imp_1_20120907

фаз атомов свинца в алюминий/цинк намного превышает глубину зоны обрат-

ного проникновения.

Отмечается хорошая корреляция полученных результатов с ранее приве-

денными по сплавам систем Al-Si, Al-Cu. В которых, во-первых, в облученных образцах наблюдается более крупнозернистая структура, во-вторых, игольча-

тые эвтектические выделения, в то время как в необлученных НЭМИ – ком-

пактные, а α-фаза в обработанных НЭМИ образцах более обогащена кремнием

(по данным РЭМ 1,6 и 1,25% Si).

5.2.5. ОБРАБОТКА ЦИНКА

Эксперимент проводился на цинке, следующего химического состава: не менее 99,98% Zn, 0,005% Pb, <0,001% Cd, 0,0041% Fe, 0,001% Cu, 0,001% Sn, <0,001% Sb, <0,0005% As.

Проводилась обработка НЭМИ расплава цинка массой 300 кг при началь-

ной температуре расплава 450ºС в течение 1,5 часа. После этого металла пода-

вался на машину для литья под давлением 711-Б-09. Одновременно в одной форме отливались 8 шаровых анодов.

Сравнительное взвешивание шаровых анодов, отлитых по стандартной ме-

тодике и с использованием НЭМИ, показало, что аноды, отлитые по опытной методике, весят на 15–20% больше (в среднем 0,37 и 0,45 кг). При этом во всех анодах обработанных по стандартной методике имелись усадочные поры в центральной части.

Изучение темплетов показало, что в обработанном НЭМИ металле значи-

тельно уменьшаются размеры пустот (с 8–15 мм, до 4–7 мм) и полностью от-

сутствует усадочная раковина.

Фотографии макроструктур цинковых анодов приведены на рис. 5.11.

На приведенных снимках видны существенные различия в макрострукту-

ре. Так в структуре необработанного металла, у поверхности имеется зона ши-

83

риной около 4–5 мм, в которой располагаются дисперсные столбчатые кри-

сталлы толщиной, в среднем, 0,1–0,15 мм. В центральной части отливки преоб-

ладают крупные равноосные кристаллы диаметром 1–1,5 мм.

а б

Рис. 5.11. Макроструктура темплетов чистого цинка: а – образец сравне-

ния, б – с предварительной обработкой расплава НЭМИ

У обработанного металла так же имеется две зоны кристаллизации. Но зо-

на подкорковых столбчатых кристаллов имеет ширину порядка 9–11 мм, а раз-

меры кристаллов по результатам измерения методом случайных секущих в 1,5– 2 раза превышают размеры кристаллов необработанного металла. В верхней трети части слитка, в зоне равноосных кристаллов хорошо видны единичные рассредоточенные усадочные поры размером 0,1 мм.

Микроструктурные исследования на оптическом микроскопе NEOPHOT

21 различных зон слитка подтвердило укрупнение зеренной структуры в обра-

ботанном НЭМИ металле (рис. 5.12).

5.2.6. ОБРАБОТКА СТАЛЕЙ 20Л И 20ГЛ Обработка сталей проводилась в цеховых условиях в ОАО НПК «Уралва-

гонзавод». Химический состав исследуемых сталей соответствует ГОСТ 977-88

(сталь 20Л), ОСТ 32.183-2001 (сталь 20ГЛ).

84

Обрабатывалось два типа деталей №132.01.02.035-0 (надпятник) пл.№68431 и №100.10.014-0 (корпус буксы) пл.№698431. Детали заливались кустовым методом по 6 шт. в кусте.

Рис. 5.12. Панорама микроструктуры зон столбчатых кристаллов шаровых анодов: а – образец сравнения, х25; б – цинк обработан в расплавленном состо-

янии НЭМИ, х25

Исследование изломов на растровом электронном микроскопе показали, что в обоих случаях металл имеет хрупкий межкристаллический излом рис.

5.13

85

Рис. 5.13. Изломы образцов цинка: а –исходного; б – обработанного НЭМИ

Способ обработки: импульсное электромагнитное поле подается в форму с расплавленным металлом через два электрода. Электроды в форме располага-

лись таким образом, чтобы между ними находилась наибольшая масса металла.

Время обработки с начала заливки металла в форму для надпятников 5–10 мин,

для корпуса буксы – 20 мин.

Проводился анализ механических свойств и структуры залитых образцов.

На рис. 5.14 приведены типичные структуры необработанных образцов (а) ста-

ли 20Л и обработанный НЭМИ в течение 10 минут (б). Для обоих образцов ха-

рактерна феррито-перлитная структура. Размер зерна в обработанных НЭМИ образцах 8, 9, в необработанных – 8. Во всех образцах имеются ликвационные участки.

Механические свойства образцов стали 20Л определялись при испытаниях на растяжение. Результаты испытаний приведены в табл. 5.7.

Таким образом, в целом можно отметить повышение, как прочностных свойств, так и свойств пластичности.

86

Аналогичные исследования были проведены для стали 20ГЛ. В табл. 5.8

приведены механические свойства образцов стали 20ГЛ. Микроструктура об-

разцов стали 20ГЛ показана на рис. 5.15, 5.16 (а – микроструктура поверхности,

б – микроструктура середины детали).

Также в ОАО «НПК «Уралвагонзавод» проводилась обработка наносе-

кундными электромагнитными импульсами боковой рамы. Боковая рама – один из основных конструктивных элементов каркаса тележки 18-100 и служит для передачи нагрузки на оси тележки через буксовый узел. Она объединяет в единую систему колесные пары с буксовыми узлами, рессорное подвешивание,

надрессорную балку и навесное тормозное оборудование. Изготавливается ме-

87

тодом литья, с дополнительной механической обработкой и клепкой износо-

стойких пластин. Внешний вид рамы показан на рис. 5.17.

а

б

Рис. 5.14. Микроструктура образцов стали 20Л

88