Размещено на http://www.allbest.ru/

ЗАПОРІЗЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

05.02.01 - Матеріалознавство

УДК 669.714:669.715:620.18:544.537

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора технічних наук

НАУКОВО-ТЕХНОЛОГІЧНІ ОСНОВИ ФОРМУВАННЯ СТРУКТУРИ, ФІЗИКО-МЕХАНІЧНИХ І СЛУЖБОВИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ВТОРИННИХ СИЛУМІНІВ

МІТЯЄВ ОЛЕКСАНДР

АНАТОЛІЙОВИЧ

Запоріжжя - 2008

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Запорізькому національному технічному університеті Міністерства освіти і науки України

Науковий консультант: заслужений діяч науки і техніки України, доктор технічних наук, професор, Волчок Іван Петрович.

Запорізький національний технічний університет, завідувач кафедри технології металів

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор, Калініна Наталія Євграфівна,

Дніпропетровський національний університет, професор кафедри технології виробництва доктор технічних наук, професор, Куцова Валентина Зіновіївна,

Національна металургійна академія України, завідувач кафедри матеріалознавства доктор технічних наук, професор, Червоний Іван Федорович

Запорізька державна інженерна академія, завідувач кафедри металургії кольорових металів

Захист відбудеться 02.12.2008 року о 13-30_годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 17.052.01 у Запорізькому національному технічному університеті за адресою: 69063, м. Запоріжжя, вул.Жуковського, 64, ауд. 153.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Запорізького національного технічного університету за адресою: 69063, м. Запоріжжя, вул.Жуковського, 64.

Автореферат розіслано 02.11.2008 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, доктор технічних наук, професор Ю.М. Внуков

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. З середини 60-х років ХХ сторіччя алюміній і його сплави за обсягами виробництва і застосування посіли друге місце після сплавів на основі заліза. З того часу їх виробництво і застосування в промисловості та побуті зростають прискореними темпами. Пов'язане це з високим вмістом алюмінію в земній корі (більше 8%) та сприятливим поєднанням фізичних, механічних і службових властивостей його сплавів.

Сучасне машинобудування та інші галузі промисловості України вимагають значної кількості кольорових металів та їх сплавів, у першу чергу, алюмінію. Тенденція до збільшення частки кольорових, зокрема, алюмінієвих сплавів, у загальному обсязі випуску виливків викликана, перш за все, розвитком автомобільної та авіаційної індустрії. Середнє споживання алюмінію і його сплавів у легкових автомобілях Німеччини перевищило 100 кг, що дозволяє щорічно економити близько 1 млрд. літрів пального. Провідні автомобільні фірми світу планують у найближчі 2 десятиріччя довести кількість алюмінію в автомобілі до 20 % від його маси. Заміна сталі алюмінієвими сплавами дозволила фірмі Nissan зменшити масу автомобіля на 45 %.

Постійне збільшення виробництва і споживання деталей з алюмінієвих сплавів сприяє накопиченню значної кількості відходів. Виробництво сплавів з вторинної сировини має місце в усьому світі, навіть у тих країнах, які забезпечені достатніми ресурсами первинної рудної сировини. Пов'язане це із значною економічною доцільністю, оскільки на первинне оброблення і металургійне перероблення вторинної сировини витрачаються в 6…10 разів менші капіталовкладення, ніж для отримання еквівалентної кількості металу з мінеральної сировини. При цьому питомі витрати енергії, а також шкідливі викиди у навколишнє середовище скорочуються в 20 разів у порівнянні з виробництвом первинних сплавів.

Разом з тим широкому впровадженню матеріалів, які отримані з використанням вторинної сировини, перешкоджає низький рівень якості готової продукції, особливо неприпустимий для виробів відповідального призначення. Вторинні сплави внаслідок забруднення вихідної сировини різними неметалевими матеріалами, мастилами й домішковими елементами мають несприятливу гетерогенну структуру, яка містить велику кількість пластинчастих комплексних інтерметалідних фаз, значну кількість розчинених газів, які призводять до високої пористості сплавів, що визначає низький рівень механічних властивостей. Обумовлено це, перш за все, відсутністю ефективних технологічних способів перероблення вторинних кольорових металів і сплавів: сортування, попереднього підготування брухту і відходів до плавлення, рафінування, модифікування та мікролегування металу.

У зв'язку з цим перероблення відходів і отримання високоякісних вторинних алюмінієвих сплавів з шихти низької якості є актуальною науково-технічною проблемою.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Основні результати дисертаційної роботи отримані в результаті виконання робіт відповідно до Угоди між Урядом України і Урядом Республіки Білорусь щодо співпраці у сфері науки і технологій від 17 грудня 1992 року за темами: «Дослідження механізмів втомного пошкодження та підвищення циклічної міцності конструкційних матеріалів у екстремальних умовах» (протокол 5-го засідання Міжурядової білорусько-української комісії із співпраці у сфері науки і технологій 19-20.06.2003р., наказ МОН України від 08.09.2003 р. №600), ГД М/451-2003/1323, державний реєстраційний № 0104U009277; «Розробка промислових технологій, що забезпечують підвищення механічних, технологічних та експлуатаційних властивостей вторинних силумінів до рівня первинних» (протокол 7-го засідання Міжурядової українсько-білоруської комісії із співпраці у сфері науки і технологій від 29.11.2007 р., наказ МОН України від 26.03.2008 р. № 257), ГД М/75-2008/1318, державний реєстраційний № 1008U003841; а також відповідно до науково-дослідних робіт ЗНТУ у галузі технічних наук: «Вдосконалення технології виробництва сплавів на основі алюмінію та міді», ГД № 4812, державний реєстраційний №0104U004068; «Дослідження, розробка та впровадження технології виробництва сплавів алюмінію та міді з використанням вторинної сировини», ДБ № 04813, державний реєстраційний № 0103U000113; «Структура та опір руйнуванню залізовуглецевих та алюмінієвих сплавів», ДБ № 01316, державний реєстраційний № 0106U008617.

Мета і задачі дослідження. Основна мета роботи полягала в розробці науково-технологічних основ формування заданої структури вторинних силумінів і підвищенні показників їх механічних і службових властивостей у литому стані та після термооброблення до рівня первинних сплавів.

Для досягнення цієї мети необхідно було вирішити наступні завдання:

1. Визначити чинники, які найістотніше впливають на якість вторинних алюмінієвих сплавів.

