Наукові та технологічні засади модифікування ливарних алюмінієвих сплавів азотом

Фрактографія поверхні зламів показала, що руйнування вихідних зразків відбувається як сколом (з-за присутності в сплавах кисню та заліза), так і шляхом утво-рення та росту мікропор. Обробка нітридами приводить до перерозподілу домішок і зв'язуванню їх у дрібні компактні включення при оптимальній кількості нітридів чи до утворення лапатих частинок при більшій кількості. Міжзеренного розшарування матеріалу при оптимальних умовах обробки розплаву нітридами не відбувається.

При введенні в розплав сплаву АК7 (Fе<0,5 %) нітридів титану тимчасовий опір розриву в литому стані зростає на 17-18 %, в термічно обробленому за режимом Т4 - на 12,5 %, за режимом Т5 - на 28 % та за режимом Т6 - на 19-20 %. Відносне подовження сплаву збільшується в литому стані в 2,4, після гартування - в 2,3, після Т5 і Т6 - в 1,3 - 1,5 раза. Твердість змінюється по кривій з максимумом, що припадає на оптимальний вміст нітридів в сплаві (0,01 - 0,02 %).

Фрактографічне вивчення поверхні руйнування цього сплаву показало, що зародження тріщини відбувається в евтектиці, а її поширення утруднюється завдяки зростанню міцності ?-фази. Дрібна ямкова будова ?-фази і розтріскування стінок ямок вказують на значні напруження та деформацію матриці. У зразках із нітридами евтектика подрібнюється і кремнієва її складова стає більш чистою за домішками. Встановлено, що збільшується вміст заліза на поверхні сколу; кисень, азот, вуглець і залізо зв'язуються в дрібні частинки, що знаходяться в ямках областей в'язкого руйнування.

Підвищення механічних властивостей сплаву АК7 (Fe<0,5 %) при литті в піщано-глиністі форми за рахунок обробки розплаву дисперсними частинками карбіду титану пов'язане з подрібненням структурних і фазових складових та зниженням вмісту газів у виливках. При оптимальній кількості дисперсних частинок поруватість знижується і в залежності від їх концентрації вміст газів у зразках носить екстремальний характер. Досліджено вплив дисперсних частинок на параметри переносу водню в сплаві і визначені воднепроникність, дифузія та розчинність водню.

На тимчасовий опір розриву й твердість сплаву АК7 впливають всі фактори технологічного процесу гартування та старіння і для одержання високого значення ?в їх потрібно додержувати на нижньому рівні. Для відносного подовження в умовах експерименту час старіння не є значимим фактором. Найбільше на ? впливають час витримки під гартування, температура старіння та взаємодія факторів температури гартування з температурою старіння. Ця взаємодія має більшу долю участі в рівнянні регресії. Температуру гартування слід тримати на нижньому рівні і тоді негативний вплив температури перекривається взаємодією факторів.

Тимчасовий опір розриву сплаву АК9 після введення нітридів титану збільшується від 171 до 213 МПа, відносне подовження - від 2,9 до 6,1 %, твердість зростає лінійно і при оптимальному вмісті нітридів дорівнює 720 МПа. Завдяки тому, що нітриди стають підкладинками для центрів кристалізації залізовмісних евтектик, відбувається перерозподіл заліза між фазовими складовими сплаву і зростання вмісту заліза у фазі, що має вигляд ієрогліфів в середньому від 16,28 % до 22,27 %. Дослідження розподілу елементів показало, що частинки TiN розміщені досить рівномірно в матриці і мають можливість впливати на всі структурні складові, що веде до підвищення механічних властивостей АК9 до рівня деяких сплавів з низьким вмістом заліза.

Залежність тимчасового опору розриву від вмісту TiN при стандартному режимі термічної обробки Т5 сплаву АК5М2 має явно виражений максимум. При обробці розплаву нітридами титану ?в сплаву зростає з 290 до 320 МПа, відносне подовження має максимум (1,8 %) при 0,016 % TiN, твердість зростає у всьому інтервалі дослідженого вмісту нітридів, границя пропорційності досягає 300 МПа. При використанні частинок Si3N4 зміна механічних властивостей сплаву має подібний характер.

