Введение к работе
Актуальность работы
Современная промышленность предъявляет все более высокие требования к металлическим материалам, поэтому оптимизации структуры и свойств сплавов в последнее время посвящено большое количество исследований. При этом бурное развитие информационных технологий, а также большое количество полученных за многие десятилетия экспериментальных данных предлагают все более широкие возможности построения моделей для расчета свойств сплавов.
Установление связен в цепи "состав - структура - свойство" металлических материалов является важнейшей задачей металловедения. Однако, несмотря на накопленный большой экспериментальный материал по влиянию структуры на свойства, соотношения, выявляемые между свойствами и структурными характеристиками, в подавляющем числе случаев носят качественный или полуколичественный характер. Математическую формализацию этих эмпирических зависимостей, если и проводят, то обычно для ограниченного набора структурных характеристик. В результате ограничены и возможности использования этих зависимостей при построении обобщенных моделей для сплавов со сложной структурой. Существуют также многочисленные физические модели зависимости свойств от параметров отдельных структурных составляющих, однако они, как правило, сильно идеализированы и разработаны для простейших структур, мало похожих на структуры реальных сплавов. В результате по этим моделям трудно проводить важные для практики расчеты - расхождения расчетных и экспериментальных данных слишком велики.
С учетом сказанного выше, перспективным для расчета прочности сплавов по их структуре представляется более систематический подход. Такой подход должен быть основан на специальных исследованиях, проводимых на простых, в частности, двойных сплавах, с разным типом структуры, с целью выделить и количественно описать физически различные вклады в упрочнение с использованием, в основном, известных базовых моделей. На этой основе возможно построение высокоточных моделей для расчета свойств таких сложных объектов, как многокомпонентные промышленные деформируемые сплавы или химически неоднородные литые сплавы.
Кроме того, для определения свойств сплавов со сложной структурой
перспективным может являться подход, основанный на использовании искусственных
нейронных сетей (ИНС). Они позволяют аппроксимировать экспериментальные данные с
учетом взаимного влияния различных факторов, выявить которое априори удается крайне
редко ^
Цель работы
Основной целью работы является построение моделей расчета предела текучести и деформационного упрочнения промышленных алюминиевых сплавов по параметрам структуры
Для достижения этой цели в работе необходимо было решить следующие задачи
1 На модельных сплавах определить количественные зависимости влияния
различных структурных параметров на упрочнение алюминиевых сплавов.
2. На основе полученных зависимостей построить модели для расчета напряжения течения промышленных силуминов и деформируемых термически неунрочняемых алюминиевых сплавов по их структуре с ошибкой, не превышающей статистическую погрешность при экспериментальном определении.
3 Исследовать возможность применения искусственных нейронных сетей
(ИНС) для расчета пределов текучести и прочности модельных и промышленных алюминиевых сплавов по их структуре и/или их составу и технологии обработки. Научная новизна
-
Построена модель для расчета предела текучести силуминов и термически неулрочнясмых деформируемых алюминиевых сплавов но их структуре и технологии получения.
-
Создана модель для определения предела текучести сплавов системы Al-Mg в литом состоянии. Показано, что обогащенные легирующим элементом периферийные слои дендритных ячеек и эвтектические включения не оказывают существенного влияния на упрочнение сплава при малых степенях пластической деформации.
-
Построена модель деформационного упрочнения для расчета напряжения течения сплавов систем Al-Mg и Al-Cu в закаленном и естественно состаренном состоянии. При этом деформационное упрочнение для сплавов обеих систем находится на одном уровне, несмотря на различие в энергии дефектов упаковки и склонности алюминиево-медиых сплавов к зонному старению. Количественно показано, что из всех структурных характеристик наиболее сильное влияние на деформационное упрочнение в процессе холодной пластической деформации прокаткой термически неунрочняемых сплавов оказывает концентрация легирующего элемента в твердом растворе
Практическая значимость работы
-
Разработана методика, которая при использовании минимального количества экспериментальных данных и оптимизационных параметров позволяет строить модели для расчета предела текучести алюминиевых сплавов в разных структурных состояниях.
-
Построенные модели позволяют выявить вклад структурных составляющих в предел текучести и определить характеристики, наиболее существенно влияющие на него, для оптимизации структуры алюминиевых сплавов
-
С использованием построенных моделей определены области состава сплавов с заданным уровнем предела текучести в состаренных на максимальную прочность промышленных сплавов систем Al-Si-Cu и Al-Si-Mg и деформируемых сплавов системы Al-Mg-Fe-Si.
-
Показано, что ИНС применимы для расчета прочностных свойств литейных и деформируемых промышленных алюминиевых сплавов по химическому составу, параметрам структуры и технологии получения. Увеличения точности расчета свойств с использованием ИНС можно добиться использованием структурных характеристик сплава вместо их химического состава и параметров технологии получения.
-
Создана интерактивная компьютерная программа для расчета предела текучести промышленных силуминов на основе систем Al-Si-Mg, Al-Si-Cu и термически неупрочняемых деформируемых алюминиевых сплавов 1ХХХ, 5ХХХ и 8ХХХ серий по их структуре и технологии получения.
Апробация работы
Основные материалы диссертационной работы доложены и обсуждены
о На VIII-ой Международной научно-технической уральской школе-семинаре
металловедов - молодых ученых, Екатеринбург, 26 - 30 ноября 2007 г
о На IV-ой Евразийской научно-практической конференции «Прочность
неоднородных структур. ПРОСТ-2008», Москва, МИСиС, 8-10 апреля 2008 г.
о На международной конференции "ICAA11 - International Symposium on Aluminium
Alloys", Aachen, Germany, 22-26 September, 2008.
Результаты диссертационной работы отражены в 9 публикациях.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, 5 глав, 4 выводов, библиографического списка из 203 наименований. Работа изложена на 141 странице машинописного текста, содержит 86 иллюстраций и 30 таблиц.