2. Розробити вдосконалений диференційований класифікатор брухту і відходів виробництва алюмінієвих сплавів; з його допомогою вдосконалити технологічну схему первинного перероблення брухту й відходів виробництва.

3. Вивчити процеси структуроутворення вторинних алюмінієвих сплавів у залежності від технології їх отримання.

4. Вивчити вплив інтерметалідних фаз (кількість, розмір і параметр форми ) на мікромеханізми руйнування вторинних силумінів при статичних і циклічних знакозмінних навантаженнях.

5. Отримати залежності, що описують вплив заліза на характеристики інтерметалідних фаз і на рівень механічних властивостей вторинних силумінів.

6. Розробити аналітичну модель руйнування вторинних доевтектичних силумінів, яка характеризує роль інтерметалідних фаз у цьому процесі й дозволяє прогнозувати границю міцності сплавів.

7. Вивчити вплив кількості вторинних матеріалів в шихті на структуру і механічні властивості доевтектичних силумінів, визначити допустиму кількість вторинної сировини при виробництві виливків.

8. Вивчити опір втомному руйнуванню при низьких і високих частотах навантаження сплавів, які отримані на основі вторинної сировини.

9. Розробити і впровадити технологію виробництва вторинних силумінів високої якості.

Об'єкт дослідження - вторинні силуміни, отримані з шихти, в якій частка брухту та відходів виробництва складала до 100%.

Предмет дослідження - процеси структуроутворення, механізми руйнування, механічні та службові властивості вторинних алюмінієвих сплавів.

Методи дослідження: визначення хімічного складу спектральним аналізом на іскровому спектрометрі «SPECTROLAB»; оптична та електронна мікроскопія з якісним і кількісним мікроаналізом фаз; мікрорентгеноспектральний аналіз; статичні випробування на розтяг і зріз, визначення твердості, динамічні випробування на ударний згин, випробування на малоциклову втому та опір руйнуванню при високих частотах навантаження (0,3…44 кГц); визначення кавітаційної стійкості; гравіметричний і волюмометричний методи визначення корозійної стійкості; математичне оброблення експериментальних результатів за допомогою персонального комп'ютера; регресійний і кореляційний аналізи.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в розвитку науково-технологічних основ структуроутворення, встановленні механізмів руйнування при статичному і циклічному навантаженнях, в умовах кавітації та агресивних середовищ з метою підвищення фізико-механічних і службових властивостей вторинних силумінів до рівня первинних.

Основні положення, які характеризують наукову новизну роботи, полягають у наступному:

- Узагальнені закономірності зміни структури і рівня механічних властивостей вторинних силумінів АК9М2, АК8М3, АЛ25 залежно від вмісту заліза, процесів рафінування і модифікування.

Показано, що із збільшенням вмісту заліза від 0,40 до 1,45 мас.% об'ємна частка інтерметалідних фаз Al5SiFe, Al7Cu2Fe, Al2Cu зростає з 4,2 до 11,9%, а середньостатистичні значення параметра форми інтерметалідів л збільшуються з 1,71 до 8,64 після термооброблення за режимом Т5. Установлено, що найнесприятливішими інтерметалідними фазами є Al5SiFe, Al7Cu2Fe, які мають переважно пластинчасту форму, слабку кристалографічну відповідність з металевою основою і котрі є активними концентраторами напружень. Показано, що рафінувально-модифікувальне оброблення активно впливає на зміну параметра форми л інтерметалідних фаз, забезпечуючи зменшення їх розмірів і рівномірний розподіл в об'ємі металу.

- Вперше узагальнені закономірності руйнування вторинних силумінів при статичному розтягуванні, отримані кількісні характеристики впливу інтерметалідних фаз на властивості сплавів.

Встановлено, що вирішальну роль в процесах зародження тріщин і руйнування матеріалу відіграє переважаюча за кількістю інтерметалідна фаза Al5SiFe, яка має моноклінну гратку з несприятливим співвідношенням параметрів , що обумовлює її схильність до розшарування та утворення в ній мікротріщин, які переходять у метал.

- Вперше із застосуванням методів лінійної механіки руйнування запропонована аналітична модель розрахунку границі міцності вторинних силумінів залежно від параметра форми інтерметалідних фаз.

Експериментально встановлено, що в процесі пластичного деформування мікротріщини зароджуються у включеннях з великим параметром форми л і при подальшому деформуванні переходять у метал. У зв'язку з цим, при розробці моделі, що дозволяє аналітично розрахувати границю міцності гетерогенного сплаву, за основу взята С-модель тіл з тріщинами В.В. Панасюка. Отримана висока відповідність аналітичних і експериментальних результатів, що підтверджує вирішальну роль розмірів, форми та розташування інтерметалідних фаз у процесах руйнування силумінів.

- Вперше встановлено закономірності механізмів втомного руйнування вторинних силумінів, які містять різну кількість заліза (0,4…1,45 мас.%), при частотах навантаження згином від 1Гц до 44 кГц.

Установлено, що довговічність сплавів головним чином визначається розміром, формою та розташуванням інтерметалідних фаз і, в першу чергу, параметром форми л фази Al5SiFe, котра як і при статичному розтязі є ініціатором зародження тріщин, які переходять у металеву основу. Зменшення середньостатистичного значення л з 8,64 до 1,71 і кількості фаз з 11,9 до 4,2% забезпечує при частоті випробувань 18 кГц підвищення границі витривалості сплавів -1 на 22…24% для баз випробувань 106 і 107 циклів. Встановлено, що для всіх сплавів із збільшенням частоти циклічного навантаження границя витривалості при згині -1 і довговічність зростають. Застосування рафінувально-модифікувального оброблення забезпечує зменшення параметра форми л і рівномірне розповсюдження інтерметалідних фаз, що дозволяє підвищити опір металу руйнуванню при малоцикловому навантаженні зі ступенем деформації =0,15…0,30% до 3 разів.

- Вперше встановлено, що внаслідок високої спадковості алюмінієвих сплавів, отримання силумінів зі 100% вторинної сировини з рівнем властивостей, які відповідають ДСТУ 2839-94 (ГОСТ 1583-93), можливо тільки в результаті двократного рафінувально-модифікувального оброблення розплаву: флюсом [26] на стадії виробництва чушки і модифікатором [25] на стадії виробництва виливків.

Застосування такої технології забезпечує рафінування від газів і неметалевих включень за адсорбційним і флотаційним механізмами та керування процесами структуроутворення за допомогою модифікаторів I і II роду, що призводить до зниження пористості з 4 до 1 балу, подрібнення мікроструктури, зменшення параметра форми інтерметалідних фаз і, як наслідок, підвищення фізико-механічних властивостей сплавів. Між показниками механічних властивостей і параметром форми інтерметалідних фаз спостерігаються залежності з високими коефіцієнтами кореляції.

