Трансформация исходной дендритной структуры сплава АК7 при электротоковом воздействии в температурном интервале твердожидкого состояния

Исследован процесс плавления дендритов в сплаве АК7 в температурном интервале твердожидкого состояния при нагревании образцов с исходной дендритной структурой различными способами. Установлено, что нагревание прямым пропусканием постоянного электрического тока по сравнению с нагреванием в муфельной...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2012
Автори:	Борисов, Г.П., Борисов, А.Г., Цуркин, В.Н., Синчук, А.В., Иванов, А.В., Тарасенко, Р.А.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України 2012
Назва видання:	Процессы литья
Теми:	Получение и обработка расплавов
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/126235
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Трансформация исходной дендритной структуры сплава АК7 при электротоковом воздействии в температурном интервале твердожидкого состояния / Г.П. Борисов, А.Г. Борисов, В.Н. Цуркин, А.В. Синчук, А.В. Иванов, Р.А. Тарасенко // Процессы литья. — 2012. — № 3. — С. 32-41. — Бібліогр.: 11 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-126235
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1262352017-11-18T03:02:57Z Трансформация исходной дендритной структуры сплава АК7 при электротоковом воздействии в температурном интервале твердожидкого состояния Борисов, Г.П. Борисов, А.Г. Цуркин, В.Н. Синчук, А.В. Иванов, А.В. Тарасенко, Р.А. Получение и обработка расплавов Исследован процесс плавления дендритов в сплаве АК7 в температурном интервале твердожидкого состояния при нагревании образцов с исходной дендритной структурой различными способами. Установлено, что нагревание прямым пропусканием постоянного электрического тока по сравнению с нагреванием в муфельной печи интенсифицирует фрагментацию дендритного каркаса, «таяние» и округление фрагментов, а дополнительное изотермическое наложение импульсов тока способствует образованию твердожидких суспензий с мелкодисперсными глобулярными включениями остаточной α-фазы. Очерчены возможные сферы применения электротокового воздействия на расплавы в современных технологиях рео- и тиксолитья. Досліджено процес плавлення дендритів в сплаві АК7 в температурному інтервалі твердорідкого стану під час нагрівання зразків з вихідною дендритною структурою різними способами. Встановлено, що нагрівання прямим пропусканням постійного електричного струму в порівнянні з нагріванням в муфельній печі інтенсифікує фрагментацію дендритного каркасу, «танення» і заокруглення фрагментів, а додаткова ізотермічна дія імпульсів струму сприяє утворенню твердорідких суспензій з дисперсними глобулярними включеннями залишкової α-фази. Окреслено можливі сфери застосування електрострумового впливу на розплави в сучасних технологіях рео- і тиксолиття. Process of dendrite fusion of АК7 alloy in the temperature interval of semisolid state during heating the samples with initial dendrite structure in the various ways is investigated. It is established, that heating by direct electric current in comparison with heating in muffle furnace intensifies fragmentation of dendrite frame, «thawing dendrite» and their rounding off, and additional isothermal imposing of pulse current assists formation of semisolid suspensions with dispersed globular inclusions of a residual α-phase. Possible areas of application electrical current influences on melt at modern Rheometal process and at thixotropic forming are outlined. 2012 Article Трансформация исходной дендритной структуры сплава АК7 при электротоковом воздействии в температурном интервале твердожидкого состояния / Г.П. Борисов, А.Г. Борисов, В.Н. Цуркин, А.В. Синчук, А.В. Иванов, Р.А. Тарасенко // Процессы литья. — 2012. — № 3. — С. 32-41. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. 0235-5884 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/126235 669-404:621.785:537.531 ru Процессы литья Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Получение и обработка расплавов Получение и обработка расплавов
spellingShingle	Получение и обработка расплавов Получение и обработка расплавов Борисов, Г.П. Борисов, А.Г. Цуркин, В.Н. Синчук, А.В. Иванов, А.В. Тарасенко, Р.А. Трансформация исходной дендритной структуры сплава АК7 при электротоковом воздействии в температурном интервале твердожидкого состояния Процессы литья
description	Исследован процесс плавления дендритов в сплаве АК7 в температурном интервале твердожидкого состояния при нагревании образцов с исходной дендритной структурой различными способами. Установлено, что нагревание прямым пропусканием постоянного электрического тока по сравнению с нагреванием в муфельной печи интенсифицирует фрагментацию дендритного каркаса, «таяние» и округление фрагментов, а дополнительное изотермическое наложение импульсов тока способствует образованию твердожидких суспензий с мелкодисперсными глобулярными включениями остаточной α-фазы. Очерчены возможные сферы применения электротокового воздействия на расплавы в современных технологиях рео- и тиксолитья.
