Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ Развитие авиационно-космической техники и
других современных отраслей машиностроения требует применения материалов,
обладающих более высоким комплексом физико-механических свойств по сравнению
с существующими. Эффективным способом создания новых алюминиевых сплавов,
отличающихся повышенным уровнем прочности и жаропрочности, высокими
ресурсными характеристиками, специальными физическими свойствами, является
применение порошковой и гранульной технологии. Такими учеными, как
В.ИДобаткин, В.И.Ялагин, И.Н.Фридляндер, В.М.Федоров, К.С.Походаев и рядом
других, разработаны метадловгдч'хкие основы создания
быстрозакристаплизованныл. алюминиевых сплавов с высоким содержанием
переходных металлов, значительно превосходящих по своим характеристикам
сплавы, получаемые но традиционной технологии. Большой научный вклад в
разработку технологии получения быстрозакряеталлизовачных частиц и
полуфабрикатов яз них внесли такие ученые как А.И.Коллашников, Б.И.Бондарев,
й.С.Мктьи и многие другие. Однако внедрение этих сплавов в промышленность в
большой степени зависит от возможности их использования в свараых и паяних
конструкциях. Основной проблемой, препятствующей применению
быстрозгхристаллизовянных спяавос в конструкциях, получаемых с использованием сварки плавлением, является их повышенное газосодержание и связанное с этим интенсивное образование пор при сварке плавлением. Кроме того, сварные соединения не обеспечивали сохранения служебных характеристик, присущих основному металлу, хотя труды Г.Д.Никифорова и ряда других ученых по евгрке материала типа САП показали принципиальную технологическую возможность решения этой проблемы. Создание сварных и паяных узлов из быстрозакристаллизованных сплавов, а также использование эффекта быстрой кристаллизации для получения новых сварочных материалов, позволяет значительно расширить область применения сварных конструкций из алюминиевых сплавов в
машиностроении, улучшить их технические характеристики, снизить массу, что делает эту задачу чрезвычайно важной и актуальной.
ЦЕЛЬЮ РАБОТЫ является создание нового класса материалов для сварки и пайки: свариваемых гранулируемых алюминиевых сплавов, гранулированных сварочных проволок с высоким содержанием переходных металлов, гранулированных припоев для высокотемпературной пайки алюминия, и разработка рекомендаций по технологии получения сварных конструкций с повышенными удельными характеристиками прочности, жаропрочности сварных соединений.
Основные задачи работы :
-
Установить детерминизированную связь технологических параметров изготовления полуфабрикатов из гранулируемых сплавов с пористостью при сварке плавлением, и разработать основные принципы технологии производства полуфабрикатов, пригодных для изготовления сварных и паяных конструкций.
-
Установить закономерности изменения структуры и свойств сварных соединений, наплавленных слоев в зависимости от содержания переходных металлов в шве и разработать рекомендации по легированию свариваемых гранулируемых сплавов и сварочных проволок переходными металлами.
-
Разработать основы технологии получения сварочной проволоки с содержанием переходных металлов, значительно превышающем их предельную равновесную растворимость в алюминии.
-
Усовершенствовать состав гранулируемых алюминиевых сплавов для обеспечения хорошей технологичности при высокотемпературной пайке и высокой прочности паяных узлов. Разработать способ получения деформируемых припоев на основе сложных эвтектик с температурой плавления 520...550С.
5. Разработать рекомендации по технологии получения сварных
конструкций из гранулируемых алюминиевых сплавов с высокий содержанием
переходных металлов.
6. Провести всестороннюю оценку свойств сварных и паяных соединений ,
наплавленных слоев, промышленное апробирование и внедрение результатов
исследований.
1. Разработаны рекомендации по легированию свариваемых гранулируемых алюминиевых сплавов переходными металлами. Установлено, что
содержанке металлов, избыточные фазы которых кристаллизуются в виде дисперсных интерметаллидов с низкой лк::,;йной скоростью роста ( Zr, Sc, Ті), может быть близко к максимальной нергЕПо:гсноп растворимости, а содержание компонентов, избыточные интерметаллиды которых обладают высокой линейной скоростью роста (Сг,Мп), должно быть существенно ниже предельной неравновесной растворимости этих металлов в гранулах, что обеспечивает сохранение требуемых свойств соединений в термических условиях широко используемого способа аргонодугоЕой сварки.