- Отримані нові дані про механізми корозійного руйнування вторинних силумінів в умовах агресивних середовищ і при кавітаційному зношуванні.

Показано, що корозійна і кавітаційна стійкість визначаються кількістю, формою та розмірами інтерметалідних фаз і пористістю сплавів. Установлено, що основним видом корозійного руйнування вторинних силумінів є пітингова корозія, яка супроводжується утворенням сітки тунельного пітингу з подальшим з'явленням корозійних виразок. Застосування двостадійного рафінувально-модифікувального оброблення забезпечує підвищення корозійної стійкості в 1,4…1,7 разів внаслідок зменшення площі корозійних уражень в 1,6 раза і скорочення кількості пітингів на одиницю площі в 1,25 раза. Кавітаційна стійкість після експериментального оброблення підвищується в 1,9…2,1 разів.

Практичне значення одержаних результатів. В результаті теоретичних та експериментальних досліджень, які проведені автором:

Розроблено диференційований класифікатор брухту і відходів виробництва, який дозволяє удосконалити систему їх первинного перероблення і забезпечує отримання металу гарантованого хімічного складу, зниження енерговитрат при плавленні і підвищення якості сплавів.

Розроблено склад флюсу (патент України № 58793А) для оброблення алюмінієвих сплавів на стадії отримання чушки з шихти, яка містить 100% брухту і відходів виробництва. Використання флюсу забезпечує високий ступінь рафінування металу, знижує газову пористість до 1 балу за ДСТУ 2839-94 (ГОСТ 1583-93) і підвищує рівень механічних і службових властивостей металу.

Розроблено склад модифікатора (патент України № 57584А) для оброблення алюмінієвих сплавів на стадії отримання виливків з чушок, який забезпечує додаткове рафінування та ефективне модифікування, що в сукупності з використанням флюсу призводить до підвищення рівня механічних і службових властивостей на 15…100%, зниження газової пористості з 3…4 до 1 балу і відповідності вимогам ДСТУ 2839-94
(ГОСТ 1583-93) за механічними властивостями.

Розроблена і впроваджена в промислових умовах технологія виплавлення сплавів з вторинної сировини з отриманням високого рівня властивостей продукції.

Отримані дані про опір сплавів руйнуванню в умовах циклічних навантажень, корозійних середовищ і кавітаційного навантаження, які дозволяють прогнозувати надійність і довговічність виробів і розширюють області застосування вторинних силумінів.

Досягнуто середньорічного економічного ефекту 300,5 тис. грн. Сумарний економічний ефект від впровадження результатів роботи з 2002 до 2005 року склав 1202,0 тис. грн.

Особистий внесок здобувача. Здобувачем проведені основні теоретичні та експериментальні дослідження по вивченню впливу технологічних чинників на структуру, механічні властивості, малоциклову втому і характеристики втоми вторинних силумінів при високих частотах навантаження. Автором сформульовано всі основні положення та висновки. У публікаціях, виконаних у співавторстві, особистий внесок здобувача полягає в наступному:

- наукове обґрунтування та визначення напрямків досліджень [3, 7, 11, 12, 15, 16, 18-21, 26, 32, 37];

- постановка задачі та проведення досліджень [2, 4-10, 13, 17, 19, 20, 23-25, 27, 29, 31, 34-36, 38];

- аналіз недоліків сучасних технологій та визначення шляхів підвищення якості вторинних силумінів [1, 5, 11, 12, 14, 21, 22, 26, 30];

- основні технічні рішення [8-10, 20, 23-25, 36, 38];

- дослідження структурно-фазового складу та визначення показників механічних властивостей вторинних силумінів [2-4, 6, 7, 9, 16, 18, 24, 25, 27, 28, 33, 37, 38];

- інтерпретація результатів впливу структурних факторів на механічні та службові властивості вторинних алюмінієвих сплавів [4, 6, 8, 11, 15, 16, 18-20, 28, 31, 33, 34];

- оброблення та узагальнення результатів [2, 3, 5-7, 10, 12-15, 17-38].

Апробація результатів дисертації. Основні матеріали дисертаційної роботи доповідалися та обговорювалися на: міжнародній науково-технічній конференції «Інтегровані технології і енергозбереження» (Крим, п. Малий Маяк, 2001 р.); міжнародній науково-технічній конференції «Проблеми сучасного матеріалознавства» (м. Дніпропетровськ, 2002 р., 2003 р., 2005 р., 2006 р., 2008 р.); V, VI, VIII, IX міжнародних науково-технічних конференціях «NAUKA I TECHNOLOGIA» (Poland; Luciem, 2002; Zakopane-Koscielisko, 2003; Wysowa, 2005; Mikorzyn, 2006); міжнародній науково-технічній конференції «Ливарне виробництво і металургія 2002 - якість і ефективність» (м. Мінськ, 2002 р.); Х, ХІ міжнародних науково-технічних конференціях «Неметалеві вкраплення і гази у ливарних сплавах» (м. Запоріжжя, 2003 р., 2006 р.); міжнародній науково-технічній конференції «Перспективні задачі інженерної науки» (Чорногорія; м. Ігало, 2003 р.); міжнародних науково-технічних конференціях «Ливарне виробництво і металургія. Білорусь» (м. Мінськ, 2003 р.; м. Барановичі, 2006 р.; м. Жлобін, 2007 р.); ІХ, Х міжнародних науково-технічних конференціях «Нові конструкційні сталі та стопи і методи їх оброблення для підвищення надійності та довговічності виробів» (м.Запоріжжя, 2003 р., 2005 р.); ІХ міжнародній науково-технічній конференції «Aluminium in Transport. 2003» (Poland; Cracow-Tomaszowice, 2003); V міжнародному форумі «Aims for future of engineering science 2004» (France; Paris, 2004); ІІІ, ІV міжнародних науково-технічних конференціях “Нові технології, методи оброблення та зміцнення деталей енергетичних установок» (м. Запоріжжя-Алушта, 2004 р., 2006 р.); ІІІ, IV міжнародних конференціях «Development trends in mechanization of foundry processes» (Poland; Cracow-Szyce 2004, 2007); ХІ міжнародній науково-технічній конференції “Проблеми ресурсу і безпечної експлуатації матеріалів» (Росія; м. Санкт-Петербург, 2005 р.); ХІV, XV, XVІ міжнародних науково-технічних семінарах «Високі технології в машинобудуванні. INTERPARTNER» (м. Харків - Алушта, 2005 р., 2006 р., 2007 р.); міжнародній конференції «Стратегія якості у промисловості і освіті» (Болгарія; м. Варна, 2005 р.); VIII міжнародній конференції-виставці «Проблеми корозії та протикорозійного захисту конструкційних матеріалів» (м. Львів, 2006 р.); VII міжнародному форумі «Aims for future of engineering science 2006» (Switzerland; Davos, 2006); ІХ міжнародній молодіжній науково-практичній конференції “Людина і космос» (м. Дніпропетровськ, 2007 р.); ІІ міжнародному науково-технічному симпозіумі «Наноструктурні функціональні покриття і матеріали для промисловості» і VII міжнародній науково-технічній конференції «Вакуумні технології і устаткування для отримання наноматеріалів» (м. Харків, 2007 р.); VIII міжнародному симпозіумі українських інженерів-механіків «Проблеми енергоощадності при проектуванні, виготовленні та експлуатації машинобудівних конструкцій» (м. Львів, 2007 р.).