format	Article
author	Борисов, Г.П. Борисов, А.Г. Цуркин, В.Н. Синчук, А.В. Иванов, А.В. Тарасенко, Р.А.
author_facet	Борисов, Г.П. Борисов, А.Г. Цуркин, В.Н. Синчук, А.В. Иванов, А.В. Тарасенко, Р.А.
author_sort	Борисов, Г.П.
title	Трансформация исходной дендритной структуры сплава АК7 при электротоковом воздействии в температурном интервале твердожидкого состояния
title_short	Трансформация исходной дендритной структуры сплава АК7 при электротоковом воздействии в температурном интервале твердожидкого состояния
title_full	Трансформация исходной дендритной структуры сплава АК7 при электротоковом воздействии в температурном интервале твердожидкого состояния
title_fullStr	Трансформация исходной дендритной структуры сплава АК7 при электротоковом воздействии в температурном интервале твердожидкого состояния
title_full_unstemmed	Трансформация исходной дендритной структуры сплава АК7 при электротоковом воздействии в температурном интервале твердожидкого состояния
title_sort	трансформация исходной дендритной структуры сплава ак7 при электротоковом воздействии в температурном интервале твердожидкого состояния
publisher	Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
publishDate	2012
topic_facet	Получение и обработка расплавов
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/126235
citation_txt	Трансформация исходной дендритной структуры сплава АК7 при электротоковом воздействии в температурном интервале твердожидкого состояния / Г.П. Борисов, А.Г. Борисов, В.Н. Цуркин, А.В. Синчук, А.В. Иванов, Р.А. Тарасенко // Процессы литья. — 2012. — № 3. — С. 32-41. — Бібліогр.: 11 назв. — рос.
series	Процессы литья
work_keys_str_mv	AT borisovgp transformaciâishodnojdendritnojstrukturysplavaak7priélektrotokovomvozdejstviivtemperaturnomintervaletverdožidkogosostoâniâ AT borisovag transformaciâishodnojdendritnojstrukturysplavaak7priélektrotokovomvozdejstviivtemperaturnomintervaletverdožidkogosostoâniâ AT curkinvn transformaciâishodnojdendritnojstrukturysplavaak7priélektrotokovomvozdejstviivtemperaturnomintervaletverdožidkogosostoâniâ AT sinčukav transformaciâishodnojdendritnojstrukturysplavaak7priélektrotokovomvozdejstviivtemperaturnomintervaletverdožidkogosostoâniâ AT ivanovav transformaciâishodnojdendritnojstrukturysplavaak7priélektrotokovomvozdejstviivtemperaturnomintervaletverdožidkogosostoâniâ AT tarasenkora transformaciâishodnojdendritnojstrukturysplavaak7priélektrotokovomvozdejstviivtemperaturnomintervaletverdožidkogosostoâniâ
first_indexed	2025-07-09T04:36:10Z
last_indexed	2025-07-09T04:36:10Z
_version_	1837142664283160576
fulltext	32 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2012. № 3 (93) Получение и обработка расплавов уДк 669-404:621.785:537.531 г. П. борисов, а. г. борисов, в. н. цуркин, а. в. синчук, а. в. иванов, р. а. тарасенко Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины, Киев *Институт импульсных процессов и технологий НАН Украины, Николаев трансформациЯ исХоДной ДенДритной структуры сПлава ак7 При Электротоковом возДействии в темПературном интервале тверДожиДкого состоЯниЯ Исследован процесс плавления дендритов в сплаве АК7 в температурном интервале твердожидкого состояния при нагревании образцов с исходной дендритной структурой различными способами. Установлено, что нагревание прямым пропусканием постоянного электрического тока по сравнению с нагреванием в муфельной печи интенсифицирует фрагментацию дендритного каркаса, «таяние» и округление фрагментов, а дополнитель- ное изотермическое наложение импульсов тока способствует образованию твердожидких суспензий с мелкодисперсными глобулярными включениями остаточной α-фазы. Очерчены возможные сферы применения электротокового воздействия на расплавы в современных технологиях рео- и тиксолитья. Ключевые слова: дендриты, частичная переплавка, твердожидкая суспензия, остаточные фрагменты, постоянный ток, импульсный ток. Досліджено процес плавлення дендритів в сплаві АК7 в температурному інтервалі твердорідкого стану під час нагрівання зразків з вихідною дендритною структурою різними способами. Встановлено, що нагрівання прямим пропусканням