446 / 460
Actual Problems in Machine Building. 2015. N 2
Materials Science
in Machine Building
____________________________________________________________________
446
низкого ТКЛР при обычных температурах эксплуатации, за счет изменения содержания
элементов внедрения, без введения традиционных легирующих элементов [4].
Изменить содержание элементов внедрения в твердом алюминии можно обработкой
его расплава водородосодержащими веществами.
Среди веществ, увеличивающих содержание водорода в алюминии, большой интерес
вызывают соединения металлов с высоким сродством к водороду, а именно смесь карбонатов
кальция и магния. Ранее авторами установлено, что применение такой смеси для
модифицирования алюминия и его сплавов существенно улучшает их физико-механические
свойства [5]. Карбонаты кальция и магния использовали для обработки расплава в виде
природного минерала – доломита.
Эффективность обработки расплава во многом зависит от условий кристаллизации.
Экспериментально нами было установлено, что температура заливки алюминиевых сплавов
влияет на характер изменения их ТКЛР. В связи с этим в данной работе были исследованы
такие параметры выплавки алюминия А7, как способ кристаллизации и температура заливки.
Поскольку эффективность обработки расплава доломитом существенно зависит от
перечисленных параметров, главным было определение оптимального их сочетания,
позволяющего получить стабильное снижение ТКЛР алюминия, в том числе и после
термической обработки.
Методика экспериментального исследования
Для исследования вышеуказанных параметров осуществляли выплавку сплава в
закрытой лабораторной печи сопротивления в алундовом тигле. После расплавления
алюминия расплав обрабатывали смесью карбоната кальция и карбоната магния, взятых в
равном соотношении в количестве 1-7 % от массы расплава. Обработку проводили в течение
3-15 минут при температуре, на 50-250 ºС превышающей температуру плавления алюминия
(710-910 ºС). По окончании обработки с поверхности удаляли шлак и проводили заливку в
алюминиевый кокиль со следующих температур: 860, 820, 780, 740 и 670
о
С соответственно.
Из полученных слитков изготавливали образцы для дилатометрического исследования. Для
определения воздействия термообработки на ТКЛР образцы подвергали старению в
интервале 200-300
о
С в течение 1, 10 и 20 часов. ТКЛР определяли с помощью
дифференциального оптического фоторегистрирующего дилатометра системы Шевенара.
Результаты и обсуждение
Ранее нами уже отмечалось [4], что способ кристаллизации имеет большое значение,
так как скорость охлаждения при кристаллизации сплава определяет степень пересыщения
твердого раствора водорода в алюминии. В связи с этим было изучено влияние скорости
охлаждения на тепловое расширение алюминия, обработанного доломитом (рис. 1).
Использование способов кристаллизации, предусматривающих более высокие скорости
охлаждения расплава (имитация жидкой штамповки и литье в алюминиевый кокиль)
наиболее существенно снижают ТКЛР алюминия, по сравнению с более медленным
охлаждением на асбесте.
Дальнейшие исследования проводили на образцах, залитых в алюминиевый кокиль.
Результаты исследования влияния температуры заливки на величину ТКЛР алюминия А7
приведены на рис. 2. На представленных графиках видно, что высокие температуры заливки
(950, 860 и 820
о
С) приводят к незначительному снижению ТКЛР. Наиболее существенное
снижение наблюдается у образцов, залитых с более низких температур (800, 780, 670
о
С).
Оптимальной температурой заливки, в наибольшей степени обеспечивающей уменьшение