Фізичні методи управління формуванням структури металів

Шрифт:
197

https://doi.org/10.15407/steelcast2020.02.041

Met. litʹe Ukr., 2020, Tom 28, №2, P. 41-48

А.С. Нурадінов, д-р техн. наук, ст. наук. співр., пров. наук. співр.,e-mail: nla_73@ukr.net, https://orcid.org/0000-0002-7286-8648
А.Г. Пригунова, д-р техн. наук, ст. наук. співр., зав. відділу,e-mail: adel_nayka@ukr.net
В.Ю. Шейгам, наук. співр.
А.Г. Вернидуб, наук. співр.
І.А. Нурадінов, інженер І категорії, e-mail: inuradinov@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-8916-5247 

Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України (Київ, Україна)

Надійшла 11.02.2020

УДК 621.744:539.216

У даній роботі ставилася мета розробити науково-обґрунтовані методи управління формуванням литої структури ме-
талевих заготовок на першому етапі виробництва металопродукції. На модельній і металевій системах вивчено мож-
ливість управління структурою заготовок зовнішніми фізико-термічними впливами на розплав в процесі його затвер-
діння (перегрів, інтенсивність охолодження і вібрація). Фізичне моделювання, проведене на плоскій моделі злитка зі 
сплаву камфена з тріцикленом, дозволило, регулюючи інтенсивність тепловідводу при затвердінні розплаву, в режимі 
реального часу спостерігати зародження і зростання центрів кристалізації, визначати швидкість просування фронту 
і тривалість загального часу затвердіння в залежності від режимів вібрації. Отримані на модельному сплаві дані про 
специфіку процесу кристалізації, обумовленого зовнішніми фізико-термічними впливами, використовуючи розробле-
ну методику, перераховані на об'єкти з металу і перевірені при дослідженні формування структури злитків з алюмінію 
технічної чистоти марки А5. Інтенсивність тепловідведення від металу, що твердне, регулювали заливанням пере-
грітого до 750 °С розплаву у форми з різною товщиною стінок і теплопровідністю, що забезпечило зміну швидкості 
охолодження від 0,3 °С/с до 5 °С/с. При підвищенні інтенсивності тепловідведення і впливі вібрацією на розплав, що 
твердне, змінюється кінетика процесу кристалізації, внаслідок чого збільшується однорідність і дисперсність криста-
лічної структури злитків. 
Результати фізичного моделювання та експериментів, проведених на металі, добре узгоджуються. Загальною тенден-
цією є суттєве зменшення розмірів елементів макро- і мікроструктури під впливом вібрації. Величина зерен і кристалів 
в середньому зменшується в 3–5 разів, в такому ж співвідношенні зменшується і їх розмірний фактор, наближаючись 
до 1. Мікроструктура злитків однорідна, дрібнокристалічна. Встановлено, що, використовуючи різне поєднання роз-

глянутих факторів впливу, можна управляти процесами кристалізації та структуроутворення. Негативний вплив вели-
ких перегрівів на формування дисперсної дендритної структури можна практично нівелювати, регулюючи інтенсив-
ність тепловідводу або впливаючи вібрацією на рідкий метал і метал, що твердне.

 

Ключові слова: Сплав, кристалізація, перегрів, переохолодження, інтенсивність охолодження, вібрація, структура.

Література

1. Vorozhtsov S.A., Eskin D.G., Tamayo J. et al. The application of external fields to the manufacturing of novel dense composite 
master alloys and aluminum-based nanocomposites. Metal. Mater. Trans. A: Phys. Metal. Mater. Sci. 2015. Vol. 46. No. 7.
P. 2870–2875.
2. Эльдарханов А.С., Нурадинов А.С., Уздиева Н.С., Ахтаев С.С-С. Влияние интенсивности бегущего магнитного поля в 
кристаллизаторе МНЛЗ на формирование сортовых заготовок. Металлургия машиностроения. 2019. № 5. С. 34–39. 
3. Ефимов В.А., Эльдарханов А.С. Технологии современной металлургии. М.: Новые технологии, 2004. 784 с.
4. Эльдарханов А.С., Нурадинов А.С., Ахтаев С.С-С., Саипова Л.Х-А. Влияние внешних термосиловых воздействий на 
формирование структуры литых заготовок. Сталь. 2019. № 6. С. 9–13.
5. Овсиенко Д.Е. Зарождение и рост кристаллов из расплава. К.: Наукова думка, 1994. 256 с.
6. Эльдарханов А.С., Ефимов В.А., Нурадинов А.С. Процессы формирования отливок и их моделирование. М.: Машино-
строение, 2001. 208 с.
7. Лившица Б.Г. Лаборатория металлографии. М.: Металлургия,1965. 439 с.
8. Баум Б.А. Металлические жидкости – проблемы и гипотезы. М.: Наука, 1979. 120 с. 
9. Херлах Д., Файербах Б. Зародышеобразование и переохлаждение. М.: Мир, 1989. 179 с. 
10. Абрамов В.О., Абрамов О.В., Артемьев В.В. и др. Мощный ультразвук в металлургии и машиностроении. М.: Янус-К, 
2006. 688 с. 
11. Campbell I. Effects of vibration during solidification. Internationale Metals Reviers. 1981. № 2. Р. 71–108.
12. Баландин Г.Ф. Формирование кристаллического строения отливки. М.: Машиностроение, 1973. 288 с.
13. Найдек В.Л., Эльдарханов А.С., Нурадинов А.С. и др. О механизме воздействия вибрации на кристаллизацию и струк-
турообразование сплавов. Литейное производство. 2003. № 9. С. 13–15.
14. Ефимов В.А., Эльдарханов А.С., Нурадинов А.С. Влияние вибрации на межфазный переход расплава в кристалличе-
скую структуру слитков. Материаловедение. 2003. № 3. С. 36–38.
15. Нурадинов А.С. Измельчение структуры затвердевающего сплава в условиях низкочастотной вибрации. Процессы 
литья. 2008. № 4. С. 49–55.