Порівняння даних мікроструктурних досліджень сплавів AК9 і АК5М2 вказує на подібність механізмів впливу дисперсних частинок на їх структуру. Максимальній ефект проявляється при литті через 15-20 хвилин після закінчення обробки розплаву та зберігається протягом 1-1,5 годин при витримці метала в рідкому стані.

Аналіз результатів оптимізації термообробки зміцненого за допомогою TiN і Si3N4 сплаву АК5М2 показує, що найкращими є умови із зниженою по відношенню до стандартного режиму температурою нагріву під гартування, збільшеними термінами нагріву під гартування та старіння. Максимальне значення тимчасового опору розриву (344 МПа) можливе при вводі в сплав 0,014 % TiN і термообробці за стандартним режимом Т5. При цьому відносне подовження підвищується до 1,5-1,8 %, що в 3 рази вище за вихідній сплав. Найкращий же показник ? (4,22 %) досягнуто при вводі в сплав 0,014 % Si3N4 і термообробці за режимом: гартування від 738 К при гомогенізації 6 годин та штучне старіння при 439 К протягом 5 годин.

Для підвищення відносного подовження виливків із високоміцного мідястого силуміну АК8М (АЛ32) застосували введення в його розплав дисперсних карбідів титану. Вивчали кінетику зміни тимчасового опору розриву і відносного подовження гартованих сплавів. Після старіння за стандартним режимом відносне подовження сплавів знаходилось нижче дозволеного рівня (менше за 2 %), як і у випадку виплавки й термообробки за технологічною інструкцією підприємства. Застосували пом'якшення режиму старіння виливків. Після природного старіння впродовж 10 діб ? сплаву стабілізується на рівні 2,4 %, а ?в досягає 250 МПа. Вказані величини є мінімальними і в 50-60 % випадків відносне подовження дорівнювало від 3 до 5 % при задовільному тимчасовому опорі. З використанням методики планування експерименту відпрацьовані режими термічної обробки сплаву АК8М при литті в піщано-глиністі форми.

Встановлено, що при литті під тиском зразків для механічних випробувань сплаву АК8М з карбідами титану достатньо проводити природне старіння виливків впродовж 10 діб. Залучення методик планування експерименту дозволило добрати режим штучного старіння, при якому ? сплаву, що отриманий литтям під тиском, знаходиться на рівні більш за 2 % при тимчасовому опорі більше 260 МПа. Фрактографічне вивчення поверхні зламу литого під тиском сплаву АК8М (АЛ32) показує, що руйнування зразків відбувається по евтектичній складовій. Більш в'язкий злам має литий сплав із нітридами титану. Області в'язкого руйнування представлені великими ямками, що створилися в результаті зародження, росту і злиття мікропор, твердий розчин на основі алюмінію значно зміцнений.

Дисперсні нітриди титану в сплаві КС740 дають можливість одержання ?в на рівні 280 МПа при твердості 1420 МПа і першому балі пористості. У сплаві зменшуються розміри первинних кристалів кремнію та інтерметалідів. Визначена оптимальна кількість нітриду та склад флюсової композиції.

Необхідно підкреслити однаковий характер змін механічних властивостей різних сплавів від кількості введеного азоту чи тугоплавких частинок. Існує максимум механічних властивостей (іноді твердість зростає лінійно) приблизно при одній і тій же кількості нітридів (азоту), тобто існує область оптимуму. При кількості нітридів, що перевищує оптимальну, механічні характеристики знижуються у зв'язку з конгломерацією частинок у розплаві.

Процеси, що проходять при термічній обробці сплавів, залежать від швидкості дифузії при відповідних температурах. Встановлено, що присутність нітридів титану сприяє зміні рухомості атомів Si, Fe, Cu, Mg у силумінах. Це вказує на необхідність оптимізації режимів термообробки сплавів, що містять тугоплавкі частинки. Наприклад, для сплаву Al-Si-Mg-Cu-Mn-Fe-Zn визначено, що інтервал температур старіння зразків у вихідному стані складає 390-475 К і інтервал температур гомогенізації перед гартуванням - 573-625 К. У сплаві з нітридами старіння інтенсивно проходить вже при кімнатній температурі. Гартування його може проводитися в аналогічних умовах, але з коротшим часом гомогенізації без суттєвого впливу на насиченість твердого розчину. При витримці загартованого сплаву при температурі 475 К процес розпаду твердого розчину завершується вдвічі швидше.

