Інноваційні шляхи керування процесом формування кристалічної будови металевих сплавів

Abstract

Вступ. Сучасна тенденція розвитку машинобудування характеризується зростаючими вимогами до якості використовуваної металопродукції. Підвищити якість останньої неможливо без вдосконалення технологій з плавлення та лиття металевих сплавів. Проблематика. Відомо, що металопродукція, виготовлена з литих заготовок із дисперсною кристалічною структурою, мінімальною ліквацією й сприятливим розташуванням неметалічних включень, має найвищий рівень механічних властивостей. Для отримання литого металу з такою структурою необхідно забезпечити максимальну швидкість кристалізації та величину переохолодження на межі фаз, які при формуванні реальних заготовок зі збільшенням товщини затверділої кірки металу прогресивно зменшуються (у 5—10 разів). Мета. Розробка науково-обґрунтованих технологічних способів управління формуванням литої структури металевих заготовок шляхом термосилових зовнішніх впливів на рідкий та затвердіваючий метал. Матеріали та методи. Модельною речовиною слугував сплав камфена з трицикленом, який, подібно до металів, кристалізується в інтервалі температур 45—42 °С з утворенням дендритної структури, а також володіє низкою оригінальних властивостей. Як металеву систему у роботі використано алюміній технічної чистоти А5, який кристалізується з утворенням дуже широкої зони транскристалізації. Оцінювання відносної ефективності впливу різних методів зовнішніх впливів на формування кристалічної будови металів виконано за їхнім впливом на ширину й дисперсність зони транскристалізації. Результати. Експериментально підтверджено можливість керування процесом формування структури литих металів, використовуючи різні прийоми зовнішніх термосилових впливів на рідкий та затвердіваючий розплав. Висновки. Отримані результати є перспективними для розробки нових металургійних технологій ефективного управління структурою литого металу на першому етапі виробництва заготовок.

Introduction. The modern trend in the development of engineering is characterized by ever-increasing demands on the quality of the metal products used for this. It is impossible to improve the quality of metal products without improving technologies for the smelting and casting of metal alloys. Problem Statement. It is known that metal products made from the cast billets with a dispersed crystalline structural structure have a minimum level of licensing and favorable results of non-metallic inclusions, and have the highest level of mechanical properties. To obtain a cast metal with such a structure, it is necessary to ensure the maximum crystallization rate and the amount of supercooling at the phase boundary, which, when real billets are formed, progressively decrease as the thickness of the hardened metal crust increases (5—10 times). Purpose. Development of scientifically based technological methods for controlling the formation of a cast structure of metal billets by means of thermo-force external influences on liquid and hardened metal. Materials and Methods. An alloy of camphene with tricycylene, which, like metals, crystallizes in the temperature range (45—42 °C) with the formation of a dendritic structure, and also has the following original properties. Aluminum of technical purity A5, which crystallizes with the formation of a very wide transcrystallization zone, was used as a metal system in the work. And it is convenient to evaluate the relative effectiveness of the impact of various methods of external influences on the formation of the crystalline structure of metals by their influence on the width and dispersion of the transcrystallization zone. Results. Experimental studies have confirmed the ability to control the formation of the structure of cast metals using various methods of external thermo-force effects on liquid and hardened melt. Conclusions. The results obtained open up the prospect of developing new metallurgical technologies for the effective management of the cast metal structure at the first stage of production of billets.