Введение к работе
істуальность работы. В условиях рыночной экономики, дефицита металла и ергоносителей производство качественного литья является первостепенной дачей литейного производства. Это в полной мере относится к производству юминиевых отливок, которые все чаще заменяют заготовки из чугуна и стали.
Рост потребления алюминиевых изделий неизбежно приводит к коплению отходов в производстве/ которые используют для получения оричных сплавов. Удовлетворение постоянно растущей потребности в юминиевых сплавах невозможно без устранения существующего различия в честве первичных и вторичных сплавов. Особенно остро эта проблема стоит я регионов страны, которые не имеют собственной алюминиевой юмышленности, но располагают значительными мощностями по производству юминиевого литья.
Для производства конкурентоспособных отливок из ' низкосортных яхтовых материалов необходимо создание эффективных технологий вышения свойств сплава и качества отливок из него. К числу мер, зволяющих решить такую задачу, наиболее эффективно, следует отнести еспечение высокой чистоты материала отливок по газовым и твердым металлическим включениям, ухудшающими практически все показатели чества литого'металла.
Тщательная организация сбора, сортировки и переработки алюминиевого ма совместно с эффективными технологиями плавки и рафинирования зволяет обеспечить высокое качество получаемых отливок без полнительного дорогостоящего модифицирования, обеспечивающего лаемые изменения морфологических особенностей структурных ставляющих (первичных фаз и эвтектики).
В настоящее время брак по герметичности литых деталей отдельных именований достигает 60...70%. Важнейшим резервом улучшения качества тья является повышение чистоты сплавов по газовым и твердым металлическим включениям, достигаемое в результате изыскания и вершенствования методов рафинирования расплава, получаемого из отходов тейного и кузнечно-штамповочного производств.
Важнейшей задачей, стоящей перед работниками различных отраслей родного хозяйства, также является всемерное сокращение норм расхода териалов при изготовлении изделий. Особенно большие резервы экономии талла могут быть реализованы при широком внедрении прогрессивной миологии производства изделий по схеме литьё-штамповка. В первую очередь, и внедрении прогрессивной технологии обработки металлов давлением эбходимо решить задачу подготовки заготовок, которые должны иметь ібильную массу и геометрию, близкую к исходному профилю для штамповки, вменение литых заготовок, имеющих оптимальную форму, с точки зрения следующей деформации, обеспечивает существенную экономию металла в шнении с общепринятой технологической схемой, предусматривающей
выплавку слитков, получение деформированной заготовки и окончательну штамповку полуфабрикатов. При этом сокращаются транспортные операци уменьшается количество нагревов и переходов при штамповке.
Улучшение эксплуатационных характеристик литой детали достигаете главным образом, в результате повышения физической однородности металл сокращения макро-, микро- и субмикроскопических дефектов. Один из путе повышения качества отливок - использование физико-механических методе воздействия на расплав, позволяющих повысить механические эксплуатационные свойства отливок.
Таким образом, разработка технологии приготовления литейных деформируемых алюминиевых сплавов на основе отходов собственно! производства является важной народнохозяйственной задачей, для решеш которой необходимо совершенствование методов рафинирования расплаве расплава для повышения плотности, герметичности отливок и коэффициен' использования материала за счет применения литых заготовок под штамповку.
Настоящая работа состоит из трех основных разделов:
-разработка технологии получения герметичных отливок из отходе собственного производства путем совершенствования процесса рафинировані расплава и создания соответствующего оборудования для его осуществления;
-разработка технологии получения литых заготовок из сплава марки АК4-
на основе отходов кузнечно-штамповочного производства до
последующей штамповки (литье-штамповка);
-производственные испытания и внедрение разработаннь
технологических процессов в производство в цехах Комсомольского - на
Амуре авиационного производственного объединения (КнААПО).
Цель работы заключается в разработке и внедрении ресурсосберегающі технологий плавки и рафинирования алюминиевых сплавов из отходе собственного производства для получения заготовок методоми литья и лить штамповки с высокими эксплуатационными свойствами.
