Частицами SiC, от времени перемешивания

Применение скорости перемешивания расплавов более 40 об/мин приведёт к

разбрызгиванию жидкого металла. С увеличением времени перемешивания величина

зерна сплавов АЛ4 и АЛ4С начинает увеличиваться. Это объясняется тем, что частицы

SiC частично выводятся из расплава. Явление такого выведения частиц можно

объяснить действием центробежных сил, оттесняющих дисперсные частицы

модификатора к стенкам тигля, а затем выводящих их на поверхность расплава [2].

Поэтому в производственных условиях следует не проводить перемешивание

непрерывно, а периодически возобновлять его перед заливкой металла в форму.

Целесообразно также использовать реверсное перемешивание – по 2–3 минуты

вращения в противоположных направлениях.

Установленный эффект резкого измельчения зерна в данной работе

объясняется следующим образом. При принудительном способе движения расплава, а

именно перемешивании, на границе алюминиевого расплава и твёрдых частиц карбида

кремния вследствие различия в скоростях колебаний твёрдой и жидкой фаз возникают

силы вязкого трения. Силы вязкого трения уменьшают поверхностное натяжение на

границе между твёрдой и жидкой фазами. Исходя из того, что в поле упругих

колебаний интенсифицируются флуктуационные процессы, определяющие

вероятность перехода металла из жидкой фазы в твёрдое состояние, предполагается,

что упругие колебания изменяют энергию активации зародышеобразующих частиц

SiC. В результате изменения поверхностного натяжения и энергии активации

уменьшается работа образования зародыша и увеличивается вероятность зарождения

твёрдой фазы, что в свою очередь, увеличивает скорость кристаллизации.

Перемешивание жидких модифицированных алюминиевых сплавов АЛ4 и АЛ4С в

течение 8–12 минут оказывает сильное каталитическое действие на систему «расплав

– модификатор SiC», положительно воздействует на капиллярный микрорельеф

поверхности дисперсных частиц карбида кремния, превращая их в активные центры

кристаллизации. Предложенные представления о механизме измельчения зерна

алюминиевых сплавов находятся в соответствии с классическими работами

И. И. Теумина и Г. И. Эскина 5.

Микроструктура алюминиевого сплава АЛ4 до модифицирования состоит из

дендритов -твёрдого раствора, эвтектики +Si, железосодержащих фаз и соединений

Mg2Si. Расстояние между дендритными осями второго порядка составляет 15–20 мкм.

Межосные участки между дендритами заполнены эвтектикой +Si, в которой Межосные участки между дендритами заполнены эвтектикой +Si, в которой

кристаллы кремния имеют форму стержней длиной до 30 мкм с расстоянием между

пластинами кремния в эвтектике около 2 мкм. Микроструктура сплава АЛ4С до

модифицирования состоит из -твёрдого раствора, эвтектики +Si,

железосодержащих фаз, интерметаллидов AlSb и Mg3Sb2. Исследование

микроструктуры сплава АЛ4, модифицированного карбидом кремния, показало

измельчение -твёрдого раствора. Расстояние между осями второго порядка после

модифицирования уменьшилось в 1,5-2 раза и составило 10 мкм. Измельчение

эвтектики и железосодержащих фаз не обнаружено, что позволяет отнести карбид

кремния к модификаторам 1-го рода для литейных силуминов.

Рентгеноструктурный фазовый анализ исходного и модифицированного

сплава АЛ4 проводили на дифрактометре ДРОН-2. В исходном сплаве АЛ4

обнаружены фазы: -Al, -Si, Al5FeSi, FeAl3 и Mg2Si. В модифицированном сплаве

АЛ4 той же плавки, кроме перечисленных фаз, обнаружена новая фаза -SiC, которую

искусственно вводили в расплав.

Для определения пределов прочности, текучести и относительного удлинения

образцы разрушали на разрывных машинах ЦД-4 и EDZ-20. В результате испытаний

отмечено, что модифицирование частицами карбида кремния повышает физико-

механические свойства сплавов:

– АЛ4: предел прочности на 8 %, предел текучести на 7 %, относительное

удлинение на 25 %;

– АЛ4С: предел прочности на 3 %, предел текучести на 2 %, относительное

удлинение на 18 %.

Провели также сравнительную оценку наиболее важных технологических

свойств исследуемых сплавов: жидкотекучести, склонности к образованию горячих

трещин, газосодержания, герметичности.

Жидкотекучесть исходных и модифицированных сплавов АЛ4 и АЛ4С

определяли методом отливки образцов в виде прутков. Модифицирование карбидом

кремния в количестве повышает жидкотекучесть сплавов АЛ4 и АЛ4С на 8 % и 3,5 %

соответственно. В результате определения склонности к трещинообразованию

отмечено, что исходные и модифицированные сплавы АЛ4 и АЛ4С имеют высокую

стойкость к образованию горячих трещин. Газосодержание алюминиевых сплавов

определяли с помощью вакуумных проб. Модифицирование карбидом кремния

алюминиевых сплавов АЛ4 и АЛ4С обеспечивает низкое газосодержание,

соответствующее 1 баллу пористости. Результаты определения герметичности

отлитых в кокиль образцов показали, что давление, при котором появляется течь в

образце, повышается на 15 % и на 5 % для модифицированных сплавов АЛ4 и АЛ4С.

Выводы. Проведенные эксперименты и комплексные исследования сплавов,

включающие изучение физико-механических, технологических свойств, а также

внутреннего строения отливок, показали, что введение дисперсного модификатора

карбида кремния в литейные сплавы АЛ4 и АЛ4С способствует повышению качества

отливок из модифицированных силуминов. В результате проведенных в

промышленных условиях работ порошковый модификатор SiC изготовлен в виде

таблеток. Оптимальный состав таблетки при соотношении SiC: Al = 1: 3

обеспечивает максимальный предел прочности на сжатие 5 МПа. Определены

оптимальные параметры равномерного распределения дисперсных частиц SiC в

расплавах силуминов. Применение дисперсного модификатора карбида кремния

облегчает технологический процесс литья, является экологически безопасным,

приводит к повышению физико-механических и технологических свойств, а также

измельчению структуры отливок из литейных силуминов.