Таким чином, присутність в сплаві нерозчинних частинок дозволяє контролювати зростання зерна при нагріві під гартування, приводить до перерозподілу домішок між фазами сплавів, до зміни механізмів деформації і руйнування матеріалів, змінює кінетику процесів, що проходять при термічній обробці.

Дослідно-промисловими випробуваннями, результати яких наведено в шостому розділі, підтверджена можливість використання алюмінієвих сплавів з вмістом домішок заліза на верхньому рівні.

Проведена заміна сплавів АК12 (АЛ2) на більш дешевий сплав АК7 з підвищеним вмістом заліза в чушках (до 1,5 %) в умовах ливарного цеха Орджонікідзевського заводу автотракторного електрообладнаня. Запропоноване модифікування сплаву АК7 у роздавальній печі нітридами кремнію при температурі розплаву 1003-1043 К дозволило підвищити тимчасовий опір розриву зі 164...177 МПа до 220 МПа, відносне подовження - з близько 1% до 4,8% , твердість - з 600 МПа до 750 МПа в литому стані.

Проведені дослідно-промислові випробування технології обробки нітридами сплаву АК12М2МгН (АЛ25) при литті кріпильних плит в умовах АО "Київтрактородеталь" показали зниження браку литва по пористості на 4 %. Відбувається підвищення міцності виливків на 12...16% і їх твердості на 5...7%.

Введення частинок TiN в сплав АМ4,5Кд окрім більш високого рівня механічних характеристик (410-420 МПа і 11 %) дозволяє запобігти браку виробів за перепалом за рахунок контролювання росту зерна та додаткового зміцнення зростаючих зерен. Обробка нітридами дозволяє використовувати для термообробки печі ОКБ-3018 замість печей аеродинамічного нагріву.

Обробка високоміцного сплаву АМ4,5Кд нітридовмісним флюсом і корекція режиму термічної обробки виливків дозволили в умовах ливарного цеху Київського механічного заводу підвищити їх тимчасовий опір розриву на 15 % і відносне подовження - на 25 %. На основі дослідно-промислових іспитів складене доповнення до технологічної інструкції ОПІ 237-78 на одержання виливків із сплаву АМ4,5Кд.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

В результаті проведених досліджень з теоретичних і практичних аспектів взаємодії азоту і дисперсних тугоплавких азотовмісних частинок з ливарними алюмінієвими сплавами на стадіях рідкого металу, при формуванні структури сплавів під час кристалізації та в литому і термообробленому стані виявлені закономірності формування структури та механічних властивостей цих сплавів, а саме:

1. Встановлено, що при при взаємодії рідкого алюмінію з азото-водневою атмосферою при низьких значеннях парціального тиску водню у газовій суміші і при контактному куті змочування нітриду алюмінію розплавом більше 90о, процес абсорбції азоту рідким алюмінієм є оборотний, а нітриди алюмінію утворюються при кристалізації та охолодженні металу. Розроблена методика дослідження взаємодії рідких сплавів на основі алюмінію з азотом азото-водневої суміші.

2. Вперше капілярним методом в інтервалі температур 1023...1223 К вивчена дифузія азоту в рідкому алюмінії та його сплавах з кремнієм, міддю, титаном і марганцем. Встановлено, що поверхневі процеси взаємодії азоту з алюмінієм не лімітують проникнення азоту скрізь розплав, а сам атом дифундує по розпорядкованій зоні розплаву. Температурні зміни коефіцієнта дифузії азоту носять експоненційний характер, що вказує на перевагу активаційного механізму дифузії азоту. Отримано аналітичні температурні залежності коефіцієнта дифузії азоту в рідких сплавах систем Al-Sі, Al-Cu, Al - Mn і Al - Tі.

