Помощь студентам в учебе
Разработка технологии приготовления сплава АК12 для получения автомобильных колес сложной конфигурации
|
Актуальность
Реферат
ВВЕДЕНИЕ 7
1 Применение в промышленности сплавов системы Al—Si 8
2 Технические требования к сплаву АК12, для обеспечения конструкторской
надежности легкосплавных колес 12
2.1 Сплавы в чушках 12
3 Выбор шихты для получения сплава АК12 15
3.1 Составы и выбор лигатур 15
3.2 Расчеты и выбор шихтовых материалов 16
4 Технологические операции приготовления сплава АК12 19
4.1 Подготовка шихтовых материалов 19
4.2 Порядок загрузки шихтовых материалов 20
4.3 Рафинирование алюминиевых сплавов 20
4.4 Модифицирование алюминиевых сплавов 29
5 Плавильные устройства для получения алюминиевых сплавов 35
5.1 Индукционные печи 36
5.1.1 Индукционные канальные печи 37
5.2 Печи сопротивления 45
5.3 Выбор плавильной печи 49
6 Контроль качества приготовленного сплава 50
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 56
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 57
Реферат
ВВЕДЕНИЕ 7
1 Применение в промышленности сплавов системы Al—Si 8
2 Технические требования к сплаву АК12, для обеспечения конструкторской
надежности легкосплавных колес 12
2.1 Сплавы в чушках 12
3 Выбор шихты для получения сплава АК12 15
3.1 Составы и выбор лигатур 15
3.2 Расчеты и выбор шихтовых материалов 16
4 Технологические операции приготовления сплава АК12 19
4.1 Подготовка шихтовых материалов 19
4.2 Порядок загрузки шихтовых материалов 20
4.3 Рафинирование алюминиевых сплавов 20
4.4 Модифицирование алюминиевых сплавов 29
5 Плавильные устройства для получения алюминиевых сплавов 35
5.1 Индукционные печи 36
5.1.1 Индукционные канальные печи 37
5.2 Печи сопротивления 45
5.3 Выбор плавильной печи 49
6 Контроль качества приготовленного сплава 50
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 56
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 57
В настоящее время транспортное машиностроение является одним из основных потребителей алюминия и его сплавов, так как использование этого металла и его сплавов существенно повышает эффективность транспортного средства. В алюминиевых сплавах возможно достичь сочетание значительных показателей эксплуатационных, механических свойств ( предела прочности, пластичности, твердости, коррозионной стойкости и т. д.), высокой точности размеров с низкой плотностью.
В частности большое внимание уделяется производству литых автомобильных колес. Это связано с большими объемами и стабильностью заказов. Возможность получения разного дизайна, высокой точности размеров, статических и динамических характеристик дает преимущество литых алюминиевых дисков перед стальными. Необходимо отметить, алюминиевые диски легче на 10-20 %. Из-за высокой теплопроводности металла диски из алюминиевых сплавов имеют лучшее охлаждение тормозных механизмов. Прочная оксидная пленка Al2O3, которая образуется на поверхности алюминия, способствует защите сплава от коррозионных процессов и как следствие от его разрушения.
В то же время крупные автопроизводители предъявляют повышенные требования к прочностным характеристикам легкосплавных дисков. Проведенный анализ современных способов изготовления дисков автомобильных колес показал, что наиболее перспективным являются литье под низким давлением. Одними из достоинств этого способа является высокий коэффициент использования алюминиевых сплавов, что позволяет снизить себестоимость производства.
1 Применение в промышленности сплавов системы Al-Si
Одним из важнейших сплавов алюминия является силумин или сплав алюминия с кремнием. Диаграмма состояния силуминов имеет простой эвтектический вид, что видно на рисунке 1, именно поэтому промышленные силумины подразделяются по содержанию кремния на: • доэвтектические (4-12 % Si);
• эвтектические (12,2 % Si);
• заэвтектические (свыше 12 % Si).
