидкой 100 формовки
- 4. 2. 2. Влияния режимов полунепрерывного литья на структуру 112 сплава АДЗЗ
- 4. 2. 3. Влияние темовременной обработки в двухфазном состоянии 118 на структуру сплава АДЗЗ
- 4. 2. Применение деформируемых алюминиевых сплавов для 100 твердожидкой формовки
Разработка технологических основ подготовки сплавов системы Al-Si-Mg к получению отливок методом твердожидкой формовки (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Новые технологии получения фасонных отливок из сплавов, находящихся в твердожидком состоянии, заняли в последнее десятилетие приоритетные позиции в заготовительном производстве зарубежных стран. В последний годы большое внимание уделяется изучению вопросов получения металлических суспензий, их реологические и технологические свойстваулучшаются характеристики продукции, получаемой этими способамисовершенствуются конструкции применяемых машин и оснасткимного внимания уделяется моделированию и математическому описанию гидродинамических и тепловых процессов формообразования в твердожидком состояниипроектированию техпроцесса и методам контроля. Однако до сих пор существуют нерешенные вопросы, в частности, проблема химической и структурной неоднородности слитков по сечению, что приводит к браку литых заготовок по несоответствию свойств предъявляемым к ним требованиям.
Тиксотехнологии основаны на эффекте резкого снижения вязкости суспензии, в частности металлической, под влиянием сдвиговых деформаций, возникающих при формовке изделий (тиксоэффект). Тиксопроцесс по классической схеме осуществляется в три этапа: 1. получение слитка, как правило полунепрерывным литьем с МГД перемешивание расплава в кристаллизаторе, с частично вырожденной дендритной (глобуляризированной) структурой- 2. нагрев и выдержка мерной заготовки в твердожидком состоянии для получения глобулярной (вырожденной дендритной) структуры твердой фазы и необходимого соотношения твердой и жидкой фаз- 3. подача заготовки в рабочий орган формообразующего агрегата и реализация процесса твердожидкой формовки.
Разновидностью процесса твердожидкой формовки являются различные методы порционной обработки расплава в жидкотвердом состоянии для обеспечения требуемых реологических свойств суспензии как и в случае классического тиксолитья.
В настоящее время, наиболее широко применяется одноплоскостное (горизонтальное или вертикальное) МГД перемешивание. Для расширения сортамента производимых отливок, в сторону увеличения их габаритов, необходимо увеличивать габариты слитков, а это приводит к усугублению проблем структурной и химической однородности слитка при применении классических, одноплоскостных МГД перемешивателей. Данная проблема решается за счет применения двухплоскостных (комбинированных) МГД перемешивателей. Однако математические модели, описывающие тепловые и гидродинамические процессы, происходящие в расплаве, практически отсутствуют, что не позволяет обеспечивать рациональные режимы процесса литья.
Наиболее широкое применение формовка в твердожидком состоянии получила в автомобильной промышленности при использовании литейных алюминиевых сплавов типа А357(А356). Однако эти сплавы по комплексу механических и эксплуатационных свойств в ряде случаев не удовлетворяют требованиям предъявляемым к фасонным отливкам ответственного назначения Кроме того, процесс подготовки этих сплавов достаточно сложен, энергоемок и требует усовершенствования. Поэтому чрезвычайно актуальным является как упрощение процесса подготовки сплава к тиксоформовке, так и расширение номенклатуры используемых сплавов. С этой точки зрения представляют интерес сплавы, в частности деформируемые, в которых наблюдается исходная ячеистая структура твердого раствора, что, можно предполагать, сделает менее трудоемким процесс ее дальнейшей глобуляризации. Деформируемые сплавы представляют интерес также и с той точки зрения, что твердожидкая формовка практически нивелирует требования к сплавам по литейным свойствам.
В литературных источниках не удалось обнаружить универсальных критериев для отбора сплавов для тиксопроцессов формовки, что делает также актуальной задачу разработки такого универсального комплекса критериев.
Основные выводы работы:
1 Разработана математическая модель поведения расплава в кристаллизаторе в условиях различных режимов МГД перемешивания расплава и доказана высокая достоверность расчетных данных, полученных при ее использовании.
2 Предложен комплекс критериев отбора сплавов для тиксопроцессов, включающий термодинамические, структурные и технологические критерии.
