Vynález sa týka hutníctva, najmä zlievarenskej výroby, možno ho využiť na výrobu odliatkov zo zliatin hliníka pre všeobecné strojárske účely. Účel: zavedením nových komponentov a zmenou pomeru komponentov modifikačnej zmesi na spracovanie taveniny získať odliatky so zvýšenou tesnosťou s vysokou pevnosťou a ťažnosťou. Podstata vynálezu: po roztavení zmesi sa do taveniny zavedie modifikačná zmes obsahujúca karbidotvorné, nitridotvorné prvky a súčet oxidov hliníka a medi v pomere 30 - 70: 0,1 - 0,5 a alkálie. a/alebo kovy alkalických zemín a ich zlúčeniny. Modifikačná zmes sa pridáva v množstve 0,02 až 0,20 % hmotn. zmesi. Pomer oxidov hliníka a medi je 100: 0,01 - 0,98. 2 s.p.f-ly, 2 tab.
PODSTATA: Vynález sa týka metalurgie, presnejšie zlievarenskej výroby a je možné z neho vyrábať odliatky zo zliatin na báze hliníka vysokej kvality, najmä vysokej tesnosti. Na získanie odliatkov zo zliatin na báze hliníka vysokej kvality sa používa rafinácia a modifikácia pomocou rôznych plynov a modifikátorov komplexného zloženia. To komplikuje a predražuje technológiu, neumožňuje optimalizovať celý komplex fyzikálnych a mechanických charakteristík a zhoršuje vyrobiteľnosť. Sú známe nasledujúce spôsoby modifikácie hliníkových zliatin. Spôsob výroby zliatin hliníka, titánu a bóru zahŕňa modifikáciu titánu a bóru fluoridmi alkalických kovov, ku ktorým sa pridá 2 až 10 % hmotnostných práškových fluoridov oxidu hlinitého (Japonská prihláška N 55-51499, trieda C 22C 1 /02). Tento vynález poskytuje zvýšenie pevnostných charakteristík odliatkov, avšak tesnosť odliatkov je nedostatočná, spôsob nie je ekonomický. Známy spôsob úpravy zliatiny hliníka a titánu, ktorý zahŕňa zavedenie bóru do taveniny vo forme ultrajemného prášku hexaboridu lantánu (vyd. St. N 1168622, trieda C 22 C 1/06, 1983). Spôsob poskytuje zlepšenie modifikačného účinku pri znížení nákladov, ale tesnosť odliatkov je neuspokojivá. Známy spôsob spracovania hypereutektických siluminov, ktorý spočíva v modifikácii zmesou, ktorá obsahuje hm.%: fosfor 7-13, meď 45-70, množstvo železa a chlóru 2,5-8, zvyšok tvorí odpad z výroby fosforu s obsahom sodíka. , draslík, vápnik, kremík, kyslík (vyd. St. N 687853, trieda C 22 C 1/06, 1977). Nevýhodou tejto metódy je nízka ťažnosť a tesnosť odliatkov v dôsledku vysokého obsahu medi a fosforu. Známy spôsob výroby odliatkov z hliníkových zliatin, vrátane použitia ultrajemných práškov sfénu a zirkónu (zmes oxidov zirkónu, nióbu a titánu) na úpravu taveniny (pozri jl "Foundry", N 4, 1991, s. 17). Táto metóda poskytuje zvýšenie pevnosti a plasticity odliatkov, avšak ich tesnosť zostáva na neuspokojivej úrovni, pretože oxidy použité v tomto technickom riešení a produkty ich interakcie sú takmer úplne lokalizované vo vnútri zŕn (podzŕn) a nie majú priaznivý vplyv na stav hraníc zŕn. Technickou podstatou a problémom k riešeniu je metóda rafinácie a úpravy hliníkových zliatin, vrátane úpravy taveniny zmesou solí fluoridu draselného a chloridu draselného spolu s fluoridom sodným a/alebo kryolitom sodným v množstve 2 -3 % hmotnosti taveniny (vyd. St. N 899698, kl. C 22 C 1/06, 1982. Táto metóda zjednodušuje technológiu a znižuje náklady na zušľachťovanie a úpravu, avšak tesnosť odliatkov zostáva nízka, pretože nedochádza k intenzívnemu zjemňovaniu zrna, pretože modifikačný mechanizmus druhého druhu je realizované, tzn skôr v dôsledku inhibície rastu zŕn než zvýšenia počtu kryštalizačných centier. Vynález je založený na nasledovnej úlohe: použitím novej sady komponentov z hľadiska zloženia a koncentrácie na úpravu zliatin na báze hliníka získať odliatky s vysokou tesnosťou pri zachovaní zvýšenej pevnosti a ťažnosti. Problém je riešený tak, že pri navrhovanom spôsobe úpravy hliníkových zliatin vrátane tavenia vsádzky a zavádzania modifikačnej zmesi je ako modifikačná zmes použitá zmes karbidotvorných a nitridotvorných prvkov, resp. súčet oxidov hliníka a medi v pomere prvkov a oxidov 30-70 : 0,1-0,5 a alkalických kovov a/alebo kovov alkalických zemín a ich zlúčenín v množstve 0,02-0,20 % hmotnosti vsádzky. Oxidy zirkónu, titánu, nióbu, hafnia a tantalu sa používajú ako prvky tvoriace karbid a nitrid. Kryolit sa používa ako alkalické kovy a/alebo kovy alkalických zemín a ich zlúčeniny. Pomer oxidov hliníka a medi je 100:0,01-0,98. Porovnávacia analýza so známymi technickými riešeniami (analógy a prototyp) nám umožňuje dospieť k záveru, že nárokovaný spôsob modifikácie hliníkových zliatin sa líši v tom, že: kovy zemín a ich zlúčeniny; zložky: prvky tvoriace karbidy a nitridy a množstvo oxidov hliníka a medi sa odoberajú v pomere 30-70: 0,1-0,5, alkalické kovy a / alebo kovy alkalických zemín a ich zlúčeniny - zvyšok; modifikačná zmes sa pridáva v množstve 0,02 až 0,20 % hmotnostných zmesi; oxidy hliníka a oxidy medi sa odoberajú v pomere 100: 0,01-0,98. Niektoré komponenty - karbidotvorné a nitridotvorné prvky, oxidy hliníka, alkalické kovy a kovy alkalických zemín a ich zlúčeniny - sú známe z doterajšej úrovne technológie (analógy a prototyp), avšak v navrhovanom technickom riešení sú zavedené ako súčasť iné zložky (nové kvalitatívne zloženie) a v iných pomeroch (nový kvantitatívny pomer). Vysoký efekt modifikácie zmesou karbidotvorných a nitridotvorných prvkov, súčtu oxidov hliníka a medi, alkalických kovov a/alebo kovov alkalických zemín a ich zlúčenín sa vysvetľuje tým, že v tavenine na báze karbid- a nitridotvorných prvkov po disociácii oxidov vznikajú intermetalické zlúčeniny koloidnej disperzie typu Al x Me y, ktoré v procese kryštalizácie zabezpečujú zjemnenie kovovej štruktúry, časť oxidov hliníka, zložením blízka stechiometrické, pôsobí podobne. Zlúčeniny medi zohrávajú dôležitú úlohu pri tvorbe štruktúry, submikroštruktúry a v dôsledku toho aj komplexu fyzikálno-mechanických, technologických a prevádzkových vlastností odliatkov a zliatin na báze hliníka: po prvé oxidy silicidov a čiastočne sulfidy medi. , ktoré vznikajú v tavenine, sú zodpovedné za výrazné zjemnenie štruktúry, pričom likvidus sa posúva smerom k vyšším teplotám, zvyšuje sa dynamika kryštalizácie - vo vnútri drvených zŕn je lokalizovaných veľa nežiaducich inklúzií vo veľmi rozptýlenej forme, po druhé, meď zlúčeniny typu CuAl 2 a zložitejšieho zloženia sa oddeľujú od tuhého roztoku pozdĺž hraníc zŕn. V dôsledku výrazného zväčšenia medzikryštalického povrchu v dôsledku zjemnenia zŕn a rovnomernej lokalizácie týchto rozptýlených precipitátov je zabezpečený pokles koncentrácie napätia pri súčasnom zvýšení hustoty a tesnosti odliatku ako celku. Zavádzanie modifikačnej zmesi je menšie ako 0,02 % hmotn. Náplň nedáva požadovaný účinok na úroveň tesnosti a ďalšie charakteristiky a prekročenie hornej hranice 0,20 % hmotn. vsádzky vedie k zníženiu plasticity odliatkov. Hranice pomeru zložiek modifikačnej zmesi sú určené nasledujúcimi úvahami: keď je pomer karbidotvorných a nitridotvorných prvkov a súčet oxidov hliníka a medi menší ako 30:0,5, počet kryštalizácií stredy nie sú dostatočné na zabezpečenie správnej úrovne odlievacích vlastností; keď pomer presiahne 70:0,1, zliatina sa stáva krehkou v dôsledku nadmerného množstva intergranulárnych inklúzií. Spolu so stratou plasticity sa znižuje aj tesnosť, pretože sa zvyšuje diskontinuita v blízkych hraničných zónach. Keď je pomer oxidov hliníka a oxidov medi väčší ako 100:0,01, účinok sekundárnych fáz prudko klesá, pretože oxidy a iné zlúčeniny medi sú úplne realizované vo forme inklúzií vytvorených v tavenine, nad likvidom a nemajú pozitívny vplyv na štruktúru a vlastnosti odliatkov a ak je tento pomer menší ako 100:0,98, počet sekundárnych fáz lokalizovaných pozdĺž hraníc zŕn sa natoľko zvýši, že v miestach zrážok vznikajú diskontinuity a znižuje sa tesnosť takýchto odliatkov . PRÍKLAD V súlade s výpočtom vsádzky boli komponenty vložené do hmoždinky 250- a kilogramovej odporovej pece EST-250, aby sa získala hliníková zliatina AK7ch (AL9). Po natavení zmesi a doladení taveniny z hľadiska chemického zloženia sa tavenina ošetrí upravujúcou zmesou pri teplote 650-780 °C, ktorá sa zavádza pod „zvon“ čo najbližšie ku dnu. téglik. Spracovanie prebieha až do ukončenia prebublávania, po ktorom sa „zvon odstráni a troska sa odstráni z povrchu taveniny. Takto sa roztavila séria tavenín, v ktorých sa množstvo vnesenej modifikačnej zmesi a jej zloženie sa menilo.Pre porovnanie jedna z tavenín bola modifikovaná tavivom v množstve 2,5 hm.% vsádzky, pripravené z drvenej dehydrovanej zmesi fluoridu draselného s chloridom draselným v pomere 2:3 hm. ako aj fluorid sodný a kryolit sodný v rovnakých pomeroch.expozíciou po dobu 10-15 min bola troska odstránená.Výsledná zliatina mala chemické zloženie, hm.%: mangán 0,46-0,52;-0,4, železo 1,2-1,8, olovo 0,03 -0,05, cín 0,008-0,012, kremík 6,2-7,6, hliník zvyšok získaný v kovovej forme podľa štandardných metód. Merania sa uskutočňovali pri tlaku 5 kgf/cm2 na častiach typu "čerpadlového kolesa", získaných vstrekovaním. Výsledky testovania vzoriek a odliatkov zo zliatiny AK7ch (AL9) po rôznych možnostiach úprav sú uvedené v tabuľke. 1 a 2. Analýza získaných výsledkov ukazuje, že vzorky a odliatky dielcov modifikovaných nárokovanou metódou, s vysokou pevnosťou a ťažnosťou, majú výrazne vyššiu hustotu a v dielcoch tesnosť. V porovnaní s prototypovou metódou nárokovaná metóda zvyšuje tesnosť odliatku viac ako dvojnásobne; v porovnaní so sériovou technológiou - štyri až šesťkrát. Navrhnutý spôsob je možné využiť v zlievarniach strojárskych závodov a špecializovanej výrobe odliatkov z hliníkových zliatin so zvýšenými požiadavkami na tesnosť.