постійного електричного струму в порівнянні з нагріванням в муфельній печі інтенсифікує фрагментацію дендритного каркасу, «танення» і заокруглення фрагментів, а додаткова ізотермічна дія імпульсів стру- му сприяє утворенню твердорідких суспензій з дисперсними глобулярними включеннями залишкової α-фази. Окреслено можливі сфери застосування електрострумового впливу на розплави в сучасних технологіях рео- і тиксолиття. Ключові слова: дендрити, частковий переплав, твердорідка суспензія, залишкові фрагменти, постійний струм, імпульсний струм. Process of dendrite fusion of АК7 alloy in the temperature interval of semisolid state during heating the samples with initial dendrite structure in the various ways is investigated. It is established, that heating by direct electric current in comparison with heating in muffle furnace intensifies fragmentation of dendrite frame, «thawing dendrite» and their rounding off, and additional isothermal imposing of pulse current assists formation of semisolid suspensions with dispersed globular inclusions of a residual α-phase. Possible areas of application electrical current influences on melt at modern Rheometal process and at thixotropic forming are outlined. Keywords: dendrites, partial remelting, solid-liquid suspension, residual fragmentes, direct current; pulse current. введение Процесс дендритного роста в литейных сплавах при охлаждении изучен доста- точно хорошо. Обратный процесс дендритного «таяния», который наблюдает- ся при нагревании выше температуры солидуса, менее изучен (например, [1-2]), хотя может иметь серьезное практическое применение, обусловленное развитием технологий литья из зоны двухфазного состояния. Для успешной реализации этих технологий важно иметь исходную металлическую суспензию, специально подго- ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2012 № 3 (93) 33 Получение и обработка расплавов товленную, однородную, содержащую, как правило, от 40 до 60 % твердой фазы в виде максимально сфероидизированных кристаллов, которые не связаны друг с другом в конгломераты. Причем требуемое соотношение фаз и требуемые ха- рактеристики твердой составляющей – это та совокупность условий, выполнение которой обеспечивает твердожидкой суспензии минимальную вязкость. Чем шире интервал кристаллизации и меньше скорость затвердевания сплава, тем легче по- лучить требуемое соотношение фаз в суспензии. Сложнее обстоит дело с получе- нием недендритной формы мелкодисперсных (<100 мкм) кристаллов, равномерно распределенных в объеме металлической жидкости. Исследования показывают, что изотермическая выдержка суспензии в твердожидкой области улучшает фак- тор формы зерен, но способствует их росту [3]. Компактную твердую фазу в су- спензии без увеличения размеров кристаллов можно получать, например, путем электромагнитного перемешивания [4] или ультразвуковой обработки [5]. Таким образом, наряду с изучением процессов кристаллообразования и роста кристал- лов в двухфазной области имеет место поиск эффективных способов управления этими процессами с целью формирования суспензии с заданными фазовым со- ставом и свойствами. Как известно [6], суспензию с тиксотропной структурой в технологиях реолитья приготавливают одностадийно путем полного расплавления шихты, перемешивания расплава в процессе охлаждения до твердожидкого состояния с последующей за- прессовкой в литейную форму. При тиксолитье реализуется двухстадийный процесс: сначала из подготовленной металлической суспензии получают мерные заготовки с недендритной структурой, которые затем опять подвергают частичной переплав- ке для образования суспензии, пригодной к тиксоформированию. В связи с этим возникает ряд вопросов: можно ли получить такую суспензию, используя не спе- циально подготовленные тиксозаготовки, а обычные чушковые сплавы с исходной дендритной структурой, что существенно упростило бы технологии приготовления и литья сплавов в двухфазном состоянии; какова последовательность трансфор- мации дендритов при нагревании сплава выше точки эвтектического превращения; существуют ли способы, позволяющие завершать этот