3 С использованием разработанного комплекса критериев за счет деформируемых сплавов расширена их номенклатура для использования при тиксоформовке.
4 Разработаны рекомендации по использованию сплава АДЗЗ для получения фасонных отливок с использованием тиксотехнологий.
5 Подобраны технологические параметры процесса полунепрерывного литья слитков с МГД перемешиванием для сплава A357 с целью повышения их структурной и химической однородности.
6 Разработан и реализован в производственных условиях процесс подготовки заготовок и получения отливок из сплава A3 5 7 тиксолитьем с использованием имеющихся в цехе машин литья под давление и раздаточных печей.
7 Расширен сортамент слитков (до 0200 мм) из сплава A357 за счет использования двухплоскостного МГД перемешивания при расчетных режимах.
Список литературы
- Eisen P., Young K. Diecasting system for semiliquid and semisolid metalcasting application // Proceedings 6th international conference on semi-solid processing of alloys and composites. 2000. — Edimet Spa. -Turin. — pp. 41−46.
- Kazakov A. A Alloy compositions for semisolid forming // Advanced materials & processes. 157, 3, March 2000, pp 31−34.
- Салтыков С.А. Стереометрическая металлография. -M.: Металлургия, 1970. -С.ЗЗЗ.
- Loue W.R., Brimont М., Pluchon С., Menet P., Garat V. Metallurgical aspects of thixoforming of A356.0 and A357.0 alloys // Trans. 18th Int. die casting congress and exhibition. Indianapolis. — 1995.
- Loue W.R., Suery M. Microstructural evolution during partial remelting of Al-Si7Mg alloys // Elsever Science S.A. Materials science and engineering A. -1995.
- Neupaver A J., Witsberger J.C. Particle shape analysis // Metals Handbook, Vol.7, 9th Edition. ASM International. — Ohio. — pp.233−245.
- Underwood E.E. Quantitative stereololgy // Addisson-Wasley. Reading. -1970. -pp.174.
- Gullo G., Steinhoff K., Uggowetzer P. Microstructural changes during reheating of semisolid alloy // Proceedings 6th international conference on semi-solid processing of alloys and composites. 2000. — Edimet Spa. -Turin. — pp. 367 372.
- Laxmanan V., Flemings M.C. Deformation of semi-solid Sn-15Pct Pb alloy// Metallurgical Transactions А/ 1980. — Vol. 11. — pp. 1927−1937.
- D.Altenpohl, Aluminum viewed from within, 1st edition. Dusseldorf.: Aluminium-Verlag. — 1982. — p.223.
- Тамир Самир Махмуд Абд Ал-Маджид. Прогнозирование составов сплавов для обработки в полутвердом состоянии // Материалы диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук/ 2003.
- Фридляндер И.Н. Алюминиевые деформируемые конструкционные сплавы.- М.: Металлургия, 1979. С. 201.
- Мальцев М.В. Металлография промышленных цветных металлов и сплавов.- М.: Металлургия, 1970. С. 351.
- Колачев Б. А. Промышленные алюминиевые сплавы. М.: Металлургия, 1984. — С. 438.
- Салтыков С.А. Стереометрическая металлография. М.: Металлургия, 1970.-С. 147.
- Flemings M.C. Semi-solid processing Proceedings 3 international conference on semi-solid processing of alloys and composites. 1994. — Colorado school of mines. — pp. 3−6.
- Partinen J., Szekely J., Vives C. and Holappa L. Fluid Flow and Free Surface Phenomena in Rotary Electromagnetic Stirring of a Metallic Melt // ISIJ International. 1995. -Vol.35. -N3. -pp.292−301.
- Повх И.JI., Капуста А. Б., Чекин Б. В. Магнитная гидродинамика в металлургии. -1974. М.: Металлургия. — С. 245.
- Fang Z., Patterson K.V. Experimental investigation of particle size distribution inflience on diffusion controlled coarsening // Acta Metall. Mater. V.41. — pp. 2017−2024.
- Mortensen A. On the influence of coarsening on microsegregation // Met. Trans. A. 1989. -V.20A. — pp. 247−253.
- Voorhees P.W. The theory of Ostwald ripening // Jorn. Of Stat. Phys. 1985. -V.38. — pp. 231−252.