Nárokovať
1. SPÔSOB ÚPRAVY HLINÍKOVÝCH ZLIATIÍ vrátane roztavenia vsádzky a zavedenia modifikátora do taveniny v prítomnosti kryolitu, vyznačujúci sa tým, že ako modifikátor sa použije zmes prvkov tvoriacich karbid, nitrid a oxidov hliníka a medi. v pomere prvkov a oxidov 30 - 70 : 0,1 - 0,5 a alkalických kovov a/alebo kovov alkalických zemín a ich zlúčenín v množstve 0,02 - 0,20 % hmotnosti zliatiny a pomer oxidov hliníka a medi je 100 : 0,01 - 0,98. 2. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že oxidy zirkónu, titánu, nióbu, hafnia, tantalu sa použijú jednotlivo alebo v akejkoľvek kombinácii ako karbidotvorné, nitridotvorné prvky. 3. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že ako alkalické kovy a/alebo kovy alkalických zemín a ich zlúčeniny sa použije kryolit.
Hliník je jedným z najpoužívanejších materiálov pri výrobe zariadení do výbušného prostredia.
ZAVOD GORELTEKH LLC (predtým CORTEM-GORELTEKH LLC) vynaložila veľké úsilie na štúdium hliníkových zliatin a technologických metód ich spracovania. Hliník je vysoko odolný voči korózii, a preto je známy ako najefektívnejší a najuniverzálnejší materiál v mnohých aplikáciách. Je oveľa ľahšia ako liatina, čo uľahčuje umiestnenie elektrických zariadení. Hliník je odolný voči korózii a nie je potrebné ho na jeho povrchu chrániť, na rozdiel od liatiny, ktorá si vyžaduje zinkovanie a lakovanie. Hliník je tiež oveľa lacnejší ako nehrdzavejúca oceľ. Mechanické vlastnosti liatych hliníkových zliatin sú pre ochranu elektrických zariadení proti výbuchu viac než vyhovujúce.
Po mnohých rokoch výskumu sa zistilo, že práve obsah medi v zliatine spôsobuje koróziu v prítomnosti elektrolytu.
Zliatiny hliníka a horčíka majú najlepšiu odolnosť proti korózii, preto sa najčastejšie používajú pri stavbe lodí. Tieto zliatiny však nie sú vhodné pre krabice odolné voči výbuchu alebo časti používané v potenciálne výbušných priestoroch. Dôvodom je skutočnosť, že zliatiny hliníka a horčíka spôsobujú pri trení o kovové predmety a nástroje iskry. V skutočnosti je horčík vysoko horľavý a jeho prítomnosť v zliatine predstavuje riziko, ktoré je vo výbušných zariadeniach s výbušnými priestormi neprijateľné. Normy ochrany proti výbuchu povoľujú obsah horčíka v hliníkových zliatinách až do 6 %. Táto tolerancia je dosť vysoká, pretože aj malé percento horčíka môže pri trení o povrch krabičky spôsobiť iskru.
V súčasnosti ZAVOD GORELTEKH LLC (predtým CORTEM-GORELTEKH LLC) používa koróziu odolnú modifikovanú hliníkovo-kremíkovú zliatinu s podielom kremíka od 7 % do 14 % v závislosti od technológie odlievania. Meď je prítomná len ako prímes a primárne zliatiny môžu obsahovať maximálne 0,05 % medi v ingotoch a 0,1 % medi v odliatkoch. Železo je prítomné len ako prímes a primárne zliatiny môžu obsahovať maximálne 0,15 % železa v ingotoch a 0,4 % v liatine. Tieto zliatiny zaručujú úplnú ochranu proti korózii v akomkoľvek prostredí.
Hliník a jeho zliatiny sa vyznačujú dobrou odolnosťou proti korózii v rôznych prostrediach.Aj keď je hliník reaktívny kov, zostáva odolný vďaka vytváraniu ochranného oxidového filmu na povrchu. Ak sa tento film zničí, okamžite sa sám reprodukuje a jeho hrúbka je od 50 do 100 mikrónov. Fólia sa stáva hrubšou, ak je vystavená extrémne korozívnej atmosfére alebo je vystavená umelým úpravám, ako je eloxovanie. V prípade náhodného poškodenia povrchu sa fólia automaticky obnoví. Korózia hliníka a jeho zliatin je spôsobená podmienkami, ktoré podporujú mechanické poškodenie ochrannej fólie alebo chemickými podmienkami, ktoré poškodzujú špecifickú oblasť fólie a znižujú množstvo kyslíka potrebného na samozacelenie fólie. Tento ochranný oxidový film je zvyčajne stabilný vo vodných roztokoch s hodnotou pH 4,5 až 8,5 a nie je zničený kyselinami a alkalickými roztokmi, ako je kyselina dusičná, kyselina octová, kremičitan sodný alebo hydroxid amónny.
Podobne ako v prípade iných kovov je jav korózie spojený s prechodom prúdu medzi anódovou a katódovou oblasťou, to znamená s rozdielnym potenciálom medzi zónami. Štruktúra a veľkosť korózie závisí od rôznych faktorov, ako je štruktúra mikrokomponentov, ich lokalizácia a kvalita. Čistý hliník má najlepšiu odolnosť proti korózii. Prítomnosť nečistôt na povrchu alebo vo vnútri kovu môže výrazne znížiť odolnosť proti korózii.
Na odlievanie hliníka sa bežne používajú tri typy zliatin:
- Hliník-Meď
- Hliník-horčík
- hliník-kremík
Ak vylúčime prvé dve zliatiny z dôvodov uvedených vyššie, prejdime priamo k zliatinám hliníka a kremíka. Táto kategória zahŕňa zliatiny hliníka používané v rôznych oblastiach. Tieto zliatiny sa vyznačujú obsahom kremíka od 7% do 14% a používajú sa bez medi, čo zaručuje dobrú tekutosť, strednú mechanickú stabilitu a odolnosť proti korózii. Pridanie malého množstva horčíka do zliatiny na zlepšenie tepelného spracovania vedie k zhoršeniu jej antikoróznych vlastností.
Zliatiny Al Si patria medzi najlepšie zliatiny, ktoré sa používajú pri odlievaní hliníka, pretože majú cenné vlastnosti potrebné na odlievanie:
- Pomerne vysoká mechanická stabilita
- Dobrá kujnosť
- Dobrá hustota
- Odolnosť proti korózii
Niektoré z týchto vlastností možno nájsť iba v zliatinách Al-Si. Na zvýšenie účinnosti týchto vlastností je potrebné špeciálne spracovanie.
Pozornosť je potrebné venovať aj spracovaniu zliatiny hliníka a kremíka – technológiou odlievania. Množstvo firiem na reklamné účely píše, že na výrobu svojich produktov používajú vstrekovanie a zliatinu AK12 (AL2). Treba poznamenať, že takáto zliatina je dosť krehká, ak sa nepoužije špeciálna technológia, inak sa produkt ukáže ako krehký a nedá sa použiť pre zariadenia odolné voči výbuchu. Preto spoločnosť ZAVOD GORELTEKH LLC (predtým CORTEM-GORELTEKH LLC) používa špeciálnu technológiu odlievania (komplexný systém chladenia a plynovania produktu) na získanie korózie odolnej modifikovanej hliníkovej zliatiny, ktorá umožňuje použitie produktov v morskom prostredí.
Aby sme správne pochopili význam modifikácie na fyzikálnej a mechanickej úrovni, stačí analyzovať rozdiel v štruktúre na mikrosnímkach pred a po spracovaní. Pri pohľade na mikrofotografie je vidieť zlepšenú kvalitu modifikovanej štruktúry zliatiny zospodu v porovnaní s hrubšou štruktúrou nezmenenej zliatiny zhora.
Nemodifikovaná hliníková zliatina vo výrobkoch od iných výrobcov
Korózii odolná modifikovaná hliníkovo-kremíková zliatina odolná voči soľnej hmle a iným chemikáliám vrátane odolnosti voči výparom sírovodíka a kyseliny chlorovodíkovej, voči slaným a kyslým banským vodám v produktoch spoločnosti ZAVOD GORELTEKH LLC (predtým CORTEM-GORELTEKH LLC)
Modifikácia - zmena nanoštruktúry zliatiny. Zvláštnosťou tejto úpravy je výroba zliatin bez pridania modifikátorov a nečistôt: železa, horčíka alebo medi, podľa špeciálnej technológie odlievania LLC "ZAVOD GORELTEKH" (predtým LLC "CORTEM-GORELTEKH"). Umožňuje vám odmietnuť nehrdzavejúcu oceľ (okrem triedy 03X17H13M2 podľa GOST 5632-72 (AISI 316L))
V nezmenenej štruktúre je možné vidieť veľké polyedrické kryštály primárneho kremíka obklopené vylepšenými, ale menšími ihličkovitými formáciami eutektika Al-Si. Na pozadí je viditeľná hrubá matrica fázy a (tuhý roztok kremíka v hliníku). Štruktúra vyzerá nerovnomerne a jej komponenty sú usporiadané náhodne. Možno konštatovať, že veľká veľkosť a ostré konce týchto útvarov vedú k nepredvídateľným anizotropným charakteristikám.
Najkontroverznejšou otázkou zostáva výber typu úpravy pri odlievaní hliníka. Závisí to od mnohých dôvodov, od technológie, ktorú si tento typ úpravy vyžaduje, až po jej vplyv na výkonnosť odlievania, ako aj na ekonomické a environmentálne faktory.
Hypoeutektické zliatiny s menej ako 13% kremíka môžu byť modifikované pridaním presného množstva sodíka alebo stroncia, obe zlepšujú eutektikum. Pridanie vápnika a antimónu môže byť v niektorých prípadoch veľmi nápomocné. V hypoeutektických zliatinách sa štruktúra odliatku zlepšuje zmenou neeutektických kryštálov kremíka a prídavkom fosforu.
Modifikovaná nanoštruktúra nemá veľké kryštály kremíka, zatiaľ čo tuhá štruktúra je prezentovaná ako dendrity zmiešané v množstve malých eutektických útvarov, ktoré sú pri zväčšení pod mikroskopom sférické. Preto môžeme konštatovať, že úprava modifikáciou ovplyvňuje štruktúru zliatiny Al-Si a dáva eutektickým formáciám zlepšenú sférickú štruktúru.
