Керування структуроутворенням та рівнем механічних властивостей ливарних сплавів системи Al-Mg-Zn

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

“КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ”

на правах рукопису

УДК 661.74:669.14.046.554

Спеціальність 05.16.01 - металознавство та термічна обробка

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Керування структуроутворенням та рівнем механічних властивостей ливарних сплавів системи Al-Mg-Zn

КУЛІНІЧ АНДРІЙ АЛЬБЕРТОВИЧ

Київ - 2002



Дисертацією є рукопис

Робота виконана на кафедрі металознавства та термічної обробки Національного технічного університету України “Київський політехнічний інститут”.

Науковий керівник: доктор технічних наук., професор Бялік Олег Михайлович, Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”, зав. кафедрою металознавства та термічної обробки

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук., професор, член -кореспондент НАН України Борисов Георгій Павлович, Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України, зав. відділом нових методів лиття з використанням тиску доктор фізико-математичних наук Майборода Володимир Петрович, Інститут проблем матеріалознавства НАН України, зав. відділом будови металевих розплавів та процесів кристалізації

Провідна установа: Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України

Захист відбудеться “ 9“ грудня 2002 року о 14 год. 30 хв. на засіданні спеціалізованої вченої ради К 26.002.12 при Національному технічному університеті України “КПІ” за адресою: 252056, м. Київ, пр. Перемоги 37, ІФФ, корп. №9 ауд. 203.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Національного технічного університету України “КПІ” за адресою:252056, м. Київ, пр. Перемоги 37.

Автореферат розіслано “ 6 “ листопада 2002 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради кандидат технічний наук, доцент Сиропоршнєв Л.М.



Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. З розвитком нових областей техніки знайшли застосування ливарні алюмінієві сплави системи Al-Mg-Zn. Сплави даної системи володіють високою питомою міцністю, корозійною стійкістю, тепло та електропровідністю, а в порівнянні з сплавами системи Al-Mg, мають підвищений рівень механічних властивостей. Крім того сплави даної системи, такі як ВАЛ11, в концентраційному інтервалі з сумарним вмістом магнію та цинку до 8% при співвідношенні Mg:Zn > 2, мають добру корозійну стійкість та технологічні властивості. Тому сплави системи Al-Mg-Zn використовують для виготовлення навантажених деталей, що використовуються при підвищених температурах. Але широке використання даних сплавів в промисловості стримується нестабільністю їх механічних властивостей.

Рівень та стабільність механічних властивостей ливарних сплавів системи Al-Mg-Zn суттєво залежить від хімічного складу (сумарного вмісту магнію та цинку, вибору мікролегуючих добавок), технологічних режимів плавки, параметрів кристалізації та режимів термічної обробки. Для більш широкого застосування даних сплавів в промисловості необхідно дослідити вплив цих параметрів на фазовий склад, структуру та рівень механічних властивостей досліджуємих сплавів.

При вирішенні актуального завдання прогнозування та керування структурою сплавів в процесі їх виготовлення з метою підвищення рівня їх механічних властивостей виявилось перспективним поєднання переваг традиційних підходів математичного моделювання і засобів, розроблених у системному аналізі і синергетиці, що вперше реалізовано в рамках імітаційної моделі кристалізації алюмінію та бінарних сплавів на його основі розробленої в НДЛ “Керування якістю рідких металів та сплавів” кафедри металознавства та термічної обробки інженерно-фізичного факультету НТУУ “КПІ” під керівництвом к.т.н. О.М. Донія. Дана імітаційна модель, що базується на експериментальних даних термічного аналізу технологічних проб металу та даних металографічного аналізу, дозволяє дослідити вплив параметрів кристалізації, швидкості охолодження та зовнішніх впливів на формування структури сплавів і, відповідно, прогнозувати рівень їх механічних властивостей.

Таким чином застосування імітаційної моделі кристалізації дозволяє вирішити актуальне завдання підвищення рівня механічних властивостей ливарних сплавів системи Al-Mg-Zn шляхом розробки системи експрес-аналізу якості розплаву під час технологічного процесу плавки для прогнозування та керування структурою досліджуємих сплавів ще в процесі їх виготовлення.

Зв'язок програми з науковими програмами, планами, темами. Робота має зв'язок з темою № 2209, що розроблялася за завданням міністерства освіти і науки України: “Аналіз фазових перетворень у рівноважних та нерівноважних умовах та імітаційне моделювання процесів еволюції структури металічних матеріалів”.

Мета роботи і задачі дослідження - Створення наукових принципів керування структурою та рівнем механічних властивостей ливарних сплавів системи Al-Mg-Zn, що поєднують оптимізацію хімічного складу, технологічних параметрів обробки в рідкому та твердому стані та засобів технологічного прогнозування структури на основі імітаційної моделі кристалізації алюмінію та сплавів на його основі.

Для досягнення поставленої мети треба вирішити наступні задачі:

1. Встановити кількісні закономірності зміни рівня механічних властивостей ливарних сплавів системи Al-Mg-Zn в залежності від вмісту в них головних легуючих елементів.

2. Вивчити вплив мікролегування міддю та домішками вуглецю та титану на процес кристалізації, фазовий склад, структуру та рівень механічних властивостей досліджуємих сплавів.

3. Дослідити вплив технологічних параметрів обробки ливарних сплавів системи Al-Mg-Zn в рідкому та твердому стані на їх фазовий склад, структуру та рівень механічних властивостей.

4. На основі імітаційної моделі кристалізації ливарних сплавів системи Al-Mg-Zn дослідити вплив параметрів кристалізації та різних умов охолодження розплаву на формування структури та рівень механічних властивостей досліджуємих сплавів.

Об'єктом дослідження є явище зміни фазового складу, структури та механічних властивостей ливарних сплавів системи Al-Mg-Zn в залежності від хімічного складу, умов охолодження розплаву та технологічних параметрів обробки в рідкому та твердому стані.

Предметом дослідження є вплив головних легуючих елементів - магнію та цинку, комплексу мікродобавок міді, а також вуглецю та титану, умов охолодження розплаву та температурно-часових параметрів обробки в рідкому та твердому стані на фазовий склад, структуру та рівень механічних властивостей ливарних сплавів системи Al-Mg-Zn.

Наукова новизна роботи

1. Вперше встановлено кількісний взаємозв'язок між параметрами кристалізації (інтервалом метастабільності для швидкості утворення зародків, максимальним значенням швидкості росту твердої фази; швидкістю утворення центрів кристалізації) та розміром зерна алюмінієвого твердого розчину сплаву ВАЛ11, а також між параметрами кристалізації та рівнем механічних властивостей сплаву ВАЛ11.