- Seyhan I., Ratke L., Bender W. Ostwald ripening of solid-liquid Pb-Sn dispersions // Met. and Mat. Trans. A. -1996. -V.17A. -pp. 2470−2478/
- Spencer D., Mehrabian R., Flemings M.C. Rheological behavior of Sn-15 pet. Pb in the crystallization range // Metall. Trans. 1972. -N3. — pp.1925−1932.
- Kirkwood D. Semisolid metal processing // International Matrials Reviews. -1994. -V.39. -N.5. pp. 174−189.
- Flemings M.C. Behavior of metal alloys in the semisolid state // Met. Trans.A. -1991.-V.22.-pp. 957−981/
- Jabrane S. Evolution of primary particle morphology during rheocasting of Al-5.2%Si alloy // Proceedings 2nd international conference on semi-solid processing of alloys and composites. 1992. — Colorado school of mines. — pp. 223−236.
- Loue W.R. Microstructure and rheology of partially remelted Al-Si alloys // Proceedings 2nd international conference on semi-solid processing of alloys and composites. 1992. — Colorado school of mines. — pp. 266−275.
- Young К., Fitze R. Semi-solid metal cast aluminum automotive components // Proceedings 3rd international conference on semi-solid processing of alloys and composites. 1994. — Colorado school of mines. — pp. 155−177.
- Flemings M.C., Reik R.G., Youg K.P. Rheocasting // Materials science and engineering. 1976.-N.25. — pp. 103−117.
- Brais S., Loue W., Pluchon C. Structure control by electromagnetic stirring and reheating at semi-solid state // Proceedings 4th international conference on semisolid processing of alloys and composites. 1996. — Colorado school of mines. -pp. 60−65.
- Loue W., Brimont M., Pluchon C. Metallurgical aspects of thixoforming of A356.0 and 357.0 alloys // Proceedings 18 international die casting conference. -1995. Indianapolis. — pp. 389−396.
- Joly P., Mehrabian R. The rheology of a partially solid alloy // Jornal of Materials Science. 1976.-V. 11.-pp. 1393−1418.
- McLelland A.R.A., Henderson N.G., Atkinson H.V., Kirkwood D.H. Anomalous rheological behavior of semi-solid slurries at low shear rates // Materials Science and Engineering. 1997. — V. A232. — pp. 110−118.
- Loue W., Landkroon S., Kool W/ Rheology of partially solidified AlSi7Mg0,3 and the influence of SiC additions // Materials Science and Engineering. 1992. -V. A151.-pp. 255−262.
- Diewwanit I., Flemings M.C. Semi-solid forming of hypereutectic Al-Si alloys // Proceedings 4th international conference on semi-solid processing of alloys and composites. 1996. — Colorado school of mines. — pp. 30−34.
- Loue W., Suery M. Microstructural evolution during partial remelting of Al-Si7Mg alloys // Materials Science and Engineering. 1995. — V. A203. — pp. 113.
- Laxmanan V., Flemings M.C. Deformation of semi-solid Sn-15pstPb alloy // Metall. Trans. 1980. — V. 11 A. — pp. 1927−1937.
- Flemings M.C. Behavior of metal alloys in semi-solid state // Metall. Trans. -1991.-V. 22A. pp. 957−981.
- Suery M., Flemings M.C. Effect of strain rate on deformation behaviour of semisolid dendritic alloys // Met. Trans. A. 1982. — V. 13A. — pp. 1809- 1819.
- Zavallingos A., Lawely A. Numerical simulation of thixoforming // J. of Mat. Eng. And Perf. 1995. — V.4(l). — pp. 40−47.
- Inoue Т., Ju D. Simulation of solidification and viscoplastic stresses during semicontinuous direct chill casting of aluminum alloy // International Journal of Plasticity. 1992.-N.8.-pp. 161−193.
- Рыжиков А. А. Теоретические основы литейного производства.- М. С.:МАШГИЗ, 1954-ЗЗОс.
- Бидуля П. Н. //Литейное производство. -М.: Металлургиздат, — 1953−427с.
- Бочвар А.А., Жадаева О. С. Юбилейный сборник трудов Моск. Ин-та цветных металлов, вып.9, Металлургиздат, 1976.