Existujú aj zliatiny hliníka a kremíka odolné voči korózii s prídavkom titánu, napríklad GAS 7. Tento typ zliatiny má z hľadiska mechanických vlastností nízku citlivosť na vplyv vonkajších koncentrátorov napätia pri cyklickom zaťažení a vysokú absorpciu koeficient vibrácií pri vibráciách častí, ako aj dobrá rovnomerná tepelná vodivosť.
| výrobky zo zliatin hliníka a kremíka, značka z recyklovaného hliníka |
Obsah nečistôt, ktoré podporujú koróziu, % | Obsah nečistôt, ktoré prispievajú k vzniku iskry,% | ||||
| AK9 (zliatina) | 1 0,5 0,8 0,5 0,45||||||
| AK7 (zliatina) | 1,5 0,6 1 0,5 0,55||||||
| AK12(AL2) (zliatina) | 0,6 0,5 0,7 0,3 0,1||||||
| AlSi12 (zliatina) | 0,1 | 0,55 | 1,3 | 0,15 | 0,1 | |
| EN AC - AlSi12(Fe) (zliatina) | 0,1 0,55 1,0 0,15 0,1||||||
| AlSi9MnMg (zliatina) | 0,1 | 0,8 | 0,7 | 0,10 | 0,5 | |
| LM24 (zliatina) | 4,0 | 0,5 | 1,3 | 3,0 | 0,3 | 0,3 |
| AlSi13Fe (zliatina) | 0,1 | 0,55 | 1,3 | 0,15 | 0,1 | |
| Plyn 7 (zliatina) | 0,1 0,4 0,15 0,1 0,4||||||
| AK12och (zliatina) | 0,02 0,03 0,20 0,04 0,1||||||
| AlSi13 (zliatina) | 0,1 | 0,4 | 0,7 | 0,1 | 0,1 | |
| LM6 (zliatina) | 0,1 0,4 0,7 0,1 0,1||||||
| LLC "ZAVOD GORELTEKH" (hotový výrobok) | 0,1 0,4 menej ako 0,4 0,1 0,1||||||
Označené červenou farbou neprijateľné množstvo nečistôt, ktoré prispievajú k zrýchlenej korózii hliníkovej zliatiny.
JE DÔLEŽITÉ VEDIEŤ
Nepoužívajte zliatiny hliníka, ktoré nie sú vhodné na dlhodobú prevádzku v parách sírovodíka. Neporušujte požiadavky bezpečnostných pravidiel Rostekhnadzoru Ruskej federácie o odolnosti zariadení voči účinkom pár sírovodíka!!!
Pri výbere materiálov je potrebné vziať do úvahy rôzne faktory prostredia. Prostredie (kde sa naše produkty používajú) je ťažké kontrolovať. Nejde o známe potenciálne nebezpečenstvá v nebezpečných priestoroch (ktoré je možné kontrolovať laboratórnymi testami a záručnými listami), problémom je ničenie spôsobené extrémne nebezpečnými odvetviami, akými sú chemické a petrochemické závody. Odolnosť materiálov voči korózii je relatívnym faktorom, pretože závisí od podmienok prostredia, ktoré výrazne ovplyvňujú charakter deštrukcie. Preto spoločnosť ZAVOD GORELTEKH LLC (predtým CORTEM-GORELTEKH LLC) neustále testuje svoje produkty a tiež do hĺbky študuje stabilitu materiálov vo vonkajšom prostredí. To uľahčuje výber vhodného materiálu na základe objektívneho výskumu a zaručuje spoľahlivosť produktu v priebehu času.
| Liatina/oceľ | Plastové | nehrdzavejúca oceľ oceľ 08X18H10 | Nerez odolný voči korózii chrómniklová liata oceľ LLC "ZAVOD GORELTEKH" |
Hliníková zliatina (meď>0,1%, železo>0,7%, horčík>0,1%) |
Úprava odolná voči korózii. Hliníková zliatina (obsah medi ≤ 0,1 %, železa ≤ 0,4 %, horčíka ≤ 0,1 %) LLC "ZAVOD GORELTEKH" |
||
| Priemerná životnosť trupu, roky | 20 | 4 | 25 | 30 | 5 | 25 | |
| St Životnosť povrchu "Výbuch", roky | vonkajšia inštalácia | 3 | - | 15 | 30 | 2 | 20 |
| Vnútorná inštalácia | 5 | 3 | 20 | 30 | 4 | 25 | |
| Možnosť obnovy (leštenia) povrchu „Explosion“. | + | - | - | - | - | - | |
| Náklady na výrobu puzdra | nízka | priemer | vysoká | vysoká | nízka | priemer | |
| Náklady na inštaláciu Ex komponentov | vysoká | nízka | veľmi vysoko | veľmi vysoko | priemer | nízka | |
| Možné veľkosti krytu | veľký | malý | veľký | veľký | stredná | veľký | |
| Hmotnosť puzdier | veľký | malý | veľký | veľký | priemer | malý | |
| Strata výkonu | vysoká | nízka | priemer | priemer | maximálne | maximálne | |
| Námorné aplikácie | - | - | + | + | - | + | |
Životnosť povrchu "Explosion" určuje dobu používania Exd-plášťov vo výbušnej zóne.
S využitím materiálov z knihy Teoretické základy kryštalizácie kovov a zliatin.
Zadiranov A.N., Kats A.M.
Experimentálne sa zistilo, že čím viac zárodkov na jednotku objemu taveniny, tým viac kryštálov sa vytvorí, tým menšie sú a tým vyššie sú mechanické vlastnosti kovu. Z tohto dôvodu sa zliatiny zámerne snažia uľahčiť tvorbu kryštalizačných jadier. Látka, ktorá podporuje tvorbu choroboplodných zárodkov, sa nazýva modifikátor a samotná operácia sa nazýva modifikácia.
Modifikátory podľa ich pôsobenia možno rozdeliť do troch skupín:
modifikátory, ktoré zvyšujú zmáčavosť jednej zložky zliatiny na druhú, t.j. zníženie povrchového napätia na hranici medzi nimi a tým uľahčenie tvorby tuhej fázy v kontakte s kvapalinou;
inokulátory - modifikátory, ktoré menia štruktúru odliatku znížením prehrievania taveniny kryštalizujúceho kovu.
Modifikátory druhého typu môžu byť také vo veľmi zriedkavých prípadoch - keď ich veľkosť a teplota taveniny modifikovaného kovu sú tak blízko teplote tuhnutia, že nebude stačiť roztaviť modifikátor zavedený do kúpeľa a (zmrazený) už na nej vykryštalizovala vrstva kovu. Častice tuhej fázy už prítomné v tavenine (nekovové inklúzie alebo zavedené pomerne dávno, a preto majú rovnakú teplotu ako kryštalizujúca tavenina, častice žiaruvzdornejšieho kovu) nemôžu byť zárodkami tuhej fázy. , keďže v súlade s druhým termodynamickým zákonom (prenos tepla zo studeného do horúceho je nemožný) jednoducho nemôžu prevziať (sami o sebe) kryštalizačné teplo uvoľnené pri tvorbe tuhej fázy. Preto sú tvrdenia, ktoré sa často nachádzajú v literatúre, že oxidy, nitridy a sulfidy môžu byť jadrami kryštalizácie, veľmi kontroverzné. Okrem toho, spornosť ustanovení, že sulfidy a nitridy v oceli môžu byť zárodkami tuhej fázy, je spôsobená skutočnosťou, že v čase začiatku kryštalizácie (teplota 1400 ... 1500 ° C) dochádza k tvorbe takéto zlúčeniny sú možné len v exotických prípadoch, najmä pri veľmi vysokých koncentráciách dusíka a silného nitridotvorného činidla (napríklad zirkónu), vo výnimočných prípadoch je tiež možné uvoľňovať pevné častice CaS pri úprave kovu nadmerne veľké množstvo vápnika pri vysokej koncentrácii síry. Ale aj keď sú tieto inklúzie v kove prítomné, majú rovnakú teplotu, a preto nemôžu akumulovať dodatočné množstvo energie uvoľnenej počas kryštalizácie vo forme taviaceho tepla.
Modifikácia je tiež rozšírená výrobná technika pri výrobe materiálov pre priemysel, akým je letecký priemysel.
Modifikátory tretieho typu - inokulátory - sa prejavujú chladením taveniny kryštalizujúceho kovu. Vyššia rýchlosť ochladzovania prispieva k zvýšeniu rýchlosti kryštalizácie a zníženiu rozvoja segregačných procesov, čo samozrejme priaznivo ovplyvňuje štruktúru.
Pod modifikáciou makroštruktúry rozumieme výrobu odliatkov a ingotov s jemnozrnnou štruktúrou. Konečnou úlohou úpravy je zlepšenie mechanických, technologických a prevádzkových vlastností odliatkov, ingotov, ako aj výrobkov a polotovarov z nich získaných brúsením odliatej konštrukcie.
Rozptyl liatej štruktúry je charakterizovaný vzdialenosťou medzi osami prvého rádu alebo veľkosťou takzvaného liateho zrna. Druhá z nich je vizuálne rozlíšiteľná oblasť na reze, ktorá sa od susedných oblastí líši farbou a má výrazné hranice. Liate zrná vznikajú za rôznych termofyzikálnych podmienok, ktorých rozdiel spôsobuje odlišný smer a prípadne aj hodnotu teplotného gradientu a podľa toho aj smer rastu tuhej fázy; na styku takýchto oblastí sa hromadí zvýšené množstvo segregácií a defektov kryštálovej mriežky, čo spôsobuje zvýšenú leptateľnosť týchto miest a tým aj možnosť ich vizuálnej identifikácie.
Príkladom produktov, pri ktorých sa vyžaduje vysoký rozptyl odlievanej štruktúry, je kozmická loď.
Liate zrno môže obsahovať jeden alebo viac dendritov, ktorých riadený rast skutočne prispel k jeho vzniku. Hranica zŕn nemôže prekročiť samotný dendrit, ktorý ju vytvoril. Vo vnútri zrna sú osi zodpovedajúcich rádov rovnobežné.
Pretože veľkosť liateho zrna závisí od pomeru rýchlostí nukleácie ( n ) a rast ( v ) kryštály, potom je modifikácia v podstate zameraná na zmenu týchto parametrov v požadovanom smere. Vzdialenosť medzi osami prvého rádu je tým menšia, čím nižšia je rýchlosť rastu kryštálov a tým väčšia je rýchlosť nukleácie kryštalizačných centier. Podľa teórie kryštalizácie v podmienkach samovoľnej nukleácie kryštálov rýchlosti ich rastu a nukleácie závisia nielen od podchladenia, ale aj od povrchového napätia a na rozhraní taveniny a kryštálu a od aktivačnej energie atómov v tavenine ( U )
n= K 1 exp[ -
U 1 /(R· T)]·
exp[ -V·σ
3 /(T A T 2)] (1)
v = K 2 exp[- U 1 /(R· T)] exp [-E· a2/(TΔ T)] (2)
kde TO 1 -
faktor úmernosti, ktorý sa približne rovná počtu atómov v uvažovanom objeme taveniny (na jeden mol K 1~10 23);
K 2 - faktor proporcionality, približne rovný počtu atómov na povrchu uvažovaného objemu (pre jeden mol K 2~10 16);
U- aktivačná energia atómov v tavenine;
U 1 -
aktivačná energia, ktorá určuje rýchlosť výmeny atómov medzi dvojrozmerným jadrom a taveninou ( U 1 =
0,25 U);
σ -
povrchové napätie na rozhraní tavenina-kryštál;
σ
1 -
povrchové napätie taveniny na periférii dvojrozmerného jadra;
V- látková konštanta = (2 /
k) 2;
M aρ -
molekulová hmotnosť a hustota látky kryštálu;
q- teplo topenia jednej mol-li látky;
k -
Boltzmannova konštanta;
E - látková konštanta (E σ
2 ~ 10 -3 ·
V ·σ
3);
R- plynová konštanta;
T - teplota;
Δ T- podchladenie.
Z vyššie uvedených rovníc vyplýva, že zvýšenie rýchlostí nukleácie a rastu kryštálov je možné pri znížení aktivačnej energie a veľkosti povrchového napätia.