3. Встановлено як умови виходу твердих частинок на поверхню поділу фаз, так і їх стабілізації в потоці рідкого металу, в залежності від фізичних, геометричних і фізико-хімічних властивостей частинки та розплаву, що дозволяє визначати технологічні параметри одержання будь-яких сплавів, зміцнених дисперсними частинками, що не змочуються розплавом.

4. Встановлено, що нітриди в рідкому алюмінії прискорюють гетерогенне зародкоутворення при кристалізації, а обробка нітридами за- і доевтектичних силумінів приводить до збільшення об'ємної частки евтектик і зменшення кількості первинних виділень ?-фази чи кремнію при модифікуванні. Термін і температурні інтервали виділення фазових і структурних складових сплаву змінюються.

5. Встановлено універсальний характер впливу тугоплавких частинок на формування структури алюмінієвих сплавів, який полягає в зміні розмірів продуктів первинної кристалізації, евтектик і внутрішньої будови зерен. Подрібнення фазових і структурних складових силумінів дисперсними частинками нітридів пов'язане з обмеженням росту первинних фаз і евтектичного кремнію, виключенням можливості двійникування кремнію та прискоренням гетерогенного зародкоутворення при кристалізації складних залізовмісних евтектик. Введення нітридів приводить до перерозподілу домішок між фазовими складовими металу і збільшення дефектів структури.

6. Встановлено ектремальне зростання механічних властивостей сплавів в залежності від кількості азоту або нітридів у розплаві, що пов'язано з подрібненням ?-фази і кремнію, евтектик і залізовмісних фаз, зв'язуванням домішки заліза в дрібні рівновісьні частинки і очищенням кремнієвої фази від домішок заліза, кисню, вуглецю та азоту.

7. Встановлено, що при вводі азоту чи синтетичних тугоплавких частинок суттєво підвищується тимчасовий опір розриву, відносне подовження і твердість сплавів в литому та термообробленому стані, знижується вміст водню в силумінах. В залежності від типу частинок, способу їх вводу в розплав, термообробки і способу лиття ?в зростає на 10-45 %, ? - в 1,3-2,5 рази і твердість - на 3-30%.

8. Вперше за рахунок відсутності коагуляції кремнію при нагріві до евтектичної температури обгрунтовано застосоватно гартування та старіння сплаву АЛ2 для одержання підвищених механічних властивостей (відносне подовження - 19-21,5 %, що відповідає збільшенню в 2,1-2,4 раза по відношенню до вихідного матеріалу, при підвищенні тимчасового опору на 70-75 % і незмінній твердості на рівні литого матеріалу).

9. Розроблено способи введення тугоплавких частинок у рідкі розплави з високим ступенем їх засвоєння та склади нітридовміщуючих модифікаторів, а також визначені особливості їх застосування в залежності від переважного впливу розміру зерна або розміру і форми евтектичних фаз на механічні властивості литва.

10. Проведено дослідно-промислові випробування технології модифікування нітридами сплавів АК12, АК7, АК12М2МгН (АЛ25) та АМ4,5Кд з метою підвищення їх службових характеристик.

11. Результати проведеної роботи впроваджені в навчальний процес і використовуються при читанні курсу "Фізичні властивості металевих і шлакових розплавів" і "Литі композиційні матеріали".

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНО В НАСТУПНИХ РОБОТАХ

Новые технологии упрочнения алюминиевых сплавов / Чернега Д.Ф., Могилатенко В.Г., Дятлов А.П., Коробко Б.П. // Киев. -УкрНИИНТИ. - 1989. - 40 с.

Диффузия и растворимость азота в жидком алюминии / Чернега Д.Ф., Дятлов А.П., Могилатенко В.Г.// Изв. вузов. Цветная металлургия. -1985. -№ 6.-С. 31-34.

Диффузия азота в жидких силуминах / Чернега Д.Ф., Дятлов А.П., Могилатенко В.Г. // Изв. вузов. Цветная металлургия. - 1986. - № 6. - С. 114-116.

Влияние ультрадисперсных частиц нитридов на механические свойства сплава АЛ9 / Чернега Д.Ф., Дятлов А.П., Качуро М.Ю., Малышенко А.А., Могилатенко В.Г., Смолянюк В.В.//Изв. вузов. Цветная металлургия. -1989. -№ 6. -С. 95 -99.

