ИЗГОТОВЛЕНИЕ ОТЛИВОК ИЗ ПЕНОАЛЮМИНИЯ
Яблонский А.А., Могилатенко В.Г., Гурия И.М., Малай О.И.
(НТУУ «КПИ», г.Киев, Украина)
The aim of work is a reception of the prepared founding from foamed metal by the mixing of blowing agent into the melt. As the probed standards, castings were used:
1) cylinder form for study of porosity, stability and evenness of porous space;
2) detail which is intended for absorption of energy.
For carrying out tests the AK9, AL2 and foaming agent CaCO3, which was preliminary separate on fractions, were used.
На данное время известно немало технологий изготовления пенометаллов [1, 2]. Однако, несмотря на улучшение качества, за последние 10 лет металлическая пена не лишена таких недостатков как неоднородность, малая степень контроля процесса вспенивания и др. Для того, чтобы улучшить пористую структуру материалов, а также сделать производственные технологии надежнее, необходимо стабилизировать пену жидких металлов, а также лучше контролировать процесс пенообразования [3].
Металлический расплав может быть вспененным путем образования пузырьков в жидкости при условии, что расплав будет иметь достаточную вязкость, чтобы обеспечить стабилизацию образованной пены. Это можно сделать с помощью добавления керамических порошков малой фракции или легирующих элементов в расплав. На данный момент известно три основних способа вспенивания металлических расплавов:
- путем вдувания газа в жидкий металл;
- при замесе порообразователя, что выделяет газ, в расплавленный металл;
- путем выделения газа, который был предварительно растворен в расплаве.
Целью работы является получение готовой отливки из пенометалла путем замеса порофора в расплав. В качестве исследуемых образцов использовались отливки:
1) цилиндровой формы для изучения пористости, стабильности и равномерности порового пространства;
2) готовая деталь, которая предназначена для гашения энергии удара.
Для проведения опытов использовали сплав АК9, АЛ2 и порообразователь CaСo3, который предварительно был разделен по фракциям. Для опытов была избрана фракции 0,4 и 0,3 мм так как именно эти фракции оказались наилучшими по качества замеса и по размерам пор что образуются. Для обеспечения стабилизации процесса пенообразования в расплав вводили керамические частицы Аl2О3 и SiО2 в количестве 3…5% от массы сплава.
Замес проводился с помощью механической мешалки. Заливание осуществлялось в нагретую форму, температура которой была на 100 – 150 0С выше от температуры самого расплава.
В результате проведения серии опытов получены цилиндрические отливки-образцы из пеноалюминия высотой 72 мм, диаметром 52 мм, и относительной плотностью 0,9.0,4 г/см3 (рис. 1).
Рисунок 1 - Разрез отливки из пористого алюминия
Поскольку карбонат кальция достаточно плохо замешивается в жидкий алюминиевый расплав, то значительный его процент остается на дне и под стенками тигля. Это объясняется плохим смачиванием частиц СаСО3 расплавом (угол смачивания больше 900).
а) б)
Рисунок 2- Зависимость плотности пеноалюминия от температуры формы при 3% СаСО3 (а) и от %СаСО3 в расплаве при 8000С (б)
На рис. 2 приведен характер зависимости плотности отливок от температуры и от процента порообразователя что замешивается в сплав. Вспенивание в форме длилось 3 мин.
Также была изготовлена отливка-образец готовой детали (рис. 3). На образце видно, что, не смотря на очень плохую жидкотекучесть сплава перед заливанием, форма заполнилась полностью. Заполнение формы происходит за счет расширения пены и создание давления на стенки формы.
|
а) |
б) |
Рисунок 3 - а) отливка из пористого алюминия, б) разрез отливки из пористого алюминия
Распространения пор по объему отливки является равномерным, а внешняя поверхность отливки является закрытой и гладкой (в зависимости от шероховатости поверхности формы).
Однако присутствуют и некоторые недостатки, такие как: наличие нескольких зон, где поры объединились (рис. 3, б). Эти дефекты чаще всего наблюдаются в местах где первая порция сплава, который заливается, касается дна формы. Причиной образования таких дефектов является слишком быстрое протекание реакции диссоциации карбоната в условиях избыточной скорости нагревания (часть металла что первой касается дна формы) и, как результат, коагуляция пор. Также имеет место недостаточно равномерное распределение порообразователя в объеме жидкого металла, который нуждается в последующем совершенствовании технологии замеса порообразователя в расплав.
Были определены основные направления последующих исследований. Это, в первую очередь, определение нужного соотношение количества металла что заливается к объему полости формы и поиск причин образования дефектов в отливке и путей устранения этих дефектов.
Также очень важным моментом является определение влияния температуры замеса, температуры заливания и температуры формы, на вспенивание сплава и формирование отливки и оптимизация процесса замеса порообразователя в рас плав с использованием электромагнитного перемешивания для улучшения качества распредиления карбоната кальция в расплаве.
Литература
1. www.metalfoam.net.
2. J. Banhart, N.A. Fleck, A. Mortensen, eds., Cellular Metals and Metal Foaming Technology 2003 (MIT-Verlag, Berlin, 2003).
3. N. Babcsán, J. Banhart, and D. Leitlmeier. Metal Foams – Manufacture And Physics Of Foaming. Int. Conf. Advanced Metallic Materials, 5-7.11.2003, Smolenice, Slovakia, p. 5-15 (2003) 63.