Jasnejšie, úloha povrchového napätia na rozhraní taveniny a kryštálu je zrejmá z výrazov pre celkovú prácu nukleácie ( A r ) a kritický polomer jadra ( r kr )
A p \u003d Bσ 3 /(T ·Δ T2)
(3)
r cr = 2σ T/(LΔ T T)
(4)
Rovnica na výpočet kritického polomeru jadra tuhej fázy bola získaná na základe nasledujúcich úvah.
Vznik novej fázy je sprevádzaný objavením sa nového povrchu kvapalina-pevná látka. Preto, aby jadro vzniklo, je potrebné, aby úbytok energie hmoty látky, z ktorej vzniklo, prevýšil energiu vynaloženú na vznik rozhrania. Vytvorenie novej fázy (klastra) je preto možné len vtedy, keď dosiahne určitý kritický polomer. Kým embryo nedosiahne kritickú veľkosť, jeho rast je sprevádzaný nárastom energie. Takýto proces je možný len vďaka výkyvom.
Molárnu energiu kvapalnej a pevnej fázy teda označujeme ako G L a G S, a povrch vytvorenej novej fázy ako S, zapíšeme podmienky pre vznik novej fázy
Δ G = V·ρ/ Pán·( G S - G L) + S· σ
L-S
kde V- objem jedného mólu látky, m 3 / mol;
ρ - hustota látky, kg/m 3 ;
Pán- molárna hmotnosť, g/mol;
σ L -S- povrchová energia, J/m 2 .
Ak predpokladáme, že embryo má guľovitý tvar, tak dostaneme
Δ G= 4/3 π r 3 ρ/ Pán·( G S - G L) + 4 π r 2 · σL-S (5)
Pri teplotách nad bodom topenia G S > G L a teda existencia tuhej fázy je energeticky nepriaznivá. Chladenie kovu na nižšie teploty T pl vedie k tomu, že rozdiel ( G S - G L) sa stáva negatívnym. Vďaka tomu v kvapaline podchladenej na určitú teplotu pri určitej kritickej hodnote r = r do hodnota Δ G dosiahne svoju maximálnu hodnotu. Ďalšie zvýšenie r vedie k zníženiu Δ G.
Kritický polomer jadra možno zistiť z podmienky, že pri maximálnom ∂ΔG/∂ r= 0. Z rovnice (5) teda vyplýva, že
r do= 2∙σL-S∙ M r Fe/[(G S - G L)∙ρ Fe]
Hodnota ( G S - G L) možno vyjadriť pomocou latentného tepla topenia a T pl pomocou známeho termodynamického vzťahu:
Δ G = Δ H - T·Δ S = -L - T·Δ S
o T = T pl rozdiel Δ G rovná sa nule, takže
Δ S = -L/Tpl
Za predpokladu, že pri relatívne malých podchladeniach nezávisí od teploty, nájdeme
Δ G Tm- Δ G T = (Δ H Tpl - T pl·Δ S Tm) - (Δ N T - T·Δ S T) = -Δ T·Δ S = Δ T· L/T pl
V dôsledku toho dostaneme
r do= 2∙σL-S∙ M r Fe∙T pl/(ρ
Fe∙L∙Δ T)
kde r do- polomer klastra, m;
r Fe je polomer atómu železa, Á;
M r Fe- molekulová hmotnosť železa, g-atóm/mol;
Ρ Fe- hustota železa, g/cm3;
σ L- S - povrchové napätie, J / cm 2;
L- teplo topenia, J/mol;
T pl - teplota topenia, K;
Δ T- hypotermia, K.
Z týchto vyjadrení je zrejmé, že čím nižšie je povrchové napätie, tým nižšia je práca pri tvorbe jadier a tým nižšia je kritická veľkosť stabilného jadra. Zníženie povrchového napätia na rozhraní taveniny a kryštálu teda uľahčuje nukleáciu kryštalizačných centier, pretože zvyšuje rýchlosť nukleácie centier, úmerne indexu
y= exp [ -V· a3/(T· Δ T 2)] (6)
V podobnom smere podľa týchto riešení dochádza k nárastu podchladenia, čo tiež prispieva k zrodu nových centier kryštalizácie. Na základe porovnania rovníc (1) a (2) možno konštatovať, že z týchto dvoch procesov (nukleácia a rast) je proces nukleácie kryštalizačných centier limitujúci. Je to spôsobené tým, že podchladenie vstupuje do rovnice rýchlosti nukleácie (1) s mocninou 2 (na rozdiel od výrazu pre rýchlosť rastu, kde sa exponent pre podchladenie rovná 1). Preto je pre nukleáciu kryštalizačných centier potrebné oveľa väčšie podchladenie ako pre ich rast. S ohľadom na túto skutočnosť sa pri zvažovaní modifikácie zvyčajne najväčšia pozornosť venuje zvýšeniu rýchlosti nukleácie kryštalizačných centier pôsobením nečistôt modifikátorov.
Úprava je zameraná na riešenie niekoľkých problémov:
mletie fázových komponentov eutektík, peritektík vr. krehké a taviteľné fázy (so zmenou ich zloženia zavedením prísad, ktoré s týmito fázami tvoria chemické zlúčeniny);
mletie primárnych kryštálov, ktoré sa vyzrážajú počas kryštalizácie v pre- alebo hypereutektických zliatinách;
zjemnenie tvaru a zmena veľkosti a rozloženia nekovových inklúzií (intermetalické zlúčeniny, karbidy, grafit, oxidy, sulfidy, oxysulfidy, nitridy, fosfidy).
Súčasné riešenie všetkých týchto problémov je často nemožné. Zjemnenie makroštruktúry je teda často sprevádzané zhrubnutím mikrozŕn. Zároveň je niekedy možné súčasne dosiahnuť niekoľko z uvedených cieľov.
Modifikácia sa líši od legovania:
kratšia doba pôsobenia modifikátorov (zvyčajne 10 ... 15 minút), niektoré modifikátory sa však vyznačujú dlhým pôsobením.
Navrhuje sa nasledujúca klasifikácia metód modifikácie:
zavedenie modifikačných prísad do taveniny;
využitie rôznych fyzikálnych vplyvov (regulácia teploty taveniny, predbežné ochladzovanie taveniny pri prelievaní, suspenzné liatie, liatie v rozsahu kryštalizačných teplôt, vibrácie, ultrazvuk, elektromagnetické miešanie);
kombinované metódy spájajúce vyššie uvedené (zavedenie modifikátorov + ultrazvuk atď.).
Už na začiatku článku bolo povedané, že podľa charakteru dopadu možno modifikátory rozdeliť do troch typov: modifikátory 1. druhu, 2. a 3. druhu. Modifikátory 1. druhu ovplyvňujú štruktúru zmenou energetických charakteristík (aktivačná energia a povrchové napätie) nukleácie novej fázy; modifikátory 2. druhu, ako sa predpokladá vo väčšine literárnych zdrojov, menia štruktúru tým, že ju ovplyvňujú, podobne ako jadrá tuhej fázy (takýto účinok modifikátorov je však podľa nášho názoru pochybný a mal by byť preskúmaný); modifikátory 3. druhu - chladničky / inokulátory - znižujú teplotu kovu a zvyšujú rýchlosť kryštalizácie, čím bránia rozvoju segregácie prvkov.
Tieto modifikátory získali najväčšie uplatnenie. Modifikátory tohto typu zahŕňajú nečistoty, ktoré sú neobmedzene rozpustné v kvapalnej fáze a mierne rozpustné v pevnej fáze (0,001 ... 0,1 %). Tieto nečistoty sa dajú rozdeliť do dvoch typov: tie, ktoré nemenia povrchové vlastnosti kryštalizačnej fázy (a) a tie, ktoré menia povrchové napätie na rozhraní taveniny a kryštálu (b). Rozpustné nečistoty ako " a"môže inhibovať rast tuhej fázy len vďaka koncentračnej bariére na rozhraní kryštál-tavenina (s distribučným koeficientom k < 1 концентрация второго компонента в приграничном слое жидкой фазы выше, чем в твердой фазе). (NIE JE VŠAK VŽDY ZNÍŽENIE MO) V tomto prípade nedochádza k žiadnej zmene energetických charakteristík procesu. Prísady ako " b", znižovanie povrchového napätia na hranici kryštálov taveniny a selektívna koncentrácia z tohto dôvodu na povrchu kryštálov (dendritov), sa nazývajú povrchovo aktívne.
Povrchovo aktívne látky sú schopné vytvárať súvislú adsorpčnú vrstvu. To znamená, že pri praktickej absencii rozpustnosti povrchovo aktívneho modifikátora v tuhej fáze sa okolo neho vytvorí tekutý obal obohatený o prvky modifikátora. V tomto prípade sa môže výrazne zvýšiť viskozita taveniny škrupiny ( ALE JE TO URČITE), čo zase zníži rýchlosť difúzie atómov do jadra
D=k·
T/(4
n n rM)
(8)
kde D- difúzny koeficient;
k- Boltzmannova konštanta;
T - teplota topenia;
n -
koeficient dynamickej viskozity;
rm - polomer atómu modifikátora.
S poklesom prílevu atómov do jadra sa rast kryštálov stáva ťažším.
Vytvorenie takejto vrstvy obohatenej o nečistoty/modifikátor pred čelom kryštalizácie za podmienok pokračujúceho odvádzania tepla vedie k zvýšeniu podchladenia v kvapalnej vrstve pred čelom kryštalizácie.
Pôsobenie aditív ako „ b"je založená na znížení povrchového napätia σ na rozhraní tavenina-kryštál. Takéto prísady (nečistoty) sa nazývajú povrchovo aktívne do kryštalizačnej fázy. Znižujú teplotný rozsah metastability (minimálne podchladenie, ktorého prebytok zabezpečuje vzhľad kryštalizačných centier).Tendencia k adsorpcii sa určuje zovšeobecnený pomer (moment) náboja iónu k jeho kryštalografickému polomeru.Ak je zovšeobecnený moment iónu povrchovo aktívnej prísady menší ako zovšeobecnený moment kovu , potom táto prísada zníži povrchové napätie.
Zložitosť pôsobenia rozpustných povrchovo aktívnych nečistôt je spôsobená tým, že spolu so zmenou povrchového napätia σ môžu meniť aj aktivačnú energiu U. Nečistoty rozpustné v kvapalnej fáze a nerozpustné v pevnej fáze počas rastu kryštálov vytvárajú, ako je uvedené vyššie, zvýšenú koncentráciu v kvapalnej vrstve susediacej s rastúcimi kryštálmi. Zabraňujú tak rastu kryštálov a zvyšujú aktivačnú energiu potrebnú na výmenu atómov medzi kvapalnou a pevnou fázou. Preto sa zvyčajne povrchovo aktívna nečistota spolu s poklesom povrchového napätia, ktorá urýchľuje nukleáciu centier, zvyšuje aktivačnú energiu, adsorbuje na povrch rastúcich kryštálov a bráni prechodu atómov z kvapalnej fázy do pevný. Súčasne zvýšenie aktivačnej energie spomaľuje tvorbu jadra nových centier a znižuje rýchlosť ich rastu.
Zavedenie modifikátorov 1. druhu je teda sprevádzané zmenou povrchového napätia a aktivačnej energie v opačných smeroch. Uvedené komplikuje ich spoločný vplyv na kryštalizáciu a zrnitosť odliatku. Z výrazu (1) je vidieť, že exponent (3) at σ vyššia ako pri U(1), takže môžeme očakávať silnejší vplyv na rýchlosť nukleácie práve povrchového napätia. Efekt zjemnenia makrozŕn je teda najtypickejší pre modifikátory 1. druhu. Pretože zvýšenie aktivačnej energie v dôsledku adsorpcie nečistôt na povrchoch kryštálov prispieva k zníženiu rýchlosti rastu kryštálov, spôsobuje to zhrubnutie dendritickej štruktúry zrna. Pôsobením modifikátorov 1. druhu sa teda makrozrno súčasne rozdrví a mikrozrno zhrubne, t.j. existuje komplexný vplyv na makro- a mikroštruktúru.
