Способ изготовления поршневой заготовки из заэвтектического силумина

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для получения поршней двигателей внутреннего сгорания из заэвтектического силумина. В способе осуществляют расплавление шихты в печи, рафинирование расплава от водорода, внепечное модифицирование расплава лигатурой, содержащей соединения фосфора, получение поршневой заготовки и ее гомогенизацию. При этом внепечное модифицирование расплава проводят с обеспечением измельчения первичных кристаллов кремния путем подачи лигатурного прутка из быстрозакристаллизованного со скоростью охлаждения не менее 1×102 К/с, сплава на основе алюминия, содержащего дисперсные фазы соединения алюминия с фосфором (AIP) с размером частиц от 50 нм до 10 мкм, а рафинирование расплава проводят до уровня содержания водорода не более 0,35 см3/100 г, при этом заготовку получают путем полунепрерывного литья. Изобретение позволяет изготавливать поршневые заготовки из заэвтектического силумина методом полунепрерывного литья с физико-механическими характеристиками, близкими к прессованной заготовке из гранул. 2 табл., 1 пр.

 

Предлагаемое изобретение относится к области металлургии, в частности может быть использовано для получения поршней двигателей внутреннего сгораниям.

Заэвтектические силумины используют для изготовления поршней благодаря тому, что высокое содержание кремния способствует уменьшению коэффициента теплового расширения (КЛТР). Вследствие этого уменьшается зазор между поршнем и цилиндром, что приводит к увеличению мощности, снижению эмиссии выхлопных газов, снижению шума и т.п.

Известен способ получения поршневой заготовки из гранул, полученных в условиях быстрой скорости охлаждения при кристаллизации, [1] - аналог. В этом случае в зависимости от размера гранул и условий охлаждения первичные кристаллы кремния измельчаются до 3-20 мкм, равномерно располагаясь в матрице сплава, обеспечивая высокие механические свойства и хорошую износостойкость. Уменьшается КЛТР, что способствует улучшению эксплуатационных и экологических характеристик. Недостатком способа получения прессованной поршневой заготовки методом гранульной металлургии является многооперационность, высокая трудоемкость технологического процесса получения прутка-заготовки: расплавление шихты - рафинирование расплава - литье гранул - сепарация гранул - засыпка гранул в капсулы - вакуумная дегазация гранул - компактирование гранул на гидравлическом прессе - обточка компактной заготовки для прессования - горячее прессование прутка (заготовки для горячей штамповки поршня).

Известен значительно менее трудоемкий способ получения поршневых заготовок из заэвтектического силумина, сплава АК18, заключающийся в литье сплава в металлический кокиль из раздаточной печи, [2] - прототип. Для измельчения крупных кристаллов первичного кремния, которые, располагаясь строчечно, ослабляют прочность в рабочих сечениях поршня и в итоге могут вызвать его разрушение при динамических нагрузках, в том числе при холодном запуске (обычно в районе пальцев, канавки компрессионного кольца и т.п.), за 10-15 минут перед заливкой расплава в кокиль, в раздаточную печь вводят лигатуры или соли с соединениями фосфора, которые после выдержки в расплаве способствуют измельчению первичных кристаллов кремния до 50-60 мкм. Данный способ относительно несложен и хорошо освоен в промышленности. Недостатком данной технологии является низкая прочность и пластичность литой структуры получаемой заготовки, ограниченное время эффективности действия фосфоросодержащей лигатуры (обычно не более 60-80 мин), а также то, что применяемые для модифицирования кремния лигатуры для обеспечения модифицирующего воздействия требуют время для усвоения (обычно 10-15 мин), поэтому их нельзя использовать для внепечного модифицирования.

Задачей изобретения является получение литой заготовки из заэвтектического силумина для штамповки поршней с физико-механическими харктеристиками, близкими к прессованной заготовке из гранул, но получаемой по простой технологии, методом полунепрерывного литья.