Публікації. За результатами дисертаційної роботи опубліковано 24 статті в спеціалізованих виданнях, 13 тез доповідей, отримано 2 патенти України.

Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу і 6 розділів, загальних висновків і додатків. Загальний обсяг дисертації становить 285 сторінок машинописного тексту, включаючи 32 таблиці, 86 рисунків, список використаних джерел з 190 найменувань на 19 сторінках, 11 додатків на 22 сторінках.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність теми і викладена загальна характеристика роботи, визначено об'єкт, предмет, мету і задачі дослідження; вказується на зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами, охарактеризовані елементи наукової новизни одержаних результатів, їх практична значимість. Визначено особистий внесок автора в спільних наукових публікаціях та наведено дані про апробацію результатів роботи.

У першому розділі «Забезпечення якості алюмінієвих сплавів» проведено огляд наукових праць та проаналізовано чинники, які найбільшою мірою впливають на якість алюмінієвих сплавів, а також сучасний стан методів поліпшення їх структури та властивостей.

Для дослідження та впровадження наукових розробок було обрано ливарні алюмінієві сплави - силуміни, як найперспективніші конструкційні матеріали для виготовлення широкої номенклатури деталей, що працюють в різних умовах експлуатації. Відзначено, що низка науково важливих результатів по створенню конструкційних матеріалів цієї групи та дослідженню їх властивостей висвітлена у наукових працях М.Б. Альтмана, Н.А. Аристової, Е.А. Боома, Ю.Б. Бичкова, Г. П. Борисова, Г.Б. Гершмана, Г.С. Єршова, Н.Є. Калініної, С.І. Кишкіної, І.Ф. Колобнева, А.В. Курдюмова, В.З. Куцової, В.Г. Могилатенко, Л.Ф. Мондольфо, Б.М. Неменьонка, А.Г. Пригунової, В.А. Ротенберга, Г.Б. Строганова, Ю.М. Тарана, Д.Ф. Чернегі та інш.

На підставі аналізу літературних даних узагальнено відомості щодо впливу легувальних, модифікувальних і домішкових елементів, складу шихти та різних методів рафінувального оброблення на структурно-фазовий стан і властивості алюмінієвих сплавів. Показано, що світова практика використання цих матеріалів зараз зазнає істотних змін у зв'язку з розширенням частки матеріалів, які отримані шляхом рециклінгу. У середовищі науково-технічних фахівців відбувається постійний пошук шляхів перероблення вторинної сировини та підвищення якості алюмінієвих сплавів. В остаточному підсумку, даний підхід повинен забезпечити стабільні експлуатаційні характеристики матеріалу, який отримано шляхом рециклінгу, та призвести до значної економії енергетичних, матеріальних і людських ресурсів, а також суттєво знизити забруднення довкілля.

Виходячи з наведеного огляду, показано необхідність і актуальність проведення подальших досліджень у галузі спадковості алюмінієвими сплавами структури та властивостей і покращення цих показників. Зазначено, що вивчення механізмів руйнування вторинних силумінів у різних умовах експлуатації дозволить розробити науково-технологічні основи виробництва високоякісних сплавів, які отримані шляхом рециклінгу з 100% брухту та відходів виробництва.

У другому розділі «Матеріали та методи досліджень» обґрунтовано вибір засобів і методів досліджень та наведено їх апаратурно-технічне та метрологічне забезпечення.

Промислове виплавлення сплавів АК9М2, АК8М3, АВ, АК4 проводили в полуменевих пічах відбивального типу EHW 5000 ємністю 5,5 т. Переплавлення стружки сплаву АЛ25 проводили в промисловій індукційній печі UAT-6 емністю 600 кг. При виплавленні синтетичної інтерметалідної фази Al5SiFe застосовували вакуумну індукційну піч ОКБ-862 ємністю 10 кг.

Контроль хімічного складу, мікроструктури, фізико-механічних властивостей, мікрорентгеноспектральний та фрактографічний аналізи виконували стандартними методами. Визначення впливу інтерметалідних фаз на механічні та службові властивості алюмінієвих сплавів здійснювали за допомогою параметра форми включень л (відношення максимальної довжини до максимальної ширини).

Визначення працездатності матеріалів в умовах циклічних навантажень з малою частотою і значними амплітудами деформацій виконували на плоских зразках за стандартною методикою на установці ИП-2М, яка виготовлена в Фізико-механічному інституті ім. Г.В. Карпенка НАН України. Дослідження характеристик втоми при високочастотному знакозмінному навантаженні здійснювали на дослідницьких комплексах Білоруського державного технологічного університету.

Визначення корозійної стійкості матеріалів проводили за допомогою гравіметричного та волюмометричного методів у середовищах: 3%NaCl+0,1%H2O2, водогінній воді та 4% водному розчині HCl.

Опір алюмінієвих сплавів кавітаційному зношуванню досліджували на установці, яка розроблена та зконструйована у Запорізькому національному технічному університеті.

Проаналізовано основні види брухту та відходів виробництва, джерела їх утворення та вплив на частотне розповсюдження легувальних елементів у сплавах АК9М2, АК5М2 в умовах промислових плавок.

