Рациональные технологии литья экономноармированных алюмоматричных композиционных заготовок
Рассмотрены некоторые литейные технологии получения композитов на основе алюминиевых сплавов. Установлено, что применение металлических и неметаллических отходов в качестве армирующих элементов позволяет повысить износостойкость базового антифрикционного алюминиевого сплава Ак12М2МгН и срок службы д...
Saved in:
| Date: | 2015 |
|---|---|
| Main Authors: | , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
2015
|
| Series: | Процессы литья |
| Subjects: | |
| Online Access: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/166726 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Рациональные технологии литья экономноармированных алюмоматричных композиционных заготовок / А.С. Затуловский, В.А. Лакеев, Е.А, Каранда В.А. Щерецкий // Процессы литья. — 2015. — № 4 (112). — С. 56-60. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-166726 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1667262020-03-01T01:26:17Z Рациональные технологии литья экономноармированных алюмоматричных композиционных заготовок Затуловский, А.С. Лакеев, В.А. Каранда, Е.А, Щерецкий, В.А. Новые литые материалы Рассмотрены некоторые литейные технологии получения композитов на основе алюминиевых сплавов. Установлено, что применение металлических и неметаллических отходов в качестве армирующих элементов позволяет повысить износостойкость базового антифрикционного алюминиевого сплава Ак12М2МгН и срок службы деталей без существенного повышения стоимости материала. Розглянуто деякі ливарні технології отримання композитів на основі алюмінієвих сплавів. Встановлено, що застосування металевих і неметалевих відходів як армуючих елементів дозволяє підвищити зносостійкість базового антифрикційного алюмінієвого сплаву Ак12М2МгН і термін служби деталей без істотного підвищення вартості матеріалу. Some casting technologies of production of the composites based on aluminum are considered. Establiehed that use of metal and non-metal waste as the reinforcing elements can improve wear resistance of the aluminum antifriction alloy Ak12M2MгН and goods without a significant increase in cost of the material. 2015 Article Рациональные технологии литья экономноармированных алюмоматричных композиционных заготовок / А.С. Затуловский, В.А. Лакеев, Е.А, Каранда В.А. Щерецкий // Процессы литья. — 2015. — № 4 (112). — С. 56-60. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 0235-5884 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/166726 621.74.074:743.45 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 |
Новые литые материалы Новые литые материалы |
| spellingShingle |
Новые литые материалы Новые литые материалы Затуловский, А.С. Лакеев, В.А. Каранда, Е.А, Щерецкий, В.А. Рациональные технологии литья экономноармированных алюмоматричных композиционных заготовок Процессы литья |
| description |
Рассмотрены некоторые литейные технологии получения композитов на основе алюминиевых сплавов. Установлено, что применение металлических и неметаллических отходов в качестве армирующих элементов позволяет повысить износостойкость базового антифрикционного алюминиевого сплава Ак12М2МгН и срок службы деталей без существенного повышения стоимости материала. |
| format |
Article |
| author |
Затуловский, А.С. Лакеев, В.А. Каранда, Е.А, Щерецкий, В.А. |
| author_facet |
Затуловский, А.С. Лакеев, В.А. Каранда, Е.А, Щерецкий, В.А. |
| author_sort |
Затуловский, А.С. |
| title |
Рациональные технологии литья экономноармированных алюмоматричных композиционных заготовок |
| title_short |
Рациональные технологии литья экономноармированных алюмоматричных композиционных заготовок |
| title_full |
Рациональные технологии литья экономноармированных алюмоматричных композиционных заготовок |
| title_fullStr |
Рациональные технологии литья экономноармированных алюмоматричных композиционных заготовок |
| title_full_unstemmed |
Рациональные технологии литья экономноармированных алюмоматричных композиционных заготовок |
| title_sort |
рациональные технологии литья экономноармированных алюмоматричных композиционных заготовок |
| publisher |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| publishDate |
2015 |
| topic_facet |