Uvedený mechanizmus účinku modifikátorov tohto typu bol potvrdený v experimentálnych štúdiách pri štúdiu modifikácie vysokolegovaných ocelí horčíkom, bórom, cérom a báryom. Súčasne sa odhalilo zníženie povrchového napätia kovu a jeho tendencia k prechladzovaniu zavedením prísad. Najmenšia zrnitosť zodpovedala minimálnej hodnote povrchového napätia modifikovaného kovu.
Príklady modifikátorov 1. druhu sú uvedené v tabuľke. 1. Podrobnejšie údaje o racionálnych modifikátoroch a ich obsahu vo vzťahu k rôznym druhom ocele sú uvedené v tabuľke. 2.
Zaujímavé sú údaje o súčasnom znižovaní veľkosti makro- a mikrozŕn pri modifikácii ocele malými prísadami, ako aj fakty o zániku dendritickej štruktúry so zavedením 0,3 % zirkónu do ocele (iba malé detegujú sa mikrozrnká austenitu). V oceli Kh25N20 s modifikáciou zirkónia bol zistený súčasný pokles veľkosti makro- a mikrozŕn. Zaznamenáva sa blokovanie dendritickej formy rastu kryštálov v oceli a ťažkosti s rastom makrozŕn pri dostatočne vysokej koncentrácii povrchovo aktívnej prísady.
Tabuľka 1. Modifikátory 1. druhu pre rôzne kovy a zliatiny.
| Kov (zliatina) | Modifikátor | Poznámka |
| Oceľ | Bór, REM, cér vápnik, horčík, lantán, zirkónium, lítium, bárium, urán | |
| Hliník a zliatiny hliníka s kremíkom (silumíny) (AL2, AL4, AL9, AK9 atď.) | sodík (0,006-0,012%), draslík, lítium, bizmut, antimón 0,1-0,3%, stroncium 0,01-0,05% (antimón a stroncium sú dlhodobo pôsobiace modifikátory), zmes solí (0,1% sodík a 2% zmes sodíka fluorid a chlorid) | Podchladenie 6-15°C. Mletie eutektika v systéme Al-Si sodíkom, stronciom. Lamelárna forma kremíkových kryštálov sa mení na kompaktnú s veľkosťou 2-5 mikrónov |
| Meď Zliatiny medi bez železa Zliatiny medi so železom | Cín, antimón Vanád, zirkónium, molybdén, titán, bór, volfrám | |
| Liatina | skandium, lantán | |
| Vysokopevnostná liatina s nodulárnym grafitom | Primárna modifikácia so stotinami horčíka alebo céru plus sekundárna (grafitizácia) modifikácia ferosiliciom FS75, aby sa zabránilo výskytu štruktúrne voľných karbidov v liatine | Premena lamelárnych precipitátov grafitu eutektika železo-grafit na sférické častice |
| Temperovaná liatina podliehajúca tepelnému spracovaniu | Tisícky percent bizmutu, antimónu alebo cínu | |
| Zliatiny horčíka obsahujúce hliník | Látky obsahujúce uhlík (0,3-0,6%), chlorid železitý, krieda, mramor, magnezit, hexachlóretán, oxid uhličitý, acetylén. Roztaviť prehriatie-udržať-chladenie | |
| Zliatiny horčíka bez hliníka | Zirkónium 0,5-0,7% alebo vápnik 0,1-0,2% |
Tabuľka 2. Modifikátory pre oceľ rôznych akostí
| triedy ocele | Modifikátory | Množstvo aditíva v % |
| 20L | titán | 0,75 |
| U12 | Cerium | 0,50 |
| U12 | titán | 0,25 |
| 40HL | titán | 0,50 |
| ZOHNZM | Bor | 0,50 |
| 1X1 8H9 | titán | 0,50 |
| 1X1 8H9 | Zirkónium | 0,25 |
Účinok modifikácie je odlišný pre rôzne triedy ocele (tabuľka 3).
Tuhé častice vnesené do taveniny môžu tiež ovplyvniť parametre kryštalizácie a makroštruktúru, ktorá ju odráža. Množstvo výskumníkov zároveň spája tento efekt práve s kontaktným efektom na proces nukleácie kryštalizačných centier. Vysvetľuje sa to tým, že keď sa do taveniny zavedie nerozpustná nečistota s vlastnosťami blízkymi vlastnostiam kryštalizujúcej látky, dôjde k výraznému zníženiu intervalu metastability taveniny. Táto poloha je založená na takzvanom princípe P. D. Dankova, podľa ktorého heterogénnu nukleáciu spôsobujú nerozpustné nečistoty, ktoré majú štruktúrnu podobnosť s kryštalizujúcou látkou. Takéto nečistoty sa nazývajú izomorfné s kryštalizujúcou látkou a modifikátormi 2. druhu. Majú parametre kryštálovej mriežky blízke parametrom tejto látky a predpokladá sa, že zabezpečujú, podobne ako modifikátory 1. druhu, zníženie intervalu metastability a zjemnenie makrozŕn. Nečistoty sú izomorfné, ktorých mriežkové periódy sa líšia od mriežkovej periódy kryštalizujúceho kovu nie o viac ako 10 ... 15%. Obvyklý obsah modifikátorov tohto typu je nižší ako 0,1 %. Považuje sa za potrebné, aby stredy kryštalizácie vystupovali vo veľmi dispergovanej forme (nie viac ako 1 μm), pričom sa vytvorila stabilná suspenzia, ktorá nie je náchylná na koaguláciu a separáciu pri dlhodobom vystavení taveniny v miešačke a počas odlievanie.
Na základe zovšeobecnenia rôznych prác sú pre výber nerozpustných prísad (častíc) s najvyššou modifikačnou schopnosťou formulované nasledujúce podmienky:
je potrebné použiť žiaruvzdorné nerozpustné látky, ktoré tvoria nezávislú fázu v tavenine;
častice tuhej fázy musia v maximálnej miere vyhovovať zásade štruktúrnej a rozmerovej zhody;
efektívnejšie sú dispergované častice s veľkým celkovým povrchom fázovej separácie a veľkosťou porovnateľné s klastrami rádovo 1...10 nm;
je žiaduce, aby častice mali kovové vlastnosti (podľa typu chemickej väzby);
najúčinnejšie sú častice stabilných chemických zlúčenín endogénneho pôvodu, t.j. vytvorené v tavenine v dôsledku interakcie prísady s jednou zo zložiek alebo základom zliatiny;
vo väčšine prípadov účinné prísady tvoria intermetalické zlúčeniny a eutektikum (alebo peritektikum) s eutektickým bodom silne posunutým k základnej zložke so základom zliatiny.
Príklady modifikátorov 2. druhu sú uvedené v tabuľke. 4.
Tabuľka 4. Modifikátory 2. druhu
| Kov (zliatina) | Modifikátor | Poznámka |
| Zliatiny hliníka | Chlorid sodný, titán - do 0,1 5%, vanád - do 0,15%, skandium, zirkónium, bór | Vznikajú žiaruvzdorné zlúčeniny, ktoré sú izomorfné s hliníkom: TiAl 3 , ScAl 3 , VAL 6 , ZrAl 3 , TiB 2 |
| Hypereutektické silumíny | Fosfor 0,05-0,1% alebo síra | Zavedenie centier kryštalizácie (fosfid hlinitý AlP), mletie primárneho kremíka |
| Stať sa | Hliník, titán | Vznikajú žiaruvzdorné zlúčeniny Al 2 O 3, TiN |
| Sivá liatina s lamelárnym grafitom | Grafitizačný modifikátor - kremík; stabilizačné modifikátory - mangán, chróm, cín, meď, antimón atď. | Zavedenie silikokalcia SK30 (0,3-0,6%) alebo ferosilicia FS75 (0,5-0,8% hmotnosti liatiny). Účel: redukcia grafitu a zníženie sklonu liatiny k chladeniu |
Viacerí výskumníci sa domnievajú, že modifikátory 2. druhu môžu byť vytvorené aj z modifikátorov 1. druhu. Povaha pôsobenia modifikátorov 1. druhu, napríklad bóru v oceli, sa teda môže meniť pri tvorbe chemických zlúčenín modifikátora s inými prvkami. V tomto prípade bude nová chemická zlúčenina nakoniec hrať úlohu nezávislého modifikátora. Tieto zlúčeniny môžu byť za určitých podmienok povrchovo aktívne, za iných naopak neaktívne (neznižujú, ale zvyšujú povrchové napätie). Bór v oceli tak môže tvoriť stabilnú chemickú zlúčeninu so železom FeB2, ktorá bude slúžiť ako kryštalizačné centrum ako modifikátor typu 2 (nerozpustná nečistota). Keď sa hliník zavádza do ocele, je možná tvorba (spolu so zlúčeninami uvedenými v tabuľke 4) nitridov hliníka, ktoré tiež vytvoria kryštalizačné centrá.
Pri úprave sivej liatiny kremíkom za účelom získania liatiny s lamelárnym grafitom vzniká v tavenine „silikátový zákal“ (kremík, ktorý je grafitizátorom, prispieva k vzniku napučiavania grafitu – grafitizačné centrá). Zároveň sa eliminuje chlad, drví sa štruktúra (vytvárajú sa malé grafitové platne). Zároveň sa znižuje počet grafitových inklúzií a zvyšujú sa mechanické vlastnosti a ich rovnomernosť, je zabezpečená vysoká odolnosť proti opotrebovaniu a opracovateľnosť odlievaných výrobkov. Najlepšie výsledky úpravy sa dosahujú so zníženým obsahom kremíka a uhlíka v pôvodnej sivej liatine.
Modifikácia prísadami, ktoré podporujú vznik kryštalizačných centier, je sprevádzaná znížením podchladenia (na rozdiel od modifikácie povrchovo aktívnymi prísadami adsorbovanými na povrchu rastúcich kryštálov).
Tento typ nečistôt sa líši tým, že vstupujú do taveniny so zmesou, ktorá prešla predbežnou kryštalizáciou (napríklad ingoty). Tieto nečistoty nemajú štruktúrnu podobnosť s kryštalizujúcou látkou, ale pri predchádzajúcej kryštalizácii nadobúdajú vlastnosť stať sa pevným substrátom pre vznikajúce kryštálové jadrá. Je to spôsobené tým, že pri predchádzajúcej kryštalizácii medzi časticami tejto nečistoty a tuhou fázou vykryštalizovanej látky vzniká v dôsledku molekulárneho kontaktu hraničná vrstva, ktorá má štruktúrnu podobnosť s kryštálmi látky. Ak je teplota topenia tejto vrstvy vyššia ako teplota topenia kryštálov, tak po ich roztopení zostane na povrchu častíc nečistôt vyznačená hraničná (prechodná) vrstva. Tým sa zabezpečí premena týchto častíc nečistôt na aktívne. Vďaka tomu je možný ich mletý účinok na makrozrná, podobne ako pri modifikátoroch 2. druhu. Predpokladá sa, že v technických kovoch a zliatinách sú vždy aktívne nečistoty, ktoré výrazne ovplyvňujú charakter kryštalizácie a tvorbu makroštruktúry odliatkov a ingotov.
