Влияние скорости охлаждения при кристаллизации сплава «медь — фосфор» на его способность измельчать первичный кремний в заэвтектических силуминах | Статья в сборнике международной научной конференции

Отправьте статью сегодня! Несмотря на коронавирус, электронный вариант журнала выйдет 18 апреля.

Опубликовать статью в журнале

Автор:

Научный руководитель:

Рубрика: 7. Технические науки

Опубликовано в

V международная научная конференция «Исследования молодых ученых» (Казань, декабрь 2019)

Дата публикации: 08.11.2019

Статья просмотрена: 41 раз

Библиографическое описание:

Нгуен К. Х. Влияние скорости охлаждения при кристаллизации сплава «медь — фосфор» на его способность измельчать первичный кремний в заэвтектических силуминах [Текст] // Исследования молодых ученых: материалы V Междунар. науч. конф. (г. Казань, декабрь 2019 г.). — Казань: Молодой ученый, 2019. — С. 23-28. — URL https://moluch.ru/conf/stud/archive/353/15411/ (дата обращения: 06.04.2020).



В статье приводятся проведенные НИТУ МИСиС исследования по определению влияния модифицирующей обработки лигатурами медь-фосфор на дисперсность кристаллов первичного кремния. Применение таких лигатур в технологии получения коммерческих заэвтектических силуминов позволит существенно повысить характеристики последних и даст перспективу конструирования новых Al-Si сплавов [1].

Заэвтектические силумины применяются и являются перспективным материалом для автодвигателестроения. В настоящее время самым распространенным модификатором заэвтектических силуминов является фосфор, который вводится в расплавы в виде лигатур медь-фосфор (Си-Р) с различной массовой долей фосфора в них. Поэтому разработка фосфорсодержащих лигатур различной структуры, позволяющих уменьшать первичные кристаллы кремния в силумине, является актуальной задачей.

Степень дисперсности кристаллов первичного кремния во многом определяет уровень физико-механических и эксплуатационных характеристик заэвтектических силуминов.

Медь-фосфорную лигатуру использовали в четырех состояниях (разные скорости охлаждении) (таблица 1).


Таблица 1

Медь-фосфористые лигатуры

Лигатуры

Способ приготовления (скорость охлаждения)

Фазовый состав

Примечания

1

Сплав МФ с содержанием фосфора 9,2 массы. %. (Лигатура в виде круга — Ф10) [4,10]

– Получена литьём в графитовый кристаллизатор

– Скорость охлаждения сплава в процессе кристаллизации, определённая графически по кривой охлаждения, составила 20° С/с

Интерметаллид Сu3P и эвтектика (α+ Сu3 P)

Размер Сu3P составляет 150–200 мкм

2

Сплав МФ с содержанием фосфора 8,0 массы %. (Лигатура в виде круга — Ф2,5 мм) [4,10]

– Получена литьём в графитовый кристаллизатор

– Скорость охлаждения сплава в процессе кристаллизации, определённая графически по кривой охлаждения, составила 50°С/с

Дендрит — αCu и эвтектика — (αCu + Сu3P)

Дендрит αCu содержит 1,46 % массы растворённого фосфора.

Средний размер дендритов αCu составляет 5,6 мкм

3

Сплав МФ 7,0 с содержанием фосфора 7,0 м. %. (Лигатура в виде ленты толщиной 1–1,5 мм) [4,10]

– Получена литьём в валковый кристаллизатор.

– Скорость охлаждения сплава в процессе кристаллизации — 1000°К/с

Дендрит — αCu и эвтектика — (αCu + Сu3P)

Дендрит αCu содержит 1,64 % массы растворённого фосфора.

Средний размер дендритов αCu составляет 4,47 мкм

4

Сплав МФ 7,0 с содержанием фосфора 7,0 м. %. (Лигатура в виде ленты толщиной 0,4 мм) [4,15]

– Получена методом боковой подачи расплава на вращающийся валок-кристаллизатор.

– Скорость охлаждения сплава в процессе кристаллизации — 10.000° К/с

Дендрит — αCu и эвтектика — (αCu + Сu3P)

Дендрит αCu содержит 1,80 % массы растворённого фосфора.