процесс формированием мелкодисперсных дендритных остатков глобулярной формы. Цель данной работы − определить закономерности трансформации исходной дендритной структуры в ходе частичной переплавки промышленного алюминиевого сплава АК7, аналога американского сплава А357, который используется в тиксо- технологиях. Представляет также интерес исследование влияния способа, которым производится нагрев, на динамику изменения морфологии исходных дендритов. Этот процесс начинается с плавления более легкоплавкой эвтектики и образования жидкой фазы в междендритных пространствах. Что же касается процесса плавле- ния самих дендритов, то он не может быть в точности обратимым по отношению к дендритному росту, поскольку осуществляется в условиях теплоподвода, которые отличаются от условий теплоотвода, существовавших во время кристаллизации. Методика экспериментальных исследований Процесс частичной переплавки образцов сплава АК7 с исходной дендритной структурой реализовывали тремя способами: − нагреванием и изотермической выдержкой в твердожидком состоянии в му- фельной печи; − нагреванием и изотермической выдержкой в твердожидком состоянии путем пропускания через образец постоянного тока; − нагреванием и изотермической выдержкой в твердожидком состоянии путем пропускания через образец постоянного тока с дополнительным изотермическим наложением импульсного тока малой мощности. Использовали цилиндрические образцы диаметром 16 мм и высотой 44 мм, от- литые из чушкового сплава с номинальным химическим составом (%): 7,0 Si; 0,23 Mg; 0,22 Mn; 1,45 Cu; 0,34 Zn; 0,04 Ni; 0,68 Fe. Предварительно регистрировали кривую 34 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2012. № 3 (93) Получение и обработка расплавов охлаждения сплава и на ее основе выбирали рабочие температуры. Эксперимен- тально определенная температура ликвидуса составила 614 оС, а температура эвтектического превращения − 574 оС. Температуры нагрева и изотермической выдержки, составлявшей для всех образцов 2 мин, варьировали в диапазоне 580–620 оС, который охватывает область от начала плавления дендритного каркаса до полностью жидкого состояния. В образце высверливали отверстие глубиной 10 мм, куда вводили ХА-термопару, и при помощи высокочастотного измеритель- ного комплекса непрерывно измеряли температуру сплава в течение нагревания и выдержки. Трансформацию дендритной структуры сплава изучали, закаляя нагретые до за- данной температуры образцы в воде. Исследовали поперечный шлиф, в плоскости которого размещали конец термопары, то есть участок нагреваемого образца, с которого непосредственно снимали температурные показания. Чтобы характеризовать относительное расположение частиц α-фазы в структу- ре сплава, использовали коэффициент смежности С к , который экспериментально определяли методом случайных секущих и подсчитывали по формуле Ск = 2mαα /(mαэ + 2 mαα), где mαα – число пересечений секущих с граничными линиями раздела частиц α-фазы между собой; mαэ − число пересечений секущих с граничными линиями раздела частиц α-фазы и эвтектики. В случае полной связности частиц друг с другом, например, когда зерна связа- ны в единый дендритный каркас; Ск = 1 и Ск = 0 − в случае полной изоляции частиц α-фазы друг от друга. Постоянный и импульсный ток пропускали через образец по схеме, приведенной на рис. 1. При нагревании постоянным током образец помещали в графитовый кожух (рис.1, б), что позволило удерживать образующуюся металлическую суспензию и, кроме того, существенно увеличить электрическое сопротивление образца, что в свою очередь дало возможность ускорить его разогрев до высоких температур. Для дополнительной теплоэлектроизоляции использовали шамотный утеплитель. В качестве источника постоянного тока применяли сварочный трансформатор с вы- прямителем. Выпрямленное напряжение U = 40 В, максимальный выпрямленный ток Imax = 240 А. Поскольку это предельный кратковременный ток диодов выпрямителя, то для безопасной работы источника и регулирования тока, протекающего через образец во время нагревания и изотермической выдержки, использовали набор а б Рис. 1. Схема пропускания