ОБОСНОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ ЦИРКОНИЯ

фото отсутствует

Для анализа формирования структуры катанки необходимо рассмотреть процессы, происходящих при литье и деформационно-термической обработке, которые определяют формирование структуры катанки из Al-Zr сплавов, содержащих 0,2–0,5%Zr. Несмотря на малое количество, цирконий резко усложняет процесс формирования структуры по сравнению с нелегированным алюминием (в частности, марок А5Е и А7Е), что требует существенного изменения технологических режимов. После формирования литой заготовки на колесе-кристаллизаторе в виде трапеции происходит ее охлаждение до 450-500 0С, после чего заготовка поступает в прокатные валки. Эта стадия наиболее сложная для анализа, когда возможны несколько процессов, на ней происходит деформационно-термическая обработка в интервале температур.

Исходя из фазовой диаграммы Al–Zr, температура ликвидуса (TL ) резко повышается с ростом содержания циркония в алюминии. Из этого следует, что первым необходимым условием полного вхождения циркония в алюминиевый твердый раствор (в катанке) является поддержание температуры расплава на всех стадиях выше значения TL. Это условие позволяет обеспечить отсутствие в расплаве первичных кристаллов фазы Al3Zr перед разливкой. Для оценки точности расчета значения TL по программе Thermo-Calc (таблица 1) использовали закалочный метод экспериментального определения ликвидуса. Необходимость применения данной методики обусловлена тем, что термический анализ (в том числе дифференциальный) не обладает достаточной чувствительностью (из–за малого теплового эффекта, связанного с образованием первичных кристаллов фазы Al3Zr).

 

Таблица 1 - Составы экспериментальных сплавов с разным содержанием циркония (по данным спектрального анализа) и температуры ликвидуса (TL)

 

Концентрации масс1. %

TL2,  0С

TL3,  0С

Si

Fe

Zr

TTAL7

Эксп.

1

0,072

0,139

0,180

710

675-700

2

0,074

0,131

0,283

751

~750

3

0,080

0,140

0,380

780

775-800

4

0,075

0,133

0,476

803

800-825

 

1 по данным спектрального анализа;

2 расчет в программе Thermo-Calc (база данных TTAL7);

3 экспериментальные значения температуры ликвидуса

 

Экспериментальные сплавы готовили на основе алюминия марки А7Е, в индукционной печи. Базовым был приготовлен сплав, содержащий 0,476% Zr, затем добавлением алюминия марки А7Е были приготовлены остальные три сплава с меньшими концентрациями циркония, химический состав которых по данным спектрального анализа представлен в таблице 1. Заливку расплава в графитовые формы осуществляли с температуры около 900 0С, что заведомо выше линии ликвидуса – значения TL.

Металлографический анализ шлифов полученных образцов показал отсутствие первичных кристаллов фазы Al3Zr, что может свидетельствовать о полном вхождении циркония в твердый раствор (Al). Для подтверждения этого факта на литых образцах проводили измерение. Между значениями удельное электросопротивление и CZr имеется линейная зависимость, это позволяет рассчитывать содержание Zr в (Al) (далее СZr-(Al)), поскольку в рассматриваемом случае величина СZr-(Al) совпадает с концентрацией циркония в сплаве (СZr). В данном уравнении коэффициент k отражает степень влияния 1 % Zr на величину удельное электросопротивление. Видно, что уже 0,1%Zr в составе (Al) достаточно, чтобы повысить удельное электросопротивление на 1,3 мкОм·мм. Качественно аналогичная зависимость, построенная по данным, полученным на сплавах, приготовленных на алюминии высокой чистоты, показывает близкие значения.

Экспериментальные данные по определению температуры ликвидуса как видно из таблицы 1, показывают хорошее соответствие расчетным данным, полученным в программе Thermo-Calc (разброс значений не превышает 10 0С). Из этого вытекает возможность использования существующих баз данных для оценки значения TL и для других концентраций циркония.

Необходимым условием для обеспечения в литой заготовке полной растворимости циркония в (Al) является превышение температурой литья значения TL. Однако, это условие не является достаточным [1-3]. Если в лабораторных условиях температура литья может быть практически равной температуре расплава (заливка непосредственно из тигля), то в производственных условиях падение температуры неизбежно на пути из печи к кристаллизатору (в частности, на колесо установки совмещенного литья и прокатки). Из этого следует, что именно практически реализуемая максимальная температура на кристаллизаторе и определяет предельно допустимую концентрацию Zr в сплаве. Для практического применения для сплавов, содержащих 0,2-0,5 % Zr, на основе предлагается следующее уравнение для расчета температуры в печи (Tпечи):

 

Tпечи=660+300* СZr+ΔT1+ΔT2  (4)

 

где СZr- концентрация циркония в сплаве,

ΔT1- падение температуры в металлопроводе на пути к кристаллизатору,

ΔT2- минимальный запас.

В частности, при 0,18 % Zr, ΔT1=50 0С и ΔT2=20 0С температура в печи должна составлять не менее 790 0С. При 0,28%Zr необходимая температура повышается до 820 0С, при 0,38%Zr - до 850 0С, а при 0,476%Zr - до880 0С, что практически трудно реализовать на существующем оборудовании.

 

Список использованных источников.

1. Amenova A., Smagulov D., Dostayeva A. New method of phase transformations calculation in metals with structural features of the initial and new phases // International Journal. - 2013. - P. 148-151.

2. Кожа Е., Комбаев К.К., Смагулов Д.У., Достаева А.М. Микродуговое оксидирование алюминиевого сплава// Вестник КазНТУ-ҚазҰТУ хабаршысы – Алматы, -2014 г. № 2(102) – стр.346-351.

3. Аменова А.А., Исламкулов К.М., Смагулов Д.У., Достаева А.М. Разработка новых высокопрочных и износостойких сплавов на основе алюминия // Вестник КазНАЕН. – Астана: Республиканское общественное объединение «КНАЕН». - 2014. -№1. – С.53.

0

[08.02.2018 15:44]

 

Теги: Нет тегов

Просмотров - 88