- Трубицин Н.А. Литейное производство. -1962.-N 4.- С. 34−37
- Голод В.М. и др. Интегрированная САПР литейной технологии POLYCAST литейного завода КамАЗ. //Литейное производство.- 1994.-№ 10−11.-С. 4447.
- Голод В.М. Численный анализ литейной технологии: вчера, сегодня и завтра. //Сб. Литейное производство сегодня и завтра. СПб.: ЛенАЛ.-2000.-с. 68−72.
- Иванов М.П. Точное литье. М.: Машгиз.-1960.
- Ван Эгем Э., Де Си А. О механизме образования горячих трещин в стальном литье. Практический образец для изучения склонности к трещинообразованию. — М.: Машиностроение, 1969. — С. 14 — 32. — (32ой Международный конгресс литейщиков).
- Лупрев И. И, Гуляев Б. Б. Исследование процесса образования горячих трещин в стальных отливках // Новое в теории и практике литейного производства. М.: Машгиз, 1956. — С. 117−126
- Лясс A.M., Яо-хо Чжоу О некоторых факторах, влияющих на образование горячих трещин в сальных отливках // Литейное производство. 1958. — № 3−4.-С. 19−24.
- Мак Лин Д. Механические свойства металлов. М.: Металлургия, 1965. -431 с.
- Оболенцев Ф.Д. Некоторые условия формирования качественной литой поверхности // Точность и качество поверхности отливок. М.: Машгиз, 1962.-С. 64−78.
- Трубицын Н.А. Исследование влияния некоторых литейных и технологических факторов на образование горячих трещин усадочного происхождения в стальных отливках: Дис. канд. техн. наук. 1958. — 178с.
- Трубицын Н.А., Справник В. И., Ларионов В. А. Исследование образования горячих трещин при затвердевании металла в отливках арматуры // Новое в процессах литья. Киев: Наукова Думка, 1974. — С. 158−166.
- Гуляев Б.Б. Литейные процессы. М.: Машгиз, 1960. — 416 с.
- Рейнер М. Реология. М.: Наука, 1965. — 224с.
- Баландин Г. Ф. Основы теории формирования отливки. Часть 2.-М.Машиностроение, 1979.-336 с.
- Пресняков А.А. Пластичность металлических сплавов. М.: Изв. АН КССР.- 1959
- Агеев Н.П., Каратушин С. И. Механические испытания металлов при высоких температурах и кратковременном нагружении. М.: Металлургия, 1968. — 280 с.
- Берг П.П., Иванов П. П. О размерной точности // Точность и качество поверхности отливок / Под. ред. Оболенцева Ф. Д. М.: Машгиз, 1962.-С 2125.
- Голод В.М. Моделирование литейной технологии: модели, проблемы, приложения. Сб. Современные металлические материалы и технологии и их использование в технике. СПб, 2001.-С. 172−175.
- Medson S., Rudnev V., Gallic R. Semi-solid processing of aluminum alloys // Industrial Heating. 1999. — pp.37−41.
- Dular P., Geuzaine C., Henrotte F., Legros W. A general environment for the treatment of discrete problems and its application to the finite element method // IEEE Trans. Magn. 1998. -N34(5). -pp.3395−3398.
- Zinkiewicz О. C., Taylor R. The finite element method // McGraw-Hill. fourth edition. — 1994.
- McLelland A. R. A., Henderson N., Atkinson H. Kirkwood D. Anomalous rheological behaviour of semisolid slurries // Materials science and engineering. -1997.-V.A232.-pp. 110−118.
- Cross M. Rheological equations from molecular network theories // Journal of colloid science. 1965. — V.20. — pp.417−437.
- Laxmanan V., Flemings M, C. Deformation of semisolid Sn-15%Pb alloy // Metallurgical Transactions A. 1980. — V. l 1A. — pp. 1927−1937.
- Alexandrou A.N., Burgos G.R., Entov V. Two-phase model for processing in semisolid state // Light metals. 1998. — pp. 1081−1086.
- Binet B. Multiphase modeling of thixocasting part I: theory // Industrial materials institute. 2000.
- Tayoshima S. A numerical simulation of forming processes for semisolid materials // ISIJ International. 1991. -N31−6. — pp. 577−583.
- Kiuchi M., Yanagimoto J., Yokobayashi H. A new mathematical model for deformation analysis of mushy alloy // Proc. JSTP Spring Conf. 2000. — pp. 234−243.