электрического тока через образец: а − электрическая цепь, б − нагреваемый образец; Тр – трансформатор, В – выпрямитель, К – графитовый кожух с образцом, А – амперметр, М – микропроцессор, Д – драйвер, R1−R3 – дополнительные сопротивления; 1 – образец, 2 – графитовый кожух, 3 – теплоэлектроизоляционный кожух, 4 − термопара, 5 – электроды 4 2 1 35 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2012 № 3 (93) 35 Получение и обработка расплавов дополнительных сопротивлений (R1−R3). Материал электродов – медь. Типичная кривая нагрева этим способом представлена на рис. 2, а. Наложение импульсов тока на образец осуществляли в течение его изотермической выдержки, подключая к электрической цепи источник питания с напряжением холостого хода 24 В, либо ис- точник питания с напряжением холостого хода 5 В. Первый из них позволил пропускать через образец прямоугольные им- пульсы тока силой I = 5 А, вто- рой − прямоугольные импульсы тока силой I = 20 А с постоянным коэффициентом заполнения 80 % (отношение длительности импульса к периоду следования) и разной частотой следования. При этом варьирование частоты в силу возникающего скин-эффекта обеспечивало пропускание тока сквозь все сечение образца (25 Гц), сквозь по- верхностный слой толщиной, равной 1/2 радиуса (200 Гц), поверхностный слой толщиной, равной 1/4 радиуса (800 Гц), а также поверхностный слой толщиной 1 мм (100 000 Гц). При нагревании в муфельной печи СНОЛ 30/1100 выводы от помещенной в образец термопары подсоединяли к регистрирующему прибору через смотровое отверстие, что позволяло осуществлять двойной контроль температуры: по показа- ниям термопары, встроенной в печь, и термопары, размещенной непосредственно в приповерхностном углублении в образце (рис.1, б). Типичная кривая нагрева в муфельной печи представлена на рис. 2, б. Результаты эксперимента Нагревание в печи. На рис. 3 приведены микроструктуры закаленных об- разцов, сформированных в результате нагрева и изотермической выдержки в печи при различных температурах. Как видно, при относительно медленном нагреве в печи (рис. 2, б) путем передачи тепла от периферии к центру образца (рис. 6, б) до температуры 580 оС трансформация исходных дендритов практиче- ски отсутствует (рис. 3, а) и они, как и в исходном образце до повторного нагрева (рис. 3, ж), формируют непрерывный каркас (в обоих образцах Ск = 1). С ростом температуры нагрева до 585 оС (рис. 3, б) в связанном состоянии в расплаве еще остается более половины дендритов (Ск= 0,55). В интервале температур 590- -600 оС наблюдается разрушение дендритного каркаса на отдельные фрагменты, а количество окружающей жидкости увеличивается с повышением температуры на этом участке. Фрагменты дендритов уменьшаются в размерах и частично становят- ся компактнее, хотя удлиненные, вытянутые зерна (остатки первичных дендритных стволов с соотношением длины к диаметру ≥ 2) в структуре являются доминирующей морфологической разновидностью остаточной твердой фазы. Результаты подсчета Ск в образцах, где α-фаза фрагментирована на отдельные частицы, показывают, что с повышением температуры частичной переплавки связность частиц также умень- шается (рис. 3, в-д), а при температуре нагрева 610 оС частицы α-фазы полностью разобщены (Ск = 0). Следует отметить, что возрастающая с увеличением температуры переплава а Т, 0С 600 500 400 450 500 550 200015001000 0 t, c б Т, 0С 0 200 400 600 60 120 180 t, c Рис. 2. Кривые нагрева: а − постоянным током, б – в муфельной печи 36 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2012. № 3 (93) Получение и обработка расплавов а б в Рис. 3. Микроструктура закаленных образцов после нагревания в печи (F − фактор формы кристаллов); Т, оС: а – 580; б – 585; в − 590; г – 595; д – 600; е – 610; ж – исходная структура г д е ж С к = 1 С к = 0,55; F = 0,456 100 мкм 100 мкм С к = 0,22; F = 0,502 С к = 0,21; F = 0,496 100 мкм 100 мкм С к = 0,05; F = 0,693 С к = 0; F = 0,821 100 мкм 100 мкм С к = 1 100 мкм ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2012 № 3 (93) 37 Получение и обработка расплавов трансформация исходных дендритов сопровождается