Кулініч Андрій Альбертович. Керування структуроутворенням та рівнем механічних властивостей ливарних сплавів системи Al-Mg-Zn

brief description

Кулініч Андрій Альбертович. Керування структуроутворенням та рівнем механічних властивостей ливарних сплавів системи Al-Mg-Zn: Дис. канд... техн. наук: 05.16.01 / Національний технічний ун-т України "Київський політехнічний ін-т". - К., 2002. - 178арк. - Бібліогр.: арк. 153-161

Кулініч А.А. Керування структуроутворенням та рівнем механічних властивостей иварних 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 підвищенним рівнем механічних властивостей та одночасно з пониженним 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.

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 можно досягти повного розчиненнчя 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. Розкрит 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 DT з 4 до 2 С, . швидкості росту твердої фази V/a з 2,8 до 1,7 відн. од. чи збільшенні величини швидкості утворення центрів кристалізації n0,001з 0,4 до 16 відн. од. призводе до зменшення розміру зерна D приблизно в 2 рази. При зменшенні DT з 5 до 2 С, V/a з 2,8 до 1,7 відн. од. чи збільшенні величини n0,001з 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.