Средний размер дендритов αCu составляет 3,6 мкм


Проведенные исследования показали, что чем выше скорость охлаждения медь-фосфорной лигатуры в процессе кристаллизация, тем больше содержится фосфора в дендрите αCu и меньше их размер (рис. 1).

Рис.1. Влияние скорости охлаждения на содержание растворённого фосфора в αСu

Модифицирование проводили при температуре 8000С. Образцы заготовок диаметром 20 мм и высотой 90 мм из сплава АК21М2,5Н2,5 для исследования структуры и определения механических свойств изготавливали литьем в стальной кокиль [3,6,9].

Модификатор в количестве 1,0 % от массы расплава в виде лигатур-МФ вводили в жидкий металл механическим замешиванием графитовым прутком.

Из середины полученных литых заготовок вырезали образцы, которые шлифовали, полировали и травили водным раствором кислот (1 % HF) [3,12].

Дисперсность микроструктур заэвтектических силуминов оценивали методом сравнительного анализа размеров кристаллов первичного кремния.

Таблица 2

Результаты эксперимента

Номер сплава

Состояние модифицирующего сплава

Размеры кристаллов первичного кремния (мкм)

рис 3.

Средний твердость — комнатная температура

(НB 2.5/62.5) — рис 4.

1

АК21М2,5Н2,5 без модифицирования

94,0

132,0

2

АК21М2,5Н2,5 + Лигатура МФ9,2, скорость охлаждения 20° С/с

34,0

128,6

3

АК21М2,5Н2,5 + Лигатура МФ8,0, скорость охлаждения 50° С/с

30,0

127,9

4

АК21М2,5Н2,5 + Лигатура МФ7, скорость охлаждения 1000° К/с

20,0

126,6

5

АК21М2,5Н2,5 + Лигатура МФ7, скорость охлаждения 10000° К/с

20,5

125,5

Структуры сплава АК21М2,5Н2,5 после обработки его лигатурами Cu–P показана на рисунке 2.

а б

D:\LUAN AN TS\Luan an Hanh\7 мая 2018\DAU\М 06 х100 -1.jpg в г

д

Рис. 2. Микроструктура сплава АК21М2,5Н2,5 до (а) и после модифицирования (б-д)

Рис.3. Зависимость структуры сплава АК21М2,5Н2,5 от обработки его лигатурами Cu — P.

Рис. 4. Твердость сплава АК21М2,5Н2,5 при комнатной температуре.

Номер сплава на графике соответствует номеру сплава в таблице 2.

Заключение. Установлено, что структура лигатуры медь-фосфор зависит как от содержания введённого в неё фосфора, так и от скорости охлаждения в процессе её кристаллизации.

При этом, чем больше скорость охлаждения в процессе кристаллизации лигатуры, тем меньше размер дендритной ячейки и больше растворённого в ней фосфора.

Установлено, что максимальный эффект измельчения кристаллов первичного кремния заэвтектическом силумине АК21М2,5Н2,5 достигается при вводе в его расплав лигатур МФ7, кристаллизующихся при скоростях охлаждения 103–104 К/с и имеющих в своём составе растворённый фосфор, и достигает постоянного минимального её значения при его содержании 1,64 масс % и более.

При обработке сплава АК21М2,5Н2,5 лигатурой МФ7, содержащей в своем состав растворенный фосфор в количестве 1,64 массы % и более, размер кристаллов первичного кремния минимален и имеет практически постоянную величину (20–21 мкм).

Твёрдость сплава АК21М2,5Н2,5 после введения в него лигатур МФ, не зависимо от содержания в них фосфора и скорости охлаждения в процессе кристаллизации, монотонно снижается с 132 НВ (Сплав без модифицирования) до 125,5 НВ (Сплав модифицирован лигатурой МФ). При этом наблюдается корреляция во влияниях модифицирующей обработки на его структуру и твёрдость. Следовательно, можно заключить, что фосфор, не зависимо от того в каком виде он находится в составе лигатуры МФ, уменьшает твёрдость сплава АК21М2,5Н2,5.