Промышленное значение силуминов обусловлено их высокой жидкотекучестью, низкой склонностью к образованию усадки при литье, возможностью пайки и сварки. Заэвтектические силумины нашли лишь ограниченное применение из-за наличия в структуре очень твердой кремниевой составляющей, которая значительно снижает стойкость режущего инструмента [1]. Что в некоторой степени компенсируется повышенным модулем упругости по сравнению с доэвтектическими сплавами, низким температурным коэффициентом линейного расширения, хорошей свариваемостью и обрабатываемостью резанием с точки зрения качества поверхности и низкой стоимо-
стью. Кроме того, еще недостаточно ясны специфика производства и особые требования к сплавам этой системы, необходимые для точного контроля микроструктуры и пористости отливок, которые существуют для доэвтектче- ских промышленных силуминов. В настоящее время чаще всего заэвтектиче- ские силумины используются для производства поршней ДВС и ряда других деталей, изготавливаемых методами фасонного литья или жидкой штамповки. Не смотря на ограниченное применение заэвтектических силуминов, интерес к данным сплавам растет.
В авиации важную роль играет малый удельный вес сплавов на основе алюминия. Расход топлива самолета во многом определяется весом аппарата, что играет определяющую роль в случае частных самолетов, отношение массы к грузу у которых больше, чем например, в грузовых авиалайнерах. Стоит отметить еще и то, что при изготовлении различных авиационных узлов и деталей преимущественно применяются деформируемые сплавы на основе алюминия. Объем применения литейных сплавов в связи с их меньшей технологичностью ниже. Вместе с тем, в летательных аппаратах используются сварно-литые конструкции и узлы, например, в поршнях с галерейным охлаждением, насосах и пр.
В судостроении силумины получили распространение благодаря своим коррозийным свойствам в купе с малым удельным весом. Морская вода богата на содержание различных солей и прочих веществ, которые оказывают пагубное влияние на обшивку корабля. Также известно, что алюминий и его сплавы применяется и для алитирования (алюминирования) - насыщения поверхности стальных или чугунных изделий алюминием с целью защиты основного материала от окисления при сильном нагревании, т. е. повышения жароупорности (до 1100 °C) и сопротивления атмосферной коррозии.
В последнее время наметилась перспектива использования силуминов в космической промышленности, где особое место занимают сплавы для приборной техники, от которых требуются низкие значения температурного коэффициента линейного расширения в сочетании с необходимым уровнем ме- 9
ханических свойств. Для изготовления различных узлов космических аппаратов нужны сплавы с малым удельным весом и низким температурным коэффициентом линейного расширения. Имеющиеся в настоящее время прецизионные сплавы, построенные на основе системы железо-никель, обладают уникальными физическими свойствами. Однако эти сплавы отличаются рядом недостатков, которые в основном сводятся к сложной технологии получения их и обработки, дороговизне и большому удельному весу. В связи с этим большое внимание в мире уделяется поиску композиций сплавов на основе алюминия, среди которых самой перспективной является система Al—Si.
В настоящее время в автомобильной промышленности все чаще используют сплавы алюминия с кремнием, магнием, марганцем и др. Эти сплавы имеют малый вес, высокие показатели прочности, теплопроводности, коррозионную стойкость [2] по сравнению со сталью.
Наиболее распространенные сплавы, применяемые для изготовления литых дисков автомобильных колес, - это силумины систем Al-Si и Al—Si— Mg (AK12, АК9 и АК7), либо их европейские аналоги AZSin, AISiioMg и AlSi7Mg соответственно. В нашей стране большое применение получили сплавы АК12, АК7.
Эти сплавы имеют оптимальное сочетание литейных свойств:
• высокую жидкотекучесть;
• хорошее заполнение формы;
• высокую герметичность;
• отсутствие горячих трещин;
• возможность изготовления фасонных отливок сложной формы.
Структура данных сплавов состоит из эвтектики AI-Si и первичных Кристаллов (Al), что способствует малому интервалу кристаллизации, высоким показателям литейных свойств и герметичности силуминов.
Сплав АК12. Это сплав, который относится к двухкомпонентной системе Al-Si. Кремний является легирующим элементом в сплаве, основная структурная составляющая - это алюминиево-кремниевая эвтектика. В виду того что интервал концентрации кремния в сплаве составляет 10-13 %, структура АК12 состоит из первичных дендритов (алюминий) и первичных кристаллов кремния в виде компактных полиэдров. Как известно, при повышении концентрации кремния, доля эвтектики a(A1) + Si увеличивается, что способствует повышению литейных свойств, прочности и снижению пластичности сплава [3].
