Керування структуроутворенням та рівнем механічних властивостей ливарних сплавів системи al-mg-zn

Наукова новизна роботи

1. Впреше 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 (σв, σ0, 2, δ) 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.

 

 

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