Рассмотрено влияние газонасыщенности расплава, вакуумирования затвердевающей отливки и сочетания этих операций на газоусадочные процессы и герметичность бесприбыльных отливок из доэвтектических силуминов с примесями железа и меди. На примере сплава АК5М2 показано, что совмещение добавки меди (1,8-2,8%) с наводороживанием расплава и вакуумированием затвердевающей отливки нейтрализует вредное влияние железа на газоусадочные процессы и обеспечивает в ряде случаев близкую к 100% герметичность бесприбыльных отливок.

Путем, физического моделирования исследованы закономерности формирования истекающей из узкого литникового канала струи жидкости с учетом напора и затопления. Получены эмпирические зависимости высоты фонтанирования, выплеска под действием гидравлического удара и расходных характеристик, а также условий сохранения сплошности фонтанирующей струи. Установлено нежелательное явление наклонного кругового движения фонтана (НКДФ), определено соотношение гидравлических и геометрических параметров, исключающее это явление. Сделаны практические рекомендации по обеспечению качественного заполнения формы расплавом в условиях РАСЛИТ-процесса.

Приведены результаты моделирования конвекции отличающихся по плотности жидкостей, расположенных в емкостях, сообщающихся одним или двумя вертикальными каналами. Для условий относительного смещения каналов по высоте установлено явление конвективной циркуляции, когда через один канал более легкая жидкость поднимается вверх, а через другой более тяжелая жидкость опускается вниз. Получены эмпирические зависимости зоны и объема конвективно обновленной жидкости от диаметра каналов, их относительного вертикального смещения и разницы по плотности жидкостей. Показано, что наличие относительного смещения каналов по высоте резко усиливает процесс конвекции.

Приведен метод определения интенсивности контактного теплообмена жидкого металла с литейной формой. Экспериментально найденное значение количества тепла, переданного форме, подставляется в интегральное уравнение, содержащее коэффициент теплообмена. Решение уравнения производится на персональном компьютере с использованием математической программы Mathcad 8 PRO. Представлены результаты вычислений, показывающие влияние типичных для литейных технологий факторов на величину коэффициента теплообмена.

Разработан и исследован новый бесприбыльный метод устранения внутренних и внешних усадочных дефектов в затвердевающей отливке путем впрессовывания заподлицо с ее поверхностью технологического куполообразного напуска, равного по объему устраняемым дефектам, без внедрения в тело отливки. Новая технология лишена недостатков существующих методов прессования. По сравнению с используемым для той же цели горячим изостатическим прессованием не требуется уникального дорогостоящего оборудования и обеспечивается более высокая размерная точность. Разработана конструкция прессующего поршня, набранного из отдельных элементов с возможностью их относительного перемещения при прессовании и придания прессуемой поверхности заданной конфигурации.

Приведены результаты исследования влияния обработки алюминиевых расплавов АК7 и АК12 водяным паром на прочность и относительное удлинение нормально питаемых отливок в зависимости от толщины стенки, положения при заливке и расположения относительно прибыли. Показано, что для доэвтектического сплава АК7 такая обработка нецелесообразна из-за ухудшения механических свойств, тогда как в отливках из эвтектического сплава АК12 на внеприбыльных участках вертикальных стенок эти свойства не ухудшаются, а в горизонтальных стенках даже улучшаются, в том числе пластичность повышается в 1,5 раза, несмотря на 5 - 10-кратное повышение газовой пористости.

С целью сокращения потерь расплава со шлаком в процессе барботажного газонасыщения исследовано совмещение водородной и флюсовой обработок алюминиевого сплава АК12. Показано, что флюс интенсифицирует процессы поглощения и выделения расплавом водорода, поэтому использование наводороженного таким образом расплава желательно после определенной выдержки, при которой существенно снижается концентрация в теле отливки всплывших пузырьков, но сохраняется рассредоточенная междендритная пористость.

Обоснована целесообразность и исследована возможность получения отливок путем фонтанирования расплава в форму под злектромагнитным давлением. С использованием моделирующего устройства и магнитодинамической установки МДН-6А отработаны рациональные технологические режимы литья фонтанированием, позволяющие при отсутствии в исходном состоянии контакта формы с расплавом осуществлять спокойное беспузырьковое заполнение полости формы снизу, а в процессе затвердевания отливки обеспечивать ее качественное питание, практически не расходуя металла на литниковый остаток. Полученные результаты являются основой разработки промышленных вариантов технологии получения этим методом отливок из сплавов, для которых освоены магнитодинамические насосы (алюминиевые, магниевые, цинковые, медные, железоуглеродистые). Принцип литья фонтанированием удачно вписывается в роторно-конвейерные технологии.