существенным улучшением фактора формы кристаллов F (рис. 3, б-е), но получить полностью глобулярную морфологию бывших дендритов при нагревании в печи даже до температур, близких к ликвидусу, не удалось. Нагревание постоянным током. Микроструктуры образцов, закаленных после нагревания постоянным током, приведены на рис. 4. Видно, что процесс подплав- ления дендритов, несмотря на скоростное нагревание, которое реализуется при пропускании через образец постоянного тока, начинает интенсивно проходить уже при 580 оС, то есть на 10 градусов ниже, чем при нагревании в печи. С повышением температуры усиливается фрагментация, происходят уменьшение размеров и окру- гление фрагментов, а при 595 оС получено наиболее удачное подплавление, которое обеспечило округление зерен без развития процессов коагуляции и Оствайдовского созревания. При 600 оС закалкой фиксируются два типа зерен: небольшое количе- ство остаточных первичных и новые мелкие дендритные зерна, образованные из а С к = 0; F = 0,750 С к = 0,95 С к =1 С к = 1 0 10 160 мкм 0 10 160 мкм 0 10 160 мкм 0 10 160 мкм С к = 0,12; F = 0,472 С к = 0,08; F = 0,58 0 10 160 мкм 0 10 160 мкм б гв д е Рис. 4. Микроструктура образцов после нагревания постоянным током, 0С: а − 580; б − 590; в − 595; г − 600; д − 610; е − исходная структура 38 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2012. № 3 (93) Получение и обработка расплавов жидкости, а выдержка вблизи ликвидуса (610 оС) приводит практически к полной перекристаллизации жидкости с образованием дисперсной дендритной структу- ры, уровень связности которой (рис. 4, д) достигает такового в исходных образцах (рис. 4, е). Следует также обратить внимание на существенно меньшие размеры остаточных кристаллов, которые обеспечивают нагревание постоянным током по сравнению с образцами, переплавленными в печи. Наложение импульсов тока. Обработку нагреваемого образца импульсами тока осуществляли с целью дополнительного силового воздействия на сплав в двух- фазном состоянии, так как результаты многих исследований (например, [7-9]) сви- детельствуют о положительных проявлениях такого влияния на структуру литейных сплавов, импульсы тока пропускали во время изотермической выдержки образцов при температуре 595 оС, при которой получены наиболее компактные зерна в пере- плавляемом сплаве. Микроструктуры образцов, обработанных импульсами тока, представлены на рис. 5. Во всех образцах содержание компактных зерен остаточной α-фазы составляет приблизительно 60 %, зерна отделены друг от друга полностью (Ск = 0) участками эвтектики с мелкими (20-30 мкм) включениями эвтектического кремния. По мере снижения частоты следования импульсов уменьшаются размеры и несколько улучшается фактор формы включений α-фазы. В случае, когда импульс- ный ток пропускали сквозь все сечение образца (25 Гц), наблюдаются розеточная и частично сфероидальная формы кристаллов. Увеличение амплитуды импульсного тока с 5 до 20 А способствует образованию почти сфероидальных фрагментов α-фазы. Кроме того, по сравнению с нагреванием в печи или постоянным током во всех образцах наблюдается более узкий разброс по размерам зерен. Обсуждение результатов Как видно, нагрев постоянным током, то есть внутренний разогрев металличе- ского проводника, позволяет более эффективно осуществлять процесс переплавки образцов. Для тиксоштамповки нагревать заготовку необходимо быстро, однородно и точно, поскольку для некоторых сплавов незначительные температурные колеба- ния могут приводить к заметным различиям в соотношении жидкой и твердой фаз и, соответственно, к различию реологических свойств. Например, как следует из работы [10], для сплава АК7 перепад температур в заготовке (5 oС) соответствует изменению доли твердой фазы от 45 до 50 % и изменению вязкости суспензии более чем в 10 раз. Практически нагрев чаще всего осуществляют в индукторе с установкой болван- ки вертикально на теплоизолирующей подставке, но для этих целей подходит и печь сопротивления. При нагревании в печи сопротивления или индукционной печи тепло передается кондуктивным путем от периферии образца к сердцевине (рис. 