Введение к работе
АктУальнооть проблеми. В *ОоНовных направлениях экономического и социального развития ССОР на 1986-1990 годы и на период да 2000 года" предусмотрено "поднять аффекіивгіоста использования реоуроов и снизить-энерго- и материалоемкость производства..., снизить в двенадцатой пятилетке удельную металлоемкость машин и оборудования на 12-18..., улучшить качество конструкционных материалов...".
Выполнение -этих важнейших народнохозяйственных задач неразрывно связано.с улучшением свойотв сплавов* так как именно*от них зависят качество отливок и технико-экономические показатели литейного производства.
Известно, что свойства сплавов определяются' в первую очередь характером rf степенью их микронеоднородноояи. В зависимости от этих показателей характеристики сплавов устойчиво сохраняются на воем пути их производства* обработки и использования. С химической микронеоднородн'остью связаны и такие отрицательные характеристики отливок, как склонность к хрупкому разрушению, горяче-ломкость, пористость и др. Устранение указанных явлений и улучшение качества отливок немыслима без познания- природы и разработки эффективных путей управлений химической мякронеоднород-ноотью.
Анализ современного состояния проблемы показывает, что, несмотря па большое количество исследований в этом направлении, имеются еще- оерьезные трудности на пути понимания причин, обус-' ловливаювдх химическую микронеоднородность .в литейных оплавах. В частности, практически нет работ, посвященных анализу общих закономерностей" процессов формирования химической -микронеоднород-нострг в сплавах о.различным типом диаграмм состояния, т.е. с различным типом взаимодействия компонентов.
Свойотва' литейных сплавов определяются, главным образом .комбинацией' основных легирующих элементов и примесей,- Повышение уровня требований й свойствам' сплавов приводит к усложнению составов, а' это-,в свою очередь,усиливает химическую микрокеоднород-ность и отрицательные явления, связанные с ней. В условиях постоянно возрастающих требований к качеству отливок и снижению их
металлоемкости, решение поставленной проблемы приобретает практическую значимость и представляет дальнейшее научное развитее теории формирования отливки.
Теоретическому обобщению и решению крупной научной проблеми - химической микронеоднородности литейных сплавов, - имеющей важное народнохозяйственное значение, посвящена настоящая работа.
Основные разделы работы выполнены ооглаоно тематике важнейших работ Совета Министров и Академии наук БССР, выполняемых по программе "Пятилетнего плана важнейших НИР в области естественных, технических и общественных наук'по'Белорусской ССР на 1981-1985 гг. (программа "Сплав 2.36" - п.127, № Гос.регистрации 81028460) и 1986-1990 гг. (программа "Материал 28" - п.178, й Гоо.регистрации 01860053050). . ."
Цель и задачи исследования. Цель работы - создание теоретических основ.управленій процессом формирования химической микронеоднородности литейных сплавов и разработка на втой основа путей улучшения их свойств.
Для реализации данной цели необходимо решить следующие задачи:
экспериментально и теоретически установить основные закономерности распределения элементов в структуре сплава и-сформулировать механизм процесса формирования химической микронеоднород-ности в сплавах с различным типом межатомного взаимодействия;
разработать на базе учета межатомного взаимодействия'теоретические основы математического моделирования химической микронеоднородности, механичеоких, литейных свойств сплавов, построить математические модели перечисленных свойств и экспериментально их проверить;
разработать на основе полученных закономерностей пути улучшения свойств литс(:ных сплавов,
Научная новизна. Проведено теоретическое обобщение экспериментальных и аналитических данных по распределению.элементов в структуре литейных сплавов, позволившее выявить ряд новых аспектов в формировании химической микронеоднородности и сформулировать пути управления ею.
Впервые для исследования процесса формирования химической
микронеодкородности литейных сготвов в дополнение к традиционному подходу, основанному на использования параметров диаграмм состояния, предложен Подход, основанный па,использовании физико-химических характеристик и параметров электронного строєній компонентов сплава. Экспериментально (микрорентгеноспектральный анализ) и теоретически (статистическое моделирование) получен ряд результатов, свидетельствующий о взаимосвязи межатомного взаимодействия компонентов сплава и характера химической микронеоднородности.
Показано, что для оценки степени межатомного взаимодействия компонентов сплава можно использовать их физйко-химйчеокпе характеристики, зависящие от энергии связи, и параметры их электронного строения. Предложена новая концепция образования химической микронеоднородности в литейных сплавах с различным типом диаграмм состояния, основанная на сравнительном анализе параметров электронного строения компонентов и их межатомном взаимодействии.
Установлены общие причины образования химической микронеод-нородности в равновесных и реальных условиях кристаллизации.
На основе сравнительного анализа Параметров электронного строения компонентов алюминиевых сплавов (АКШ2) й литых быстрорежущих сталей (Р6М5, P6M5KS) сформулирогана новая концепция выбора модификаторов первого рода и эвтектики для литейных сплавов.
В результате анализа электронного строения компонентов в алюминиевых и железоуглеродистых сплавах дано объяснение модифицирующему влиянию Зс , CY , Сь , М' , Мп на строение /3 -фазы в алюминиевых сплавах и СУ, fl/ на эвтектику литой. быотрпрежу-щей стали.
