Автор: Карпов В. В., Карпов В. Ю., Лукьянова О. О.

Категории: материаловедение

Исследовано изменение структуры отливок газаров при их кристаллизации от двух холодильников в объеме формы. Определено взаимодействие фронтов кристаллизации расплава, их влияние друг на друга. Установлены особенности структурообразования отливок, возможные дефекты структуры, способы их устранения. Исследования проводилось с целью получения качественных отливок газаров сложной формы.

Ключевые слова: центры кристаллизации; фронт кристаллизации, поры слияния, давление насыщения; форма отливки.

УДК 620.193.55.001.5.

Формирование структуры газаров при двух аксиально расположенных  холодильниках

Карпов Вячеслав Владимирович,
Научный сотрудник НИЛ «Сплав»
Национальная металлургическая академия Украины,

Карпов Владимир Юрьевич, 
Доктор технических наук, профессор.
Национальная металлургическая академия Украины,

Лукьянова Ольга Олеговна,
Студентка-магистр
Национальная металлургическая академия Украины,

Одной из важнейших задач современной промышленности является получение пористых материалов с определенными параметрами структуры и свойств. Пористые изделия сложной формы с заданным направлением пор невозможно получить, используя направленную кристаллизацию от одного холодильника [1-3]. Исследования по изучению взаимодействия нескольких фронтов кристаллизации в объеме одной формы практически не проводились. В задачи исследований входило изучение взаимодействия фронтов кристаллизации газара при наличии двух аксиальных центров кристаллизации в объеме одного слитка и их взаимодействию между собой.
Для проведения исследований использовалась экспериментальная установка, в основе конструкции которой лежит автоклав высокого давления, позволяющий создавать в нем вакуум или давление газовой фазы до 10МПа. Нагрев печи вели до температуры порядка  1570К, что давало перегрев металла выше температуры плавления до 120К. После достижения расплавом заданной температуры делалась временная выдержка для установления равновесия в системе газ - металл. Далее расплав разливался в форму с двумя аксиальными холодильниками (рис.1). В дальнейшем слитки разрезались для изучения их макроструктуры.
Исследования показали, что структура отливок имеет целый ряд особенностей. При недостаточно перегретом расплаве одновременно с направленной кристаллизацией и ростом пор от холодильников наблюдалось образование монолитной корки на поверхности слитка, что приводило к формированию крупных пузырей и получению бракованных отливок (рис.2). Плохой тепловой контакт расплава с холодильниками кристаллизатора также приводил к появлению заметных дефектов пористой структуры. Кроме этих дефектов в слитках наблюдалось формирование крупных пор в зоне встречи фронтов кристаллизации, асимметрия отливки относительно расположения холодильников.

Рис.2. Структура отливок:
а - вид отливки газара при малом перегреве металла: 1 – подкорковые пузыри; 2 - зона встречи фронтов кристаллизации; 3 – зона холодильников;
б - асимметрия формы слитка газара относительно холодильников

При устранении плохого теплового контакта расплава с холодильниками формы отмечалось увеличение симметрии отливок и изменение их общей пористой структуры.
Формирование крупных пор в зоне встречи фронтов кристаллизации вероятнее всего связано с резким увеличением концентрации растворенного газа в этой области расплава. В сочетании с относительно низким окружающим давлением это способствовало росту крупных пор. Дефект макроструктуры оказалось возможным устранить увеличением давления при кристаллизации расплава по отношению к давлению насыщения  его газом Ркр/Рнас (рис.3). Для сохранения соотношения давлений необходимо увеличить давление насыщения Рнас расплава газом, что не приведет к резкому изменению пористости отливок.

    

 
                        

 

Рис.3. Изменение структуры отливок газаров при повышении давления кристаллизации, Рнас = 0,05МПа
а – Ркр = 0,05Мпа;
б - Ркр = 0,15Мпа;
в - Ркр = 0,25Мпа

 

ВЫВОДЫ

1. Для получения качественных отливок с двумя аксиальными центрами кристаллизации     необходимо   обеспечить   хороший тепловой   контакт   расплава   с холодильниками формы;
2. Расплав должен быть в достаточной мере перегрет для предотвращения образования подкорковых пузырей на поверхности отливки;
3. Для устранения процесса формирования крупных пор в области встречи фронтов кристаллизации необходимо повышать давление кристаллизации;
4. Для сохранения необходимой пористости отливок требуется пропорционально увеличивать давление насыщения расплава газом;
5. Формы для отливок должны иметь дополнительные объемы,  куда будет вытесняться избыточный жидкий металл при кристаллизации газаров, которые имеют положительную усадку.

ЛИТЕРАТУРА