Встановлено, що при сортуванні брухту та відходів виробництва згідно з вимогами ДСТУ 3211-95, невідповідність сплавів хімічному складу, в першу чергу за вмістом заліза, спостерігалася в 10…20% плавок. Шляхом узагальнення результатів більш ніж 1000 плавок отримані дані за загальною забрудненістю брухту залізом, мастилом, землею та іншими домішками, що дозволило визначити металургійний вихід і втрати при переплавленні за кожним номенклатурним номером сортованого таким чином брухту. Отримані дані були узагальнені у вигляді «Класифікатора № К110-02-ЦПАС сортів брухту алюмінію після первинного перероблення». Застосування розробленого класифікатора на етапі первинного перероблення брухту та відходів виробництва дозволяє підвищити якість шихти, що забезпечує отримання сплавів з повною відповідністю хімічного складу вимогам замовників. Вміст найшкідливішої домішки - заліза, за різними групами сплавів зменшено в середньому на 20%.

При виконанні даної роботи необхідна точність була забезпечена використанням сучасного контролювального та вимірювального обладнання, фракційними розливанням і легуванням, які виключають вплив інших факторів.

У третьому розділі «Вплив вмісту заліза на структурно-фазовий стан та властивості вторинних силумінів» досліджено вплив заліза на структуру, механічні та службові властивості вторинних силумінів.

Встановлено, що в сплаві АК8М3 із зростанням концентрації заліза з 0,40 до 1,45 мас.% об'ємна частка інтерметалідних включень, які містять залізо, збільшилась з 4,17 до 11,89%. При цьому спостерігалося зростання їх розмірів у 6…8 разів і параметра форми л з 1,47 до 8,64.

Структурно-фазовий мікроаналіз сплаву показав, що він складався з
б-твердого розчину кремнію в алюмінії, евтектики (б-Al+в-Si) та інтерметалідних фаз Al5SiFe, Al7Cu2Fe і Al2Cu. Фази Al5SiFe і Al7Cu2Fe мали пластинчасту форму, а фаза Al2Cu - відносно компактну форму (рис. 1).

Підвищення вмісту заліза з 0,40 до 1,45 мас.% забезпечило в литому стані збільшення середньостатистичного значення параметра форми інтерметалідів л з 1,23 до 6,68. Металографічні дослідження показали зростання кількості достатньо рівномірно розташованих включень, які утворюють структуру, близьку до каркасного типу, що забезпечує ефективний опір руху дислокацій. Внаслідок цього спостерігали зростання границі міцності на 19%, твердості на 36% та зменшення ударної в'язкості на 34% і відносного видовження з 0,8 до 0%

Після термічного оброблення за режимом Т5 в структурі сплавів спостерігали окремі, не зв'язані між собою, інтерметалідні фази з високим параметром форми л, що призвело при вмісті заліза більше 1,11 мас.% до зменшення міцності нижче значень характерних литому стану. Значення твердості та ударної в'язкості в усьому діапазоні концентрацій заліза перевищували показники литого металу. Відносне видовження, як і у литому стані, зменшувалось та при вмісті заліза 1,11 мас.% дорівнювало 0% (див.рис. 2). Результати досліджень узгоджуються з вимогами стандартів, щодо вмісту заліза в силумінах системи Al-Si-Cu (не більш 0,3…1,5 мас.% в залежності від технології лиття), та показують, що параметр форми л=4…5 є критичним, який призводить до різкого падіння механічних властивостей. В цілому наведені вище результати випробувань дали можливість визначити напрям досліджень щодо зменшення параметра форми інтерметалідних фаз л та підвищення рівня механічних та службових властивостей вторинних силумінів з високим вмістом заліза.

Результати високочастотних випробувань на втому з частотою 18 кГц показують, що зі збільшенням вмісту заліза в силуміні з 0,40 до 1,45 мас.% опір матеріалу руйнуванню суттєво зменшується (рис. 3), а зменшення границі витривалості при цьому складає в середньому 22…24% при різних базах випробувань.

Вивчення мікромеханізмів руйнування вторинних сплавів при статичному розтязі та знакозмінному циклічному навантаженні показує, що мікротріщини завжди виникають в інтерметалідних фазах і на поверхні розділу «включення-матриця».

Згідно результатам досліджень, включення інтерметалідів Al5SiFe мають схильність до розшарування (див. рис. 5), що можна пояснити кристалічною будовою цієї фази (моноклінна гратка з параметрами а=в=0,612 нм і с=4,149 нм).У зв'язку з тим, що мікротріщини з включень Al5SiFe переходять до металу, утворюючи при цьому систему дефектів з тріщинами, з метою описання процесів руйнування та аналітичного розрахунку границі міцності гетерогенного сплаву (легований б-розчин кремнію в алюмінії з включеннями інтерметалідів) застосована С-модель В.В. Панасюка. При цьому алюмінієвий сплав з інтерметалідними включеннями уявлений як нескінченне тіло, що містить періодичну систему однакових за механічними та геометричними параметрами компланарних еліптичних включень. Зусилля розтягу інтенсивності Р прикладене до нескінченної площини та спрямоване під прямим кутом до площини розміщення включень. Така схема відповідає найсприятливішим умовам руйнування від зусиль розтягу, оскільки включення при цьому найбільшою мірою послабляють переріз металу, а їх орієнтація відносно напрямку зусилля розтягу призводить до розшарування включень та забезпечує легкий перехід мікротріщини з включення до металу основи. Таким чином, відхилення моделі від реальної ситуації забезпечує запас міцності матеріалу. У цих умовах границю міцності в силуміну з інтерметалідами визначали за формулою:

,

де - границя міцності матриці (легованого б-твердого розчину без інтерметалідних включень); - розмір включення; - відстань між центрами включень; - розмір тріщини.

Висока збіжність розрахункових і експериментальних результатів засвідчила визначальний вплив форми, розмірів та орієнтації інтерметалідних фаз на опір силумінів руйнуванню.

Установлено тенденції змінення структурно-фазового складу та отримано кореляційні залежності границі міцності, твердості, відносного видовження та ударної в'язкості від кількості вторинних матеріалів у шихті. Доведено, що для збільшення в складі шихти кількості вторинних матеріалів необхідне розроблення технологічних процесів та матеріалів для оброблення рідкого металу, які б дозволили керувати процесом структуроутворення, тобто змінювати форму, розміри і розташування інтерметалідних фаз, а також суттєво знижувати пористість сплавів.

Четвертий розділ «Розроблення складу рафінувально-модифікувальних комплексів та дослідження їхнього впливу на властивості силумінів» присвячений обґрунтуванню вибору компонентів і розробленню складу флюсу та модифікатора, технології оброблення за їх допомогою розплавів, а також визначенню їхнього впливу на структуру і властивості вторинних силумінів.