Vplyv prehriatia taveniny na makroštruktúru je zvyčajne spojený s prejavom úlohy aktívnych nečistôt. Zvýšenie teploty prehriatia taveniny spravidla vedie k zhrubnutiu makroštruktúry. Vyššie uvedené sa vysvetľuje deaktiváciou aktívnych nečistôt, ktorá je chápaná ako zmiznutie aktivovanej vrstvy na povrchu častíc nečistôt pri zvýšenej teplote taveniny. Teplota dekontaminácie závisí od druhu (povahy) nečistôt a zloženia taveniny. Najmä pri prehriatí (o °C) dochádza k úplnej deaktivácii nečistôt: oceľ X27 - o 100, oceľ 12X18H9T - o 5-10, oceľ X23H18 - o 2-3, hliník - o 50-60. Pri dostatočne nízkych prehriatiach taveniny sa pozoroval vplyv štruktúrnej dedičnosti, ktorá súvisela aj s pôsobením aktívnych nečistôt. Za týchto podmienok polotovary vsádzky, ktoré majú jemnozrnnú štruktúru, zdedia zodpovedajúcu jemnú makroštruktúru odliatkom alebo ingotom odlievaným z nich. Tento efekt dedičnosti však zmizol pri vyššom prehriatí taveniny (°C), napríklad pri hliníku - nad 8-10 a pri oceli 15X28 - nad 30-40.
V posledných 10-15 rokoch sa rozvíjajú práce v oblasti takzvaného genetického inžinierstva, zameraného na riadenie štruktúry a vlastností odliatkov a ingotov s využitím fenoménu dedičnosti.
Použitie komplexných modifikátorov je diktované niekoľkými dôvodmi:
kombinovaný účinok dvoch alebo viacerých modifikátorov zvyšuje účinok získaný pri použití jedného modifikátora. Je to spôsobené vyššie uvedenou nukleáciou kryštalizačných centier na nerozpustných nečistotách vo vrstve kvapalnej fázy s difúznym podchladením v dôsledku vnášania rozpustnej nečistoty (najmä povrchovo aktívnej);
pri použití komplexného modifikátora je možné minimalizovať obsah každej jeho zložky, čo uľahčuje splnenie podmienok na obmedzenie zloženia zliatiny nečistotami;
kombinácia modifikátorov s fyzikálnymi vplyvmi zvyšuje účinok modifikátorov a vytvára možnosť získania extra jemných a špeciálnych štruktúr.
Existujú tri typy komplexných modifikátorov:
Modifikátory obsahujúce také aktívne prvky ako REM, Ba, Ca sú účinným nástrojom na zmenu charakteru a tvaru nekovových inklúzií, čím sa získa najvýhodnejší typ oxidových inklúzií v obale sulfidov.
Uplatňuje sa modifikácia ocele nitridmi vanádu, titánu, zirkónu a hliníka zavedením špeciálnych zliatin alebo nitridovaných ferozliatin do ocele. Výsledkom je, že počas kalenia a následného popúšťania sa v oceli uvoľňujú dispergované častice nitridu a karbonitridu. Pri úprave konštrukčných ocelí nitridmi vanádu sa austenitové zrno zjemňuje o 3-4 body, zvyšuje sa plasticita, rázová húževnatosť a pevnosť.
Tabuľka 5 Komplexné modifikátory.
| Kov (zliatina) | Modifikátor | Poznámka |
| Šedá liatina | Fe-Si-Ca + Al, Ti, Ce, La | |
| Sivá liatina so zníženým uhlíkovým ekvivalentom C + 0,3 Si (3,5-3,7) | Si-Mn-Zr | Účel: získanie liatiny s lamelárnym grafitom |
| Oceľ | REM so silikokalciom, feromangánom, ferosiliciom | Účel: odstránenie sulfidov céru |
| Oceľ | Ti-B-Ca, Ti-Ce-B, Mg-Zr-Ce, Ti-V-Ca | |
| Zliatiny hliníka | Ti + B. zmesi chloridových a fluoridových solí (chlorid sodný, fluorid sodný, chlorid draselný a kryolit) | Účel: získanie dispergovanejších a stabilnejších intermetalických zlúčenín |
| kujné železo | Al+Bi+B | Cieľ: Skrátiť čas žíhania |
| Zhutnený grafit z tvárnej liatiny | Mg + Ti, Y, Ce, Ca | Účel: získanie oddelených, zahustených inklúzií so zaoblenými koncami (kompaktnejšie ako lamelárny grafit) |
Znakom modifikácie ocele komplexnými zliatinami je, že súbežne so zdokonaľovaním štruktúry sa mení charakter a tvar nekovových inklúzií, kontaminácia hraníc austenitových zŕn oxidovými, sulfidovými a nitridovými inklúziami klesá o 1,5-2,0 krát a rovnomernosť rozloženia zvyšuje konštrukčné komponenty, poskytuje sa zvýšenie ťažnosti a húževnatosti ocele.
Pri výrobe liatiny s nodulárnym grafitom sa spolu so samostatnými modifikátormi (horčík alebo cér) používa komplexný modifikátor (horčík + cér). Prídavok céru k horčíku neutralizuje pôsobenie škodlivých nečistôt (titán, hliník, olovo, antimón, arzén, bizmut, cín), ktoré mimoriadne škodlivo pôsobia na kvalitu liatiny modifikovanej horčíkom. Príklady komplexných modifikátorov sú uvedené v tabuľke. 5.
Zavedenie inokulátorov do kryštalizačnej taveniny zaisťuje zvýšenie rovnomernosti a disperzie odliatkovej štruktúry, optimalizáciu tvaru a rozmiestnenia nekovových inklúzií, zníženie niektorých defektov odlievania (pórovitosť, voľnosť, axiálna a mimoosová segregácia) , čo výrazne zvyšuje úroveň a izotropiu vlastností liateho kovu:
s približne rovnakou pevnosťou, o 30 ... 50% alebo viac (až 2,5 ... 3,0 krát), sa plastické vlastnosti kovu a jeho rázová húževnatosť zvyšujú o 25 ... 30%;
maximálny účinok zvýšenia plastických vlastností v stredných (pri polovici polomeru) a axiálnych zónach naznačuje výrazné zvýšenie fyzikálno-chemickej rovnomernosti a izotropie vlastností kovu v priereze ingotov;
pokles anizotropie vlastností suspenzného kovu v pozdĺžnom smere v povrchovej zóne je spojený s elimináciou štruktúry stĺpcových kryštalitov, ktorá je zvyčajne charakteristická pre túto oblasť.
zvýšenie úrovne a izotropie charakteristík ťažnosti a húževnatosti ocele v dôsledku zavedenia práškov sa po kovaní zachová (až 5...10-násobok kovania);
z hľadiska plasticity sa ingoty odlievané so zavedením exogénnych inokulátorov približujú k tomuto ukazovateľu kovaného kovu alebo dosahujú maximálne hodnoty už pri malých 1,5- a 3-násobných vidliciach, rázová húževnatosť neklesá po 5...10-násobnom kovaní , pretože má miesto v bežných ingotoch.
Avšak napriek zlepšeniu makroštruktúry ingotov a odliatkov, použitie kovového prášku, liatych brokov ako inokulátorov vedie k zvýšeniu kontaminácie ocele nekovovými inklúziami, najmä oxidmi. Obmedzené uplatnenie tejto technológie je spôsobené zložitosťou technologického reťazca na získavanie dispergovaných inokulátorov (prášok, broky), ktoré vyžadujú ich ochranu pred oxidáciou pri skladovaní, preprave a zavádzaní do ingotu. Okrem toho existujúce metódy a zariadenia na spracovanie tekutej ocele s rozptýlenými inokulátormi neboli široko prijaté z dôvodu nedostatočne vyvinutej technológie vstrekovania, prevádzkovej zložitosti a množstva konštrukčných nedostatkov.
Sľubným smerom v oblasti zdokonaľovania technológie zavádzania inokulátorov a kontroly štruktúry kovu je metóda formovania inokulátorov v prúde pri odlievaní veľkých ingotov vo vákuu. Pri tejto metóde odlievania, ktorú navrhol S. I. Zhulyev, majú zavedené častice rovnaké chemické zloženie ako tavenina. Tvorba pevných častíc je v tomto prípade zabezpečená dodatočnou separáciou prúdu taveniny s vytvorením podmienok pre kryštalizáciu kvapiek pri ich vstupe do formy.
Očkovacie látky pri vstupe do kovu vedú k lokálnemu ochladzovaniu taveniny kovu, pričom najskôr na nich zamrzne kôra tuhej fázy, ktorá sa následne roztopí zahrievaním od okolitej taveniny a neskôr sa roztaví aj samotný očkovacia látka. Inokulátory v tavenine teda odoberajú teplo na svoj vlastný ohrev a tavenie, čo vedie k zníženiu teploty taveniny. Účinok chladenia, ktoré prináša, v konečnom dôsledku vedie k zvýšeniu rýchlosti kryštalizácie, čo sa zase prejavuje znížením heterogenity segregácie v obrobku a zvýšením jednotnosti mechanických vlastností vo veľkých kovaných výrobkoch na zodpovedné účely. S nárastom hmotnosti zavedených inokulátorov sa rýchlosť kryštalizácie zvyšuje.
Predtým sa systematizácia modifikátorov uskutočňovala na základe periodického systému D.I. Mendelejev. V hornej časti diagramu bola použitá krivka zmeny teplôt ich topenia ako charakteristika periodicity zmien vlastností jednoduchých telies. V spodnej časti diagramu sú vysoké stĺpce označené prvkami, ktoré dávajú silný modifikačný efekt v oceli, liatine a hliníkových zliatinách, nízke stĺpce - slabý efekt. Neprítomnosť stĺpca oproti číslu prvku znamenala, že nejde o modifikátor. Šrafované pruhy zodpovedali dobre stanoveným údajom, netienené pruhy pochybným údajom alebo nedostatku údajov o navrhovanom účinku.
Poloha modifikačných prvkov na diagrame vo väčšine prípadov zodpovedala prvým prvkom každého obdobia, označeným dvojitou čiarou na krivke teploty topenia. Výsledky uvedenej systematizácie ukázali existenciu priamej súvislosti medzi štruktúrou vonkajších elektrónových obalov atómov prvkov a ich modifikačným pôsobením. Uvedené je v súlade s účinkom zovšeobecneného pomeru (momentu) iónového náboja povrchovo aktívnej prísady k jej kryštalografickému polomeru (v porovnaní so zodpovedajúcou charakteristikou základného kovu) na povrchové napätie.
Zvyčajne, bez úpravy, množstvo podchladenia neželezných kovov a zliatin dosahuje 7-10 ° C. Pri modifikácii v tavenine sa spravidla objavuje veľké množstvo kryštalizačných centier. V dôsledku toho sa uvoľňuje kryštalizačné teplo a podchladenie takmer zmizne. Ďalší rast kryštalizačných centier závisí od charakteru vplyvu nečistôt alebo fyzikálnych vplyvov na situáciu v hraničnej zóne kryštál-tavenina. Vo väčšine prípadov majú rozpustné alebo nerozpustné nečistoty inhibičný účinok na rast kryštálov, pričom špecifický mechanizmus inhibície rastu závisí od povahy nečistoty a mechanizmu jej modifikačného účinku.