Сплав используют в авиастроении, вагоностроении, автомобилестроени и, строительстве сельскохозяйственных машин. Данный сплав применяется для изготовления деталей, имеющих невысокую прочность, хорошую коррозионная стойкость, работающих в интервале температур от - 70 до + 50 °C (картеры, детали колес, корпуса и детали приборов).
В частности большое внимание уделяется производству литых автомобильных колес. Это связано с большими объемами и стабильностью заказов. Возможность получения разного дизайна, высокой точности размеров, статических и динамических характеристик дает преимущество литых алюминиевых дисков перед стальными. Необходимо отметить, алюминиевые диски легче на 10-20 %. Из-за высокой теплопроводности металла диски из алюминиевых сплавов имеют лучшее охлаждение тормозных механизмов. Прочная оксидная пленка Al2O3, которая образуется на поверхности алюминия, способствует защите сплава от коррозионных процессов и как следствие от его разрушения.
В то же время крупные автопроизводители предъявляют повышенные требования к прочностным характеристикам легкосплавных дисков. Проведенный анализ современных способов изготовления дисков автомобильных колес показал, что наиболее перспективным являются литье под низким давлением. Одними из достоинств этого способа является высокий коэффициент использования алюминиевых сплавов, что позволяет снизить себестоимость производства.
1 Применение в промышленности сплавов системы Al-Si
Одним из важнейших сплавов алюминия является силумин или сплав алюминия с кремнием. Диаграмма состояния силуминов имеет простой эвтектический вид, что видно на рисунке 1, именно поэтому промышленные силумины подразделяются по содержанию кремния на: • доэвтектические (4-12 % Si);
• эвтектические (12,2 % Si);
• заэвтектические (свыше 12 % Si).
Промышленное значение силуминов обусловлено их высокой жидкотекучестью, низкой склонностью к образованию усадки при литье, возможностью пайки и сварки. Заэвтектические силумины нашли лишь ограниченное применение из-за наличия в структуре очень твердой кремниевой составляющей, которая значительно снижает стойкость режущего инструмента [1]. Что в некоторой степени компенсируется повышенным модулем упругости по сравнению с доэвтектическими сплавами, низким температурным коэффициентом линейного расширения, хорошей свариваемостью и обрабатываемостью резанием с точки зрения качества поверхности и низкой стоимо-
стью. Кроме того, еще недостаточно ясны специфика производства и особые требования к сплавам этой системы, необходимые для точного контроля микроструктуры и пористости отливок, которые существуют для доэвтектче- ских промышленных силуминов. В настоящее время чаще всего заэвтектиче- ские силумины используются для производства поршней ДВС и ряда других деталей, изготавливаемых методами фасонного литья или жидкой штамповки. Не смотря на ограниченное применение заэвтектических силуминов, интерес к данным сплавам растет.
В авиации важную роль играет малый удельный вес сплавов на основе алюминия. Расход топлива самолета во многом определяется весом аппарата, что играет определяющую роль в случае частных самолетов, отношение массы к грузу у которых больше, чем например, в грузовых авиалайнерах. Стоит отметить еще и то, что при изготовлении различных авиационных узлов и деталей преимущественно применяются деформируемые сплавы на основе алюминия. Объем применения литейных сплавов в связи с их меньшей технологичностью ниже. Вместе с тем, в летательных аппаратах используются сварно-литые конструкции и узлы, например, в поршнях с галерейным охлаждением, насосах и пр.
В судостроении силумины получили распространение благодаря своим коррозийным свойствам в купе с малым удельным весом. Морская вода богата на содержание различных солей и прочих веществ, которые оказывают пагубное влияние на обшивку корабля. Также известно, что алюминий и его сплавы применяется и для алитирования (алюминирования) - насыщения поверхности стальных или чугунных изделий алюминием с целью защиты основного материала от окисления при сильном нагревании, т. е. повышения жароупорности (до 1100 °C) и сопротивления атмосферной коррозии.
В последнее время наметилась перспектива использования силуминов в космической промышленности, где особое место занимают сплавы для приборной техники, от которых требуются низкие значения температурного коэффициента линейного расширения в сочетании с необходимым уровнем ме- 9
ханических свойств. Для изготовления различных узлов космических аппаратов нужны сплавы с малым удельным весом и низким температурным коэффициентом линейного расширения. Имеющиеся в настоящее время прецизионные сплавы, построенные на основе системы железо-никель, обладают уникальными физическими свойствами. Однако эти сплавы отличаются рядом недостатков, которые в основном сводятся к сложной технологии получения их и обработки, дороговизне и большому удельному весу. В связи с этим большое внимание в мире уделяется поиску композиций сплавов на основе алюминия, среди которых самой перспективной является система Al—Si.