Для решения этой задачи в заготовке должен быть обеспечен дисперсный размер кристаллов кремния (в основном от 5 до 20 мкм). В этом случае достигается низкий КЛТР, высокая твердость и износостойкость литых заготовок, на уровне соответствующих свойств прессованных заготовок из гранулированного сплава.

Для получения требуемого размера кристаллов кремния структура сплава должна быть модифицирована. Существующие методы модифицирования, заключающиеся в использовании фосфоросодержащих лигатур на основе системы Cu-P, Fe-P, Al-Cu-P, Al-Fe-Ρ или солей на основе полифосфатов и др., которые вводят в объем раздаточной или плавильно-раздаточной печи, не позволяют обеспечить измельчение кристаллов кремния ниже 30-50 мкм [3, 4].

Наиболее эффективной технологией модифицирования алюминиевых сплавов является внепечное модифицирование, при котором пруток лигатуры, содержащей дисперсные фазы алюминидов переходных металлов, вводят в струю разливаемого сплава. Это обеспечивает эффективное измельчение зеренной структуры [5]. Применительно к модифицированию заэвтектических силуминов для измельчения первичных кристаллов кремния должен быть изготовлен методом гранульной металлургии (либо другой технологии быстрой кристаллизации, обеспечивающей скорость охлаждения не ниже 1×102 К/с) лигатурный пруток из алюминиевого сплава, содержащего фосфор. При этом обеспечивается высокая скорость усвоения модификатора за счет того, что в полученной по технологии быстрой кристаллизации лигатуре соединения алюминия с фосфором AlP имеют ультрадисперсный или наноразмер от 50 нм до 10 мкм.

Кроме того, для обеспечения эффективного взаимодействия частиц AlP с расплавом и, таким образом, обеспечения эффекта модифицирования содержание водорода в расплаве не должно превышать 0,35 см3/100 г. В противном случае происходит выделение молекулярного водорода на частицах AlP, препятствующее взаимодействию частиц с расплавом, что снижает эффект модифицирования первичных кристаллов кремния.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является кардинальное упрощение технологического процесса получения поршневой заготовки за счет использования процесса непрерывного литья вместо гранульной металлургии, что значительно снижает стоимость поршневой заготовки. Операции получения заготовки: расплавление шихты - рафинирование расплава - литье слитка – гомогенизация - обрезка литника, донника. При этом благодаря тому, что при литье удалось получить структуру с мелкими равномерно распределенными кристаллами первичного кремния, физико-механические свойства заготовки существенно выше свойств, полученных при литье в кокиль, и близки к уровню свойств гранулированного материала.

Пример осуществления способа

Приготовление расплава сплава 1379 с (состав сплава указан в таблице 1) проводили в плавильно-раздаточной электропечи емкостью 380 кг.

Перед литьем расплав рафинировали продувкой аргоном и обработкой дегазирующей таблеткой. Литье слитка проводили методом полунепрерывного литья. Температура расплава в печи составляла 740-750°С, скорость литья 180-200 мм/мин. Диаметр кристаллизатора 92 мм. В лоток, по которому расплав подавался из летки печи в кристаллизатор, подавали лигатурный пруток диаметром 8 мм из сплава Al-Cu-P, полученный с использованием высокой скорости охлаждения при кристаллизации. Метод литья гранул со скоростью охлаждения ~5/102 К/с. Расход лигатурного прутка составлял 0,3-0,5 кг/20 кг сплава. Содержание водорода в расплаве составляло 0,24 см3/100 г.

После литья слиток гомогенизировали при 440-460°С в течение 5-8 часов. После гомогенизации отрезали литник и донник, отрезали темплет и проводили его термообработку, замер твердости, контроль макро- и микроструктуры. Сравнительные физико-механические свойства заготовок представлены в таблице 2.

Изготовление поршня проводили методом изотермической штамповки.