- Kaufmann H., Wagusseg H., Uggowitzer P. Metallurgical and processing aspects of the NRC semisolid casting technology // Aluminium. 2000. — N76. — pp. 6975.
- Yang Y.S., Tsao A. Thixotropic behaviour and structure evolution of A357 alloy in semisolid state // Scripta Met. Et. Materialia. 1994. — V.30. — N12. — pp. 1541−1546.
- Ito Y., Flemings M.C., Cornie J. Rheological behaviour and microstructure of Al-6.5%Si alloy // The minerals, metals and materials society. 1991. — pp. 76−85/
- Kapranos P., Kirkwood D., Sellar C. Semisolid forging of high temperature alloys // J. of engineering manufacture 1993. — V.207. — pp. 1−8.
- Garat M., Blais S., Loue W. Aluminum semisolid processing: from the billet to the finished part // Proceedings 5th international conference on semi-solid processing of alloys and composites. 1998. — pp. xvii-xxxi.
- Bakerud L., Krol E., Tamminien J. Solidification characteristics of aluminium alloys // Wrought alloys. Scanaluminium. — 1986. — V. 1. — pp. 36−37.
- Joly P., Mehrabian R. The rheology of a partially solid alloy // Journal of materials science. 1976. -N.l 1. — pp. 1393−1418.
- Flemings M.C. Behavior of metal alloys in the semisolid state // Metallurgical Transactions A. 1991. — V.22A. — pp. 957−980.
- Young K. Recent advances in semisolid metal cast aluminum and magnesium components // Proceedings 4th international conference on semi-solid processing of alloys and composites. 1996. — pp. 229−233.
- Kumar P., Martin C., Brown S. Shear thickening flow behavior of semisolid slurries // Metallurgical Transactions A. 1993. — V.24A. — pp. 1107−1116.
- Lalli L. A model for deformation and segregation of solid-liquid mixture // Metallurgical Transactions A. 1985. — V.16A. — pp. 1392−1403.
- Nguyen Т., Favier D., Suer M. Theoretical and experimental studies of the isothermal mechanical behavior of alloys in the semisolid state // International Journal of Plasticity. 1994. -N10. — pp. 693−703.
- Zavaliangos Т., Lawley A. Numerical simulation of thixoforming // Journal of Mat. Eng. Performance. 1995. — N4. — pp. 40−47.
- Michel J., Suquet P. The constitutive law for non-linear viscous materials // J. Mech. Phys. Solids. 1992. -N40. — pp. 783−981.
- Harlow F., Welch J. Numerical calculation of time dependent viscous incompressible flow of fluid with free surface // Physics of fluids. 1965. — V.8. -pp. 2182−2189.
- Kirkwood D., Kapranos P. Semisolid processing of advanced materials // Casting Technology. 1989. — N. 12. — pp. 16−19.
- Kattamis Т., Lalor P., Piccone T. Formation and evolution of a duplex dendritic microstructure // Microstructure design by solidification processing. A pub. Of TMS. 1992. — pp. 33−56.
- Lee H. Structure and segregation of stir-cast aluminum alloys // Solidification technology in the foundry and cast house. The metal society, Londone. — 1980. -pp. 119−125.
- Sannes S., Arnberg L., Flemings M.C. Rheological behavior and microstructure of Al-6.5%Si // Light metals. 1996. — pp. 795−798.
- Kiuchi M., Sugiyama S. Application of mushy state extrusion // Journal of materials shaping technology. 1990. — N.8. — pp.39−51.
- Suery M., Flemings M.C. Effect of strain rate on deformation behavior of semisolid dendritic alloy // Metallurgical Transactions A. 1982. — V.13A. -N.10.-pp. 1809−1819.
- Zillgen M., Hirt G. Microstructural effects of electromagnetic stirring in continuous casting of various aluminum alloys // Proceedings 4th international conference on semi-solid processing of alloys and composites. 1996. — pp. 180 186.
- Nussbaum A. Semisolid forming of aluminum and magnesium // Light metal age. 1996. -N.6. — pp. 6−22.
- Vives C. Elaboration of semisolid alloys by means of new electromagnetic rheocasting processes // Metallurgical Transactions B. 1992. — V.23B. — pp. 189−206.