Новые литые материалы |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/166726 |
| citation_txt |
Рациональные технологии литья экономноармированных алюмоматричных композиционных заготовок / А.С. Затуловский, В.А. Лакеев, Е.А, Каранда В.А. Щерецкий // Процессы литья. — 2015. — № 4 (112). — С. 56-60. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| series |
Процессы литья |
| work_keys_str_mv |
AT zatulovskijas racionalʹnyetehnologiilitʹâékonomnoarmirovannyhalûmomatričnyhkompozicionnyhzagotovok AT lakeevva racionalʹnyetehnologiilitʹâékonomnoarmirovannyhalûmomatričnyhkompozicionnyhzagotovok AT karandaea racionalʹnyetehnologiilitʹâékonomnoarmirovannyhalûmomatričnyhkompozicionnyhzagotovok AT ŝereckijva racionalʹnyetehnologiilitʹâékonomnoarmirovannyhalûmomatričnyhkompozicionnyhzagotovok |
| first_indexed |
2025-07-14T22:40:10Z |
| last_indexed |
2025-07-14T22:40:10Z |
| _version_ |
1837663847336378368 |
| fulltext |
56 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2015. № 4 (112)
Новые литые материалы
УДК 621.74.074:743.45
А. С. Затуловский, В. А. Лакеев, Е. А. Каранда,
В. А. Щерецкий
Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины, Киев
РАЦИОНАЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ЛИТЬЯ
ЭКОНОМНОАРМИРОВАННЫХ АЛЮМОМАТРИЧНЫХ
КОМПОЗИЦИОННЫХ ЗАГОТОВОК
Рассмотрены некоторые литейные технологии получения композитов на основе алюминиевых
сплавов. Установлено, что применение металлических и неметаллических отходов в качестве
армирующих элементов позволяет повысить износостойкость базового антифрикционного
алюминиевого сплава Ак12М2МгН и срок службы деталей без существенного повышения
стоимости материала.
Ключевые слова: алюмоматричные КМ, литейные технологии, армирующие элементы, ис-
пользование отходов, износостойкость.
Розглянуто деякі ливарні технології отримання композитів на основі алюмінієвих сплавів.
Встановлено, що застосування металевих і неметалевих відходів як армуючих елементів до-
зволяє підвищити зносостійкість базового антифрикційного алюмінієвого сплаву Ак12М2МгН
і термін служби деталей без істотного підвищення вартості матеріалу.
Ключові слова: алюмоматричні КМ, ливарні технології, армуючі елементи, використання
відходів, опір до зношування.
Some casting technologies of production of the composites based on aluminum are considered.
Establiehed that use of metal and non-metal waste as the reinforcing elements can improve wear
resistance of the aluminum antifriction alloy Ak12M2MгН and goods without a significant increase
in cost of the material.
Keywords: aluminum matrix composite (CCM), casting technologies of production, the reinforcing
elements, using waste, wear resistance.
Принцип создания литого композиционного материала (ЛКМ), обладающего
уникальными полезными свойствами, заключается в сочетании индивиду-
альных ценных качеств компонентов в композиционных системах и одновре-
менном подавлении их недостатков. Одним из перспективных способов по-
лучения таких материалов является метод жидкофазного совмещения, когда
отдельные элементы композита объединяются с использованием жидкого ма-
тричного металла (сплава), который после затвердевания связывает композит
в единое целое. Следует отметить эффективность и доступность литейных тех-
нологий, которые дают возможность наиболее простым путём получить изде-
лия сложной конфигурации с минимальной последующей обработкой.
В последние десятилетия среди металломатричных композитов получили рас-
пространение составы на алюминиевой основе. Это обусловлено оптимальным
сочетанием литейных свойств жидкого алюминия при получении композита и
возможностью регулирования фазового состава матрицы за счёт термической
обработки, а также наличием особых деформационных свойств, необходимых при
эксплуатации таких составов [1, 2]. Композиты на алюминиевой матрице значи-
тельно легче чугунных и стальных, имеют высокие прочностные характеристики,
отличные демпфирующие свойства, повышенную жаропрочность, устойчивость
при знакопеременных нагрузках, повышенную износостойкость, высокую тепло-
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2015. № 4 (112) 57
Новые литые материалы
проводность, низкий коэффициент термического расширения, относительно легко
обрабатываются металлорежущим инструментом [1-5].