Pri úprave železa zavedením 0,1% céru a lantánu sa podchladenie znížilo z 320 na 40-50 °C a po zavedení REM do ocele z 260 na 10-30 °C. Zároveň pri rafinačnom pôsobení modifikátorov (odstraňovanie nekovových inklúzií) bolo pozorované väčšie podchladenie v porovnaní s nemodifikovanou taveninou. Modifikačná úloha REM sa prejavuje len pri malom prehriatí ocele a v krátkom čase. Podobný obraz sa odohráva pri úprave neželezných kovov a zliatin. Preto majú tendenciu vykonávať modifikáciu bezprostredne pred nalievaním taveniny, alebo sa modifikátory zavádzajú priamo do prúdu liatej taveniny.
Boli stanovené dva typy vplyvu modifikátorov (obr. 1) na štruktúru:
monotónne mletie obilia so zvýšením obsahu modifikátora. Pri veľmi nízkych koncentráciách je vplyv modifikátora nevýznamný a pri koncentráciách nad 0,2-0,6% sa stabilizuje, takže obsah modifikátorov je zvyčajne 0,1-0,3%;
nemonotónne mletie zrna s oblasťou optimálnej koncentrácie 0,01-0,1%, ktorej prebytok vedie k zvýšeniu veľkosti zrna.
Variant monotónneho zmenšovania veľkosti zŕn so zvyšovaním koncentrácie modifikátora je charakteristický pre nerozpustné nečistoty katalyzátora (napríklad titán v hliníku) a variant nemonotónneho zjemňovania zŕn je charakteristický pre povrchovo aktívne rozpustné nečistoty (napr. napríklad horčík v zinku).
Ryža. 1. Schéma vplyvu obsahu modifikátora na veľkosť makrozrna zliatiny:
1 - monotónne mletie obilia; 2 - nemonotónne zjemnenie zrna.
Ryža. 2. Vplyv modifikátorov na štruktúrne zložky zliatin.
Vplyv modifikátorov na jednotlivé štruktúrne zložky zliatiny je schematicky znázornený v tabuľke. 6 a na obr. 2. Zistilo sa, že pridanie 0,08 % bóru do ocele Kh15N25L znižuje veľkosť makrozŕn z 9 na 2 mm.
Tabuľka 6 Výsledky vplyvu modifikátorov na štruktúru.
| typ zliatiny | Výsledok | Štruktúry (obr. 2) |
| Zliatiny - tuhé roztoky (uhlíkové ocele s feriticko-perlitickou štruktúrou) | Mletie primárneho zrna | 1,2 |
| -"- | Fázová rekryštalizácia | 1,3 |
| -"- | Sekundárne zjemnenie zrna po fázovej rekryštalizácii | 1,2,4 |
| Zliatiny s primárnymi precipitátmi a eutektikami (sivá a tvárna liatina) | Brúsenie oboch konštrukčných komponentov | 5,6 |
| -"- | Hrubokryštalické eutektikum | 7 |
| -"- | Tenká platňa eutektická s veľmi krátkymi platňami | 8 |
| -"- | Brúsenie jednotlivých veľkých konštrukčných komponentov | 9,10 |
| -"- | Koagulácia a sféroidizácia štruktúrnych komponentov | 11,12 |
Spolu s pojmom "modifikátory" existuje aj opačný pojem "demodifikátory" - prísady, ktoré zväčšujú veľkosť zrna. Zvyšujú prácu pri tvorbe jadra, odďaľujú jeho tvorbu a znižujú pravdepodobnosť vzniku kryštalizačného centra. Demodifikátory zahŕňajú: bizmut, olovo, antimón - pre liatinu; síra a uhlík - pre magnetické zliatiny systému Fe-Ni-Co-Al-Cu-Ti (zvýšenie veľkosti stĺpcových kryštálov).
Modifikácia zlepšuje mechanické vlastnosti odliatkov a ingotov (tab. 7). Zistilo sa, že v liatine a si-lumine sa pozitívny účinok pôsobenia modifikátorov obzvlášť výrazne prejavuje v plastických charakteristikách liateho kovu.
Tabuľka 7. Výsledky vplyvu modifikátorov na mechanické vlastnosti.
| Kov (zliatina) | Vplyv na vlastnosti |
| Tvárna liatina vs. sivá liatina s lamelárnym grafitom | Zvýšenie pevnosti v ťahu 2-4 krát a predĺženie niekoľko desiatokkrát |
| Oceľ | Zvýšenie pevnosti o 25-30%, odolnosť proti opotrebovaniu o 15-50%, tepelná odolnosť do 45%, ťažnosť, rázová húževnatosť |
| Silumin | Zvýšenie pevnosti v ťahu o 1,14-1,55 krát a relatívne predĺženie o 2.2-6.5 Abramov VP, Zatulovsky SS, Maiorov NP a kol Homogenita ingotu kontinuálnej uhlíkovej ocele po liatí v suspenzii // Problémy oceľového ingotu: Tr. IV Bullion Conference. Moskva: Hutníctvo. 1969. S. 497...499. Skvortsov A. A., Sokolov L. A., Ulyanov V. A. O použití vodou chladených vibrochladičov na plynulé odlievanie ocele Izv. Akadémie vied ZSSR. Kovy. 1980. č.1. s. 61...65. Kutishchev S. M. Vlastnosti odlievania oceľových ingotov s chladiacim inokulátorom // Fyzikálno-chemický vplyv na kryštalizáciu ocele: Sat. vedecký tr. Kyjev: IPL AN Ukrainian SSR. 1982. S. 121...126. Zatulovský S. S. Závesné odlievanie. Kyjev: Naukova Dumka, 1981. 260 s. |
Zliatiny hliníka sú modifikované za účelom zjemnenia makrozŕn, primárnych kryštalizačných fáz a fáz obsiahnutých v eutektikách, ako aj na zmenu formy krehkých fáz.
Na mletie makrozŕn sa do taveniny zavádza gytán, zirkónium, bór alebo vanád v množstve (), (), (5 ... (), 15 % hmotnosti taveniny). Pri interakcii s hliníkom tvoria modifikačné prvky žiaruvzdorné intermetalické zlúčeniny (TiAh, ZrAh, TiBi atď.), ktoré majú rovnaký typ kryštálových mriežok a rozmerovú zhodu ich parametrov v niektorých kryštalografických rovinách s kryštálovými mriežkami ^-tuhej látky. roztoky zliatin. V taveninách sa objavuje veľké množstvo kryštalizačných centier, čo vedie k zjemneniu zŕn v odliatkoch. Tento typ modifikácie je široko používaný pri odlievaní tvárnených zliatin (V95, D16, AK6 atď.) a o niečo menej často pri odlievaní tvarových odliatkov. Modifikátory sa zavádzajú vo forme ligatúr s hliníkom pri 720...750 °C.
Ešte väčšie zjemnenie makrozŕn tvárnených zliatin sa dosiahne spoločným zavedením titánu a bóru vo forme trojitej ligatúry Al-Ti-B s pomerom Ti : B = 5 : 1. V tomto prípade kryštalizačné centrá sú častice zlúčenín nielen TiAbn, ale aj TiB 2 s veľkosťou 2 ... 6 µm. Spoločná modifikácia hliníkových zliatin s titánom a bórom umožňuje získať homogénnu makroštruktúru so zrnitosťou 0,2 ... 0,3 mm v ingotoch s priemerom nad 500 mm. Na zavedenie titánu a bóru sa používa ligatúra Al-Ti-B, prípravok "zernolite" alebo tavidlo obsahujúce fluoroborag a hydrotitanát draselný. Zloženie modifikátorov je uvedené v tabuľke. 7.8 a 7.10. Najvyšší stupeň asimilácie titánu a bóru je pozorovaný pri použití taviva, ktoré má spolu s modifikačným efektom aj zušľachťovací efekt.
Modifikácia makroštruktúry tvárnených hliníkových zliatin zvyšuje technologickú plasticitu ingotov a jednotnosť mechanických vlastností vo výkovkoch a výliskoch.
Ako už bolo uvedené, železo v hliníkových zliatinách tvorí pevné intermetalické zlúčeniny - ternárny medziprodukt P(AlFeSi)4|)a3y a chemickú zlúčeninu FeAl;,. Tieto zlúčeniny kryštalizujú vo forme hrubých ihličkovitých kryštálov, ktoré prudko znižujú plastické vlastnosti zliatin. Neutralizácia škodlivého účinku železa sa uskutočňuje zavádzaním prísad mangánu, chrómu alebo berýlia do tavenín. Desatiny (0,3...0,4) percent týchto aditív potláčajú vznik ihličkovitých kryštálov železitej zložky, podporujú ich zrážanie a uvoľňovanie v kompaktnej zaoblenej forme z dôvodu komplikovanosti zloženia. Modifikačné prísady sa zavádzajú do taveniny vo forme ligatúr pri 750...780 °C.
Odlievacie predeutektické a eutektické zliatiny AK12 (AL2), AK9ch (AL4), AK7ch (AL9), AK7Ts9 (AL11), AK8 (AL34) na mletie eutektických precipitátov kremíka sú modifikované sodíkom alebo stronciom (pozri tabuľku 7.10).
Kovový sodík sa zavádza pri 750...780 °C na dno taveniny pomocou zvona. V dôsledku nízkeho bodu varu (880 °C) a vysokej chemickej aktivity je zavádzanie sodíka spojené s určitými ťažkosťami - veľkou stratou modifikátora a nasýtením taveniny plynom, keďže sodík sa skladuje v kerozíne. Vo výrobných podmienkach sa preto čistý sodík na úpravu nepoužíva. Na tento účel sa používajú sodné soli.
Tabuľka 7.10
Zloženie modifikátorov pre hliníkové zliatiny
|
modifikátor |
Zloženie modifikátora |
Množstvo modifikátora, % |
Odhadované množstvo modifikujúceho prvku, % |
Teplota modifikácie, °C |
|
Ligatúra Al-Ti (2,5 % Ti) |
||||
|
Ligatúra Al-Ti-B (5 % Ti, 1 % B) |
0,05...0,10 Ti, 0,01...0,02 V |
|||
|
"Zernolit" (55 % K 2 TiP "6 + 3 % K, SiF (, + 27 % KBFj + 15 % C 2 C1,) |
0,01...0,02 V, 0,05...0,10 Ti |
|||
|
Tok (35 % NaCl, 35 % KCl, 20 % K 2 TiF ft , 10 % KBF 4) |
0,01...0,02 V, 0,05...0,10 Ti |
|||
|
kovový sodík |
||||
|
tavivo (67 % NaF + 33 % NaCl) |
||||
|
Tok (62,5 % NaCl + 25 % NaF + 12,5 % KC1) |
||||
|
Tok (50 % NaCl, 30 % NaF, 10 % KC1, 10 % Na, AlF6) |
||||
|
Tok (35 % NaCl, 40 % KCl, 10 % NaF, 15 % N,A1F (1) |
||||
|
Ligatúra Al-Sr (10 % Sr) |
||||
|
Ligatúra Cu-P (9...11 % P) |
||||
|
Zmes 20 % červeného fosforu s 10 % K2ZrF (a 70 % KC1 |
||||
|
Zmes 58 % K 2 ZrF 6 s 34 % hliníkového prášku a 8 % červeného fosforu |
||||
|
Organické látky fosforu (chlorofos, trifenylfosfát) |
Poznámka. Modifikátory č. 1 - č. 4 sa používajú pre deformovateľné zliatiny, č. 5 - č. 10 - na úpravu eutektika hypoeutektických zliatin Al-Si, č. 11 - č. 14 - pre hypereutektické siluminy.
