раздел 2) концепция ЭГИО расплава, которая основана на научных критериях эффективной реализации способа, позволила установить оптимальные технологические режимы обработки широкой номенклатуры алюминиевых сплавов и подтверждена экспериментально. Влияние благоприятных изменений структуры подтверждается улучшением стандартных механических свойств и наиболее существенно - пластичности. Повышение жидкотекучести опытного расплава позволяет снизить температуру разливки на величину от 10 до 15 ?С.
4.4.4. Деформируемый сплав.
Как известно, окончательные свойства деформируемых алюминиевых сплавов достигаются после соответствующей термической обработки, которой предшествует деформация. Поэтому данные о влиянии ЭГИО расплава на такие сплавы в литом состоянии, главным образом, имеют смысл с точки зрения возможности обобщения выводов об обрабатываемости алюминиевых сплавов разных систем легирования. Кроме того, деформируемые алюминиевые сплавы часто обладают низкой технологической пластичностью, а возможность повышения этой характеристики за счет ЭГИО, доказана и определяет практическую направленность таких исследований. Основными упрочняющими фазами сплава АК4-1 являются S-фаза (Al2 Cu Mg) и железоникелевая фаза FeNiAl9. Фаза FeNiAl9, часто выделяется в грубой форме, вызывая охрупчивание сплава.
В ходе исследований были выполнены две серии экспериментов при одинаковых параметрах ЭГИО. В табл. 4.6 приведены данные о влиянии ЭГИО на сплав АК4-1.
Таблица 4.6
Результаты количественного анализа сплава АК4-1
(Wо = 1,25 кДж, n= 600 имп., f = 10 имп/с, t = 60 с, Тр = 720 ?С)
Вариант
технологии
Площадь зернаОбъем фазыСвойстваМакро-, мм2Микро-, баллFeNiAl9,
%Al2CuMg,
%ув , МПа
(д, %)Традиционная1,557770 (2,2)ЭГИО0,7795110 (3,6)ЭГИО0,77105130 (3,8)
Из таблицы 4.6 видно, что и для этого сплава имеет место заметное измельчение макро- и микрозерна. Суммарный объем избыточных фаз практически не изменяется, однако количество Al2CuMg уменьшается, а фазы FeNiAl9 возрастает. При этом важно отметить измельчение этой фазы и более равномерное ее распределение. Свойства же сплава после ЭГИО изменяются существенно: прочность возрастает на (55...85) % при одновременном увеличении пластичности на (60...75) %. Повышение пластичности уменьшает вероятность образования трещин при последующей деформации.
4.5. Комплексная обработка
До настоящего подраздела изучалось влияние ЭГИО в оптимальном режиме на структуру и свойства алюминиевых сплавов. Естественно, что возник вопрос о комплексировании способа ЭГИО с традиционными технологическими приемами, например, с обработкой расплава флюсом. Сам по себе способ обработки расплава флюсом всегда недостаточно эффективен даже при условии использования импеллеров для интенсификации массообменных процессов в жидком металле. При продувке газом и обработке флюсом требуется большой перегрев расплава, что увеличивает его газонасыщенность и энергозатраты на обработку. Вариант обработки "Флюс + ЭГИО" расплава представляется достаточно перспективным, так как каждый из используемых в такой технологии методов дополняет друг друга.
Было опробовано четыре технологических схемы получения расплава:
1) базовая - исходный металл, без обработки (И.);
2) схема, предусматривающая обработку расплава жидким флюсом при активном перемешивании, - опытный металл (Ф.);
3) схема, предусматривающая ЭГИО расплава в ковше, - опытный металл (ЭГИО);
4) схема, предусматривающая комплексную обработку, - опытный металл ("Флюс + ЭГИО").
Эксперименты проводили на лабораторной установке для ЭГИО. Обработке подвергался сплав АК9ч (ДСТУ 2839-94), полученный из сертификатной шихты. Химический состав исследуемого сплава: 7 % Si, 0,6 % Mg, 0,5 % Mn, 0,2 % Cu, 1,1 % Fe, 0,2 % Zn, 0,5 % Ni, остальное Al. Металл расплавляли в шахтной печи, в которую помещали четыре футерованных ковша c шихтой, масса металла в каждом ковше - 10 кг. После расплавления металла и нагрева до температуры 720 оС (перегрев металла изначально взят для проведения успешной обработки флюсом) ковши извлекали и подвергали соответствующей обработке. Состав флюса: 33 % NaCl, 40 % KCl, 15 % Na3AlF6, 12 % NaF. Режим ЭГИО - запасаемая энергия Wо = 2,5 кДж, частота подачи импульсов f = 10 Гц. Время обработки t=60 с. После двухминутного отстоя для первого ковша (схема №1) и минутного для ковшей 2, 3, 4 (обработанных по схемам №2, №3 и №4, соответственно) металл заливался в на образцах, вырезанных из литых заготовок в соответствии с ДСТУ 2839-94.
Результаты количественного анализа структуры сплава АК9ч приведены в табл. 4.7. Здесь И. - исходный образец (технологическая схема №1).
Таблица 4.7.
Результаты анализа структуры образцов сплава АК9ч
Вариант технологииМикрозерно, баллМикропо-ристость, %Эвтектика, AI+SiИнтерметаллиды, %Объем,
%Размер частиц Si,
мкмFeSiAI5AIFeMnMgSiИ.5-773842,02,21,5Ф.553720,01,62,5"ЭГИО"943219,00,93,1"Ф+ЭГИО"933414,00,43,7 Примечание:
И. - исходный металл;
Ф - обработка флюсом;
"ЭГИО" - электрогидроимпульсная обработка;
"Флюс + ЭГИО" - комплексная обработка.
Технологическая схема №2. Металловедческими исследованиями установлено, что в опытном металле частицы кремния в эвтектике выделяются в компактной форме, в отличие от исходного металла, где Si выделяется в основном в виде остроугольных крупных частиц. В опытном металле уменьшается также объем Fe- фазы. Объем эвтектики незначительно уменьшается - для исходного металла он составляет 38 %, а в опытном металле находится в пределах от 32 до 37 %. После обработки флюсом происходит увеличение размера микрозерна (рис. 4.8), уменьшение объема микропор примерно на треть; а размер частиц Si1 в эвтектике уменьшается в 2 раза.
Технологическая схема №3. После ЭГИО сплава АК9ч размер микрозерна уменьшился не только по сравнению с исходным металлом, но и по отношению к технологии, предусматривающей обработку расплава