Модифицирование вторичных литейных алюминиевых сплавов частицами нитрида титана / Михаленков К.В., Могилатенко В.Г. // Прогрессивные литейные технологии и материалы: Сб. научн. трудов. Ред. Ю.З. Бабаскина. ИПЛ АН УССР. - Киев. - 1990. - С. 69-73.

Перераспределение елементов при термической обработке сплава АК7, содержащего ультрадисперсные нитриды / Чернега Д.Ф., Могилатенко В.Г., Шепелева Л.В. // МиТОМ. - 1991. - С. 37-38.

Свойства вторичных алюминиевых сплавов, модифицированных нитридом титана / Чернега Д.Ф., Бондарек З., Михаленков К.В., Могилатенко В.Г. // Литейное производство. - 1991. - № 3. - С. 6-7.

Взаимодействие тугоплавких включений с макротоками жидкого металла при выплавке алюминиевых сплавов / Могилатенко В.Г. // Процессы литья. - 1993. - № 2. - С. 53-63.

Модифицирование первичных выделений кремния в заэвтектическом силумине ультрадисперсными нитридами / Могилатенко В.Г. // Процессы литья. - 1993. - №3. - С. 55-61.

Применение новых флюсов для упрочняющей обработки алюминиевых сплавов / Чернега Д.Ф., Михаленков К.В., Могилатенко В.Г., Струина Т.А. // Процессы литья . - 1995. - № 3. - С. 82-88.

К вопросу об усваиваемости тугоплавких соединений жидкими алюминие-выми сплавами / Михаленков К.В., Чернега Д.Ф., Могилатенко В.Г., Моляр А.Г. // Процессы литья. - 1996. - № 1. - С. 3-10.

Получение дисперсноупрочненных и композиционных материалов на основе алюминия / Михаленков К.В., Могилатенко В.Г. // Процессы литья.-1996.- № 2.-С. 49-63.

Механизм модифицирования доэвтектических силуминов дисперсными тугоплавкими частицами нитрида титана / Могилатенко В.Г., Цветкова Л.В., Шепелев Д.В. // Процессы литья. - 1996. - № 3. - С. 25-29.

Новые аспекты в применении нитрида титана для упрочнения алюминиевых сплавов / Михаленков К.В., Могилатенко В.Г., Райф В. // Процессы литья. - 1997. - № 1. - С. 41-49.

Азотопроницаемость, коэффициент диффузии и растворимость азота в жидком алюминии и сплавах Al-Si / Могилатенко В.Г. // Процессы литья. - 1997. - № 3. - С. 24-33.

Плавлення і кристалізація алюмінію, модифікованого тугоплавкими частками / Могилатенко В.Г., Голуб Л.В., Кошелап А.В. // Металознавство та обробка металів. - 1998. - № 1-2. - С. 73-80.

Нитридные частицы как перспективный материал в технологии дис-персного упрочнения алюминиевых сплавов / Чернега Д.Ф., Михаленков К.В., Могилатенко В.Г., Прилуцкий М.И. // Теория и практика металлургии. - 1998. - № 2. - С. 50-54.

Технологія дисперсного зміцнення алюмінієвих сплавів нітридними частками / Чернега Д.Ф., Прилуцький М.І., Михаленков К.В., Могилатенко В.Г. // Наукові вісті. НТУУ “КПІ”. - 1998.- № 3.- С. 85-90.

Обработка низкотемпературной азотной плазмой силуминов АЛ2 и АК7 / Могилатенко В.Г. // Проблемы специальной електрометаллургии. - 1997. - №4. - С.27-31.

Некоторые технологические особенности получения отливок из сплава АМ4,5Кд / Михаленков К.В., Могилатенко В.Г., Чернега Д.Ф., Жаркая А.А. // Процессы литья. - 1999. - № 1. - С. 49-56.

Массоперенос азота в жидких сплавах алюминия с титаном и марганцем / Михаленков К.В., Могилатенко В.Г., Чернега Д.Ф. // Известия вузов. Черная метал- лургия. - 2001. - № 10. - С. 21-23.