Литература:

  1. В. П. Гавриюк, В. И. Бондаревский Влияние микрокристаллической лигатуры Cu-7 %P на дисперсность кристаллов первичного кремния в заэвтектическом силумине// Литье -2011. С.228–230.
  2. Стеценко В. Ю. Модифицирование силуминов мелкокристаллическими алюминиевыми сплавами// Машиностроение и машиноведение. 2009, № 1. С. 21–24.
  3. Селиванов А. А. Влияние фосфора и церия на структуру эвтектического силумина АК12ММгН и разработка технологии изготовления из него норшней для автомобильных двигателей// Автореферат дисс. канд. техн. наук. МИСиС, 2006.
  4. Филипова И. А. исследование и разработка модификаторов, закаленных из жидкого состояния, и технологии модифицирования доэвтектических силуминов с целью получения высококачественных отливок транспортного машиностроения// Автореферат дисс. канд. техн. наук. МИСиС, 2011
  5. Никитин К. В. Модифицирование и комплексная обработка силуминов // Самара. — 2006.
  6. Белов Н. А. Поршневые силумины // Москва — 2011.
  7. Строганов Г. Б., Фотенберг В. Л., Гершман Г. Б. Сплавы алюминия с кремнием // М: Металлургия, 1977
  8. Гусева В. В. Влияние примесей на процесс кристаллизации и структуру заэвтектических силуминов и разработка плавки поршневых сплавов// Автореферат дисс. канд. техн. наук. М., 1993.
  9. Белов М. В. Исследование кристаллизации Al-Si сплавов и разработка легкоплавких фосфорсодержащих лигатур с целью повышения качества литых поршневых заготовок// Автореферат дисс. канд. техн. наук. МИСиС, 2007.
  10. Кривопалов Д. С. Применение микрокристаллических модификаторов при подготовке алюминиевых расплавов к литью с целью повышения качества литых изделий// Автореферат дисс. канд. техн. наук. Нижний Новгород, 2016.
  11. Напалков, В. И. Легирование и модифицирование алюминия и магния // Москва.: МИСиС, 2002. — 376 с.
  12. Альтман, М. Б. Рафинирование алюминиевых сплавов в вакууме // Москва.: Металлургия, 1970. — 160 с.
  13. Белов, Н. А. Атлас микроструктур промышленных силуминов: Справ. // Москва.: МИСиС, 2009. — 204 с.
  14. Строганов, Г. Б. Сплавы алюминия с кремнием // Москва.: Металлургия, 1977. — 272 с.
  15. Таволжанский С. А. Анализ процесса получения лент медно-фосфорного припоя методом боковой подачи расплава на вращающийся валок-кристаллизатор // Москва.: Конференция «Прогрессивные литейные технологии», 2015. — 93 с.
Основные термины (генерируются автоматически): скорость охлаждения, лигатура, растворенный фосфор, первичный кремний, процесс кристаллизации, Скорость охлаждения сплава, содержание фосфора, размер дендритов, номер сплава, Сплав.

Похожие статьи

Анализ процесса литья алюминия в кристаллизаторе...

Скорость опускания поддона подбирается так, чтобы слиток не застывал по всему сечению, а

Скорость литья тем больше, чем меньше сечение отливаемого слитка.

Анализ процессов кристаллизации показал, что дальнейшее повышение качества слитка можно достигнуть...

Повышение прочностных характеристик титановых сплавов

Современное машиностроение трудно представить без термической обработки. С её помощью можно повысить прочностные характеристики любого металла (Рис. 1). В нашей статье речь пойдет о термической обработке титановых сплавов.

Влияние скорости охлаждения при кристаллизации сплава...

Библиографическое описание: Нгуен К. Х. Влияние скорости охлаждения при кристаллизации сплава медь-фосфор на его способность измельчать первичный кремний в заэвтектических силуминах [Текст]

Номера журнала. Тематические журналы. Научные конференции.

Исследование сплавов на основе никеля, применяемых...

В литературе имеются сведения о структуре и фазовом составе сплавов никель-фосфор с различным содержанием никеля и фосфора, а также сплавов Ni-P-Bi и Ni-P-Sn.

Повышение температуры прогрева до 500°C приводит к углублению процессов кристаллизации.