2. Разработан принципиально новый способ получения
высоколегированных трудиодефориируемых сплавов,' основанный на
использования неоднородной по составу смеси гранул, одип из компонентов
которой обладает высокой технологической пластичностью, что позволило
получить композиционные припои на основе сложных звтектик в виде листов,
лент, плакирующего слоя, а также получить высоколегированные сварочные
проволоки для упрочняющей наплавки.
-
Установлены закономерности изменения структуры в условиях сверхбыстрой кристаллизации, на основе которых обосновано использование лазерігой поверхностной упрочняющей обработки сплавов с высоким содержанием переходных металлов. Предложен механизм "каркасного упрочнения" при сверхбыстрой кристаллизации сплавоз на основе системы AI-Fe.
-
Разработаны принципы получения присадочной проволоки для упрочняющей наплавки, основанные на идее комплексного легирования нерастворимыми переходными металлами V111A группы, противодействующими контртелу в условиях износа, и растворимыми переходными металлами, упрочняющими матрицу, а также кремнием, исходя из" условий лолучепия эвтектической структуры в условиях неравновесной кристаллизации, что обеспечивает повышенную твердость, жаропрочность, износостойкость наплавленных слоев.
5. На основе определенных закономерностей образования пор при сварке
гранулируемых алюминиевых сплавов, установлен новый технологический подход
к получению гранулированных полуфабрикатов, обладающих хорошей
свариваемостью и паяемостыо. Найдена корреляционная зависимость между
пористостью металла швов и содержанием газа в твердом растворе и в
иикронесплошностях полуфабрикатов. Установлен физико-химический эффект
получения плотных швов при сварке за счет предварительного заполнения межгранульного пространства активным по отношению к алюминию газом -кислородом, который реагирует в процессе горячей деформации с алюминием с образованием оксида.
6. Установлено влияния малых добавок магния на состав и свойства оксидной пленки сплава типа 01419 системы алюминий-переходные металлы, что позволило обеспечить удовлетворительное формирование паяных швов при бесфлюсовой вакуумной пайке.
1. Разработаны основные параметры технологии получения хорошо
свариваемых полуфабрикатов и сварочных материалов из гранулируемых
алюминиевых сплавов, содержащих переходные металлы в количестве,
превышающем их максимальную равновесную растворимость.
2. Усовершенствован состав жаропрочного сплава 01419 и высокопрочного
сплава типа 01995, разработан состав высокопрочного сплава 01579, обладающих
комплексом повышенных удельных значений конструкционных свойств.
3. Разработаны составы и режимы технологии получения присадочных
материалов с содержанием переходных металлов, превышающем предельную
равновесную растворимость в алюминии.
4. Разработаны рекомендации но технологии получения сварных соединений
сплавов с высоким содержанием переходных металлов, позволяющие создавать
сварные конструкции с высокими эксплуатационными показателями.
5. Снижена масса конструкций за счет замены титановых сплавов и
нержавеющих сталей разработанными сплавами. Повышен ресурс работы поршней,
наплавленных предложенными материалами.
6. Разработана нормативная технологическая документация для
производства и внедрения результатов работы в различных отраслях
промышленности.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ: Содержание и резуяыагы работы доложены на 27 конгрессе Международного института сварки б Пекине в 1994г., на Международной конференции "Weldex 95" в Бирмингеме в 1995г., на заседаниях Специального комитета Международного института сварки в Киеве ь 1994г. и в Бристоле в 1995г.,
на семи Всесоюзных и Российских и девяти отраслевых семинарах и конференциях.
ПУБЛИКАЦИИ: По результатам работы имеется 70 публикаций, в тон числе 20 авторских свидетельств и патентов
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ: Диссертация содержит 231 страницу машинописного текста, 105 рисунков, 47 таблиц, Работа включает введение, литературный обзор, шесть глав и выводы, список литературы из 208 наименований, приложения.