Обработка плазмой тлеющего разряда жидкого алюминиевого сплава АК5М2 / Чернега Д.Ф., Могилатенко В.Г. // 5 konferencja naukowo-techniczna odlewnictwa metali niezelaznych “Nauka i technologia”. - Lucien. - 2002. - S. 38-42.

Влияние дисперсных тугоплавких частиц в расплаве на кристаллизацию алюминия и силумина / Чернега Д.Ф., Могилатенко В.Г. // Литейное производство (прилож. к журн.). - 2002. - № 12. - С. 6-8.

24.Термообработанные доэвтектические силумины, содержащие нитрид титана / Козлова З.Л., Могилатенко В.Г., Панкеева Л.А., Шепелева Л.В. // Процессы литья. - 1993. - № 2. - С. 111-116.

Додатково зміст дисертації опубліковано в роботах:

Обработка алюминиево-кремниевых сплавов низкотемпературной азотной плазмой / Чернега Д.Ф., Дятлов А.П., Могилатенко В.Г., Сабуров А.В. // Прогрессивн. технол. процессы в литейном произвве: Сб. научн. трудов. - Омск. - 1989. - С. 63-67.

The Refining of secondary alloy АК7 by ultradispersion nitride powder / Chernega D.F., Diatlov A.P., Mogilatenko V.G. // Problems in design and opera-tion of heavy duty machines and vehicles: Prace Naukowe Instytutu Konstrukcij i Eksploatacyi Masczyn. Seria Wspolpraca. - Wroclaw. - 1991. - № 62. - S. 86-91.

Наследственное влияние УДП при модифицировании алюминиевых сплавов / Чернега Д.Ф., Могилатенко В.Г. // Наследственность в литых сплавах: Материалы V научн.-технич. конфер. - Самара. - 1993. - С. 75-79.

Механизм модифицирования силуминов ультрадисперсными нитридами / Могилатенко В.Г., Шепелева Л.В. // Наследственность в литых сплавах: Материалы V научн.-технич. конфер. с междунар. участием. - Самара. - 1993. - С. 122-124.

Модифицирование алюминиевых сплавов тугоплавкими дисперсными порошками нитридов / Могилатенко В.Г., Чернега Д.Ф., Дятлов А.П., Михаленков К.В., Прилуцкий М.И.//Сб. научн. и методич. трудов КПИ. Часть I.- К.-1994.- С. 129 -131.

Применение флюсов для упрочняющей обработки алюминиевых сплавов / Чернега Д.Ф., Михаленков К.В., Могилатенко В.Г. // Ультрадисперсные порошки, материалы и наноструктуры. Получение, свойства, применение: Материалы межрегиональн. конфер. с междунар. участием. - Красноярск. - 1996. - С. 175 - 178.

New aspects of using titanium nitride for hardening aluminium alloys / Mikhalenkov K.V., Mogilatenko V.G.// Casting processes. - 1997. - Vol. 6. - № 1. - C. 29-34.

Нитридные частицы как перспективный материал в технологии упрочнения алюминиевых сплавов / Чернега Д.Ф., Михаленков К.В., Могилатенко В.Г. // Неметаллические включения и газы в литейных сплавах. Сборник научн. трудов VIII научн.-технич. конфер. - Запорожье: ЗГТУ.- 1997. - С. 179-181.

Азотопроницаемость, коэффициент диффузии и растворимость азота в жидком алюминии и силуминах / Чернега Д.Ф., Михаленков К.В., Могилатенко В.Г. // Неметаллические включения и газы в литейных сплавах. Сборник научн. трудов VIII научн.-технич. конфер. - Запорожье: ЗГТУ. - 1997. - С. 196-198.

Структурообразование в модифицированных нитридами литейных алюминиевых сплавах / Чернега Д.Ф., Михаленков К.В., Могилатенко В.Г. // 5 vedeck konferencia s medzinrodnou cast'ou “COMATTECH '97”. - Trnava: Slovensk technick univerzita v Bratislave. - 1997. - S. 207-214.