Якість рафінування значною мірою визначається величиною питомої площі контакту між флюсом і розплавом. Чим більша площа контакту, тим повніше проходить процес рафінування. У зв'язку з цим необхідно намагатися отримати рівномірний розподіл в об'ємі розплаву дрібнодисперсного реагенту, який рафінує та модифікує.

З урахуванням високої спадковості алюмінієвими сплавами структури та властивостей запропонована двостадійна схема оброблення вторинних силумінів: на стадії виробництва з брухту та відходів чушки і на стадії виготовлення з чушки виливків.

На підставі аналізу термодинамічних і фізичних властивостей елементів, а також хімічних сполук запропоновані склади: флюсу для оброблення вторинних силумінів на стадії виробництва чушки та модифікатора на стадії виготовлення виливків. Показано, що для забезпечення високої рафінувально-модифікувальної здатності флюсу та модифікатора, до їх складу повинні входити компоненти, які забезпечують рафінування розплаву за адсорбційним і флотаційним механізмами, а також модифікування кремнію та інтерметалідних фаз модифікаторами І і ІІ роду. Зважаючи на це, до складу флюсу включені хлориди калію і натрію, карбонат натрію, фторид алюмінію, сірка та ультрадисперсний карбід кремнію. До складу модифікатора входять: карбонат натрію, ультрадисперсний карбід кремнію, електролітичний титан, сірка.

Призначення перерахованих компонентів наступне. Наявність у складі рафінувально-модифікувального флюсу галогенідів натрію, калію та алюмінію забезпечує утворення на поверхні розплаву захисної плівки, а також сприяє адсорбції шлакових включень і одночасному видаленню зі сплаву водню, який утворює з оксидом алюмінію комплексне з'єднання Al2O3-H2. У той же час після дисоціації в розплаві цих речовин натрій та калій, як поверхнево-активні речовини, знижують поверхневий натяг рідкого металу на поверхні кристалів, що зростають та забезпечують отримання тонкодиференційованої структури і поліпшення властивостей алюмінієвих сплавів. Сірка, яка присутня у флюсі та модифікаторі, комплексно впливає на вторинні алюмінієві сплави. Після її занурення в розплав утворюється велика кількість газоподібного продукту, який у вигляді пухирів рафінує розплав. Рафінування розплаву від розчинених газів і неметалевих включень забезпечується за механізмами адсорбції та флотації, при цьому відбувається зміна форми, розмірів і розташування фаз, які містять залізо, на компактнішу - близьку до глобулярної або у вигляді китайських письмових знаків. Така комплексна дія забезпечує підвищення якості та механічних властивостей сплавів. Присутність у комплексах карбонату натрію знижує швидкість переходу сірки у газоподібний стан, що сприяє подрібненню її пухирів. Одночасно в розплаві відбувається дисоціація карбонату натрію з утворенням вуглекислого газу, пухирі якого проходять крізь розплав і забезпечують підвищення рівня рафінування сплавів від неметалевих включень і розчинених газів. Ці елементи забезпечують збільшення активної поверхні розділу між розплавом і газоподібною фазою, що сприяє підвищенню рівня рафінування та модифікування.

Наявність ультрадисперсного карбіду кремнію забезпечує достатню кількість центрів кристалізації, що сприяє подрібненню основних структурних складників сплавів. Рівномірний розподіл ультрадисперсних часток в об'ємі розплаву забезпечується барботажем, який виконують пухирі газоподібної сірки та вуглекислого газу. Крім того, кристали кремнію та інтерметалідні фази, що зростають, виштовхують попереду себе дисперсні тугоплавкі частки і сприяють їх накопиченню перед фронтом кристалізації та забезпечують одержання тонкодиференційованої структури. Відбувається блокування зростання кристалів за осями першого порядку, яке призводить до підвищення їх кількості та зменшення розмірів, зміни форми на компактнішу, що в цілому підвищує ефективність процесу модифікування.

Наявність титану у модифікаторі сприяє утворенню в розплавах дрібних часток тугоплавкого інтерметаліду Al3Ti, забезпечує додаткову кількість центрів кристалізації та подрібнює мікроструктуру за рахунок збільшення ступеня гілкування та диференціювання дендритів.

Склади флюсу та модифікатора захищені патентами України № 58793А «Флюс для обробки алюмінієвих сплавів», № 57584А «Модифікатор для алюмінієвих сплавів».

При виробництві чушок зі сплаву АК9М2 в промислових умовах досліджено 4 варіанти оброблення розплаву універсальним і експериментальним флюсами (табл. 1).

Таблиця 1 - Технологічні варіанти рафінувально-модифікувального оброблення розплавів

№ вар.	Стислий опис сутності технологічного варіанту
І	Плавлення під покривним флюсом (33% KCl, 67% NaCl) з продуванням розплаву універсальним флюсом (15% KCl, 45% NaCl, 40% AlF3) за допомогою повітря (заводська технологія)
ІІ	Плавлення під покривним флюсом (33% KCl, 67% NaCl) з продуванням розплаву універсальним флюсом (15% KCl, 45% NaCl, 40% AlF3) за допомогою стисненого N2
ІІІ	Плавлення під покривним флюсом (33% KCl, 67% NaCl) з продуванням розплаву експериментальним флюсом ( патент України № 58793А) за допомогою стисненого повітря
ІV	Плавлення під покривним флюсом (33% KCl, 67% NaCl) з продуванням розплаву експериментальним флюсом за допомогою стисненого N2

Використання за заводською технологією стисненого повітря як транспортувального агента переслідує мету рафінування розплавів від надлишкового Mg, який потрапляє з шихтою внаслідок складності його видалення на етапі сортування брухту та відходів виробництва (див. табл.1).

Використання експериментального флюсу дозволяє підвищити показники механічних властивостей вторинного силуміну АК9М2 у порівнянні з заводською технологією його виробництва на 14…54%.

Найкращий результат отримано при використанні експериментального флюсу, який вноситься до розплаву за допомогою стисненого азоту (ІV технологічний варіант). При цьому структура сплаву відрізняється тонкодиференційністю складників, а фази, що містять залізо, завдяки модифікуванню приймають компактну форму у вигляді гексагональних глобулів та китайських письмових знаків. При оцінюванні пористості, згідно з вимогами ДСТУ 2839-94 (ГОСТ 1583-93), встановлено, що метал, який отриманий за І та ІІІ технологічними варіантами, має 3…2 бал пористості, за ІІ варіантом - 2 бал і за ІV варіантом - 1 бал. Це вказує на вищий рівень рафінування сплавів від розчинених газів при використанні в технологічній схемі стисненого азоту.