2. На основі імітаційної моделі кристалізації алюмінію та сплавів на його основі, встановлених взаємозв'язків між параметрами кристалізації, розміром зерна алюмінієвого твердого розчину та рівнем механічних властивостей ливарних сплавів системи Al-Mg-Zn, розроблено засіб прогнозування структури та рівня механічних властивостей досліджуємих сплавів під час технологічного процесу плавки.

3. З застосуванням методу планування експерименту побудовано математичні моделі залежності рівня механічних властивостей (ув, у0,2, д) ливарних сплавів системи Al-Mg-Zn від сумарного вмісту головних легуючих елементів в області з сумарною концентрацією магнію та цинку до 8%. Теоретично обгрунтовано та експериментально підтверджено доцільність мікролегування міддю та комплексом мікродомішок вуглецю та титану ливарних сплавів системи Al-Mg-Zn. Встановлено кількісні закономірності впливу даних добавок на структуру та рівень механічних властивостей досліджуємих сплавів.

4. Встановлено закономірності впливу технологічних параметрів обробки сплавів в рідкому та твердому стані на формування їх фазового складу та структури, проведено їх оптимізацію, що дозволило підвищити рівень їх механічних властивостей.

Практична цінність результатів роботи. На основі проведених експериментальних досліджень розроблені технологічні пропозиції щодо підвищення механічних властивостей алюмінієвих сплавів системи Al-Mg-Zn при їх мікролегуванні міддю та мікродомішками вуглецю та титану. Дані положення пройшли промислову перевірку на ливарному підприємстві фірми “Термо” Українського науково-виробничого концерну “Укркольормет”.

Випробуваннями у виробничих умовах встановлено, що мікролегування сплаву ВАЛ11 міддю у кількості 0,35% забезпечує підвищення рівня міцності на розрив сплаву ВАЛ11 на 15-20%.

Обробка сплаву ВАЛ11 комплексом домішок вуглецю та титану, внесених за допомогою лігатури AlC0,8Ti0,7 (С-0,8%, Ti-0,7%), дозволяє підвищити рівень міцності на розрив та відносного подовження сплаву ВАЛ11 на 20-25%.

Особистий внесок здобувача. Здобувачу належить: обгрунтування мети, проведення досліджень, обробка результатів та їх аналіз. Постановка задач та обговорення результатів виконані спільно з науковим керівником і, частково, із співавторами публікацій.

Технологію та обладнання для виробництва модифікуючої лігатури АlC0,8Ti0,7, яку використовували для внесення мікродомішок вуглецю та титану в розплав досліджуємих сплавів, розроблено та виготовлено на кафедрі металознавства та термічної обробки ІФФ НТУУ “КПІ” разом з колективом авторів: О.М. Бяліком, К.Ю. Гзовським.

Дослідження по встановленню хімічного та фазового складу лігатури АlC0,8Ti0,7 проведено в співавторстві з К.В. Михайленковим.

Для технологічного прогнозування структури ливарних сплавів системи Al-Mg-Zn використовували імітаційну модель кристалізації алюмінію та бінарних сплавів на його основі розроблену в співавторстві з О.М. Донієм. Для перевірки адекватності отриманих залежностей між параметрами кристалізації та розміром зерна сплаву ВАЛ11 використовували математичну модель кристалізації проби розплаву розроблену О.М. Донієм.

Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертації повідомлені і обговорені: на міжнародній науково - технічній конференції “Производство стали в 21 веке. Прогноз, процессы, технологии, экология” Киев 2000.

Публікації. Матеріали дисертації викладено у 7 друкованих роботах , в тому числі в 6 статях у наукових журналах, 1 тезах доповіді на міжнародній науково-технічній конференції.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, 5 розділів, висновків і 4 додатків, викладена на 178 сторінках машинописного тексту, містить 48 рисунків, 24 таблиці і список літератури з 116 найменувань.



Основний зміст роботи

У вступі до дисертації обгрунтована актуальність роботи, сформульовані мета та задачі дослідження, відзначена наукова новизна отриманих результатів та їх практична значимість, положення і результати які виносяться на захист.

Першій розділ оглядовий і присвячений висвітленню стану проблеми і вибору напрямків досліджень. Показано, що для пошуку сплавів з пониженим вмістом головних легуючих елементів та одночасно підвищеним рівнем механічних властивостей (b,0,2,) необхідно провести оптимізацію хімічного складу ливарних сплавів системи Al-Mg-Zn по сумарному вмісту магнію та цинку.

Встановлено, що керувати структурою та властивостями досліджуємих сплавів можливо за рахунок мікролегування їх малими добавками міді та комплексів вуглецю та титану, внесених за допомогою лігатури AlC0,8Ti0,7. Але треба встановити оптимальну кількість даних добавок, що зебезпечило б максимальне підвищення рівня їх механічних властивостей.

Підвищити рівень механічних властивостей досліджуємих сплавів можливо за рахунок оптимізації температурно-часових параметрів їх обробки в рідкому та твердому стані, що впливають на фазовий склад та структуру даних сплавів.

Показано, що для технологічного прогнозування структури та властивостей ливарних сплавів системи Al-Mg-Zn можливо застосування імітаційної моделі кристалізації алюмінії та сплавів на його основі.

У другому розділі обгрунтовано вибір досліджуємих матеріалів, стандартних та оригінальних методик досліджень.

Дослідження хімічного складу лігатур проводили в спеціалізованому дослідницькому інституті в Німеччині, методом іонної спектроскопії та хімічного аналізу за стандартними методиками. Фазовий та структурний склад лігатур досліджували методом мікрорентгеноспектрального аналізу на растровому електронному мікроскопі DSM - 950 .

Для дослідження впливу легуючих та модифікуючих домішок на перетворення в докристалізаційний період, процеси кристалізації та плавлення використовувався комп'ютерний термічний аналіз (к.т.а.). Наведено загальну схему та описано принцип роботи установки (к.т.а.), методику проведення комп'ютерного термічного аналізу в режимі плавлення та кристалізації.

Дослідні плавки проводили в електричних печах опору типу СШОЛ, з використанням графіто-шамотного тигля. Зразки для механічних випробувань виливали в підігріту до температури 473 К стандартну металеву форму, діаметр робочої частини зразків 0,010 м. Термічну обробку сплавів здійснювали в модернізованій автором печі опору, в якій встановлено перемішувач атмосфери та три термопари ХА, в різних зонах печі під'єднаних до терморегуляторів.