Массоперенос азота в жидких сплавах алюминия с титаном и марганцем /Чернега Д.Ф.,Могилатенко В.Г.,Михаленков К.В.//Процессы литья.-1999.-№4.-С. 11-15.

Движение неметаллических включений с потоками жидкого металла / Могилатенко В.Г. // Производство стали в ХХІ веке. Прогноз, процессы, технология, экология. Материалы международн. научн.-техн. конфер.-Киев.- 2000. - С. 219-222.

Обработка плазмой тлеющего разряда жидкого алюминиевого сплава АК5М2 / Могилатенко В.Г. // Специальная металлургия: вчера, сегодня, завтра. Материалы международн. научн.-техн. конфер. 8-9 октабря 2002 г. - Киев. - 2002. - С. 119-122.

Растворимость азота в жидких двойных сплавах алюминия с кремнием и медью / Чернега Д.Ф., Могилатенко В.Г. // Производство стали в ХХІ веке. Прогноз, процессы, технология, экология. Материалы международн. научн.-техн. конфер. - Киев. - 2000. - С. 249-254.

Формирование структуры алюминия, содержащего дисперсные частицы нитрида титана / Михаленков К.В., Могилатенко В.Г., Лысенко С.И. // Процессы литья. - 2001. - № 1. - С. 40-47.

16 -27. Авторські свідоцтва на винахід №№: 1240069, 1255846, 1352964, 1374805, 1383812, 1387482, 1388450, 1415796, 1515744, 1561533, 1614508, 1719452.

АНОТАЦІЯ

Могилатенко В.Г. Наукові та технологічні засади модифікування ливарних алюмінієвих сплавів азотом і азотовмісними дисперсними тугоплавкими частинками. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.16.04 - Ливарне виробництво. - Фізико-технологічний інститут металів і сплавів НАН України, . - Київ, 2004.

Дисертацію присвячено створенню теоретичних та технологічних засад модифікування та зміцнення азотом і дисперсними тугоплавкими азотовмісними сполуками ливарних алюмінієвих сплавів.

Встановлено, що азот здатний дифундувати в алюмінії і його сплавах і вперше одержано температурно-концентраційні залежності коефіцієнту дифузії азоту в алюмінії та його бінарних сплавах з Si, Cu, Mn і Ti в інтервалі температур 1023-1223 К.

Визначено оптимальні межі вмісту азоту в сплавах при введенні його з газової фази та оптимальні кількості синтетичних нітридів у сплавах. Встановлено, що вплив нітридів на кінетику кристалізації алюмінію та його сплавів полягає в зміні розмірів продуктів первинної кристалізації, евтектик і внутрішньої будови зерен. Встановлено механізм подрібнення фазових і структурних складових силумінів дисперсними азотовмісними частинками.

Визначено вплив азоту і дисперсних нітридів на механічні властивості силумінів та взаємоз'язок структурних змін з механічними властивостями сплавів у литому та термообробленому стані. Показано, що дисперсні нітриди в сплавах постають як універсальний модифікатор, дисперсний зміцнювач, антикоагулятор структурних складових сплавів.

Наслідком модифікування стало значне підвищення механічних властивостей литва особливо з алюмінієвих сплавів забруднених залізом.

Ключові слова: модифікування, азот, нітриди, розплав, алюміній, алюмінієві сплави, структура, механічні властивості.

Mogylatenko V.G. Scientific and technological bases of modifying of foundry aluminium alloys by nitrogen and by refractory nitrogen containing particles. - The manuscript.

The dissertation on competition of a scientific degree of the doctor of engineering science on a speciality 05.16.04 -“Foundry”. - Physical and technological institute of metals and alloys of NAS of Ukraine. - Kiev, 2004.

The dissertation is devoted to creation of theoretical and technological bases of modifying and hardening of foundry aluminium alloys by nitrogen and by refractory nitrogen containing particles.

In the dissertation is established, that nitrogen is capable to diffuse in aluminium and its alloys and temperature and concentration dependences of the diffusion of nitrogen in aluminium and its binary alloys with Si, Cu, Mn and Ti in an interval of temperatures 1023-1223 K are received.

