Строение и свойства чушкового цинка и отливок из сплавов на его основе во многом определяются формой и размерами зерна и их внутренним строением. В литом состоянии цинк имеет столбчатую кристаллическую структуру. Крупные столбчатые кристаллы растут от охлаждаемой поверхности в глубь отливки: чем толще слиток, тем крупнее кристаллы. Для столбчатой структуры литого цинка с резко выраженной ориентировкой кристаллов характерна анизотропия механических свойств. По данным, для образцов, вырезанных параллельно и перпендикулярно к направлению роста столбчатых кристаллов, получены значения временного сопротивления 53 и 16 МПа, а относительного удлинения 4,5 и 1,5% соответственно. Цена цинка на мировом рынке определяется крупными биржами, например на нашем портале можно увидеть какие цены на цинк ставит лондонская биржа цветных металлов лме.
По данным работы, механические свойства цинковых заготовок зависят от соотношения столбчатых и равноосных зерен. Увеличение количества равноосных зерен ведет к возрастанию относительного удлинения и к некоторому снижению временного сопротивления. Наибольшее относительное удлинение наблюдается при равноосной структуре.
Размер зерна зависит от ряда факторов. В случае сильного перегрева цинка происходит резкое огрубление его кристаллической структуры; повышение чистоты цинкового расплава также способствует огрублению структуры литого металла. Напротив, низкие температуры литья, введенные в цинковый расплав легирующих компонентов и элементов-модификаторов, образующих первично кристаллизующиеся фазы, изоморфные с основой сплава, присутствие в расплаве металлических тугоплавких примесей, ограниченно растворяющихся в металле, и взвешенных неметаллических включений - все это способствует измельчению кристаллической структуры литого металла.
Однако не всякая твердая частица, присутствующая в расплаве, может служить базой для кристаллизации на ней другого вещества. По данным Окнова М.Г., при исследовании влияния примесных элементов на изменение кристаллической структуры цинка было показано, что при введении малых добавок алюминия, магния и ртути наблюдается заметное измельчение зерна цинка. Некоторые элементы, например мышьяк, огрубляют зерно цинка, а ряд примесей (например, медь, свинец, серебро) не оказывает никакого влияния на структуру цинка.
Приведенные данные в первом приближении можно объяснить путем. сравнения типа и параметров кристаллических решеток примесей и цинка с учетом характера взаимодействия элементов с цинком. Так, добавка 0,09-0,1-5 % Ti значительно измельчает зерно. Введение магния в цинковый расплав в количестве от 0,012 до 0,6 % приводит также к сильному измельчению структуры литого металла. Сравнение кристаллических решеток титана, магния и цинка свидетельствует о близости их параметров (табл. 47). Наблюдаемое на практике огрубление кристаллической структуры цинка при перегреве, очевидно, связано с растворением изоморфных примесей и дезактивацией частичек так называемых активированных примесей, которые всегда присутствуют даже в чистых металлах. По нашим данным, увеличение скорости охлаждения цинка и сплавов на его основе приводит, как правило, также к некоторому измельчению структуры литого металла.
Однако наибольший эффект в измельчении структуры электролитного цинка следует ожидать за счет введения в расплав соответствующих легирующих элементов и элементов-модификаторов. В табл. 47 приведены основные сведения о выбранных элементах для модифицирования цинка.
Выбор элементов осуществлен на основаниианализа параметров кристаллической решетки элементов и цинка с учетом характера их взаимодействия.
 На рис. 69 приведены данные о влиянии добавок магния, титана и таллия на изменение структуры литого цинка. Указанные элементы встречаются в цинковых сплавах, способствуя улучшению их некоторых технологических и эксплуатационных характеристик. Одновременно исследовали влияние алюминия, кремния и марганца на возможность измельчения структуры цинка. Эти элементы, имея отличные от цинка параметры кристаллической решетки, вводят в цинковые сплавы в качестве легирующих компонентов. Изучение структуры литого металла проводили на образцах-шлифах. Подготовка цинковых шлифов к металлографическим исследованиям включала следующие стадии: шлифование, полирование и травление. Для выявления структуры использовали 3%-ный раствор HNО3. В качестве травителя для выявления микроструктуры применяли раствор следующего состава: 15 мл H2SО4, 1мл HF на 100 мл Н2О. Продолжительность травления составляла 10-15 с.
Наиболее сильно измельчают структуру электролитного цинка магний, титан и таллий, вводимые в цинковый расплав в количестве 0,05-0,1 %. Измельчение структуры цинка при введении в расплав кремния, марганца и алюминия можно объяснить их взаимодействием с примесью железа и образованием соединений типа FeAl3, Fe3Si, FeSi5 или твердого раствора железа с марганцем. Незначительный эффект измельчения цинка при введении до 0,2 % А1 можно объяснить значительной растворимостью алюминия в цинке. Однако при более высоких концентрациях алюминия в цинке наблюдается существенное измельчение структуры отливок.
При выборе зерноизмельчающих элементов-модификаторов следует принимать во внимание значения ликвационного коэффициента (1 - К о). Если коэффициент распределения К растворенного вещества в сплаве меньше единицы, то чем меньше К растворенного вещества, тем оно более эффективно в качестве измельчителя зерна. Если коэффициент распределения вещества больше единицы, то чем больше коэффициейт распределения, растворенного вещества, тем эффективнее оно в качестве зерноизмельчителя (табл. 48).
Перспективным методом повышения качества цинковых отливок за счет измельчения структуры литого металла можно считать суспензионное модифицирование сплавов, достаточно хорошо разработанное для получения качественного чугунного и стального литья. Интересным с теоретической и практической точки зрения является возможность измельчения структуры литых цинковых образцов за счет электродинамического воздействия на расплав. Так, по данным Микельсона А.Э., цинковые слиток, не обработанный упругими колебаниями, имел явно столбчатую структуру; после обработки упругими колебаниями с частотой 440 кГц в цинковом слитке была получена равноосная зернистая структура. Эффективность воздействия электродинамической обработки на измельчение структуры литого металла повышается для металлов и низколегированных сплавов, имеющих в обычных условиях крупнозернистую структуру. Посчитать вес проката из цинка и других цветных металлов, можно на нашем портале, применив специальный металлокалькулятор онлайн. |
НОВЫЕ ОБЪЯВЛЕНИЯ
НОВОСТИ
НОВЫЕ СТАТЬИ