В цілому встановлено, що одноетапне оброблення силумінів експериментальним флюсом не завжди забезпечує отримання рівня властивостей вторинних силумінів, які відповідають вимогам ДСТУ 2839-94 (ГОСТ 1583-93). У зв'язку з цим для отримання вторинних силумінів з більш високим рівнем механічних властивостей необхідне застосування двостадійного рафінувально-модифікувального оброблення: на стадії отримання з брухту та відходів чушок експериментальним флюсом і на стадії виготовлення з чушок виливків - експериментальним модифікатором.

П'ятий розділ «Підвищення якості вторинних алюмінієвих сплавів» присвячений визначенню оптимальних кількостей експериментальних флюсу та модифікатора, тривалості модифікувального ефекту та впливу експериментального оброблення на показники конструктивної міцності вторинних силумінів.

Встановлено, що величини оптимальних присадок експериментальних флюсу та модифікатора залежать від якості вихідної шихти й особливо від ступеня забруднення неметалевими конструкційними матеріалами, мастильно-охолоджувальною рідиною та різними домішковими елементами. При використанні флюсу на стадії виготовлення чушки з шихти, яка складається зі 100% брухту і відходів виробництва та підготовлена із застосуванням розробленого класифікатора, оптимальна присадка флюсу становить приблизно 1,0 мас.%, а кількість модифікатора, що забезпечує отримання оптимуму властивостей виливків, становить 0,05…0,07 мас.% (рис. 8). Ці концентрації модифікатора забезпечують мінімальні значення параметра л інтерметалідних фаз (рис. 8 б).

З рисунку 9, на якому представлено залежності механічних властивостей від параметра форми л, витікає, що максимальні значення л, при яких показники міцності, пластичності і ударної в'язкості відповідають вимогам ДСТУ 2839-94 (ГОСТ 1583-93) становлять л=4…5, що узгоджується з даними, наведеними на рисунку 2. Установлено, що з підвищенням параметру форми включень л вище значень 4…5 рівень механічних властивостей вторинних сплавів знижується (рис. 9).

При використанні як шихти стружки сплаву АЛ25, яка забруднена мастильно-охолоджувальною рідиною та стружкою аустенітного чавуну, оптимальна кількість флюсу становила 1,5 мас.%, а модифікатора - 0,16 мас.%. Установлено, що при застосуванні експериментального модифікатора стійкий модифікувальний ефект зберігається впродовж 1,0…1,5 годин.

Дослідження малоциклової втоми вторинних силумінів, які отримані за різними технологічними варіантами, показало, що найбільшу здатність до опору руйнуванню мали сплави, отримані за експериментальною технологією. Їх довговічність за рахунок отримання сприятливої структури при ступенях деформації = 0,15…0,30% у середньому в 3 рази вища, ніж у сплавів, які одержані за заводською технологією.

Вплив параметра форми включень л на механічні властивості вторинного сплаву АК8М3 у литому стані: 1-вимоги ДСТУ 2839-94.

Вивчення опору втомному руйнуванню при високих частотах навантажень (0,3…44 кГц) також показує переваги експериментальної технології у порівнянні із заводською.

Встановлено, що підвищення границі витривалості експериментального сплаву в діапазоні частот 0,3; 8,8; 18 і 44 кГц становило 32…36, 28…40, 26…48 і 28…40% відповідно. При цьому довговічність (число циклів до руйнування при заданому напруженні а) експериментального сплаву зросла в 3,75…5 разів при частоті 0,3 кГц, в 4…7 разів при частоті 8,8 кГц, а також в 5…15 та 8,6…15 разів на частотах 18 і 44 кГц відповідно. Показано, що зі зростанням частоти навантаження спостерігається підвищення довговічності вторинних силумінів (рис. 11). Це пояснюється тим, що з підвищенням частоти скорочується час знаходження зразка під максимальним навантаженням. При цьому ступінь зміцнення сплаву зменшується внаслідок того, що пластичне деформування завжди запізнюється відносно навантажень, які прикладаються, у зв'язку з чим максимальне зміцнення, пов'язане з процесами руйнування, спостерігається після значно більшої кількості циклів. Вже після зародження тріщин у зразках, опір матеріалу руйнуванню визначається швидкістю руху вершини тріщини в тілі зразка. З підвищенням частоти та, відповідно, швидкості навантажування, тривалість локальної деформаційної дії в вершині тріщини скорочується, що забезпечує зменшення деформованого об'єму, який визначає величину перебігу тріщини. Таким чином підвищується опір руйнуванню та довговічність. алюмінієвий сплав брухт силумін

Дослідження поверхонь, за якими проходить розповсюдження тріщин втоми, показує наступне. Мікрофрактографічна картина руйнування сплавів, які отримані за заводською технологією, свідчить про нерівномірне розповсюдження тріщин. Наявність великої кількості гладких і рівних ділянок вказує на активний рух тріщини по межах розділу «матриця - інтерметалідне включення» або крізь розшаровані інтерметалідні включення. Це обумовлено тим, що інтерметалідні фази типу (Al5SiFe), N (Al7Cu2Fe) та інші, мають несприятливу кристалографічну відповідність з матрицею, високу крихкість, достатньо великі розміри і тому активно сприяють переміщенню тріщини на значну відстань за малу кількість циклів. Наявність великої кількості вторинних мікротріщин підтверджує факт високої крихкості інтерметалідів і низького запасу пластичності матриці на кордоні контакту внаслідок високого рівня внутрішніх напружень в цих зонах.

Фрактограми поверхонь поширювання тріщини втоми в експериментальному сплаві свідчать про вищий запас пластичності металевої основи, на що вказує відсутність вторинних мікротріщин. При цьому крок переміщення тріщини за кожен цикл навантаження є значно коротшим. Вищі показники циклічної міцності експериментальних сплавів визначаються їх структурою, яка містить тонкодиференційовані та рівномірно розподілені включення всіх фаз з малим параметром форми л, а також низькою пористістю, що не перевищує 1 балу згідно з ДСТУ 2839-94 (ГОСТ 1583-93).

У цілому проведені дослідження засвідчують, що запропонована технологія рафінування та модифікування вторинних алюмінієвих сплавів, які отримані зі 100% брухту та відходів виробництва, забезпечує значне підвищення циклічної міцності.