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи
-исследование влияния различных способов рафинирования (металлої геттером, газофлюсовой смесью, методами внутреннего вакуумирования электровакуумной обработки) расплавов на газосодержание, герметичност физико-механические свойства литейных алюминиевых сплавов;
-исследование, разработка новых методов рафинирования и создан] специальных устройств и оборудования для их осуществления;
-исследование и разработка технологических процессов произведет отливок из отходов собственного производства;
-исследование и разработка технологических процессов производст; литых заготовок из отходов деформируемых алюминиевых сплавов д. последующей штамповки (литье-штамповка):
-установление зависимостей механических свойств изделий от способов і получения и режимов термообработки;
-разработка методов повторно-сгатических испытаний изделі (усталостное разрушение, усталостная прочность, е{)актичсская прочность)
авнительная оценка эксплуатационных свойств деталей, .изготовленных :тодом штамповки из литых и прессованных заготовок;
-производственные испытания и внедрение разработанных хнологических процессов.
Научная новизна
1 .Установлена и научно обоснована закономерность изменений зосодержания, герметичности и физико-механических свойств литейных юминиевых сплавов от способов рафинирования расплавов:
-для получения наилучшего комплекса механических свойств , = 365 МПа; 5 = 6%) и минимального газосодержания в сплаве АЛ34 = 0,08...0,10 см3/100г) необходимо проводить рафинирующую обработку сплава металлом-геттером (фторцирконатом калия и титановой стружкой ірки ВТ-16 в количестве 0,2 мае. %) в течение 6...7 мин при 740С; ікроструктура вакуумных проб соответствовала первому баллу пористости;
-при обработке расплавов (АЛ9 и АЛ34) газофлюсовой смесью ас. %: NaCl - 33; КС1 - 47; Na3AIF6 - 20) достигается наиболее эффективное финирование расплавов при расходе флюса 50 г/мин и газа - аргона до 5 л/мин в течение 2,0...3,0 мин (ое = 205 МПа; 5 = 5% для АЛ9 ио,= 360 МПа; = 7% для АЛ34 при G = 0,08...0,12 см3/100г); макроструктура вакуумных проб -рвый балл пористости;
-зависимость газосодержания от плотности постоянного тока 015...0,075 А/см2) и продолжительности его воздействия на расплав ...18 мин) имеет экстремальный характер изменения: минимальное юсодержание наблюдалось при 0,04 А/см2 и времени воздействия тока 15 мин;
-вакуумное рафинирование позволяет снизить газосодержание в расплаве 19 до 0,143...0,165 см3/100г при о% = 185 МПа; 5 = 4,5%; вакуумирование сплава с одновременной обработкой постоянным током (плотность тока на оде 0,04 А/см2; анод - чугунный тигель печи, катод - погруженный в расплав гановый электрод) в течение 15 мин значительно снижает газосодержание = 0,05 см /100г) и повышает механические свойства сплава АЛ9 , = 205 МПа; 5 = 6,5%);
-по мере увеличения продолжительности внутреннего вакуумирования ..21 мин) снижается газосодержание до 0,15 см /ЮОг при 15...21 мин; финирование расплава внутренним вакуумированием с одновременной работкой постоянным электрическим током (15 мин, 0,04 А/см2) значительно нжает газосодержание до 0,075 см'/ЮОг, данный метод уступает :ктровакуумному рафинированию.