Хімічний аналіз зразків досліджуємих сплавів проводили використовуючи метод оптичної спектроскопії випаровуючим розрядом за допомогою спектрометра SDP 750 фірми LECO TECHNIK. Якісний та кількісний металографічний аналіз виконано на мікроскопі ММР-2Р та на мікроскопі NEOFOT-31, що був підключений до електронно-обчислювальної машини для можливості автоматичного розрахунку розміру та кількості фазових та структурних складових. Розмір зерна та об'ємну долю нерівноважної евтектики вимірювали з відносною похибкою не більшою ніж 10%. Вимірювання макротвердості проводили на спеціальному пресі Бринелля.

Мікрорентгеноспектральний аналіз досліджуємих сплавів та лігатури АlС0,8Tі0,7 здійснювали на мікроскопі DSM-950, оснащеному системою локального мікрорентгеноспектрального аналізу, а також на рентгеноспектральному мікроаналізаторі JXA-8900RL фірми JEOL. Рентгенографічне дослідження проводилось в монохроматичному випромінюванні Cu - K з застосуванням дифрактометрів XRD-7 системи Seifert-FRM та ДРОН - УМ1. Зміну структури досліджуємих сплавів спостерігали за допомогою скануючого растрового електронного мікроскопу TESLA BS340 та растрового мікроскопу LEO1500 GEMINI.

Механічні властивості, а саме, міцність на розрив (ув), границю текучості (у0,2), відносне подовження (д) та твердість (HRB) визначали на зразках, відлитих у кокіль. Випробування механічних властивостей проводились на розривній машині TIRA - TEST за стандартними методиками. Середні квадратичні відхилення значень механічних властивостей знаходились в межах: ув - 20 МПа, у0,2 - 10 МПа, д - 15%, НВ - 5.

У третьому розділі досліджено закономірності зміни механічних властивостей ливарних сплавів системи Al-Mg-Zn в залежності від сумарного вмісту в них магнію та цинку з метою пошуку сплавів з більш високим рівнем механічних властивостей (порівняно зі сплавом АЦ4Мг) та одночасно з пониженим, відносно сплаву ВАЛ11, cумарним вмістом головних легуючих елементів. Актуальність даних досліджень полягає в наступному. На даний час в промисловості України використовують наступні ливарні сплави системи Al-Mg-Zn: ВАЛ11 та АЦ4Мг (ДСТУ 2839-94 ). Порівняно зі сплавом ВАЛ11, що містить %Mg = (6-7) та % Zn=(2-2,5), сплав АЦ4Мг більш економно легований по вмісту головних легуючих елементів. Хімічний склад сплаву АЦ4Мг (АЛ24) наступний: %Mg= (1,5-2,0), %Zn= (3,5-4,5), %Mn= (0,2-0,5), %Ti=(0,1-0,2), вміст домішок не більше: %Cu=0,2, %Be=0,1, %Zr=0,1, %Si=0,3. Фазовий склад цих сплавів після термічної обробки на зміцнення однаковий: алюмінієвий твердий розчин магнію та цинку в алюмінії та Т-фаза (Al2Mg3Zn3). Проте комплекс механічних властивостей сплаву АЦ4Мг суттєво поступається сплаву ВАЛ11. Для сплаву ВАЛ11: sb =350 МПА, d = 6,0%, а для сплаву АЦ4Мг: sb =270 МПА, d = 2,0%. Це пояснюється тим, що сумарний вміст головних легуючих елементів в сплаві АЦ4Мг суттєво нижчий ніж в сплаві ВАЛ11, а тому, відповідно, буде менша кількість зміцнюючої Т-фази, що виділяється під час штучного старіння.

Об'єктами досліджень були ливарні сплави системи Al-Mg-Zn з наступним вмістом головних легуючих елементів: Mg = 1-7%, Zn = 1-7%. Сумарний вміст магнію та цинку в досліджуємих сплавах змінювався від 2 до 8%. В сплави додатково вводили титан, цирконій, хром, марганець, берилій з розрахунку їх отримання в сплавах відповідно 0,1-0,3% Ti, 0,1-0,3% Zr, 0,1-0,2% Cr, 0,1-0,2% Mn, 0,07-0,15%Be. Отримані стандартні зразки діаметром 10 мм підвергали термічній обробці (гартуванню та штучному старінню) і після цього вимірювали їх механічні властивості (міцність на розрив, границю текучості, відносне подовження).

В роботі поверхню відгуку при визначенні залежності між механічними властивостями сплаву та вмістом головних легуючих елементів описували полiномами четвертого ступеня:

sв = 361 · X1 + 299 · X2 + 150 · X3 + 48·X1 · X2 + 298 · X1 · X3 + 102 · X2 · X3 + 80·X1 · X2 · ( X1 - X2 ) + 104 · X1 · X3 · ( X1 - X3 ) + 24 · X2 · X3 · ( X2 - X3 ) + 8 · X1 · X3 · ( X1 - X3 ) 2 + 13,3 · X2 · X3 · ( X2 - X3 ) 2 + 626 ·X1 2· X2 · X3 + 690,6 · X1 · X2 2 · X3 + 661,3 · X1 · X2 · X3 2;

s0,2 = 263 · X1 + 140 · X2 + 85 · X3 + 62 · X1 · X2 + 108 · X1 · X3 + 14 · X2 · X3 + 200 · X1 · X2 · ( X1 - X2 ) + 58,6 · X1 · X3 · ( X1 - X3 ) + 8 · X2 · X3 · ( X2 - X3 ) + 8· X1 · X2 ·(X1 - X2 ) 2 + 5,3 · X1 · X3 ·(X1 - X3 ) 2 + 2,6·X2·X3·(X2 - X3) 2 + 232 · X1 2 · X2 · X3 + 293,3 · X1 · X2 2 · X3 + 354,6 · X1 · X2 · X3 2;

d= 15 · X1 + 24 · X2 + 34 · X3 + 6 · X1 · X2 +30 · X1 · X3 + 8 · X2 · X3 +13,3 · X1 · X2 · ( X1 - X2 ) + 13,3 · X1 · X3 · ( X1 - X3 ) + 2,6 · X1 · X2 · ( X1 - X2 ) 2 +13,3 · X1 · X3 · ( X1 -X3 ) 2 + 37,3 · X1 2 · X2 · X3 + 8,6 · X1 · X2 2 · X3 + 29,3 · X1 · X2 · X3 2

де X1 , X2 , X3 - вміст цинку, магнію та алюмінію відповідно.