6), если нет дополнительного перемешивания, то состояние нагреваемого объема будет неоднородным как по температуре, так и составу. Кроме того, речь идет об узком температурном интервале, в котором формируется необходимое двухфазное состояние образца, значит, устранение градиента притока тепла при нагревании металла имеет важное практическое значение. Именно такой не направленный теплоподвод реализуется за счет прохождения постоянного тока через проводник, в котором одновременно по всему объему выделяется Джоулева теплота. Не претендуя в данной работе на описание фундаментальных закономерностей плавления дендритов, все же стоит отметить, что внутренний разогрев постоян- ным током может обуславливать свои специфические механизмы трансформации морфологии дендритов. Специфика исходного дендритного зерна такова, что основания его вторичных, третичных и ветвей более высоких порядков, то есть места крепления к материнской оси, более тонкие. И именно они как участки кон- тактного сопротивления границы «жидкость-твердое включение» при протекании тока должны плавиться, в первую очередь, обеспечивая избирательное плавление ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2012 № 3 (93) 39 Получение и обработка расплавов ветвей, отделение ветвей друг от друга, и уже затем последует уменьшение раз- меров отдельных фрагментов вплоть до образования глобулярных остатков. Если такая последовательность имеет место, дополняя традиционное плавление дендри- та как целого, то получить твердожидкую суспензию с глобулярной морфологией кристаллов при нагревании постоянным током проще, чем при нагревании в печи, что и наблюдается экспериментально. 100 мкм 100 µm 100 мкм 100 мкм 100 мкм 100 мкм 100 µm F = 0,766 F = 0,689 F = 0,537 F = 0,624 F = 0,910 F = 0,0930 в д е г ж а б Рис. 5. Микроструктура образцов после обработки импульсным током с различ- ной частотой, Гц: а – 25; б − 200; в − 800; г – 100 000; д – 25; е – 200; ж − исходная структура; а – г – 5 А; д, е – 20 А 40 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2012. № 3 (93) Получение и обработка расплавов Необходимо учитывать и другие физические явления, возникающие в металле при прохождении постоянного электрического тока, которые наряду с тепловым воздействием могут оказывать положительное влияние на процесс плавления. Прежде всего, это взаимодействие электронов проводимости и ионов примесей, вследствие которого возникают электродиффузия и электроперенос химических элементов, а, значит, изменяется концентрация жидкости, окружающей дендрит [11]. Кроме того, микроструктурно плавящийся твердожидкий проводник не- однороден и, значит, электрический ток проходит через среды с различными электропроводимостями – через жидкость эвтектического состава и остаточные кристаллы, причем граница между ними не является плоской. А это, как следует из магнитной гидродинамики, может являться причиной возникновения движения сред по границе скачка электропроводимости, в данном случае − интенсификации обмывания твердых кристаллических фрагментов жидкостью. В свою очередь, как показано в работе [9], пропускание импульсного тока через жидкометаллический проводник приводит к возникновению электродинамических сил, действием которых в объеме образца реализуются процессы сжатия и пере- мешивания. Реализация совокупности этих механизмов в экспериментальных образцах, обрабатываемых током, очевидно, и является причиной того, что подплавление дендритов начинается при более низких температурах, чем при нагревании в печи, а процесс плавления сопровождается более интенсивной фрагмента- цией дендритного каркаса и округлением фрагментов. Очевидны и некоторые технологические преимущества электротокового нагрева: регулирование силы пропускаемого через металл тока позволяет осуществлять скоростной нагрев до высоких температур в течение всего нескольких минут и поддерживать температуру изотермической выдержки с точностью ± 1 оС (для сравнения: при индукционном нагреве − это ±3-5 оС), а, значит, стабилизировать заданные параметры двухфазной суспензии без укрупнения зерен. Безусловно, оптимизация процесса