2. Выявлена и обоснована технологическая возможность и перспективность пользования совмещенного процесса получения заготовок из алюминиевых кодов кузнечно-штамповочного производства литьем в кокиль и их следующей штамповки:
-для обеспечения заданных параметров механических свойств штамповок :таточная оптимальная деформация составляет 20%, что позволяет изготовить амповки без надрывов и трещин;
-среднее значение временного сопротивления разрыву у штампово полученных из прессованных и литых заготовок одинаково и составляї 400 МПа, а относительное удлинение у литейно-штампованной заготовки(7,5, выше, по сравнению со штамповкой из прессованной заготовки (6,0%);
-разработан следующий режим термообработки, заключающийся гомогенизационном отжиге литой заготовки (470...490С) для устранеш v дендритной ликвации и растворения интерметаллидных фаз Q и S с последующ! закалкой (530С) и искусственным старением (185...195С); при эте достигаются максимальные значения а, (430 МПа) и пластичность 5 (9%);
-сравнение геометрических параметров облоя, полученного і прессованной серийной и литой заготовок, показало, что ширина обл< штамповки, полученного из литой заготовки, уменьшается в 8...10 раз, атолшиї - в 4...6 раз; при этом коэффициент использования материала возрастает с 0,3 ; 0,7%;
-при проведении повторно-статических испытаний детали выдержш базовое число (1000) циклов нагружения (± 630кг) без разрушения; зап прочности деталей, изготовленных методом литье-штамповка, при проведені испытаний на статические нагрузки до разрушения составил 302.. .321%.
Научная новизна работы подтверждена двумя патентами на изобретения.
Основные положения, выносимые на защиту:
-результаты исследований влияния различных способов рафинирован!
металлом-геттером, газофлюсовой смесью, вакуумирование
электровакуумированием на структуру и качество получаемых отливок і алюминиевых отходов собственного производства;
-результаты экспериментальных исследований совмещенного процес получения заготовок, полученных из алюминиевых отходов кузнечн штамповочного производства; особенности процесса формирования качества свойств деталей из заготовок.
Практическая значимость и реализация результатов работы.
На основе теоретических и экспериментальных иселедовані разработаны:
-технологический процесс газофлюсового рафинирования алюминиевь сплавов;
-технологический процесс электровакуумного рафинирован] алюминиевых сплавов;
-технологический процесс получения алюминиевых отливок использованием отходов собственного производства;
-технологический процесс литья-штамповки деталей из отходов кузнечн штамповочного деформируемого алюминиевого сплава марки АК4-обеспечивающего повышение коэффициента использования материала.
Технологии приготовления алюминиевых сплавов и метод получен: заготовок совмещенным процессом литья-штамповки и руководят технические материалы (РТМ) нашли практическое применение на предприятн: авиационной промышленности. На КнААПО создан плавильный участе
пашенный плавильными печами собственного изготовления для проведения ектровакуумного рафинирования алюминиевых сплавов.
Внедрен процесс литья-штамповки заготовок из алюминиевых отходов знечно-штамповочного производства для наземного оборудования.
Суммарный экономический эффект от внедрения на КнААПО составил 00 тыс. руб. (в ценах 1998г.).
Результаты работы использованы в учебном процессе на кафедрах Лашины и технология литейного производства» в КнАГТУ и «Литейное юизводство и технология металлов» в ХГТУ.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены и
ісужденьї на: научно-технической конференции «Повышения эффективности юизводства литых заготовок» (Комсомольск - на - Амуре, 1981г.); XXX11 :есоюзной научно-технической конференции литейщиков «Повышение :хнического уровня литейного производства предприятий Сибири и Дальнего остока» (Улан-Удэ, 1982г.); научно-технической конференции «Вопросы теории технологии литейных процессов» (Комсомольск - на - Амуре, 1985г.); сесоюзном семинаре «Ускорение научно-технического прогресса в литейном эоизводстве Дальнего Востока» (Комсомольск - на - Амуре, 1986г.); XVII граслевой научно-технической конференции «Пути технического гревооружения и развития производства в современных экономических :ловиях» (Комсомольск - на - Амуре, 1998г.); III Всероссийской научно-эактической конференции «Современные технологии в машиностроении» Іенза, 2000г.).
Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 19 їботах, в том числе в тезисах докладов на научно-технических конференциях и шинарах, статьях в центральной печати и 2 изобретениях.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, списка
итературы и приложений. Материалы работы изложены на 154 страницах, эдержит 13 таблиц, иллюстрированы 42 рисунками. Список литературы эдержит 104 наименования.