Литература

1. Патент RU 2467830 Способ производства заготовок из быстрозакристаллизованных алюминиевых сплавов. Приоритет от 05.09.2011, Опубликовано 27.11.2012. Авторы Конкевич В.Ю., Лебедева Т.И., Бочвар С.Г. Патентообладатель ОАО «ВИЛС».

2. Потанин СЛ., Авдентов Л.С.Литье в кокиль поршней из заэвтектического силумина. - «Автомобильная промышленность», 1975, №4, стр. 74-76.

3. Нильсен X., Хуфнагель В., Ганулис Г. Алюминиевые сплавы (свойства, обработка, применение). - М.; Металлургия, 1979. - 286 с.

4. Задиранов А.Н., Кац A.M. Теоретические основы кристаллизации металлов и сплавов. = М.; Изд-во МГИУ, 2008 - 194 с.

5. Патент RU 2455380 Способ получения лигатурного материала для комплексного модифицирования структуры легких сплавов. Приоритет от 17.02.2011, Опубликовано 10.07.2012. Авторы Эскин Г.И., Бочвар С.Г., Конкевич В.Ю., Лебедева Т.Н., Ялфимов В.И.

Способ получения поршневых заготовок из заэвтектического силумина, включающий расплавление шихты в печи, рафинирование расплава от водорода, внепечное модифицирование расплава лигатурой, содержащей соединения фосфора, получение поршневой заготовки и ее гомогенизацию, отличающийся тем, что внепечное модифицирование расплава проводят с обеспечением измельчения первичных кристаллов кремния путем подачи лигатурного прутка из быстрозакристаллизованного со скоростью охлаждения не менее 1×102 К/с, сплава на основе алюминия, содержащего дисперсные фазы соединения алюминия с фосфором (AlP) с размером частиц от 50 нм до 10 мкм, а рафинирование расплава проводят до уровня содержания водорода не более 0,35 см3/100 г, при этом заготовку получают путем полунепрерывного литья.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе алюминия, предназначенным для использования в виде деформированных полуфабрикатов в качестве электропроводного конструкционного материала, в частности для токопроводящих элементов, а также в качестве заготовки для получения электропроводов.

Изобретение относится к получению лигатурного сплава на основе алюминия, который может быть использован для очистки алюминия, получаемого электролизом, от переходных элементов.

Изобретение относится к порошковой металлургии с использованием технологии быстрой кристаллизации, в частности к получению заготовок из алюминиевых сплавов. Предложенный способ включает приготовление алюминиевого расплава, центробежное литье гранул, их охлаждение и последующую ступенчатую вакуумную дегазацию в герметичных технологических капсулах, затем ведут компактирование гранул в герметичных технологических капсулах без дополнительного нагрева в контейнере пресса, нагретом до температуры не менее 400°C, и механическую обточку скомпактированных брикетов с получением компактных заготовок.

Изобретение относится к области металлургии цветных металлов, в частности к получению сплава алюминия с редкоземельными металлами, и может быть использовано для получения алюминиевого сплава с 0,2-0,4 мас.

Изобретение относится к алюминиевым сплавам для использования в производственной технологии ударного прессования для создания формованных контейнеров и других изделий промышленного производства.

Изобретение относится к полуфабрикатам из алюминиевого сплава, изготовленным полунепрерывной вертикальной разливкой с прямым охлаждением, которые могут быть использованы для изготовления конструкционных элементов для авиационно-космической промышленности.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к изготовлению биметаллических заготовок из алюминиево-оловянных антифрикционных сплавов путем изменения их физической структуры сочетанием термической обработки и пластической деформации, и может быть использовано, например, в производстве подшипников скольжения.

Изобретение относится к брикетам для легирования при выплавке алюминиевых сплавов. Брикет содержит стружку сплава алюминия с медью и частицы меди в количестве 20-40 мас.% от общей массы брикета.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к деформированным борсодержащим алюмоматричным композиционным материалам в виде листов, к которым предъявляются специальные требования по поглощению нейтронного излучения в сочетании с низким удельным весом.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым сплавам на основе алюминия, и может быть использовано при получении деформированных полуфабрикатов в виде прессованных профилей, прутков, труб, катаных плит и листов, предназначенных для использования в строительстве, судостроении, авиационной, автомобильной и других отраслях промышленности.
1. Способ относится к получению низкомодульного сплава на основе системы титан-ниобий селективным лазерным сплавлением и может найти применение в области аддитивных технологий в медицине в качестве материалов для имплантатов.

