Effective method of tin-free foundry bronze refining from endogenous origin impurities

Abstract

EN: Problem statement. Ukraine in the ranking of leading suppliers of castings from copper alloys is among the top ten. In recent years there has been a rapid rise in their production. This is due to expansion of demand for copper alloys not only in electrical engineering, but also in other areas of industry, in particular in automotive manufacturing of electric cars production. Purpose. Copper-aluminum-iron system alloys structure formation regularities analysis depending on amount of alloying components changing for technological recommendations development of a stable high level of mechanical properties of foundry bronzes obtaining in industrial production and operation. Material and Methods. Material of the study was casting bronze BrA9Zh3L according to GOST 493 requirements. Microstructure was investigated on metallographic specimens prepared according to standard methods as per ASTM E3-11. Analysis was performed using light microscopy on "Neophot-2" equipment. Scanning electron microscopy and X-ray spectral microanalysis were performed on Superprobe−733 equipment. Results. With the help of Cu, Al, Fe components binary and triple systems equilibrium diagrams studies results comparative analysis, X-ray spectral microscopy and local X-ray energy dispersion methods the controversial issue concerning iron-containing phase in BrA9Zh3L bronze structure origin has been solved. It has been found that this is β1 phase, i.e. Fe3Al with dissolved copper atoms (up to 7,72 wt. %) and zinc in amount from 0,0 wt. % to 0,68 wt. %, depending on this component content in alloy. Centrifugal casting method effective technological parameters industrial testing have been discovered that its disadvantages associated with bundle of casting material liquation can be used in production as advantage for melt included endogenous origin impurities refining, in particular, iron-containing Fe3Al phase. Conclusions. Controversial issue concerning iron-containing phase in bronze BrA9Zh3L structure genesis has been solved. It has been established that this is a phase of endogenous origin β1, that is, Fe3Al. Centrifugal casting method effective technological parameters for the melt included endogenous origin impurities refining have been used in production.

UK: Постановка проблеми. Україна в рейтингу провідних постачальників виливків з мідних сплавів входить в першу десятку. В останні роки спостерігається стрімкий підйом їх виробництва. Це пояснюється розширенням попиту на мідні сплави не тільки у електротехнічній, але й у інших областях промисловості, зокрема в автомобільній галузі при виробництві електрокарів. Мета роботи. Аналіз закономірностей формування структури сплавів системи мідь − алюміній − залізо при зміні кількості легуючих компонентів для розробки технологічних рекомендацій щодо одержання стабільно високого рівня механічних властивостей ливарних бронз у промисловому виробництві та в експлуатації. Матеріал та методика. Матеріалом дослідження була ливарна бронза БрА9Ж3Л за вимогами ГОСТ 493. Мікроструктуру досліджували на металографічних шліфах виготовлених за стандартними методиками по ASTM Е3-11. Аналіз здійснювали за допомогою світлової мікроскопії на устаткуванні «Neophot-2». Растрові електронномікроскопічні дослідження та рентгеноспектральний мікроаналіз проводили на обладнанні Superprobe−733. Результати. За допомогою зіставного аналізу результатів досліджень діаграм фазових рівноваг бінарних та потрійних систем компонентів Cu, Al, Fe, методів рентгеноспектрального мікроскопічного та локального рентгенівського енергодисперсійного вирішене суперечливе питання щодо походження залізовмісної фази у структурі бронзи БрА9Ж3Л. Встановлено, що це фаза β1, тобто Fe3Al з розчиненими атомами міді (до 7,72 мас. %) та цинку від 0,0 мас. % до 0,68 мас. %, в залежності від вмісту цього компоненту в сплаві. Промисловими випробуваннями ефективних технологічних параметрів методу відцентрового лиття встановлено, що його недоліки, пов’язані з розшаруванням матеріалу виливка за лікватами, можуть бути використаними у виробництві як перевага для рафінування розплаву при наявності в ньому домішок ендогенного походження, зокрема залізовмісної фази Fe3Al. Висновки. Вирішене суперечливе питання щодо генезису залізовмісної фази у структурі бронзи БрА9Ж3Л. Встановлено, що це фаза ендогенного походження β1, тобто Fe3Al. У виробництві використані ефективні технологічні параметри методу відцентрового лиття для рафінування розплаву при наявності в ньому домішок ендогенного походження.

RU: Постановка проблемы. Украина в рейтинге ведущих поставщиков отливок из медных сплавов входит в первую десятку. В последние годы наблюдается активный подъем их производства. Это объясняется расширением требований на медные сплавы не только в электротехнической, но и в других областях промышленности, в частности в автомобильной отрасли при производстве электрокаров. Цель работы. Анализ закономерностей формирования структуры сплавов системы медь-алюминий-железо при изменении количества легирующих компонентов для разработки технологических рекомендаций получения стабильно высокого уровня механических свойств литейных бронз в промышленном производстве и в эксплуатации. Материал и методика. Материалом исследования была литейная бронза БрА9Ж3Л по требованиям ГОСТ 493. Микроструктуру исследовали на металлографических шлифах, приготовленных по стандартным методикам ASTM Е3-11. Анализ осуществляли с помощью световой микроскопии на оборудовании «Neophot-2». Растровые электронномикроскопические исследования и рентгеноспектральный микроанализ проводили на оборудовании Superprobe-733. Результаты. С помощью сопоставительного анализа результатов исследования диаграмм фазовых равновесий бинарных и тройных систем компонентов Cu, Al, Fe, методов рентгеноспектрального микроскопического и локального рентгеновского энергодисперсионного, решено противоречие относительно происхождения железосодержащей фазы в структуре бронзы БрА9Ж3Л. Установлено, что это фаза β1, то есть Fe3Al с растворенными атомами меди (до 7,72 масс. %) и цинка от 0,0 масс. % до 0,68 масс. %, в зависимости от содержания этого компонента в сплаве. Промышленными испытаниями эффективных технологических параметров метода центробежного литья показано, что его недостатки, связанные с расслоением материала отливки по ликватам, могут быть использованы в производстве как преимущество для рафинирования расплава при наличии в нем примесей эндогенного происхождения, в частности железосодержащей фазы Fe3Al. Выводы. Решен противоречивый вопрос о генезисе железосодержащей фазы в структуре бронзы БрА9Ж3Л. Установлено, что это фаза эндогенного происхождения β1, то есть Fe3Al. В производстве использованы эффективные технологические параметры метода центробежного литья для рафинирования расплава при наличии в нем примесей эндогенного происхождения.