Разработаны теоретические основы математического моделирования химической млкронеоднороднооти и свойств литейных сплавов. Впервые на основе статистического моделирования показана взаимосвязь ряда литейных свойств (жидкотекучесть, усадка, пористость) сплавов и физико-химических характеристик их компонентов (температура плавления и кипения, энергия связи). С помощью метода математического моделирования показана взаимосвязь жидкого и твердого состояний сплавов, что лодтйервдает известное явление наследственности в'литейных сплавах.
Практическая ценность работы состоит в том, что применение полученных теоретических разработок позволило установить пути управления свойствами сплавов, осуществляя 'выбор модификаторов и 'легирующих элементов на основе учета их межатомного взаимодействия с компонентами сплава, а также оптимизируя' оо'став сплава с учетом технологии изготовления отливки,
Предложена схема для системного анализа химической микроне-однороднооти компонентов, которая может быть использована для развития идей отруктурообраз.овапия в литейных сплавах.
Выделены оиатемы физцко-хишческих характеристик элементов для литейных.(жидкотекуч^сть, усадка, пористооть) и механических свойств сплавов, которые позволяют отроить адекватные математические модели для оценки овойртв литейных сплавов и оптимизации их оостава.
Полученные модели механических и литейных свойств алюминиевых, железоуглеродистых сплавов, могут быть использованы для оценки влияния различных элементов на их овойства при разработке новых литейных оплавов.
На основании полученных результатов разработаны практичео- , кие рекомендации по улучшению литейных (кидкотекучесть) и меха- нических (предел прочности) промышленных сплавов типа АК5М2 и эксплуатационных (ударная вязкость, твердооть, теплоотайкость) свойств литых быстрорежущих сталей типа РШ5, P6JJ5K5'. Новизна технических разработок подтверждена 17 авторскими свидетельствами и 3 положительными решениями. За разработку-литых.быстрорежущих сталей автор награжден Дипломом первой отепени ВДНХ БССР, Ряд выполненных разработок прошел широкую опытно-промышленную проверку и внедрен на Mhhqkom станкостроительном заводе им.С.М.Кирова, Чаренцаванском заводе '"Центродйт", Оршаноком инструментальном завода,' АлтаЙаком тракторном заводе и ряде других заводов страны о годовым экономическим эффектом овыше 300 тыо.руб. Ряд результатов работы использован, автором в лекциях для студентов специальности 1203 "Теория формирования отливки", "Специальные методы литья", а также' "САПР" и "ЭВМ з литейном производстве'.'
Апробация работы. Материалы диссертационной работы доложены и обсуждались на всесоюзных, зональных и республиканских научно-технических конференциях, семинарах и совещаниях: на "Четвертой
Всесоюзной научной конференции по ХТО металлов .и оплавов'ЧНинок,
1981); "Втором Всесоюзном научно-техническом съезде литейщиков"
(Ленинград, І983);. "Шестом Всесоюзном совещании по взаимодейст
вию между дислокациями и атомами примесей и свойствами сплавов"
(Тула, 1984); на конференциях'"Наследственность ь литих сплавах"
(Куйбышев,- 1987), "Повышение эффективности литейного производст
ва" (Ленинград, 1988), "Прогрессивные технологические процессы
литейного производства, термической, химико-термической обработ
ки, кузнечно-ійтамііового производства. Повышение надежности инст
румента и Технологической оснастки" (Владимир, 1983),. "Совершен
ствование технологических'процессов и повышения качества отливок
из чугуна и цветных сплавов" (Андропов, 1984), "Повышение произ
водительности труда, экономия материальных и энергетических ре
сурсов в литейном производстве" (Барнаул, 1986), "Применение ЭМ
для разработки технологических процессов литья, проектирования
оснастки и анализа качества отливок" (Андропов, 1987), "Пути со
вершенствования литейных процессов и повышения качества литья в
республике" (Каунао, 1978), "Прогрессивные методы изготовления
Технологической оснастки" (Pitta, І979), "Применение электронной
микроскопии в науки и технике" (Минск, 1980), "Повышение стойко
сти инструментальной и'технологической оснастки" (-Минск,- I960),
"Прогрессивная технология и современное оборудование литейного
пройз'водотва" (Могилев, І98І), "Пути повышения эффективности ис
пользования инструментальных материалов" (Минск, Ґ983), "Приме
нение Малоотходной технологий изготовления отливок из черных й
цветных металлов-для энергонасыщенных тракторов" (Чебоксары, 1981),
"Пути интенсификации технического перевооружения литейного произ
водства и задачи повышения качества и снижения.металлоемкости"
(Ташкент, 1984), "Механизация и повышение эффективности .техноло
гических процессов производства отливок металлургического обору
дования" (Днепропетровск, 1986), "Повышение эффективности литей
ного производства в ІЗ-ft Гштилеїке'1 (Ленинград, 1989), а Т&ето
на ежегодных- научных конференциях профессорско-преподавательско
го состава белорусского политехнического института (Минск, 1978-
1989 гг.), :
Научные результаты апробировались при опытно-промишленннх : испытаниях провоженных научно-технических решении и выполнении хоздоговоров. .
а
Публикации. По материалам выполненных исследований опубликовано 53 работы, получено 17 авторских свидетельств и три положительных решения на изобретения, во ВІГГИЦ зарегистрировано' 6 отчетов по хоздоговорным ПИР, выполненным под научным руководством и при непосредственном участии автора.
Структура и объем работы. Диссертация аостоит из.введения, семи глав, общих выводов, списка литературы из 224 наименований и приложения. Работа изложена на 26? страницах машинописного текста и содержит 150 рисунков, 65 таблиц.