Для перевірки адекватності моделей за критерієм Фішера, враховуючи особливості планів симплекс-решіток, проводились додаткові досліди у центрі факторного простору та ще у чотирьох точках. Всі розроблені моделі виявилися адекватними з рівнем значущості =0,05. Графічна інтерпретація отриманих результатів представлена на рис.1. На ньому зображені лінії однакових значень механічних властивостей сплавів системи Al-Mg-Zn в області з сумарним вмістом магнію та цинку до 8 %. Оптимізація сумарного вмісту магнію та цинку дозволила виділити в досліджуємій області дві групи сплавів: а) сплави з підвищеною пластичністю (d= 20-25% , sb > 300 МПА): Mg = (4,5-7)% , Zn = ( 1- 3)% , Al - основа ; б) сплави з підвищеними характеристиками міцності та задовільною пластичністю (sb = 350-400 МПА, d=5-15%): Mg = (1-2,5)% , Zn = (5,5-7)% , Al - основа.

Виходячи з поставленої задачі дослідження, та в результаті проведеної оптимізації хімічного складу досліджуємих сплавів по вмісту магнію та цинку був рекомендований сплав, що має вищий рівень механічних властивостей ніж сплав АЦ4Мг та одночасно більш економно легований ніж сплав ВАЛ11. Хімічний склад цього сплаву: Al-5,5%Mg-2,5% Zn. Механічні властивості цього сплаву після штучного старіння наступні: sb =346 МПА, d = 7%.

У четвертому розділі досліджено вплив комплексу мікродобавок міді, а також вуглецю та титану, що вносились за допомогою лігатури AlC0,8Ti0,7 на процес формування структури та механічних властивостей сплавів ВАЛ11 та Al-5,5%Mg-2,5%Zn. хімічний сплав легуючий модифікуючий

Встановлено, що за рахунок оптимізації температурного режиму нагріву під гартування досліджуємих сплавів можно досягти практично повного розчинення міді у кількості до 0,4% в алюмінієвому твердому розчині, що сприяє зміцненню сплавів після штучного старіння. За даними рентгеноструктурного аналізу встановлено, що мідь розчиняючись в алюмінієвому твердому розчині, впливає на параметри його гратки (табл. 1).

Таблиця 1 - Вплив міді на параметри гратки алюмінієвого розчину досліджуємих сплавів

Об'єкт досліджень	Вміст міді,%	Фаза	Параметри гратки, Е	Межі Похибки
ВАЛ11	-		a= 4,0829	0,0002
ВАЛ11	0,35		a= 4,0749	0,0007
Al-5,5%Mg-2,5%Zn	-		a= 4,07726	0,0002
Al-5,5%Mg-2,5%Zn	0,35		a= 4,06813	0,0007

При мікролегуванні міддю спостерігається підвищення твердості досліджуємих сплавів. До вводу добавок міді твердість сплаву ВАЛ11 становить 90 НВ, а сплаву Al-5,5%Mg-2,5%Zn - 85 НВ. Максимальне підвищення твердості даних сплавів спостерігається при вмісті міді 0,35% і відповідно становить: для сплаву ВАЛ11 - 162 НВ, а для сплаву Al-5,5%Mg-2,5%Zn - 145 НВ. Це свідчить про позитивний вплив добавок міді на характеристики міцності досліджуємих сплавів.

Позитивний вплив добавки міді на характеристики міцності досліджуємих сплавів можна пояснити наступним чином: добавки міді до 0,4% за масою повністю розчиняються в алюмінієвому твердому розчині тим самим підвищуючи його легованість. Це сприяє однорідному розпаду твердого розчину з більш високою густиною виділень, порівняно з нелегованими міддю сплавами, зміцнюючої інтерметалідної Т-фази. Спостерігається також подрібнення розмірів Т-фази (табл. 2). За рахунок цього підвищуються характеристики міцності, особливо границя текучості.



Таблиця 2 - Вплив міді на параметри тонкої структури досліджуємих сплавів

Вміст міді, %	Діаметр часток Т-фази, нм.	Середня відстань між частками Т-фази, нм.	Густина виділення часток Т-фази, см.-3
	ВАЛ11	Al-5,5%Mg- 2,5%Zn	ВАЛ11	Al-5,5%Mg-2,5%Zn	ВАЛ11	Al-5,5%Mg-2,5%Zn
0	17-19	18-20	21-24	23-25	7,2 · 1016	6,5 · 1016
0,35	8-10	9-11	11-14	12-15	2,3 · 1017	2,5 · 1017

Механічні властивості вихідного сплаву ВАЛ11: b = 350 Мпа, 0,2 = 280 Мпа, = 6%. Після вводу 0,35% міді механічні властивості даного сплаву змінюються наступним чином: b = 420 Мпа, 0,2 = 355 Мпа, = 5%. Механічні властивості вихідного сплаву Al-5,5%Mg-2,5%Zn : b = 346 Мпа, 0,2 = 268 Мпа, = 7%. Після вводу 0,35% міді рівень механічних властивостей даного сплаву зростає до наступних значень: b = 395 Мпа, 0,2 = 340 Мпа, = 6%.

Для підвищення рівня механічних властивостей досліджуємих сплавів в них вводили комплекс домішок вуглецю та титану за допомогою лігатури АlС0,8Ті0,7. За результатами досліджень проведених автором даної роботи на кафедрі металознавства та термічної обробки ІФФ НТУУ “КПІ” лігатура АlС0,8Ті0,7 зарекомендувала себе як перспективний модифікатор для алюмінієвих сплавів. Завдяки наявності в її складі ізоморфних алюмінію нерозчинних часток ТіС та вуглецю, при введенні в розплав створює велику кількість активних центрів росту -твердого розчину та блокує розвиток дендритної кристалізації досліджуємих сплавів. В наслідок цього утворюється дрібна рівноосна структура та підвищується рівень механічних властивостей сплавів.

На рис. 2 представлено залежність розміру зерна алюмінієвого твердого розчину досліджуємих сплавів від вмісту лігатури АlС0,8Ті0,7. Видно, що зі збільшенням вмісту даної лігатури значно зменшується середній розмір зерна твердого розчину. Максимальний ефект подрібнення спостерігається при вмісті 0,8% лігатури в сплаві ВАЛ11 (розмір зерна зменшується з 41 до 19 мкм) та при 0,7% лігатури в сплаві Al-5,5%Mg-2,5%Zn ( розмір зерна зменшується з 42 до 21 мкм). При введенні лігатури АlС0,8Ті0,7 в зазначених кількостях рівень механічних властивостей досліджуємих сплавів зростає до наступних значень: для сплаву ВАЛ11 - b =430 Мпа, 0,2 = 325 Мпа, = 8%, для сплаву Al-5,5%Mg-2,5%Zn - b = 412 Мпа, 0,2 = 306 Мпа, = 10%.