В настоящее время в автомобильной промышленности все чаще используют сплавы алюминия с кремнием, магнием, марганцем и др. Эти сплавы имеют малый вес, высокие показатели прочности, теплопроводности, коррозионную стойкость [2] по сравнению со сталью.
Наиболее распространенные сплавы, применяемые для изготовления литых дисков автомобильных колес, - это силумины систем Al-Si и Al—Si— Mg (AK12, АК9 и АК7), либо их европейские аналоги AZSin, AISiioMg и AlSi7Mg соответственно. В нашей стране большое применение получили сплавы АК12, АК7.
Эти сплавы имеют оптимальное сочетание литейных свойств:
• высокую жидкотекучесть;
• хорошее заполнение формы;
• высокую герметичность;
• отсутствие горячих трещин;
• возможность изготовления фасонных отливок сложной формы.
Структура данных сплавов состоит из эвтектики AI-Si и первичных Кристаллов (Al), что способствует малому интервалу кристаллизации, высоким показателям литейных свойств и герметичности силуминов.
Сплав АК12. Это сплав, который относится к двухкомпонентной системе Al-Si. Кремний является легирующим элементом в сплаве, основная структурная составляющая - это алюминиево-кремниевая эвтектика. В виду того что интервал концентрации кремния в сплаве составляет 10-13 %, структура АК12 состоит из первичных дендритов (алюминий) и первичных кристаллов кремния в виде компактных полиэдров. Как известно, при повышении концентрации кремния, доля эвтектики a(A1) + Si увеличивается, что способствует повышению литейных свойств, прочности и снижению пластичности сплава [3].
Сплав используют в авиастроении, вагоностроении, автомобилестроени и, строительстве сельскохозяйственных машин. Данный сплав применяется для изготовления деталей, имеющих невысокую прочность, хорошую коррозионная стойкость, работающих в интервале температур от - 70 до + 50 °C (картеры, детали колес, корпуса и детали приборов).
В ходе дипломной работы была изучена литература по плавке алюминиевых сплавов, а также производственные технологические процессы действующего завода.
1 Для получения отливок высокого качества из сплавов системы алюминий - кремний было уделено внимание следующим разделам технологического процесса:
2 Подготовке шихтовых материалов.
3 Выбору модифицирующих лигатур.
4 Выбору рафинирующего компонента.
5 Контролю качества сплава во время плавки.
6 Контролю готового сплава.
Была разработана технология получения сплава АК12, которая состоит из следующих основных технологических операций:
1 Расчет шихтовых материалов.
2 Разделка шихтовых материалов.
3 Сушка шихтовых материалов .
4 Приготовление быстрозакристаллизованной лигатуры .
5 Загрузка алюминия, отходов производства и кремния .
6 Рафинирование аргоном .
7 Контроль на газонасыщенность .
8 Ввод быстрозакристаллизованной лигатуры .
9 Заливка образцов на химический анализ .
10 Подшихтовка.
11 Заливка образцов на механические свойства.
12 Разливка металла по формам.
1 Для получения отливок высокого качества из сплавов системы алюминий - кремний было уделено внимание следующим разделам технологического процесса:
2 Подготовке шихтовых материалов.
3 Выбору модифицирующих лигатур.
4 Выбору рафинирующего компонента.
5 Контролю качества сплава во время плавки.
6 Контролю готового сплава.
Была разработана технология получения сплава АК12, которая состоит из следующих основных технологических операций:
1 Расчет шихтовых материалов.
2 Разделка шихтовых материалов.
3 Сушка шихтовых материалов .
4 Приготовление быстрозакристаллизованной лигатуры .
5 Загрузка алюминия, отходов производства и кремния .
6 Рафинирование аргоном .
7 Контроль на газонасыщенность .
8 Ввод быстрозакристаллизованной лигатуры .
9 Заливка образцов на химический анализ .
10 Подшихтовка.
11 Заливка образцов на механические свойства.
12 Разливка металла по формам.