Проанализированы причины неэкономного использования прибылей для питания отливок из алюминиевых сплавов. Предложена и исследована новая технология питания прессованием прибыли (ППП), состоящая в прессовании периферийных участков твердо-жидкой прибыли с выдавливанием лекгоплавкой междендритной жидкости в центральную часть. Представлены данные по изменению химического состава сплава в зоне прессования. Показано, что новая технология проста в реализации и позволяет в 2 - 3 раза сократить массу прибылей.

Рассмотрены механизмы комплексного влияния газонасыщенности расплава и условий питания отливок из алюминия и его сплавов с кремнием на величину и распределение газоусадочных дефектов. Сделан анализ двухступенчатой кинетики газовыделения из жидких и кристаллизующихся металлов при разрежении с позиции квазиполикристаллической модели строения расплавов, намечены пути дальнейших исследований с целью повышения эффективности применения газонасыщенных алюминиевых сплавов.

Розглянуто ефективність водневої обробки силумінових розплавів щодо утворення у відливці корисної розсередженої міждендритної газової мікропористості та негативної спливної пористості, яка концентрується у верхній частині виливки у вигляді скупчення пор та раковин. Показано, що величина негативної спливної пористості залежить від типу сплаву, конфігурації та маси відливки, режимів водневої обробки розплаву та може бути суттєво зменшена шляхом оптимальної витримки після обробки або швидким охолодженням розплавів перед заливкою.

Показано, що взаємопов'язані процеси жолоблення корки, що затверділа, та утворювання утяжин є основними факторами порушення розмірної точності відливок, які твердіють, завдяки металу. Протидіючими факторами щодо силумінів є газонасичення розплаву та підвищення вмісту кремнію до евтектичного та заевтектичного розплаву.

На примере алюминиевых сплавов при получении отливок различной сложности показана возможность приближения коэффициента использования жидкого металла к 100 % путем замены традиционных прибылей более легкоплавким инфильтратом, что подтверждено положительными результатами по пористости, герметичности и прочности литого металла бесприбыльных отливок.

Показано, что положение границы раздела двухфазной области на зоны твердожидкого и жидкотвердого состояний зависит от чувствительности используемой методики исследований, поэтому для системы Al - Si экспериментальные значения "критического" содержания кремния, при котором еще возможно образование сплошного каркаса первичных кристаллов, колеблются в широком диапазоне, включая заэвтектические силумины.

Предложены простые устройства для определения герметичности обычных образцов, а также тонких стенок, внутренних и поверхностных слоев литых изделий.

Отмечены основные проблемы, возникающие при получении отливок в связи с усадкой при затвердевании. Описаны разработанные в Физико-технологическом институте металлов и сплавов НАН Украины методы решения данных проблем: прессование металлоемких узлов без внедрения в тело отливки, использование для питания отливки легкоплавкой междендритной жидкости прибыли, литье с рассредоточенной литниково-питающей системой (РАСЛИТ-процесс), компенсация усадки затвердевания дисперсной газовой фазой, порционное литье под низким давлением.

Показано положительное влияние термовременной обработки алюминиевого сплава в ванне магнитодинамической установки на его механические свойства.

Описана технология кокильного литья, включающая заполнение кокиля расплавом с низкой интенсивностью теплообмена за счет покрытия рабочей поверхности формы теплоизоляционным слоем либо специальным рифлением и последующее затвердевание отливки на той же поверхности с высокой интенсивностью теплообмена, достигаемой путем вакуумирования зоны контакта отливки с кокилем.

Отмечено, что недостатками наиболее распространенных существующих методов рафинирования алюминиевых сплавов являются зависимость удаления твердых неметаллических включений (ТНМВ) от случайного характера встречи с ними газовых пузырьков или частиц флюса, а также неконтролируемое удаление мелкодисперсных ТНМВ, выполняющих полезную роль центров кристаллизации. Для устранения этих недостатков предложен комбинированный метод рафинирования, включающий на первом этапе удаление крупной фракции ТНМВ путем водородного пересыщения расплава, а на втором этапе - снижение содержания водорода известными эффективными методами.

Проведен сравнительный анализ ряда литых заготовок для исследования прочностных свойств алюминиевых сплавов. Предлагаемая к использованию заготовка позволяет сократить расход металла по сравнению со стандартной заготовкой при сохранении уровня прочности.