Введение к работе
Актуальность темы лиооерташи, Обеспечение стабильного технологического процесса получения качественного литья из алюминиевых сплавов представляет одну из важнейших задач литейного производства и теоно связано о экономическими показателями работы литейных цехов или предприятий. Одним из наиболее эффективных путей решения этой задачи являетоя использование в современном литейном производстве экопреоо-методов контроля и управления качеством сплавов в процессе плавки, для реализации которых все большее применение находит метод компьютерного термического анализа. Однако в настоящее время имеется ряд нерешенных проблем ' теоретического и практического характера, связанных о разработкой и использованием систем экспресс-анализа качества сплавов в технологических процеооах изготовления отливок. В частности, недостаточная разработанность методов оценки качественных (номинальных) характеристик структуры и свойств алюминиевых сплавов по кривой охлаждения и выбора параметров кристаллизации для управления их отруктурой о учетом влияния жидкого состояния сплава оущеотвенно снижают эффективность работы таких систем.
В связи о выаеиэложенным актуальним являетоя исследование взаимосвязи параметров кристаллизации о характеристиками жидкого и твердого состояния литейных алюминиевых сплавов и оовершенотвование методов контроля и управления их отруктурой и свойствами.
_Связь.работы о крупными научными программами. Настоящая работа выполнена в соответствии, о тематикой НИР программы пятилетнего плана Совета Министров и Академии наук Республики Беларусь в области естественных, технических и обществен -иных наук на 1986-1990 гг. (программа "Материал 28*', п.128, N гоо.региотрации 01860053050) и в соответствии о планом научно-исследовательских а программ Белорусской государственной политехнической академии: "Разработка технологических
основ литейного производства" (ГБ-91-15, 1992 г.), "Анализ и повышение качества отливок из черных и цветных сплавов" (ГБ-91-80, 1992 г.). "Разработка технологических оонов изделия автоматизированных процессов литейного производства" (ГБ-9І-І5, 1992 г.), а также в рамках хозяйственных договоров "Разработка литейного сплава о повышенной жидкотеку-чеотью" N 1789/89 (Вильнюсский завод отроительно-отделочных машин), "Разработка системы управления качеством сплава в уоловиях завода "Зенит" БелОМО (г.ВилеЙка) N 475,
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы являлся факторный анализ параметров процесса кристаллизации, определяющих морфологию овтектических фаз силуминов, и разработка на этой основе метода акопресоного анализа структуры литейных алюминиевых сплавов.
Для реализации поставленной цели были сформулированы и решены следующие задачи:
установить взаимосвязь параметров различных участков кривой охлаждения и морфологии эвтектических фаз силуминов;
последовать влияние жидкого оостояния силуминов на процесс кристаллизации и их микроструктуру после затвердевания;
установить взаимосвязь между параметрами кристаллизации и. температурой нагрева оилуминов в жидком ооотоянии;
разработать метод выбора параметров кристаллизации для контроля и управления структурой литейных алюминиевых сплавов; . . - .
определить оптимальные совокупности параметров кристаллизации для контроля и управления морфологией кремния и железосодержащих фаз в многокомпонентных силуминах - сплавах систем Al-Si-Fe-Sr и Al-Si-Fe-Mn-Ms
- результаты работы апробировать в промышленных уоловиях.
Научная новизна работы. Работа содержит новые научно обоснованные экспериментальные результаты в области кристаллизации модифицированных алюминиевых сплавов, совокупность которых имеет существенное значение для развития процессов'
контроля и управления качеством продукции цветнолитейного производства. Научная новизна полученных результатов заключается в следующем:
-
Разработан новый метод анализа морфологии кремния и железосодержащих фаз в оилуиинах, отличающийся от известных тем, что позволяет проводить номинальную оценку морфологии фаз о использованием многомерных пространств признаков, построенных на основе факторного анализа параметров процесса кристаллизации сплавов.
-
Установлены новые особенности Формирования эвтектических фаз о различной морфологией в сплавах систем Al-Si-Na и Al-Si-Sr. Показано, что различия в характере эвтектической кристаллизации сплавов оистем Al-Si-Na и Al-Si-Sr определяются различной способностью к зародышеобразованию и росту деидритообразных кристаллов эвтектической ot-фазн на поверхности первичных кристаллов твердого раствора алюминия в начальной отадии эвтектической- кристаллизации модифицированных натрием и стронцием сплавов.