Дослідження кавітаційної стійкості вторинних силумінів, які отримані за заводською та експериментальною технологіями, проводили у воді з водневим показником рН=6,8. Результати випробувань показали, що експериментальна технологія забезпечила зниження втрат маси і зменшення площі кавітаційного руйнування та, як наслідок, підвищення кавітаційної стійкості в 1,9…2,1 рази.

На основі гравіметричних і волюмометричних досліджень корозійної стійкості вторинних силумінів, які отримані за різними технологічними варіантами, в середовищах 3% NaCl + 0,1% H2O2, водогінній воді та 4% водному розчині HCl встановлено, що внаслідок підвищення густини, зниження пористості, поліпшення структури за рахунок отримання тонкодиференційованих та рівномірно розповсюджених структурних складових корозійні втрати маси зразків і швидкість корозії знизились в 1,4…1,7 разів, площа корозійних ділянок зменшилась в 1,6 раза при одночасному зменшенні кількості пітингів на одиницю площі в 1,25 раза.

В цілому результати досліджень показують, що застосування експериментальної технології дозволяє отримати вторинні сплави з рівнем механічних властивостей, що відповідають ДСТУ 2839-94 (ГОСТ 1583-93) для первинних сплавів, а також в результаті підвищення опору руйнуванню при низьких і високих частотах навантажень, кавітаційної та корозійної стійкості, підвищити надійність і довговічність деталей машин, які виготовлені з цього матеріалу.

Шостий розділ «Промислові випробування та реалізація результатів досліджень у виробництві» присвячений дослідно-промисловій перевірці ідей, матеріалів і пропозицій даної роботи. При цьому вирішували наступні задачі:

- порівняти ефективність розроблених флюсу та модифікатора з кращими закордонними аналогами;

- оцінити можливість одержання в промислових умовах рівня фізико - механічних властивостей силумінів, які отримані на основі вторинної сировини, в тому числі, низької якості, вимогам стандартів;

- оцінити техніко-економічну доцільність використання запропонованих технологій та розроблених рафінувально-модифікувальних комплексів.

Промислову апробацію та впровадження матеріалів досліджень проводили в заводських умовах на підприємствах: Запорізькому заводі кольорових сплавів, ТОВ «УРП «Союз», ТОВ «НПКП «Парами» (Україна), Мінському моторному заводі, Білоруському науково - дослідному інституті лиття (БілНДІЛит) Академії наук Республіки Білорусь. Об'єктами досліджень були ливарні сплави АЛ2, АК9, АК5М2, АК9М2, АК8М3, АЛ25, АК5М4, а також деформівні сплави АК4 і АВ.

Розроблення та впровадження на Запорізькому заводі кольорових сплавів «Класифікатора № К110-02-ЦПАС сортів брухту алюмінію після первинного перероблення» забезпечило підвищення якості підготовки вихідної шихти, що дозволило повністю виключити невідповідність сплавів визначеному хімічному складу та знизити залишковий вміст заліза в них у середньому на 20%.

Двостадійне оброблення рідкого металу розробленим флюсом на стадії виготовлення чушки, та модифікатором на стадії виробництва з чушки виливків забезпечило отримання сплавів різних марок з рівнем механічних властивостей, які відповідають вимогам ДСТУ 2839-94 (ГОСТ 1583-93), а за якістю -міжнародному стандарту ISO 9002. В умовах ТОВ «УРП «Союз» і ТОВ «НПКП «Парами» доведено, що при проведенні експериментальних плавлень витрати флюсу в 2 рази менші, ніж при застосуванні універсальних флюсів. Сплави мали тонкодиференційовану структуру з рівномірним розташуванням інтерметалідних фаз компактної форми. За показниками механічних властивостей та газової пористості вони відповідали, а іноді перевищували рівень властивостей сплавів, які отримані із застосуванням препаратів фірми SCHAFER (Німеччина): PROBAT-FLUSS AL224; DEGASAL T200; EUTEKTAL T201 і PROBAT-FLUSS MONOTAB NS.

Виготовлення в умовах ТОВ «НПКП «Парами» за експериментальною технологією металевих моделей для виливка «корпус букси» дозволило підвищити їх стійкість при експлуатації на 35%.

В умовах Мінського моторного заводу застосування експериментальної технології при виплавлені сплаву АЛ25 з низькосортної шихти, що на 100% складалася зі стружки, яка забруднена мастильно-охолоджувальною рідиною та стружкою аустенітного чавуну, дозволило отримувати виливки поршнів, які за механічними властивостями сплаву відповідають вимогам ДСТУ 2839-94 (ГОСТ 1583-93). Рідинноплинність експериментального металу покращилась до значень, які характерні первинним сплавам, що дозволяє отримувати з них тонкостінні виливки.

Відповідно до результатів випробувань, які виконані БілНДІЛитом на вторинному силуміні АК9М2, застосування експериментальної технології у порівнянні з обробленням розплаву універсальним флюсом забезпечило підвищення границі міцності на 39%, відносного видовження на 23%, рідинноплинності на 41%, границі витривалості при частоті навантажень 18 кГц - у 2 рази, знизило газову пористість до 1 балу за ДСТУ 2839-94 (ГОСТ 1583-93) та підвищило густину металу. Експериментальний сплав мав в=265 МПа та =2,7% (згідно з ДСТУ 2839-94 (ГОСТ 1583-93) в190 МПа, 1,5%).

Експериментальна технологія отримання сплавів АК9, АК9М2, АК8М3, АЛ25, АК5М4, які мали вміст вторинної сировини від 40 до 100% та заліза від 0,6 до 1,8% дозволила підвищити характеристики втоми сплавів до 2 разів при частоті випробувань 18 кГц на базі 107 циклів.

Результати дослідно-промислових перевірок експериментальної технології на Мінському моторному заводі та в умовах БілНДІЛиту підтвердили підвищення комплексу механічних властивостей широкої номенклатури вторинних алюмінієвих сплавів до рівня регламентованого ГОСТ 1583-93. Результати роботи використані при виготовленні промислової партії поршнів у кількості 200 штук і 100 радіаторів, що працюють в умовах статичного та динамічного навантажень. Використання розроблених рафінувально-модифікувальних препаратів забезпечило підвищення ефективності рафінувально-модифікувального оброблення, значно скоротило витрати універсального флюсу, що при виготовленні 3000 тон литва дозволило білоруській стороні забезпечити очікуваний економічний ефект у сумі 94,516 млн. білоруських рублів.

...