ВЛИЯНИЕ МАЛЫХ ДОБАВОК КАЛЬЦИЯ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА СПЛАВА МЛ5 (AZ91)

The influence of calcium additives (from 0,1 to 1,0 wt.%) on the phase composition and the solidus temperature of ML5 magnesium alloy was studied. During the alloy crystallization in the presence of aluminum, calcium forms an intermetallic compound with a variable composition containing Al (53,4–57,4 %), Ca (42,6–42,8 %) and Mg (0,002–3,8 %). As the temperature decreases, this compound degenerates to Al2Ca combination. The impact of calcium on the number of Mg17Al12 and Al2Ca phases as well as its distribution in the structure of the cast and heat-treated ML5 alloy was analyzed. By means of the electron microprobe analysis, it was found that calcium and aluminum were concentrated along the boundaries of the solid magnesium solution. It was shown that satisfactory mechanical properties of magnesium alloys containing calcium could only be acquired by their smelting and casting according to the process preventing metal contamination with rough inclusions. It was found that small calcium additions (up to 1 wt.%) increased combustion temperature and reduced the oxidation of the alloy at elevated temperatures (up to 715 °C). The effect of sulfur hexafluoride on the loss of calcium in flux-free melting was found. Исследовано влияние добавок кальция (от 0,1 до 1,0 мас.%) на фазовый состав и температуру солидуса магниевого сплава МЛ5. Кальций в процессе кристаллизации сплава в присутствии алюминия переходит в интерметаллическое соединение переменного состава, содержащее Al (53,4–57,4 %), Са (42,6–42,8 %), Mg (0,002–3,8 %), которое вырождается с понижением температуры в соединение Al2Ca. Проанализировано влияние кальция на количество фаз Mg17Al12 и Al2Ca и его распределение в структуре литого и термообработанного сплава МЛ5. С помощью микрорентгеноспектрального анализа выявлено, что кальций и алюминий концентрируются по границам твердого магниевого раствора. Показано, что для получения удовлетворительных механических свойств выплавку и заливку магниевых сплавов, содержащих кальций, необходимо проводить по технологическому процессу, предотвращающему загрязнение металла грубыми включениями. Установлено, что малые добавки кальция (до 1 мас.%) повышают температуру возгорания и снижают окисляемость сплава при повышенных температурах (до 715 °С). Определено влияние элегаза на угар кальция в процессе бесфлюсовой плавки.