Комплексне легування міддю (0,35%) та лігатурою AlC0,8Ti0,7 (0,7-0,8%) підвищує рівень механічних властивостей досліджуємих сплавів на 30%.

У п'ятому розділі досліджено вплив технологічних параметрів обробки на фазовий склад, структуру та механічні властивості сплавів ВАЛ11 та Al-5,5%Mg-2,5%Zn. З використанням імітаційної моделі кристалізації досліджено вплив параметрів кристалізації на структуру та механічні властивості сплаву ВАЛ11 та представлено результати дослідно-промислової перевірки виявлених закономірностей впливу мікродобавок міді та комплексів вуглецю та титану, внесених за допомогою лігатури AlC0,8Ti0,7, на механічні властивості досліджуємих сплавів.

Досліджено вплив температури та часу витримки розплаву на механічні властивості сплавів ВАЛ11 та Аl-5,5%Mg-2,5%Zn. В дані сплави вводили лігатуру AlC0,8Ti0,7 у кількості 0,8% для перевірки її модифікуючої здатності в залежності від температури та часу витримки розплаву. Встановлено, що оптимальна температура витримки розплаву досліджуємих сплавів знаходиться в інтервалі 700-710 С, а час витримки розплаву в інтервалі - 10-20 хв. При підвищенні температури витримки розплаву вище 720 С рівень механічних властивостей досліджуємих сплавів починає суттєво знижуватись. Так при температурі витримки розплаву 750С та часі витримки - 60 хв. рівень міцності на розрив сплавів ВАЛ11 та Аl-5,5%Mg-2,5%Zn знижується на 10-15%, а відносне подовження знижується на 30-40%. З підвищенням температури та часу витримки розплаву вище зазначених оптимальних інтервалів зменшується кількість активованих підложок, які можуть слугувати центрами кристалізації алюмінієвого твердого розчину. Це призводе до зростання розміру зерна -твердого розчину та відповідного зниження комплексу механічних властивостей досліджуємих сплавів.

Досліджено вплив різних режимів штучного старіння на формування фазового, структурного складу та механічні властивості сплаву Al-5,5%Mg-2,5%Zn мікролегованого міддю у кількості 0,35%. Штучне старіння зразків даного сплаву проводили в дві ступіні. Температуру першої ступіні старіння фіксували на позначці 80 С. За даними рентгенофазового аналізу при даній температурі утворюється максимальна кількість зародків зміцнюючої Т-фази.

Дослідження по вивченню впливу температури другої ступіні штучного старіння на процес формування фазового складу та структури досліджуємого сплаву проводились в температурному інтервалі 170-190 С. Дані рентгенофазового та металографічного аналізів дозволили зробити висновки про зміни фазового складу та структури сплаву Al-5,5%Mg-2,5%Zn-0,35%Cu після різних режимів старіння. При температурі другої ступіні 170 °С має місце розпад твердого розчину з високою густиною виділень зміцнюючих інтерміталідних фаз (Т та Т) як в середені зерен так і в приграничних областях . При підвищенні температури другої стадії старіння до 190 °С в структурі сплавів легованих міддю з'являються грубі інтерметалідні частки Т-фази, що розташовані по границям зерен та зони вільні від виділень. Це призводе до зменшення рівня механічних властивостей сплавів. Крім того, починає виділятися -фаза (Al3 Mg2). Для даного сплаву встановлений оптимальний режим штучного старіння: 80 °С, 8 г. + 170 °С, 2 г. Після вказаного режиму штучного старіння рівень механічних властивостей сплаву Al-5,5%Mg-2,5%Zn-0,35%Cu наступний: b =410 Мпа, 0,2 = 350 Мпа, = 6%.

За допомогою імітаційної моделі кристалізації змодельовано структуру ливарних сплавів системи Al-Mg-Zn, спостережено розвиток фронту кристалізації на різних етапах кристалізації, проведено кількісну оцінку параметрів структури в залежності від різних умов охолодження.

Вплив швидкості охолодження на формування структури сплаву ВАЛ11 представлено на рис. 3.

При збільшенні швидкості охолодження з 0,5 до 4,5 °С/с розмір зерна алюмінієвого твердого розчину сплаву ВАЛ11 зменшується з 53 до 37 мкм., що співпадає з експериментальними даними (рис. 4, а).

Вплив швидкості охолодження на об'ємну долю нерівноважної евтектики в сплаві ВАЛ11 представлено на рис. 4,б. Розрахунковим шляхом встановлено, що зі збільшенням швидкості охолодження з 1,5 до 4,5 °С/с об'ємна доля евтектики зменшується в два рази, що відповідає експериментальним даним.

Для ливарних сплавів системи Al-Mg-Zn (на прикладі сплаву ВАЛ11) встановлено кількісний взаємозв'язок між розміром зерна алюмінієвого твердого розчину D та зміною параметрів кристалізації. В якості параметрів кристалізації вибрано наступні величини: 1. інтервал

метастабільності для швидкості утворення зародків (Т), С; 2. максимальне значення швидкості росту твердої фази на початковому етапі кристалізації, що відповідає ділянці з рекалісценцією на кривій охолодження сплаву ВАЛ11 - , відн. од., де - темп охолодження , с-1, Т-температура; 3. швидкість утворення центрів кристалізації в момент 0,001, де - час кристалізації що відповідає ділянці з рекалісценцією на кривій охолодження, відн. од.

Дослідження проводили при постійній температурі розплаву 710 С. Швидкість охолодження розплаву тримали постійною Vохол= 2С/с, що відповідає литву в металеву форму. Темп охолодження =(0,550,034)10-2 с-1. Інші параметри, а саме максимальне переохолодження для виникнення нових центрів кристалізації та максимальне переохолодження для лінійної швидкості росту кристалів задавали евристичним шляхом з урахуванням експериментальних даних.

Зміну величини параметрів кристалізації регулювали введенням в сплав ВАЛ11 комплексу мікродомішок вуглецю та титану за допомогою лігатури AlC0,8Ti 0,7.