электротокового нагрева и импульсной обработки образующейся суспензии требует дальнейших исследований, так как достигаемый результат округления дендритных остатков очень сильно зависит от многих технологических и структурных факторов, включая разветвленность исходной дендритной структуры. Тем не менее, полученные результаты свидетельствуют о по- ложительном влиянии такого процесса на плавление и глобуляризацию дендритов в зоне двухфазного состояния сплава. а б в Рис. 6. Схема нагревания образца (стрелками указан фронт плавления): а – ин- дукционное; б – в печи сопротивления; в – электрическим током ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2012 № 3 (93) 41 Получение и обработка расплавов Выводы Способ внутреннего разогрева постоянным током сплава АК7 с исходной ден- дритной структурой обеспечивает скоростное и более эффективное плавление легкоплавкой эвтектики и интенсивную трансформацию дендритов при более низких температурах изотермической выдержки сплавов в двухфазном состоянии, чем нагревание в печи. Разделение дендритного каркаса на отдельные фрагменты, их округление и стабилизация размеров происходят более отчетливо при дополни- тельном изотермическом воздействии на плавящийся объем сплава маломощных импульсов тока. Это открывает возможности использования электротокового нагре- вания и импульсной токовой обработки в существующих технологиях приготовления твердожидких суспензий, а также пути для разработки новых технологий получения таких суспензий частичной переплавкой исходных чушковых сплавов. 1. Chen Ti-jun, Hao Yuan, Sun Jun. Microstructural Evolution and Phase Transformations of Mechani- cally Stirred Non-dendritic ZA27 Alloy During Partial Remelting //Journal of Wuhan University of Technology. − 2004. − Vol. 19, No 4. − P. 56-61. 2. Jarfors, A. E. W. Melting and Coarsening of A356 During Preheating for Semisolid For- ming // International Journal of Cast Metals Research. − 2004. − Vol. 17, No 4. − P. 229-237. 3. Недужий А. М. Исследование влияния изотермической выдержки алюминиевого сплава АК7пч в жидкотвердом состоянии на морфологические изменения первичной твердой фазы // Металлофизика и новейшие технологии. − 2010. − Т. 32, № 6. − С. 851-858. 4. Szajar J., Stavarz M., Wrobel T., Senzda W. Influence of Electromagnetic Field on Pure Metals and Alloys Structure //Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering. − 2009. − V. 34, № 1. − P. 95-102. 5. Eskin G. I., Semenov B. I., Serebryany V. N. Influence of Ultrasonic Melt Processin on Self- Organizing Processes of Non-dendritic Solidification of Billets from Al-Si Alloys for Semi-Solid Deformation of Shapes // Proceeding of the 7th International Conference on Semi-Solid Proces- sing of Alloys and Composites. − Tsukuba, Japan, 2002. − P. 397-402. 6. Семенов Б. И., Куштаров К. М. Производство заготовок с тиксоструктурой – главное ус- ловие успеха промышленного освоения новых технологий // Заготовительные производ- ства в машиностроении. − 2004. − № 4. − С. 3-15. 7. Структурные и фазовые превращения в силуминах под воздействием жидкофазной об- работки электрическим током / С. С. Петров, С. В. Пригунов, А. Г. Пригунова и др. // Ме- таллофизика и новейшие технологи. – 2008. – Т. 30, № 8. – С.1129-1137. 8. Influence of Pulse Electric Current on Solidification Structure of Al-Si Alloy / Chunyan Ban, Yi Han, Qixian Ba, Jianzhong Cui // Electromagnetic Processing of Material. − 2007. − № 1. − P. 34-37. 9. О высоковольтной электроимпульсной обработке расплава / Г. П. Борисов, В. Н. Цуркин, А. В. Синчук и др. //Металлургия машиностроения. – 2010. − № 5. – С. 33-40. 10. Kazakov A. A. Alloy Compositions for Semisolid Forming //Advanced Materials Processes. – 2000. − V. 157, № 3. − Р. 31-34. 11. Коржовська І. В., Корнієнко С. В. Вплив електроміграції на реакційну дифузію в бінарній системі // Металлофизика и новейшие технологи. − 2009. − Т. 31, № 8. − С. 1143-1153. Поступила 25.01.2012

Трансформация исходной дендритной структуры сплава АК7 при электротоковом воздействии в температурном интервале твердожидкого состояния

Репозитарії

Схожі ресурси