Влияние скорости охлаждения на структуру и свойства бронзы БрО10С2Н3

In the mechanical engineering, antifriction tin bronzes are used for the manufacture of friction parts. For example, the C92900 bronze has found use in aircraft braking system components. One of the ways to improve the properties of leaded tin bronzes is to increase the cooling rate during solidification. This paper studies the effect of the cooling rate and changes in the content of alloying elements within the limits established by the C92900 bronze industry standard OST 1 90054-72. In order to provide different cooling rates, the prepared alloys were casted into molds made of resin-bonded sand, steel and graphite with cooling rates 0.4, 5.0, and 14.6 °C/s, respectively. The influence of the cooling rate and the bronze composition on the freezing range, macrostructure, microstructure, thermal conductivity, mechanical, and tribological properties were investigated. Differential thermal analysis demonstrated that the upper-limit alloying of C92900 bronze leads to a decrease of the solidus temperature by 40 °C, which should be considered during deformation processing and heat treatment. An increase in the cooling rate during C92900 bronze ingot solidification provides a significant grain refinement and changes the amount, size and morphology of phases. For example, in case of metallic and graphite mold casting, the size of lead particles decreases, and its circularity increases. The change in the Sn content within the range established by the industrial standard has a significant effect on the γ-(Cu,Ni)3Sn intermetallic phase fraction. The increase in the cooling rate has no significant effect on the C92900 bronze thermal conductivity but increases hardness by 30 HB as well as cooling rate and yield strength and ultimate tensile strength. Wear tests carried out in accordance with the «shaft – partial insert» scheme in a kerosene medium using a steel counterbody showed that an increase in the cooling rate during solidification leads to an increase in the bronze wear rate from ~0.4·10–8 to ~1.2·10–8. The change in the bronze composition within the industrial standard range has practically no effect on the wear rate but leads to a slight increase of the coefficient of friction.В машиностроении для изготовления деталей, работающих на трение, применяются антифрикционные оловянные бронзы. В частности, бронза БрО10С2Н3 нашла применение в узлах системы торможения самолетов. Одним из способов повышения свойств оловянно-свинцовых бронз является увеличение скорости охлаждения при кристаллизации. В настоящей работе исследовали влияние скорости охлаждения и изменения содержания легирующих элементов (в пределах, установленных ОСТ 1 90054-72) на свойства бронзы БрО10С2Н3. Для обеспечения различной скорости охлаждения приготовленные сплавы заливали в формы из холодно-твердеющий смеси, стали и графита, для которых скорость охлаждения составила 0,4, 5,0 и 14,6 °С/с соответственно. Изучали влияние скорости охлаждения и состава бронзы на интервал кристаллизации, макроструктуру, микроструктуру, теплопроводность, механические и трибологические свойства. С помощью дифференциально-термического анализа было показано, что легирование бронзы БрО10С2Н3 по верхнему пределу приводит к снижению температуры солидуса на 40 °С, что следует учитывать при деформационной и термической обработках. Увеличение скорости охлаждения при затвердевании слитков из бронзы БрО10С2Н3 приводит к значительному измельчению зерна, изменяет количество, размер и морфологию фаз. Так, например, при литье в металлическую и графитовую формы уменьшается размер и повышается сферичность частиц свинца. Изменение содержания Sn в пределах, установленных ОСТ, оказывает значительное влияние на долю интерметаллической фазы γ-(Cu,Ni)3Sn. Увеличение скорости охлаждения практически не влияет на теплопроводность бронзы БрО10С2Н3, но приводит к повышению твердости на 30 HB, а также предела текучести и предела прочности при испытаниях на растяжение. Трибологические исследования, проведенные по схеме «вал – частичный вкладыш» в среде керосина со стальным контртелом, показали, что увеличение скорости охлаждения при затвердевании приводит к повышению интенсивности изнашивания бронзы с ~0,4·10–8 до ~1,2·10–8, а изменение состава в пределах ОСТ практически не влияет на интенсивность изнашивания, но вызывает небольшой рост коэффициента трения

Получение присадочной проволоки для заварки дефектов в отливках из магниевого сплава МЛ12 (ZK51)

   In magnesium alloys castings, the casting defects such as shrinkage porosity are often occur. Such defects can be suppressed by repair welding or surfacing using a special filler rod. Unfortunately, in Russia, the low amount of filler rod is consumed. Therefore, native enterprises do not manufacture it, limiting themselves to imports or homemade low-quality substitutes. Nevertheless, there is a need for filler rod, and recently it has become unprofitable to replace them with imported materials due to a significantly increased price. Therefore, there is a need to study the technology of its production to replace imported filler rod with native material. Magnesium alloys based on the Mg–Zn–Zr (La, Nd) system: SV1, SV122, and ML12 (ZK51) that used as a filler rod for repair welding of ZK51 alloy castings were studied in this work. The samples were obtained by permanent mold casting into aluminum molds followed by hot extrusion into a filler rod with a diameter of 4 mm. It was shown that all the investigated alloys could be obtained in the form of a rod with a diameter of 4 mm. Therefore, the investigated rod samples from the SV122 alloy were used as filler material for repair welding of ZK51 magnesium alloy castings. The weld seam in the T1 condition has an ultimate tensile strength (UTS) about 80 % of the UTS of the casting material.   В отливках, полученных из магниевых сплавов, часто возникают литейные дефекты усадочной природы или изъяны, связанные с поверхностным окислением металла в форме (загары). Подобные дефекты можно заделывать путем их разделки и последующей заварки или наплавки с использованием специальной присадочной проволоки. В России объем потребляемой присадочной проволоки очень мал, поэтому специально ее производством отечественные предприятия не занимаются, ограничиваясь импортом либо кустарно произведенными низкокачественными суррогатами. Тем не менее потребность в присадочной проволоке имеется, причем в последнее время покрывать ее импортными материалами стало невыгодно из-за сильно возросшей цены. Поэтому существует необходимость в исследовании технологии ее получения для замещения импортных образцов присадочной проволоки отечественным материалом. В работе изучали магниевые сплавы на базе системы Mg–Zn–Zr (La, Nd): CВ1, СВ122 и МЛ12, применяемые в качестве присадочной проволоки для заварки дефектов в отливках из сплава МЛ12. Образцы получали методом наполнительного литья в алюминиевые цилиндрические изложницы с последующим горячим экструдированием в присадочную проволоку диаметром 4 мм. В результате проведенных исследований было показано, что все изученные сплавы могут быть получены в виде проволоки диаметром 4 мм. Исследованные образцы проволоки из сплава СВ122 использованы в качестве присадочного материала для заварки дефектов отливок из магниевого сплава МЛ12. Сварной шов в состоянии Т1 имеет предел прочности на растяжение (σв ), составляющий около 80 % от предела прочности материала отливки

