Показать меню Технической информации

О возможности повышения пластичности вторичных силуминов фильтрованием расплавов

(А.В. Курдюмов, Т.А. Базлова, МИСиС, ж. "Литейное производство" №8, 1991 г.)

При изготовлении отливок из вторичных силуминов машиностроительные заво­ды, как правило, используют готовые сплавы в виде чушек. Обычно перед разливкой в формы расплав рафинируют от растворенного газа и частично от оксидных включений.

Вследствие медленной кристаллизации в чушках вторичных силуминов форми­руется весьма грубая структура с крупными частицами интерметаллидных фаз, образо­вавшихся при высоких температурах. При переплаве чушек с небольшим перегревом над ликвидусом сплава и малым временем выдержки в печи эти частицы могут не ус­петь раствориться и попадают в отливку. При таком режиме плавки возможно удаление из расплава части нерастворившихся интерметаллидов фильтрованием через зернистые фильтры перед заливкой его в формы.

Исследование влияния фильтрования на структуру и свойства вторичных силу­минов проводили на сплаве АК9М2. Фильтровали через пористый фильтр из Аl₂Оз и зернистые фильтры из магнезита MgO, сплава фторидов (50 % CaF₂ + 50 % MgF₂), хло­рида натрия NaCl. Эффективность очистки расплава при фильтровании оценивали по микро- и макроструктуре сплава, механическим свойствам и структуре поверхности разрушения образцов.

Изучение макроструктуры образцов показало, что в результате фильтрования че­рез фториды и пористый фильтр увеличивается размер зерна. Если в нефильтрованном сплаве размер зерна ~ 400 мкм, то после фильтрования через фильтр из фторидов он увеличивается примерно в 5 раз и составляет 2 мм. При фильтровании через пористый фильтр из AI2O3 размер зерна увеличивается в меньшей степени лишь в 2 раза. По всей видимости, рост зерна свидетельствует о том, что при фильтровании расплав очищает­ся от тонкодисперсных включений оксидов, являющихся центрами кристаллизации алюминиевого твердого раствора. При фильтровании через NaCl и MgO размер зерна исследуемого сплава практически не изменяется.

Рис.1 Микроструктура АК9М2 (х200) в исходном со­стоянии (а) и после фильтрации через сплав фторидов (б)

Микроструктура   сплава АК9М2 до и после фильтрования по­казана на рис. 1. В результате фильт­рования через фильтр из сплава фто­ридов происходит модифицирование эвтектического кремния. Во всех ос­тальных случаях морфология частиц кремния не изменилась. Кроме того, фильтрование через фильтр из сплава фторидов привело к некото­рому уменьшению (примерно в 2 раза) доли железосодержащих фаз [в частности α (А1, Si, Fe, Мп, Сr)-фазы].

После фильтрования через пористый фильтр из AI₂O₃ и NaCl качественного из­менения микроструктуры по сравнению с микроструктурой нефильтрованного сплава не произошло, однако доля железосодержащих фаз уменьшилась. Фильтрование через MgO привело к сильному огрублению железосодержащих фаз в сплаве. Наряду с обыч­ными скелетными частицами наблюдаются грубые «звездообразные» или компактные включения железосодержащих фаз.

Были оценены величины работы адгезии алюминидов переходных металлов (FeAl₃, СrA1₇ , Мn А1₆ и других) к поверхности зерен различных фильтров. Оказалось, что все эти соединения должны более активно взаимодействовать с фильтром из сплава фторидов (величина работы адгезии в этом случае имеет наибольшее значение). По-видимому, и для более сложных соединений железа работа адгезии к поверхности сплава фторидов также достаточно велика, и поэтому при использовании такого фильтра часть нерасплавленных частиц железосодержащих фаз удаляется из расплава.

Анализ микро- и макроструктуры позволил предположить, что пластичность сплава АК9М2 после фильтрования через фильтр из сплава фторидов будет выше, чем в остальных случаях. Результаты механических испытаний сплава АК9М2 после фильт­рования в литом состоянии и после закалки (520°С, 6 ч, закалка в воде с 20 °С) под­твердили это предположение.

Полученные данные позволяют заключить, что наиболее эффективным материа­лом для фильтрования вторичного медистого силумина АК9М2 является сплав фтори­дов (50 % CaF₂ +50 % MgF₂). При использовании фильтров из этого материала расплав очищается от тонкодисперсных включений оксидов, из расплава удаляются крупные частицы соединений железа и кремний модифицируется в эвтектике, что приводит к повышению пластичности сплава как в литом, так и в закаленном состояниях.

В отличие от сплава фторидов положительное действие фильтра из А1₂0з на пла­стичность сплава АК9М2 основано главным образом на удалении из расплава тонко­дисперсных включений оксидов, о чем свидетельствует увеличение размера зерна. О положительном влиянии фильтрования через фториды на структуру и свойства сплава АК9М2 свидетельствует и структура поверхности разрушения.

После фильтрования через фильтр из сплава фторидов изменяется характер из­лома. Разрушение модифицированной эвтектики обусловливает образование в изломе колоний относительно мелких ямок, разделенных участками вязкого раз­рушения алюминиевого твердого раствора (рис. 2, б).

Рис. 2. Структура поверхности разрушения сплава АК9М2 (а, б по рис. 1).

На поверхности разрушения нефильтрованного сплава часто встречаются обширные участки (раз­мером >100 мкм) хрупкого разруше­ния, имеющие вид «звезд» (А на рис. 2, а). Нередко такие «звезды» образуют практически непрерывную сетку на поверхно­сти излома. Такие «звезды» представляют собой участки скола по крупным интерме- таллидам, содержащим железо. После фильтрования через сплав фторидов такие участки встречаются значительно реже, их размеры меньше, и они изолированы друг от друга. Такая структура подтверждает вывод об удалении из расплава крупных интерме- таллидных включений при фильтровании через фториды. Структура изломов сплава АК9М2, фильтрованного через А1₂0з, NaCl и MgO, аналогична структуре поверхности нефильтрованного сплава.

Необходимо отметить, что все эксперименты по фильтрованию проводили при температуре расплава 720 °С, что на 120 °С выше температуры ликвидуса сплава. Ви­димо снижение температуры фильтрования позволит отделить еще больше интерметаллидов железа. Напротив, повышение температуры расплава или увеличение длительно­сти выдержки его при заданном перегреве приведет к более полному растворению же­лезистых фаз, и, следовательно, степень очистки от них при фильтровании будет уменьшаться. Из этого следует, что плавку необходимо вести таким образом, чтобы бы­стро достигнуть температуры фильтрования, не допуская перегрева расплава и длитель­ной выдержки перед фильтрованием. После фильтрования расплав необходимо сразу использовать или хранить в раздаточных печах при температуре заливки.

Таким образом, для повышения пластичности вторичного медистого силу­мина АК9М2 можно предложить фильтрование через фильтр из сплава фторидов (50 % CaF₂ + 50% MgF₂).