18 февраля 2018г.
В последние несколько десятилетий появились работы, посвященные пластической деформации высококремнистых силуминов. Так, в работах [3-6,9] показана связь состава заэвтектических силуминов с ресурсом пластичности и с параметрами процесса горячего прессования и прокатки, осуществляемых различными способами. Имеются работы, посвященные технологиям изготовления промышленных заготовок и поршней двигателей обработкой давлением из легированных заэвтектических силуминов [1,2,7- 8,10,11]. Однако литературные данные, в основном, носят неполный и отрывочный характер. Поэтому работа посвящена исследованию воздействия деформации на микроструктуру и механические свойства силуминов, содержащих 11÷30 % Si.
Исследовали бинарные силумины, содержащие 11, 15, 20, 25 и 30 % Si. Сплавы готовили в электрической печи сопротивления на алюминии А6 и кремнии Кр0. Силумины, содержащие 15÷30 % Si, модифицировали фосфористой медью МФ-1 в количестве 0,1 % от веса расплава. Заливку проводили в алюминиевую форму 80×80×250 мм. Для получения заготовок под деформацию от слитка отрезали донную (высотой 15 мм) и прибыльную (высотой 50 мм) части. Вес заготовки составлял 3,2±0,05 кг. Заготовки перед деформацией подвергали выдержке при температуре 500±10ºС, 2 ч. Температура нагрева заготовок под ковку, которую проводили на пневматическом молоте МВ 412 составляла 510÷550 ºС в зависимости от содержания кремния в силумине. Заготовки из сплавов, содержащих 11÷15 % Si, благодаря достаточной пластичности, были прокованы на пруток сечением 15×15 мм без промежуточных отжигов. Температура окончания ковки составляла 350-400ºС. Для сплавов, содержащих 20÷30 % Si, использовали промежуточные отжиги при температуре 510-550 ºС в течение 1÷1,5 ч. Пруток 15×15 мм был получен после 3-5 циклов ковки. Величина общего коэффициента уковки для прутков из всех исследуемых сплавов составляла Кобщ.= 28. Отжиг поковок проводили при температуре 520±10 ºС в течение 2 ч. Для исследования микроструктуры силуминов использовали оптический анализатор «EPIQANT» (Karl Zeiss). Механические характеристики на растяжение определяли в соответствии с ГОСТ 1497-84 на цилиндрических образцах с диаметром рабочей части 6 мм на машине «Instron 3369».
Горячая деформация совместно с отжигом значительно уменьшает содержание водорода в силуминах и приводит к существенным изменениям их структуры. Причем, наибольшие изменения микроструктуры фиксируются в зонах с максимальной степенью деформации. Микроструктура силуминов, содержащих 11 и 20 % Si, в литом состоянии и после горячей ковки с общим коэффициентом уковки Кобщ.= 28 приведена на рисунке 1. Можно констатировать, что деформация с отжигами приводит к измельчению КПК, сфероидизации выделений эвтектического кремния и значительному увеличению количества a- твердого раствора. С увеличением суммарной степени деформации усиливается строчечное расположение как первичных, так и эвтектических выделений кремния в структуре поковок. Причем, в их центральной зоне формируется структура с минимальным количеством КПК и более мелкой глобулированной эвтектикой, чем в остальных зонах, что объясняется возникновением максимальных деформаций в этой зоне при ковке. С увеличением продолжительности и числа промежуточных отжигов различия по структуре между зонами поковки для заэвтектических силуминов уменьшаются.
Результаты определения механических характеристик при растяжении образцов, изготовленных из литых и горячедеформированных силуминов после отжига, приведены на рисунке 2. Можно констатировать, что горячая деформация совместно с отжигами положительно влияет на механические свойства силуминов, особенно на пластичность, что, в первую очередь, связано с измельчением и сфероидизацией первичных и эвтектических выделений β-Si.
Рисунок 1 – Микроструктура силуминов с 11 % Si (а, б) и 20 % Si (в, г) в литом состоянии (а, в) и после выдержки при 500 ºС, 2 ч, последующей горячей ковки (Кобщ=28) и отжига при 520 ºС, 2 ч (б, г), ×120
Так, поковки, полученные из силуминов с содержанием кремния 20÷30 % (Кобщ.=28), имеют временное сопротивление разрыву на 15-75 % выше, чем сплавы в литом состоянии. Отсутствие прироста прочности для поковок с 11 и 15 % кремния можно объяснить влиянием динамической рекристаллизации, протекающей при температуре горячей деформации и снижающий эффект наклёпа и измельчения КПК, тем более, что в структуре эвтектического силумина они отсутствуют (Al - 11 % Si), а в сплаве с 15 % Si их доля незначительна. Наиболее существенно после отжигов и горячей ковки повышается пластичность силуминов. Так, в несколько раз увеличивается относительное удлинение, достигая для эвтектического силумина значений, превышающих 16 %, а для поковок из заэвтектических силуминов – 5÷14 %.
Таким образом, горячая деформация высококремнистых силуминов приводит к измельчению и сфероидизации первичных и эвтектических кристаллов β-Si, а также к увеличению в структуре объемной доли α-твердого раствора. Указанные изменения структуры эвтектических и заэвтектических силуминов обеспечивают значительное повышение их механических характеристик, особенно пластических.
Список литературы
1.
Prudnikov A.N.
Production, structure and
properties of
engine
pistons made from
transeutectic deformable silumin // Steel in Translation. – 2009.– T. 39. – № 5. – С. 391-393.
2.
Prudnikov A.N. Deformable heatproof transeutectic silumin for pistons // Steel in Translation. – 2009.– T. 39. – № 6. – С. 456-459.
3.
Prudnikov A.N.
Formation
of eutectic structure in
Al-20
%
Si
alloy during crystallization // Металлургия машиностроения. – 2009. – № 4 –С. 10-13.
4.
Панов Е.И.,
Эскин
Г.И. Влияние поперечно-винтовой прокатки
на структуру
и
свойства заэвтектических силуминов // МиТОМ. – 2004 –№ 9.– С. 7-13.
5. Прудников А.Н. Комплексное воздействие отжигов и термоциклической ковки на структуру и свойства заэвтектических силуминов // Деформация и разрушение материалов. – 2014. – № 2. – С. 14- 20.
6. Прудников А.Н. Поршневые деформируемые заэвтектические силумины // Технология металлов. – 2014. – № 2. –
С.
8 - 11.
7. Прудников А.Н., Прудников В.А. Использование термоциклической деформации для получения полуфабрикатов из заэвтектических силуминов / Металлургия: технологии, инновации, качество: Сб. материалов XIX Межд. научно-практич. конф. – Новокузнецк: СибГИУ, 2015. – С. 15-18.
8. Прудников А.Н., Прудников В.А. Формирование структуры заэвтектического силумина при литье слитков полунепрерывным способом // Актуальные проблемы в машиностроении. – 2017. – Т. 4. – № 3. – С. 78-83.
9. Прудников А.Н. Роль условий кристаллизации в формировании структуры и свойств слитков и поковок из заэвтектических силуминов / Материаловедение. – 2014. – № 1. – С. 10-13.
10. Прудников А.Н. Структурно-технологические основы разработки прецизионных силуминов с регламентированным содержанием водорода / Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук: 05.16.09 / НГТУ, Новосибирск, 2013. –
40 с.
11.
Прудников А.Н. Технология производства, структура и свойства поршней двигателей из заэвтектического деформируемого силумина // Изв. ВУЗов. Черная металлургия. – 2009. – № 5. – С. 45-48.