The optimum limits of alloying by nitrogen are determined at introduction it from a gas phase and optimum amounts synthetic nitrides in alloys are determined too. Is established, that nitrides influence on the crystallization of aluminum and its alloys. The character of this influence on structure of aluminium alloys - universal and it consists in change of the sizes of products primary crystallization, eutectics and internal structure of grains. The mechanism of crushing of phase and structural components by particles is established.

The influence of nitrogen and dispersed nitrides on mechanical properties Al-Si alloys and interrelation of structural changes with mechanical properties of alloys in cast and heat treatment condition is determined. Is shown, that nitrides in alloys are the modifier, the strengthening of a matrix, anticoagulator and change conditions of the dispersion hardening at heat treatment.

By consequence of the received results was the development of theoretical and technological bases of hardening of foundry aluminium alloys by nitrogen and nitrides. It has enabled considerably to increase mechanical properties of cast products in particular of aluminium alloys polluted by iron.

Key words: modifying, nitrogen, nitrides, melts, aluminum, aluminium alloys, structure, mechanical properties.

Могилатенко В.Г. Научные и технологические основы модифицирования литейных алюминиевых сплавов азотом и азотсодержащими дисперсными тугоплавкими частицами. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.16.04 - Литейное производство. - Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины. - Киев, 2004.

Диссертация посвящена созданию теоретических и технологических основ модифицирования и упрочнения литейных алюминиевых сплавов азотом и дисперсными тугоплавкими азотсодержащими соединениями.

В диссертации установлено, что азот способен диффундировать в жидком алюминии и его сплавах, и впервые получены температурно-концентрационные зависимости коэффициентов диффузии азота в алюминии и его бинарных сплавах с Si, Cu, Mn и Ti в интервале температур 1023-1223 К. Физическими и термодинамическими расчетами показано, что в условиях проточной системы при диффузии азота из азото-водородной атмосферы через жидкий алюминий образование нитридов не происходит.

Определены оптимальные пределы легирования сплавов азотом при введении его из газовой фазы и оптимальные количества синтетических нитридов в сплавах. Установлено влияние нитридов на кинетику кристаллизации алюминия и силуминов. Показано, что возможно стабильное существование на поверхности частиц упорядоченного слоя атомов расплава при температурах несколько выше плавления. Это приводит к раннему зародышеобразованию при кристаллизации.

Установлены как условия выхода частиц из расплава на поверхность раздела фаз, так и условия получения стабильной суспензии, в зависимости от величины конвективных потоков в жидком металле.

Характер влияния тугоплавких частиц на структуру алюминиевых сплавов универсальный и он заключается в изменении размеров продуктов первичной кристаллизации, эвтектик и внутреннего строения зерен. Установлен механизм модифицирования фазовых и структурных составляющих силуминов дисперсными азотсодержащими частицами.

Определено влияние азота и дисперсных нитридов на механические свойства силуминов и взаимосвязь структурных изменений с механическими свойствами сплавов в литом и термообработанном состоянии. Показано, что дисперсные нитриды в сплавах являются модификатором, дисперсным упрочнителем матрицы, антикоагулятором структурных составляющих сплавов.

Для расширения области использования силуминов, в особенности с повышенным содержанием железа, необходимо: вводить тугоплавкие азотсодержащие частицы с помощью метода твердофазной активации или вибрации, а азота - обработкой расплава низкотемпературной плазмой или азот-водородной атмосферой; при обработке экзогенными тугоплавкими частицами их размер не должен превышать 20 мкм; частицы (с характерным размером меньше, чем 0,5 мкм) вводить в количества 0,012-0,015 % независимо от их природы; выбор частиц осуществлять в зависимости от их природы исходя из вспомогательных экспериментов, поскольку только она влияет на степень измельчения фаз и на абсолютные величины механических свойств; проводить коррекцию режима термообработки модифицированных силуминов. Полученные результаты дали возможность значительно повысить качество и механические свойства силуминов, в особенности загрязненных железом.

Ключевые слова: модифицирование, азот, нитриды, расплав, алюминий, алюминиевые сплавы, структура, механические свойства.

Размещено на Allbest.ru