Для перевірки розрахованих за допомогою імітаційної моделі кристалізації кількісних залежностей між параметрами кристалізації сплаву ВАЛ11 та вмістом в ньому лігатури AlC0,8Ti 0,7 та величини зерна сплаву ВАЛ11 від зміни параметрів кристалізації використовували експериментальні дані термічного та металографічного аналізу, а також математичну модель кристалізації металів та сплавів, що розроблено на кафедрі металознавства та термічної обробки інженерно-фізичного факультету НТУУ “КПІ”. За допомогою даної математичної моделі, використовуючі дані термічного аналізу, розраховували величини параметрів кристалізації сплаву ВАЛ11, що змінювались в наслідок введення в сплав домішок вуглецю та титану:

(1)

(2), (3)

де V()= - відносна кількість твердої фази, що утворилась в процесі кристалізації за час , m() - маса твердої фази, m0 - загальна маса досліджуємого металу; V() - швидкість росту твердої фази в момент ; n() - швидкість утворення центрів кристалізації в момент ; T(t) - температура сплаву в момент часу t; Tкр =T(кр) - температура початку кристалізації, що відповідає часу кр; Tтв=T(тв) - температура кінця кристалізації; Tср - температура навколишнього середовища; кр < < тв де кр ,тв - відповідно моменти початку та кінця кристалізації; та - де f-коефіціент тепловіддачі S- площа поверхні пробовідбірника, с - питома теплоємкість кристалізації, - степінь чорноти поверхні пробовідбірника, = 5,5610-8 Дж/мк4 - постояна Стефана-Больцмана; Кv - кінетичний коефіціент, що дорівнює лінійіній швидкості росту кристалу при переохолодженні рідкого металу Т на 1 градус і на ділянці з рекалісценцією розраховується за емпіричним співвідношенням: ; - коефіціент, що залежить від форми зразка. Коефіціенти К1 та К2 розраховуються за допомогою даних термічного аналізу по емпіричній формулі з використанням методу найменших квадратів: Y = K1 + K2X, де

X=; Y= (4)

Величину параметра Т визначали безпосередньо за кривою охолодження досліджуємого сплаву (рис. 5,а) як різницю між рівноважною температурою початку кристалізації Тор та температурою ТМ , що відповідає часу М - моменту зупинки температурного росту на кривій охолодження. Значення температур T(t) ,Tкр, Tтв, , що входять в формули 1 та 3 для розрахунку параметрів кристалізації визначались за тією ж кривою охолодження (рис. 5,б).

Отримані величини порівнювали з розрахованими за допомогою імітаційної моделі параметрами кристалізації і робили висновки про адекватність встановлених залежностей.

З результатів досліджень наведених на рис. 6,а видно, що при збільшенні вмісту лігатури AlC0,8Ti 0,7 в сплаві ВАЛ11 з 0,2 до 0,8% спостерігається зменшення інтервалу метастабільності для швидкості утворення зародків приблизно в 2 рази.

При збільшенні вмісту лігатури AlC0,8Ti0,7 в сплаві ВАЛ11 з 0,2 до 0,4% спостерігається монотонне зменшення швидкості росту твердої фази, а в інтервалі 0,4 - 0,8 % це зменшення приймає найбільш швидкий характер (рис. 6,б).

Швидкість утворення центрів кристалізації стрибкоподібно збільшується при збільшенні в сплаві ВАЛ11 лігатури AlC0,8Ti0,7 з 0,2 до 0,6% і набуває максимального значення при 0,8% (рис. 6, в).

Залежність розміру зерна алюмінієвого твердого розчину сплаву ВАЛ11 від зміни параметрів кристалізації представлено на рис. 7. Встановлено, що зменшення параметрів кристалізації T з 4 до 2 (рис. 7, а), V/ з 2,8 до 1,7 відн. од. (рис. 7,б) чи збільшення величини n0,001 з 0,4 до 16 відн. од. (рис. 7,в) призводе до зменшення розміру зерна D приблизно в 2 рази.

З рис. 6 та 7 видно, що розраховані залежності добре співпадають з експериментальними даними (розбіжність не перевищувала 10%), що свідчить про адекватність встановлених закономірностей.

Залежність форми та розміру зерна алюмінієвого розчину сплаву ВАЛ11, змодельованої за допомогою імітаційної моделі кристалізації, від зміни параметрів кристалізації (на прикладі інтервалу метастабільності Т) представлено на рис.8.

Для встановлення впливу параметрів кристалізації на кінцевий рівень механічних властивостей сплаву ВАЛ11 використовували наступну методику. За допомогою термічного аналізу знімали криві охолодження досліджуємого сплаву при постійній швидкості охолодження, що відповідала литву в металеву форму. При цьому в сплав ВАЛ11, з метою зміни параметрів кристалізації, послідовно вводили лігатуру AlC0,8Ti0,7 в кількості від 0 до 1%. По знятим кривим охолодження встановлювали перечислені вище температурно-часові параметри T(t),Tкр, кр, Ттв, тв,,ТМ, що входять як вхідні параметри до імітаційної моделі кристалізації. За допомогою імітаційної моделі кристалізації, на основі даних термічного аналізу, розраховували параметри кристалізації та їх вплив на структуру досліджуємого сплаву.

Для відлитих в металеву форму зразків сплаву ВАЛ11 проводили термічну обробку за однаковим стандартним режимом і вимірювали рівень їх механічних властивостей. Таким чином встановлювали взаємозв'язок між зміною параметрів кристалізації, що були розраховані за допомогою імітаційної моделі, та рівнем механічних властивостей сплаву ВАЛ11. Результати досліджень представлено в табл. 3. З даних наведених в табл.3 видно, що впливаючи на параметри кристалізації сплаву ВАЛ11 можна досягти підвищення рівня його механічних властивостей на 20-30%.

По даним наведеним в табл. 4 видно, що використання лігатури АlТі6С1 підвищує рівень механічних властивостей зразків сплаву ВАЛ11 на 10-15%, в той час як використання лігатури АlС0,8Ті0,7 підвищує цей рівень на 20-25%. При комплексному мікролегуванні міддю та лігатурою АlС0,8Ті0,7 рівень механічних властивостей сплаву ВАЛ11 підвищується до 30%.

Таблиця 3 - Вплив параметрів кристалізації на рівень механічних властивостей сплаву ВАЛ11

T, С	5	4	3	2,5	2
b, Мпа	346	361	410	426	448
, %	5,9	6,3	7,2	7,6	8,5
V/ , відн. од.	2,8	2,6	2,4	1,8	1,7
b, Мпа	342	367	392	404	420
, %	5,8	6,5	6,9	7,2	7,7
n 0,001, відн. од.	0,5	1	5	10	15
b, Мпа	349	370	391	412	420
, %	5,9	6,7	6,8	7,3	7,5

Встановлені взаємозв'язки між зміною параметрів кристалізації та характеристиками структури і механічних властивостей ливарних сплавів системи Al-Mg-Zn, на прикладі сплаву ВАЛ11, дозволяють використати імітаційну модель кристалізації як основу для експрес-аналізу якості розплаву під час технологічного процесу плавки (рис. 9). Наведена схема вказує на можливість прогнозування та керування структурою досліджуємих сплавів ще в процесі їх виготовлення, що дозволяє підвищити рівень механічних властивостей сплавів шляхом цілеспрямованої зміни параметрів їх кристалізації .