Измерение импульсным методом коэффициента теплового...

Методика измерения теплового расширения остается прежней. Скорость самообогревания в разных температурных интервалах различна, ее величины представлены в таблице 1. Таблица 1. Зависимость скорости самоотогревания системы от температуры.

Повышение качества отливок из стали 110Г13Л путем...

Основной причиной является формирование при кристаллизации стабильных карбидов

Нагрев производился со скоростью 10 град/мин с выдержкой 15 минут, через каждые 50°С, от

Время изотермической выдержки зависит от размеров и конфигурации отливок и подбирается...

Освоение технологии производства высокоуглеродистого...

Содержание кремния в сплаве может составить 2–4 %, если применить в качестве флюса кварцит. При большом избытке углеродистого восстановителя содержание кремния в феррохроме при нормальном режиме процесса будет в пределах 5–8 % [1, 2]...

Влияние технологических примесей на механические свойства...

Кремний, никель и медь проявляют обратную ликвацию и сосредоточиваются преимущественно в первичных дендритах. Эти элементы повышают термодинамическую активность углерода и вытесняют его из областей, богатых этими элементами, т. е. из первичных дендритов.

Анализ температурного профиля пайки оплавлением

Рекомендуемая скорость охлаждения 3–4 °С/с до температуры ниже 130 °С. В результате нарушения температуры и времени охлаждения могут возникнуть дефекты, представленные в таблице 2. Таблица 2. Дефекты, возникающие на стадии охлаждения.

Похожие статьи

Анализ процесса литья алюминия в кристаллизаторе...

Скорость опускания поддона подбирается так, чтобы слиток не застывал по всему сечению, а

Скорость литья тем больше, чем меньше сечение отливаемого слитка.

Анализ процессов кристаллизации показал, что дальнейшее повышение качества слитка можно достигнуть...

Повышение прочностных характеристик титановых сплавов

Современное машиностроение трудно представить без термической обработки. С её помощью можно повысить прочностные характеристики любого металла (Рис. 1). В нашей статье речь пойдет о термической обработке титановых сплавов.

Влияние скорости охлаждения при кристаллизации сплава...

Библиографическое описание: Нгуен К. Х. Влияние скорости охлаждения при кристаллизации сплава медь-фосфор на его способность измельчать первичный кремний в заэвтектических силуминах [Текст]

Номера журнала. Тематические журналы. Научные конференции.

Исследование сплавов на основе никеля, применяемых...

В литературе имеются сведения о структуре и фазовом составе сплавов никель-фосфор с различным содержанием никеля и фосфора, а также сплавов Ni-P-Bi и Ni-P-Sn.

Повышение температуры прогрева до 500°C приводит к углублению процессов кристаллизации.

Измерение импульсным методом коэффициента теплового...

Методика измерения теплового расширения остается прежней. Скорость самообогревания в разных температурных интервалах различна, ее величины представлены в таблице 1. Таблица 1. Зависимость скорости самоотогревания системы от температуры.

Повышение качества отливок из стали 110Г13Л путем...

Основной причиной является формирование при кристаллизации стабильных карбидов

Нагрев производился со скоростью 10 град/мин с выдержкой 15 минут, через каждые 50°С, от

Время изотермической выдержки зависит от размеров и конфигурации отливок и подбирается...

Освоение технологии производства высокоуглеродистого...

Содержание кремния в сплаве может составить 2–4 %, если применить в качестве флюса кварцит. При большом избытке углеродистого восстановителя содержание кремния в феррохроме при нормальном режиме процесса будет в пределах 5–8 % [1, 2]...

Влияние технологических примесей на механические свойства...

Кремний, никель и медь проявляют обратную ликвацию и сосредоточиваются преимущественно в первичных дендритах. Эти элементы повышают термодинамическую активность углерода и вытесняют его из областей, богатых этими элементами, т. е. из первичных дендритов.

Анализ температурного профиля пайки оплавлением

Рекомендуемая скорость охлаждения 3–4 °С/с до температуры ниже 130 °С. В результате нарушения температуры и времени охлаждения могут возникнуть дефекты, представленные в таблице 2. Таблица 2. Дефекты, возникающие на стадии охлаждения.