Вплив електрострумової обробки розплаву алюмінієвого сплаву В95пч на механічні властивості та структуру литого стану з урахуванням додаткової термічної обробки

Шрифт:
27

https://doi.org/

Met. litʹe Ukr., 2020, Tom 28, №4, P. 32-41

Kyung-Hyun Kim1, PhD, Principal Researcher, e-mail: khkim3332@hanmail.net
Sim Hyun Suk2, PhD, President, e-mail: hs8388@dscast.co.kr
В.М. Цуркін3, канд. фіз.-мат. наук, пров. наук. співр., e-mail: dpta@iipt.com.ua, https://orcid.org/0000-0003-2697-579X
А.В. Іванов3, канд. тех. наук, ст. наук. співр., e-mail: artiomsan@gmail.com, https://orcid.org/0000-0002-3247-6121
О.О. Жданов3, канд. тех. наук, ст. наук. співр., e-mail: zhdanoff.aleksander@gmail.com
М.К. Гумененко3, мол. наук. співр., e-mail: dpta@iipt.com.ua
М.В. Честних3, мол. наук. співр., e-mail: dpta@iipt.com.ua
Ю.Н. Дьогтєв3, пров. інженер-конструктор, e-mail: dpta@iipt.com.ua

1Korea Institute of Materials Science (Changwon, Korea)
2Dong San Tech. Co., Ltd (Changwon, Korea)
3Інститут імпульсних процесів і технологій НАН України (Миколаїв, Україна)

Надійшла 10.08.2020

УДК 621.74:669.0173

В роботі наведено результати досліджень обробки сплаву системи Al-Zn-Mg-Cu модифікації В95пч у рідкому стані імпульсами електричного струму у комплексі з реагентною обробкою (AlTi5B1 та NaCl) з метою визначення умов та параметрів впливу, за яких досягається рівень механічних властивостей, що відповідає показникам литого сплаву після термічної обробки.
Як відомо, сплави системи Al-Zn-Mg-Cu активно застосовують у машинобудуванні та літакобудуванні. У цьому випадку службові характеристики деталей із цих сплавів потрібно забезпечити на найвищому рівні. Для цього використовують після операцій лиття термообробку, яка суттєво підвищує ціну готових заготовок. Тому актуальною постає задача пошуку методів обробки сплаву ще на стадії лиття, які б забезпечили рівень механічних властивостей литого сплаву системи Al-Zn-Mg-Cu на рівні, що відповідав би результату після термообробки. Дослідження, результати яких наведено у даній роботі, показали принципові можливості досягнення такої мети.
Запропоновано для обробки використовувати імпульси електричного струму у комплексі з реагентами. Якщо обробка реагентами діє вибірково на елементи структури сплаву, то енергетична – формує комплекс явищ, що забезпечують активне підвищення якості литого сплаву. Доведено, що при застосуванні електрострумової обробки потрібно використовувати різно заглиблені електроди з ізольованою бічною поверхнею та забезпечувати
оптимальну величину густини електричної енергії порядку 108 Дж/м3.
Запропонований принцип обробки розплаву забезпечує практично округлу форму зерен a-Al, зростання ступеня однорідності мікроструктури виливка. Показники міцності (σв, σ0,2) підвищено у 2,3 рази, що практично відповідає значенням у термообробленому стані за режимом Т6.
Такий результат можна пояснити комплексною дією на розплав енергетичного та реагентного впливу, які змінюють механізми структуроутворення та твердіння, у тому числі за рахунок активної гомогенізації та дегазації металевої рідини при збільшенні центрів кристалізації, забезпечуючи формування субструктури литого металу з більш «вигідною» морфологією твердого розчину на основі Al та евтектичних складових, яке зазвичай виникає для сплавів системи Al-Zn-Mg-Cu при гартуванні.

Ключові слова: розплав, електрострумова обробка, термообробка, структура, властивості, якість.

Література

1. Tsurkin V.N., Ivanov A.V., Cherepovskii S.S., Vasyanovich N.A. Comparative analysis of functional possibilities of methods of
pulse treatment of a melt. Surface Engineering and Applied Electrochemistry. 2016. № 2. P. 181–185.
2. Slazhniev M., Kyung Hyun Kim, Hyun Suk Sim, Se Won Kim. Research on MHD process for controlling the segregation of Al-
Sn alloy. 8th International Conference on Electromagnetic Processing of Materials, Oct. 2015. Cannes, France.
URL: https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01334619
3. Tsurkin V.N., Sinchuk А.V., Ivanov А.V. Electric current treatment of liquid and crystallizing alloys in casting technologies.
Surface Engineering and Applied Electrochemistry. 2011. Vol. 46. № 5. P. 456–464.
4. Kyung Hyun Kim, Sim Hyun Suk, Цуркин В.Н., Иванов А.В., Зайченко А.Д., Жданов А.А., Честных Н.В. Влияние энер-
гетической обработки расплава на механические свойства алюминиевого сплава В95пч. Металл и литье Украины.
2018. № 9–10. С. 68–72.
5. Eskin D.G., Mi J. Solidification Processing of Metallic Alloys Under External Fields. Springer Series in Materials Science.
Springer: Berlin/Heidelberg, Germany, 2019. P. 328.
6. Zhang Y., Song C., Zhu L. et al. Influence of Electric-Current Pulse Treatment on the Formation of Regular Eutectic Morphology
in an Al-Si Eutectic Alloy. Metall. Mater. Trans. 2011. Vol. 42. P. 604–611. DOI: https://doi.org/10.1007/s11663-011-9502-9
7. Zhang Y.H., Xu Y.Y., Ye C.Y., Sheng C., Sun J., Wang G., Miao X.C., Song C.J., Zhai Q.J. Relevance of electrical current
distribution to the forced flow and grain refinement in solidified Al-Si hypoeutectic alloy. Sci Rep. 2018; 8: 3242.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-018-21709-y
8. Пригунова А.Г., Зелинская Г.М., Кошелев М.В. Влияние обработки расплава однополярным импульсным электриче-
ским током на формирование железосодержащих фаз в сплаве АК5М2. Металлофизика и новейшие технологии.
2019. № 5. С. 655–672.
9. Ivanov A.V., Tsurkin V.N. Peculiarities of Distribution of Electromagnetic and Hydrodynamic Fields for Conductive Electric
Current Treatment of Melts in Different Modes. Surface Engineering and Applied Electrochemistry. 2019. № 1. Р. 53–64.
10. Абрамов О.В., Добаткин В.И., Казанцев В.Ф, Кулемин А.В., Некрасова С.З., Панов А.П., Пугачев С.И., Семенова Н.И.,
Статников Е.Ш., Эскин Г.И. Воздействие мощного ультразвука на межфазную поверхность металлов. М.: Наука, 1986.
277 с.
11. Пат. 2590744. Российская Федерация, МПК C22C 21/00, C22F 1/04, B22D 1/00. Полуфабрикат из алюминиевого
сплава с улучшенной микропористостью и способ изготовления / Филипп Жарри (Fr); CONSTELLIUM ISSUAR (Fr).
№ 2013142428/02; заявл. 16.02.12; опубл. 10.04.15. Бюл. № 10.
12. Абрамов О.В. Кристаллизация металлов в ультразвуковом поле. М.: Металлургия, 1972. 256 с.
13. Балакин Ю.А., Гладков М.И. О взаимосвязи расхода энергии внешнего воздействия и структуры затвердевающего
метала. Металлы. 2001. № 3. С. 20–25.
14. Mondolfo L.F. Aluminum alloys: Structure and Properties. М.: Metallurgy, 1979. 640 p.