В ливарному цеху підприємства ”Термо” сплав ВАЛ11 застосовують для виготовлення відливок робочих колес турбін турбохолодильників до яких особливо підвищені вимоги по рівню механічних властивостей. За порівняльними результатами випробувань механічних властивостей зразків сплаву ВАЛ11 відлитих у металеві форми в промислових умовах, по розробленій та запропонованій автором технології, можна бачити (табл. 4), що використання лігатури АlС0,8Ті0,7 забезпечує більший приріст рівня механічних властивостей в порівнянні зі стандартною промисловою лігатурою АlТі6С1.

Таблиця 4 - Вплив технології обробки на механічні властивості сплаву ВАЛ11

Сплав	Застосована технологія обробки	Механічні властивості сплаву
		b, Мпа	, %
1	без обробки	350	6,0
2	лігатура АlТі6 С1, 0,4 %	395	7,0
3	лігатура АlС0,8Ті0,7, 0,8 %	430	8,0
4	лігатура АlС0,8Ті0,7, 0,8 % та мідь,0,35%	460	7,0



Загальні висновки по роботі

1. Встановлено кількісні закономірності зміни рівня механічних властивостей ливарних сплавів системи Al-Mg-Zn від вмісту в них головних легуючих елементів в концентраційному інтервалі з сумарним вмістом магнію та цинку до 8%. Проведено оптимізацію хімічного складу цих сплавів по вмісту головних легуючих елементів, що дозволило рекомендувати сплави з підвищеним рівнем механічних властивостей та одночасно з пониженим cумарним вмістом магнію та цинку.

2. Вивчено вплив мікролегування міддю на процес формування структури та механічних властивостей ливарних сплавів системи Al-Mg-Zn. Встановлено, що за рахунок оптимізації температурного режиму гомогенізуючого відпалу сплавів ВАЛ11 та Al-5,5%Mg-2,5%Zn можна досягти повного розчинення міді у кількості до 0,4% в алюмінієвому твердому розчині тим самим підвищуючи його легованість. Це сприяє більш однорідному розпаду твердого розчину під час штучного старіння з більш високою густиною виділень, порівняно з нелегованими міддю сплавами, зміцнюючої інтерметалідної Т-фази. За рахунок цього підвищуються характеристики міцності досліджуємих сплавів. При оптимальному вмісті міді 0,35% характеристики міцності сплавів ВАЛ11 та Al-5,5%Mg-2,5%Zn підвищуються на 15-20%.

3. Розкриття механізм впливу мікродомішок вуглецю та титану, внесених за допомогою лігатури AlC0,8Ti0,7, на процес формування структури та механічні властивості ливарних сплавів системи Al-Mg-Zn. Рекомендовано оптимальний вміст даної лігатури: для сплаву ВАЛ11 - 0,8%, а для сплаву Al-5,5%Mg-2,5%Zn - 0,7%. При цьому в даних сплавах утворюється дрібна рівноосна структура та підвищується рівень їх механічних властивостей на 20%.

Комплексна обробка міддю (0,35%) та лігатурою AlC0,8Ti0,7 (0,7-0,8%) підвищує рівень механічних властивостей досліджуємих сплавів на 30%.

4. Досліджено вплив технологічних параметрів обробки в рідкому стані на структуру та рівень механічних властивостей ливарних сплавів системи Al-Mg-Zn. Для сплавів ВАЛ11 та Al-5,5%Mg-2,5%Zn, модифікованих лігатурою AlC0,8Ti0,7, рекомендовано оптимальний температурний інтервал витримки розплаву в межах 700-710 С, час витримки в межах - 10-20 хвил.

5. Встановлено закономірності зміни фазового складу та структури ливарних сплавів системи Al-Mg-Zn з добавками міді та лігатури AlC0,8Ti0,7 після різних режимів штучного старіння. Рекомендовано наступний режим штучного старіння: 80 °С, 8 г. + 170 °С, 2 г. При даному режимі термічної обробки механічні властивості сплавів підвищуються на 25-30%.

6. За допомогою імітаційної моделі кристалізації змодельовано структуру ливарних сплавів системи Al-Mg-Zn, спостережено розвиток фронту кристалізації на різних етапах кристалізації. Проведено кількісну оцінку параметрів структури в залежності від швидкості охолодження:

- при збільшенні швидкості охолодження з 0,5 до 4,5 °С/с розмір зерна алюмінієвого твердого розчину сплаву ВАЛ11зменшується в три рази;

- при збільшенні швидкості охолодження з 1,5 до 4,5 °С/с об'ємна доля нерівноважної евтектики зменшується в два рази.

7. Встановлено вплив параметрів кристалізації на розмір зерна алюмінієвого розчину сплаву ВАЛ11 та на рівень його механічних властивостей. Зменшення інтервалу метастабільності для швидкості утворення зародків T з 4 до 2 С, . швидкості росту твердої фази V/ з 2,8 до 1,7 відн. од. чи збільшенні величини швидкості утворення центрів кристалізації n0,001 з 0,4 до 16 відн. од. призводе до зменшення розміру зерна D приблизно в 2 рази. При зменшенні T з 5 до 2 С, V/ з 2,8 до 1,7 відн. од. чи збільшенні величини n0,001 з 0,5 до 15 відн. од. рівень механічних властивостей сплаву ВАЛ11 збільшується на 20-30%.

8. Промислове випробування розробленої автором технології обробки ливарних сплавів системи Al-Mg-Zn, що поєднує оптимізацію хімічного складу і технологічних параметрів обробки сплавів в рідкому та твердому стані, показало, що дана технологія дозволяє на 20-25% підвищити рівень механічних властивостей сплаву ВАЛ11, в порівнянні зі стандартною технологією, що використовується на підприємстві.



Список опублікованих праць

1. Бялик О.М., Доній О.М., Кулініч А.А., Гзовський К.Ю. Вплив міді на механічні властивості сплаву ВАЛ11 - “Вестник НТУУ “КПИ” Машиностроение”.- Выпуск 39.- 2000.- С. 18-21.

Встановлення механізму впливу міді на формування фазового складу, структури та рівень механічних властивостей сплаву ВАЛ11.