Изобретение относится к получению порошка квазикристаллического сплава Al-Cu-Fe. Порошки металлов шихтуют в соотношении, соответствующем области существования квазикристаллической фазы сплава системы Al-Cu-Fe.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству жаростойких порошковых сплавов на основе интерметаллида NiAl, и может быть использовано в авиационной, космической и энергетической отраслях для изготовления теплонагруженных деталей, работающих в условиях высоких температур и испытывающих относительно невысокие механические нагрузки.

Изобретение относится к области металлургии и литейного производства, а именно к процессам модифицирования при плавке магниевых сплавов. Способ включает расплавление сплава и введение в него модификатора.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу получения полуфабриката, состоящего из волокон тугоплавких соединений и напыленного на них матричного материала из титана и его сплавов, предназначенного для изготовления волокнистого композиционного материала, применяемого в качестве конструкционного материала при изготовлении тяг привода реверса, лопаток КНД и КВД, вала вентилятора, и может быть использовано в авиационной технике, а также транспорте, робототехнике, судостроении.

Изобретение относится к получению лигатурного сплава на основе алюминия, который может быть использован для очистки алюминия, получаемого электролизом, от переходных элементов.
Изобретение относится к получению высокопористого ячеистого материала. Способ включает приготовление суспензии из смеси порошков и раствора органического вещества, нанесение суспензии на пористый полимерный материал, сушку полученной заготовки, удаление из нее нагреванием органических веществ с последующим спеканием.

Группа изобретений относится к композитному материалу для землебурильного долота. Способ изготовления композитного материала включает смешивание первой составляющей твердой фазы в виде карбида со связующим веществом, второй составляющей твердой фазы в виде пористого карбида, имеющего пористость по меньшей мере 1% и содержащего от 0,1 мас.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при получении литых доэвтектических, эвтектических и заэвтектических алюминиево-кремниевых сплавов (силуминов).

Изобретение может быть использовано в составе порошковых проволок, покрытых электродов и флюсов для сварки и наплавки. Модификатор содержит нанопорошок тугоплавкого соединения, выбранного из группы, включающей карбид, нитрид, оксид, карбонитрид, оксикарбонитрид металла, в качестве инокулятора и протектор.
Изобретение относится к изготовлению графитопластовых изделий. Способ включает подачу порошковой графитопластовой композиции в предварительно нагретую до 100÷120°C пресс-форму, выдержку в течение 3÷4,5 мин с нагревом пресс-формы до 185÷190°C и прессование со скоростью пуансона 45÷48 мм/с.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для получения поршней двигателей внутреннего сгорания из заэвтектического силумина. В способе осуществляют расплавление шихты в печи, рафинирование расплава от водорода, внепечное модифицирование расплава лигатурой, содержащей соединения фосфора, получение поршневой заготовки и ее гомогенизацию. При этом внепечное модифицирование расплава проводят с обеспечением измельчения первичных кристаллов кремния путем подачи лигатурного прутка из быстрозакристаллизованного со скоростью охлаждения не менее 1×102 Кс, сплава на основе алюминия, содержащего дисперсные фазы соединения алюминия с фосфором с размером частиц от 50 нм до 10 мкм, а рафинирование расплава проводят до уровня содержания водорода не более 0,35 см3100 г, при этом заготовку получают путем полунепрерывного литья. Изобретение позволяет изготавливать поршневые заготовки из заэвтектического силумина методом полунепрерывного литья с физико-механическими характеристиками, близкими к прессованной заготовке из гранул. 2 табл., 1 пр.

Наверх