-
Получены новые данные о влиянии гидкого состояния силуминов на процесс их криоталлизации. Установлена взаимосвязь параметров кристаллизации о аномальными изменениями свойств расплавов силуминов, заключающаяся в том, что их нагрев в жидком состоянии до температур, соответствующих аномальным изменениям на политермах плотности, приводит к увеличению максимальной скорости выделения твердой фазы при кристаллизации сплава и изменению параметров переохлаждения а-твердого раствора.
4. Впервые для исследования взаимосвязи характеристик
жидкого состояния и параметров процесса кристаллизации Al-Si
сплавов предложен и практически реализован статистический
метод, основанный на анализе знака коэффициента корреляции
между параметрами кривой охлаждения и температурой жидкого
состояния сплава. Получены зависимости параметров кривых
охлаждения доэвтектаческих Al-Si сплавов от интервала темпе
ратурной обработки сплавов в жидком состоянии.
Практическая и экономическая значимость полученных результатов ооотоиг в разработке:
- технологичеохого процесса получения отливок "корпус гвоз-
дезабивного пистолета" из оплава АКЗ для условий завода
строительно-отделочных. машин (г.Вильнюо), что позволило по
лучить экономический эффект в размере 252 332 тыо. рублей в
'ценах 1992 года;
экспреооного метода контроля и управлений качеотвом сплава АК9Ы2 в литейном.цехе- завода "Зенит" БелОМО (г.Вилейка), что дало возможность снизить брак на 8 по обрабатываемости отливок "корпус фотоаппарата" и получить экономический эффект 1 770 320 рубле» в Ценах І993 года;
программного обеспечения для системы управления качеством литейных алюминиевых оплавоз в жидком состоянии.
В связи о вышеизложенным на зашиту выносятся:
методики расчета и выбора параметров кристаллизации для контроля и управления структурой и овойотвами силуминов, позволяющих по кривой охлаждения пробы расплава определять морфологи» эвтектических фаз и обеспечивающих оценку характеристик качества Al-Si сплава;
установленные взаимосвязи между параметрами кристаллизации и характером отруктурообразования эвтектических фаз о различной морфологией в оплавах систем Al-Si-Cu, Al-Sl—Fe, Al-Si-Ы& Al-Si-Mn, модафицировакных натрием и стронцием;
установленные взаимосвязи между-параметрами кристаллизации И характеристиками жидкого состояния силуминов - температурой и плотностью сплавов в жидкой фазе;
экспериментальные .зависимости между температурой нагрева силуминов в жидком состоянии и свойствами сплавов после затвердевания (механическими, литейными, микроструктурой);
результаты определения параметров кристаллизации для контроля и управления морфологией кремния и железосодержащих фаз в оплавах систем Al-Si-Fe-Sr и Al-Si-Fe-Mn-Me.
Дцчмкй вклад соискателя-в совместных работах, результаты которых вошли в диссертацию, заключается в следующем: авто-
ром лично получены все результаты экспериментальных исследований; разработаны программное обеспечение, методика расчета параметров кристаллизации и проведена 'математическая обработка экспериментальных данных на ЭВМ; выполнен анализ и обобщение полученных результатов. Совместные работы соискателя выполнены в соавторстве о научнни руководителем диссертационной работы доцентом А.НЛичко, которому принадлежит постановка цели и задач исследований, а такае о профессором В.Ф.Соболевым, принимавшим участие в обсуждении полученных результатов.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы доложены и обсуждены на научно-технических конференциях: XIX Symposjum naulcove wydzialu odlevmictwa (r.Krakow, І993), Международная конференция "ЗКОЛИТ" (г.Нинок. 1993), "Наследственность в литых сплавах" (г.Сакара, 1993), "Современные литейные материалы и технология получения отливок" (г.Саккт— Петербург, 1992), "Разработка технологических процессов литья, проектирование оснастки и анализ качества отливок с использованием ЭВМ" (г.Ярсолавль, 1990).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 13 научных работ, включая 3 статей, 4 тезиоа докладов на научно-технических конференциях и 1 положительное рейекие на выдачу патента.
Структура и сбт>ем диссертации. Диссертация состоит из введения, общей характеристики работу, пяти глав (73 страницы машинописного текста), в которых 56 рисунков и 19 таблиц, приложения (35 страниц), описка использованных источников (140 наименований).