2. Бялик О.М., Доній О.М., Кулініч А.А., Гзовський К.Ю. Механічні властивості ливарних сплавів системи Al-Mg-Zn - “Металознавство та обробка металів”.- 2000.- №4.- С. 70-73.

Встановлення кількісних закономірностей зміни рівня механічних властивостей ливарних сплавів системи Al-Mg-Zn в залежності від сумарного вмісту в них головних легуючих елементів.

3. Бялик О.М., Доній О.М., Кулініч А.А., Гзовський К.Ю. Оптимізація режимів термічнної обробки сплаву Al-5,5%Mg-2,5%Zn легованого міддю - “Фізика і хімія твердого тіла”.- 2001.- том 2. - №2 - С. 273-276.

Пошук взаємозв'язку між технологічними параметрами термічної обробки сплаву Al-5,5%Mg-2,5%Zn та формуванням його фазового складу та структури.

4. Бялик О.М., Доний А.Н., Шаповал А.И., Кулинич А.А., Янов А.Н. Система компьютерного термоанализа силуминов - “Литейное производство”.- 1998.- №7.- С. 41-42.

Встановлення взаємозв'язку між природою домішок та параметрами процесів кристалізації та плавлення і структурою силумінів.

5. Бялик О.М., Голуб Л.В., Гзовський К.Ю., Кулініч А.А. Модифікування сплаву АК4,5Кд лігатурою AlTi0,6C0,1 - “Металознавство та обробка металів”.- 1999 .- №4.- С. 58-63.

Встановлення закономірностей впливу комплексу мікродомішок вуглецю та титану на процес кристалізації структуру та властивості сплаву АМ4,5Кд в залежності від вмісту домішок та технологічних факторів. Аналіз механізму впливу комплексу мікродомішок вуглецю та титану на процес кристалізації, структуру та властивості сплаву АМ4,5Кд.

6. Гзовский К.Ю., Бялик О.М., Голуб Л.В., Кулинич А.А. Микролегирование алюминиевых сплавов Al-Ti-C-лигатурой - “Литейное производство”.- 2001.- №4- С. 15-17.

Встановлення взаємозв'язку між вмістом домішок вуглецю та титану і параметрами процесів кристалізації і плавлення, структурою та властивостями ливарних алюмінієвих сплавів.

7. Бялік О.М., Доній О.М., Кулініч А.А. Оптимізація хімічного складу ливарних сплавів системи Al-Mg-Zn. - Тезис докладу міжнародної науково-технічної конференції “ Производство стали в ХХI веке. Прогноз, процессы, технологии, экология”. НТУУ “КПИ- 2000 - С. 405-409.

Оптимізовано хімічний склад ливарних сплавів системи Al-Mg-Zn по сумарному вмісту магнію та цинку, що дозволило рекомендувати сплави з підвищенним комплексом механічних властивостей.



Анотація

Кулініч А.А. Керування структуроутворенням та рівнем механічних властивостей ливарних сплавів системи Al-Mg-Zn. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.16.01 - металознавство та термічна обробка - Національний технічний університет України, “КПІ”, Київ, 2002.

Дисертацію присвячено встановленню закономірностей впливу хімічного складу, параметрів кристалізації, умов охолодження, технологічних параметрів обробки сплавів в рідкому та твердому стані на формування фазового складу, структури та рівень механічних властивостей ливарних сплавів системи Al-Mg-Zn.

Встановлено хімічний склад сплавів з підвищеним рівнем механічних властивостей та одночасно з пониженим вмістом головних легуючих елементів. Науково обгрунтовано вибір мікролегуючих та модифікуючих добавок та їх вміст в ливарних сплавах системи Al-Mg-Zn для цілеспрямованого керування їх фазовим складом, структурою та механічними властивостями.

На основі імітаційної моделі кристалізації алюмінію та сплавів на його основі розроблено засіб технологічного прогнозування структури та механічних властивостей сплавів системи Al-Mg-Zn.

Ключові слова: алюмінієві ливарні сплави, мікролегування, фазовий склад, структура, кристалізація, механічні властивості, термічна обробка.



Аннотация

Кулинич А.А. Управление формированием структуры и уровнем механических свойств литейных сплавов системы Al-Mg-Zn. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.16.01 - металловедение и термическая обработка. - Национальный технический университет Украины, “КПИ”, Киев, 2002.

Дисертация посвящена установлению закономерностей влияния химического состава, параметров кристаллизации, условий охлождения, технологических параметров обработки сплавов в жидком и твердом состоянии на формирование фазового склада, структуры и уровень механических свойств литейных сплавов системы Al-Mg-Zn.

Оптимизировано содержажие основных легирующих элементов в исследуемых сплавах в области с сумарным содержанием магния и цинка до 8%. Это позволило установить химический состав сплавов с высоким уровнем механических свойств и пониженным содержанием главных легирующих элементов. Научно обоснован выбор микролегирующих и модифицирующих добавок и их содержание в литейных сплавах системы Al-Mg-Zn для целенаправленного управления их фазовым составом, структурой и механическими свойствами. Оптимизированы технологические параметры обработки литейных сплавов системы Al-Mg-Zn в жидком и твердом состоянии, что позволило получить сплавы с повыщенным уровнем механических свойств. На основе имитационной модели кристаллизации алюминия и сплавов на его основе розработан способ технологического прогнозирования структуры и механических свойств сплавов системы Al-Mg-Zn.

Ключевые слова: алюминиевые литейные сплавы, микролегирование, фазовый состав, структура, кристаллизация, механические свойства, термическая обработка.



Annotation

Kulinich A.A. Running of properties of foundry alloys of system Al-Mg-Zn. - The manuscript.

The dissertation of a scientific degree of Cand. Tech. Sci. On a speciality 05.16.01 - metallurgical science and heat treatment. - National Technical University of Ukraine, “KPI”, Kiev, 2002.

The dissertation is devoted to an establishment of regularities of influence of chemical makeup, conditions of cooling, technological parameters of treatment of alloys in fluid and rigid condition on formation of a phase constitution, structures and level of mechanical properties of foundry alloys of system Al-Mg-Zn.

The select of microalloying and modifying additives and their contents in foundry alloys of system Al-Mg-Zn for purposeful running of their phase makeup, structure and mechanical properties is scientifically justified. On the basis of imitating model of aluminiums crystallyzation and alloy on its basis the way of technological prediction of structure of foundry alloys of system Al-Mg-Zn is elaborated.

Key words: aluminium foundry alloys, microalloying, phase composition, structure, crystallization, mechanical propertys, heat treatment.

Размещено на Allbest.ru