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

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 властивостеій 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 властвостей сплаву ВАЛ11. Результати досліджень представлено в табл. 3. З даних наведених в табл. 3 видно, що впливаючи на параметри кристалізації сплаву ВАЛ11 можно 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 взаємов’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, можно 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 механичні 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

 

 

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