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

*= 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 (*= 20-25%, *b > 300 МПА) : Mg = (4, 5-7) %, Zn = (1- 3) %, Al – основа; б) сплави з підвищеними характеристиками міцності та задовільною пластичністю (*b = 350-400 МПА, *=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 рекомендован 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: *b =346 МПА, * = 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 струкури та механічних властивостей сплавів ВАЛ11 та Al-5, 5% Mg-2, 5% Zn.

Встановлено, що за рахунок оптимізації температурного режиму нагріву під гартування досліджуємих сплавів можно досягти практично повного розчиненнчя 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, Å 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 міцності 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 подрібення 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,  =