Анализ имеющихся в литературе сведений показал, что оксиды и ряд соеди-
нений на их основе обладают высокой тугоплавкостью, химической стабильно-
стью в широком диапазоне температур и поэтому могут быть рассмотрены как
весьма перспективные материалы для использования в качестве упрочняющей
фазы при конструировании ЛКМ на алюминиевой матрице. К таким материалам
можно отнести некоторые отходы ряда производств, имеющие в основном алю-
мосиликатный состав. При этом содержание оксида алюминия в них колеблется
в пределах 28-50 %. Это алюмосиликаты, некоторые шлаки, пылеуносы, золы и
другие материалы, являющиеся недорогими и недефицитными. К такому ряду
может быть отнесена также стружка цветных металлов, главным образом на
основе латуней и бронз, являющихся отходами производства, что в последние
годы привело к необходимости её утилизации.
Существуют различные способы ввода армирующих элементов в композицион-
ный материал [2]:
• заливка (пропитка) матричным расплавом каркаса (насадки) из армирующих
элементов, предварительно вставленного в форму;
• сифонная заливка каркаса (насадки), например, с использованием литья по
выплавляемым моделям;
• суспензионная композиционная заливка;
• беспрерывное композиционное литьё;
• получение гетерофазного расплава с использованием ультразвуковой обра-
ботки и (или) электромагнитного перемешивания;
• заливка гетерофазного расплава, изготовленного механическим замешиванием
армирующих элементов в матричный расплав;
• центробежное композиционное литьё;
• пропитка каркаса-насадки.
Для проведения исследований было выбрано ряд способов получения ЛКМ, раз-
работаны, собраны и испытаны лабораторные установки для их реализации. Это
горизонтальная установка получения ЛКМ методом центробежного литья (рис. 1,
а), установка для замешивания армирующей фазы в расплав (рис. 1, б), установка
для вакуум-компрессионной пропитки (рис. 1, в) и установка получения композитов
методом гравитационного осаждения (рис. 1, г).
Методами стационарного и центробежного литья были изготовлены модель-
ные образцы отливок композитов. Использовали сплав марки Ак12М2МгН. Ар-
мирующими компонентами служили частицы алюмосиликата, карбида кремния,
бронзовая стружка. Количество вводимой армирующей составляющей – 5-15 %.
Масса отливок –1,9-2,9 кг. Получены образцы с включениями как моносостава,
так и при сочетании двух видов армирующих компонентов, например, алюмосили-
кат + бронзовая стружка или карбид кремния + бронзовая стружка. (рис. 2) При
использовании стационарного метода литья армирующие компоненты, пред-
варительно подготовленные, замешивали в жидкий алюминий, перемешивали
образующуюся гетерогенную смесь, а затем заливали её в литейную форму.
Введение частиц в расплав осуществляли при температуре 750±20 0С и скоро-
сти замешивающего устройства 300 об/мин. В случае центробежного способа
изготовления ЛКМ продолжительность заливки составляла 10-20 с. Скорость
вращения кокиля во время заливки расплава составляла 1000-1500 об/мин. В
подогретый кокиль перед заливкой матричного сплава вводили армирующие
элементы, которые подогревали вместе с кокилем газовой горелкой до темпе-
ратуры 200-300 0С. При использовании метода центробежного литья заготовок
ЛКМ с горизонтальной осью обращения кокиля в них всегда образовывается слой
композита с внешней стороны отливки с равномерным распределением арми-
рующих элементов по длине заготовки. Протяжённость композиционного слоя,
58 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2015. № 4 (112)
Новые литые материалы
составляет, в зависимости от вида армирующей фазы, 4-6 мм. Макроструктура
темплетов, полученных методом центробежного литья, приведена на рис. 3.