Modifikácia s dvojitým modifikátorom č. 6 (pozri tabuľku 7.10) sa vykonáva pri 780 ... 810 ° С. Použitie trojitého modifikátora č. 7 (pozri tabuľku 7.10) umožňuje znížiť modifikačnú teplotu na 730...750 °C.
Na úpravu sa zliatina z taviacej pece naleje do panvy, ktorá sa inštaluje na vyhrievaný stojan. Kov sa zahreje na modifikačnú teplotu, troska sa odstráni a rozomletý a dehydratovaný modifikátor (1...2 % hmotnosti kovu) sa naleje na povrch taveniny v rovnomernej vrstve. Tavenina so soľami usadenými na jej povrchu sa udržiava pri modifikačnej teplote 12 ... 15 minút v prípade použitia modifikátora č. 6 a 6 ... 7 minút - modifikátora č. 7. Výsledkom reakcie 6NaF + A1 - * - * Na 3 AlF 6 + 3Na, redukuje sa sodík, čo má modifikačný účinok na taveninu. Na urýchlenie reakcie a zabezpečenie úplnejšieho obnovenia sodíka sa kôra solí naseká a miesi do hĺbky 50 ... 100 mm. Vzniknutá troska sa zahustí pridaním fluoridu alebo chloridu sodného a odstráni sa z povrchu taveniny. Kontrola kvality modifikácie sa vykonáva podľa lomov vzoriek a mikroštruktúry (pozri obr. 7.5). Modifikovaná zliatina má jemnozrnný svetlosivý lom bez lesklých plôch. Po úprave musí byť zliatina naliata do foriem v priebehu 25...30 minút, pretože dlhšia expozícia je sprevádzaná znížením účinku úpravy.
Použitie univerzálneho taviva č. 8 (pozri tabuľku 7.10) umožňuje kombinovať operácie rafinácie a úpravy siluminov. Suché práškové tavivo v množstve 0,5 ... 1,0 % hmotnosti taveniny sa naleje pod prúd kovu pri prepade z taviacej pece do panvy. Prúd dobre premieša tavidlo s taveninou. Proces je úspešný, ak teplota taveniny nie je nižšia ako 720 °C. Na úpravu sa používa aj univerzálne tavidlo č. 9 (pozri tabuľku 7.10). Toto tavidlo sa zavádza do taveniny v množstve 1,0 ... 1,5% pri 750 ° C v roztavenom stave. Pri použití univerzálnych tavív nie je potrebné prehrievať taveninu, skracuje sa doba spracovania taveniny a znižuje sa spotreba taviva.
Významnými nevýhodami modifikácie sodíkom je nedostatočné trvanie modifikačného účinku a zvýšená tendencia zliatin absorbovať vodík a vytvárať plynnú pórovitosť.
Stroncium má dobré modifikačné vlastnosti. Na rozdiel od sodíka tento prvok z tavenín hliníka vyhorí pomalšie, čo umožňuje zachovať modifikačný efekt až 2...4 hodiny; v menšej miere ako sodík zvyšuje oxidovateľnosť siluminov a ich sklon k absorpcii plynov. Na zavedenie stroncia sa používajú ligatúry A1 - 5 % Sr alebo A1 - K) % Sr. Spôsob modifikácie stronciom je uvedený v tabuľke. 7.10.
Dlhodobo pôsobiace modifikátory zahŕňajú aj kovy vzácnych zemín, vrátane zmiešaného kovu a antimónu, ktoré sa zavádzajú v množstve 0,15 ... 0,30%.
Hypereutektické siluminy (viac ako 13 % Si) kryštalizujú s uvoľnením veľkých kremíkových častíc s dobrým fazetom. Primárne kryštály kremíka, ktoré majú vysokú tvrdosť a krehkosť, výrazne komplikujú opracovanie odliatkov a spôsobujú ich úplnú stratu plasticity (b = 0). Mletie kryštálov primárneho kremíka v týchto zliatinách sa uskutočňuje zavedením 0,05 ... 0,10 % fosforu do taveniny. Na zavedenie fosforu sa používajú modifikátory č. 11 - č. 14 (pozri tabuľku 7.10).
Do kategórie eutektických a hypoeutektických zliatin hliníka a kremíka patria zliatiny s obsahom kremíka od 6 % do 13 %. Spomedzi týchto zliatin sú najbežnejšie zliatiny AK7, AK9ch, AK9M2, AK12M2 atď. Všetky tieto zliatiny sa odlievajú do chladiacej formy, pieskových foriem, pod nízkym a vysokým tlakom. Parametre, ktoré určujú spôsob a stupeň modifikácie, sú určené predovšetkým nasledujúcimi faktormi:
Možno tvrdiť, že pre zliatiny obsahujúce nízke percento kremíka, ktoré vyžadujú nízku teplotu liatia a vysokú rýchlosť kryštalizácie, je potrebné znížiť množstvo modifikátora. Naopak, pri vysokom obsahu kremíka, vysokej teplote liatia s pomalou kryštalizáciou by sa malo množstvo modifikátora zvýšiť. Lebo existujú stovky modifikátorov (tokov). Aby sme našli správny a vhodný modifikátor pre konkrétny typ odliatku a odliatku, musíme vybudovať klasifikačný systém, ktorý by zohľadňoval vyššie uvedené parametre.
Modifikácia produkovaná práškovými tavidlami obsahujúcimi premenlivé množstvá NaF od 20 % do 70 % môže poskytnúť uspokojivú návratnosť iba vtedy, ak je tavidlo intenzívne miešané a zliatina má dostatočne vysokú teplotu (730-750 °C) na asimiláciu Na. hliníkovou zliatinou. Z týchto dôvodov sa v poslednom čase používanie práškových modifikátorových tavív ustupuje v prospech modifikátorov vo forme tabliet. Modifikačné tablety obsahujú menej toxické škodlivé zlúčeniny, ľahko sa používajú a majú vysoký stupeň asimilácie modifikujúcich zložiek.
Netreba ignorovať skutočnosť, že na dosiahnutie dobrých výsledkov modifikácie je potrebné kontrolovať obsah prvkov v zliatine, ktoré pôsobia proti pôsobeniu sodíka. Takýmito prvkami sú napríklad antimón, bizmut, fosfor, vápnik.
Zvážte vplyv fosforu a vápnika. Pri nule alebo menej ako 0,0005 % fosforu by zliatina bola netavená, pokiaľ by sa kovový sodík nepoužíval veľmi opatrne. Ak je obsah fosforu v zliatine povedzme 0,003 %, je potrebné dávku modifikátora značne zvýšiť, pretože 0,003 % fosforu neutralizuje 69 ppm sodíka.
Prítomnosť vápnika v množstve 0,001-0,002% je prijateľná, ak nie ideálna. Zvýšenie obsahu vápnika nad 0,005 % vedie k riziku oslabenia pôsobenia sodíka pri modifikácii, navyše je zliatina nasýtená plynom a na povrchu odliatkov vzniká žlto-šedý film. Pripomeňme, že vápnik, podobne ako sodík, je modifikátor, ale jeho prítomnosť oslabuje pôsobenie sodíka.
Treba mať na pamäti aj tieto dôležité faktory:
A naopak. Vplyvom týchto parametrov je potrebné znížiť alebo zvýšiť dávku taviva oproti odporúčanej dávke. Z tohto dôvodu je potrebné použiť prostriedky na kontrolu stupňa modifikácie, najmä na začiatku liatia, na posúdenie štruktúry kovu:
Každá zlievareň samostatne rozhoduje o materiáloch a technológiách, ktorými bude zliatiny spracovávať. Technológiu nanášania rôznych modifikátorov a tavív je možné získať od špecializovaných dodávateľov, ale to nie je celý problém. Dnes každý hovorí o „kvalite“ a „kontrole kvality“, preto všetko uvedené vyššie dokazuje, že proces úpravy s rôznymi parametrami a podmienkami si vyžaduje „kontrolu kvality na vyššej úrovni“. Kontrola výsledkov úprav bola pre skúsených zlievačov predvídateľná. Poznajú a niektorí praktizujú nalievanie vzorky s následným skúmaním jej štruktúry na prestávke. V mnohých prípadoch možno tento typ kontroly považovať za dostatočný alebo aspoň lepší ako žiadny. S väčšou presnosťou možno stupeň modifikácie skontrolovať skúmaním leptaného rezu analyzovaného pod mikroskopom.
Jedinou nevýhodou je dlhý čas prípravy vzorky, ktorý v metalurgii často prekračuje čas výrobného cyklu. Po mnoho rokov sa spektrálna analýza javila ako jediná spoľahlivá metóda na sledovanie nielen hlavných zložiek a nečistôt zliatiny, ale aj výsledkov modifikácie, poskytujúca kompletnú analýzu chemického zloženia vrátane množstva modifikujúcich prísad v rámci niekoľko minút po odbere vzoriek. Najmä keď zliatina typu AK9ch určená na výrobu tlakového liatia odliatkov stredných a veľkých rozmerov je dobre modifikovaná, ak je sodík prítomný v množstve 0,01 %. Prepáčte, že to hovorím, ale je to len polopravda a uvidíme prečo. Pri tavení primárnej hliníkovej zliatiny s nízkym obsahom vápnika a fosforu stačí na dosiahnutie dobrého očkovania pridať 0,033 % sodíka. Keďže k absorpcii sodíka dochádza rádovo 30 %, budeme mať istotu, že v zliatine je prítomných 0,01 % sodíka. Úplne iná situácia je pri použití recyklovaného hliníka. Je nevyhnutné, že tento kov bude obsahovať nežiaduce nečistoty, nežiaduce, pretože budú reagovať so sodíkom. Zlúčenina, ktorá je výsledkom reakcie v tavenine, napríklad medzi sodíkom a fosforom, sa spektrometrom analyzuje nie ako zlúčenina, ale ako jednotlivé prvky. Inými slovami, spektrometer neukazuje stupeň modifikácie, ale iba počet modifikujúcich prvkov v zliatine. Preto pri výpočte potrebného počtu modifikujúcich prvkov je potrebné vziať do úvahy počet negatívnych prvkov, ktoré bránia modifikácii. Napríklad:
Nezabudnite na chlór. 0,0035 % chlóru premieňa 0,0023 % sodíka na NaCl, ktorý sa uvoľňuje ako troska. Z tohto dôvodu by sa zliatina po modifikácii sodíkom nemala odplyňovať chlórom alebo prípravkami uvoľňujúcimi chlór na odplynenie.
Ak sa vrátime k spektrálnej analýze ako prostriedku kontroly modifikácie zliatin hliníka a kremíka, môžeme povedať, že ak je zariadenie vybavené všetkými kanálmi na čítanie potrebných prvkov, umožňuje vypočítať pomerne „presné“ dávkovanie modifikátor. Pod pojmom "presné" sa rozumie dávkovanie, ktoré berie do úvahy, že určitá časť modifikujúceho prvku bude neutralizovaná nežiaducimi prvkami.
Za zmienku stojí aj ďalší spôsob sledovania výsledkov modifikácie. Hovoríme o "termoanalýze" - metóde, ktorá je založená na fyzikálnej metóde kontroly. Nie je určený na určenie chemických prvkov, ale na identifikáciu krivky chladenia, a teda na určenie stupňa vykonanej modifikácie. Takéto zariadenia sú inštalované priamo na udržiavacej peci a možno ich kedykoľvek analyzovať, čím sa zabezpečí dynamika charakteristík každého odliatku, najmä veľkých odliatkov.
Vo výrobných postupoch sa AvtoLitMash spolieha na spolu s,. V prípade akýchkoľvek otázok, ako aj výmeny praktických skúseností nás prosím kontaktujte!