Исследование свойств бронзы БрО10С2Н3, полученной наполнительным литьем, непрерывным литьем вверх и горячей экструзией

In mechanical engineering, the antifriction tin bronzes, and C92900 bronze for instance are used for parts subjected to wear. The permanent mold casting into steel molds are commonly used to produce parts from C92900 bronze. This work investigates the possibility of C92900 bronze rods production by hot extrusion and upcasting methods. It has been discovered the hot extrusion temperature and ram speed, as well as the casting speed for upcasting that promote no defects in rods. It has been shown that hot extrusion leads to severe grain refinement up to 1.7 gm, and when casting upwards, on the contrary, an increase in the grain size occurs in comparison with the permanent mold casting. After hot extrusion and upcasting, the crystals of the Y-Cu3Sn intermetallic phase are refined in the bronze microstructure. At the same time, large agglomerations of (Pb) particles can be observed in the extruded bronze microstructure, which leads to a decrease in the coefficient of friction. The maximum hardness and tensile strength were obtained for rods produced by hot extrusion at 600 °C, and the highest elongation in rods obtained by the upcasting method. Tribological studies were carried out according to the «shaft — partial insert» scheme in a kerosene medium with a steel counter body showed that hot extrusion leads to a tenfold increase in wear resistance and a threefold decrease in the friction coefficient in comparison with rods obtained by permanent mold casting. At the same time, for the rods obtained by the upcast method, on the contrary, a decrease in wear resistance is observed. In connection with the mentioned results, it is possible to recommend the hot extrusion method for producing C92900 bronze rods in addition with casting technique.Для деталей, работающих на трение в машиностроении, применяются антифрикционные оловянные бронзы и, в частности, бронза БрО10С2Н3. Обычно для получения изделий из этой бронзы используется метод наполнительного литья в металлические формы. В настоящей работе исследовали возможность получения заготовок из бронзы БрО10С2Н3 методами горячей экструзии и непрерывного литья вверх. Были установлены температура и скорость горячей экструзии, а также скорость вытягивания при непрерывном литье, позволяющие избежать возникновения дефектов. Показано, что горячая экструзия очень сильно измельчает зерно до 1,7 мкм, а при литье вверх, наоборот, размер зерна увеличивается в сравнении с методом наполнительного литья. Что же касается микроструктуры, то при горячей экструзии и непрерывном литье вверх происходит измельчение кристаллов интерметаллидной фазы Y-Cu3Sn. При этом в структуре бронзы после горячей экструзии можно наблюдать крупные скопления частиц (Pb), что, по всей видимости, приводит к снижению коэффициента трения. Максимальная твердость и прочностные свойства при растяжении характерны для прутков, полученных методом горячей экструзии при 600 °С, а наибольшее относительное удлинение было обнаружено в прутках, полученных методом непрерывного литья вверх. Трибологические исследования, проведенные по схеме «вал — частичный вкладыш» в среде керосина со стальным контртелом, показали, что применение горячей экструзии для получения прутков приводит к 10-кратному увеличению износостойкости и 3-кратному снижению коэффициента трения в сравнении со слитками, изготовленными наполнительным литьем. При этом для прутков, полученных методом непрерывного литья вверх, наоборот, наблюдается уменьшение износостойкости. В связи с вышесказанным можно рекомендовать метод горячей экструзии для получения заготовок из бронзы БрО10С2Н3 наравне с литьем