Сравнительные испытания износостойкости исходного и композиционных
образцов в режиме сухого трения при скорости скольжения 0,2 м/с показали,
что продолжительность работы композиционных материалов до разрушения в
2-12 раз превышает продолжительность работы исходного алюминиевого сплава
(рис. 4.) При этом наилучшими трибохарактеристиками обладают центробеж-
5
4
3
2
1
а б
1
4
2
3
к вакуумному
В
о
зд
ух
В
ак
уу
мП
о
д
ъ
ё
м
н
ы
й
м
е
ха
н
и
зм
1
4
3
2
5
6
7
Вода
в
г
Рис. 1. Некоторые схемы получения композиционных материалов литейными ме-
тодами: а – ковш с расплавом алюминия (1), ковш с дисперсным наполнителем (2),
кокиль (5), электродвигатель (6), больший шкив (7), меньший шкив (8); б – металли-
ческий кожух (1), огнеупорная футеровка (2), термопара (3), тигель (4), мешалка (5);
в – порошковая смесь (1), металлический расплав (2), графитовый тигель (3), печь
сопротивления (4), пористая заглушка (5), вакуумный буфер (6), аналогово-цифровой
преобразователь (7); г – ковш с расплавом (1), полиэтиленовая плёнка (2), модель
с зернистым наполнителем (3), ёмкость с песком (4)
5
2
1
6
8
7
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2015. № 4 (112) 59
Новые литые материалы
нолитые композиционные материалы, армированные частицами каменного литья
(образец 2) и гибридной смесью (бронзовая стружка + каменное литьё (образец 3).
Увеличение трибохарактеристик позволяет увеличить срок службы трибоизделий
из алюминиевых сплавов, поэтому полученные результаты показывают, что раз-
в
а б
Рис. 2. Структура композиционных материалов на алюминиевой основе: а – армирован
бронзовой стружкой, б – армирован частицами алюмосиликатов, в – армирован гибрид-
ной смесью (бронзовая стружка + алюмосиликаты), х50
Рис. 3. ЛКМ, вырезанные из центробежных отливок с горизонтальной осью: а, б – ЛКМ с
бронзовою стружкой; в – со смесью бронзовой стружки и частиц каменного литья; г – с
частицами каменного литья; д, е – исходный алюминиевый сплав; ж – со смесью частиц
бронзовой стружки и SiC; з – со смесью частиц бронзовой стружки, SiC и алюмосиликата
а б в г д е ж з
60 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2015. № 4 (112)
Новые литые материалы
работанные литые экономноармированные композиционные материалы являются
перспективными для использования в качестве деталей шатунно-поршневой группы
автомобилей, тракторов и других трибодеталей с целью повышения их надёжности
и долговечности.
1. Найдек В. Л. Создание новых технологий и материалов на основе фундаментальных ис-
следований. / В. Л. Найдек //Литейное производство. – 1991. – № 3. – С. 3-4.
2. Литые композиционные материалы: / С. С. Затуловский и др. – Киев.: Техника, 1990. – 240 с.
3. Эффективные схемы производства и применения металлической дроби / С. С. Зату-
ловский и др. – Металлург, 2000. – № 6. – С. 39-47.
4. Создание металлургических технологий утилизации и переработки промышленных и
бытовых отходов. В кн. «Новости черной металлургии России м зарубежных стран» / Н. П. Ля-
кишев и др. БНТИ, Москва: 1998, Вып. 3-4. – Ч.1.– С.1179-1180.
5. Экологически чистые металлургические технологии рационального использования энерго-
ресурсов утилизации и переработки отходов / Л. Н. Шевелев и др. // Бюллетень «Чёрная
металлургия». 1999. – № 5-6. – С. 3-10.
Поступила 26.03.2015
140
60
80
100
120
0 1 2 3
0
20
40
В
р
е
м
я
р
аб
о
ты
, м
и
н
Рис. 4. Сравнительная характеристика и продол-
жительности работы до разрушения исходного и
композиционных образцов в режиме сухого трения:
0 – исходный; 1– армирован бронзовой стружкой;
2 – армирован частицами каменного литья; 3 – ар-
мирован гибридной смесью (бронзовая стружка +
каменное литьё (фракция до 3 мм))
Образцы
|