Влияние различных физических воздействий на структуру и свойства алюминиевых сплавов с тугоплавкими элементами IV группы Башлыков, Денис Владимирович

Введение к работе

Актуальность темы. Благодаря уникальному сочетанию свойств, оминиевые сплавы являются одним из важнейших конструкционных гериалов в различных областях народного хозяйства.

Для улучшения структуры и эксплуатационных свойств слитков, швок и деформированных полуфабрикатов большое внимание уделя-:я поиску оптимальных условий кристаллизации, совершенствованию кимов термической и механической обработки литого металла.

Менее изученным этапом технологического процесса производст-сплавов является приготовление исходного расплава. Современные гледования свидетельствуют о том, что металлические расплавы, в том еле и алюминиевые жидкие сплавы, являются сложными динамиче-лми системами и под влиянием различных внешних воздействий могут годиться в различных структурных состояниях. Применительно к ста-м, чугунам, никелевым и алюминиевым сплавам обнаружено влияние эуктурного состояния исходных расплавов на структуру и свойства по-ченных материалов. Кроме того, установлена наследственная связь руктуры и состава шихтовых материалов со свойствами расплавов и эуктурами, формирующихся из них слитков и отливок.

В последние годы были созданы и получили распространение как вые и перспективные конструкционные материалы, алюминиевые лавы, содержащие в качестве легирующих элементов переходные ме-плы (ПМ). Производство таких сплавов возможно при особой техноло-и, например, способом высокоскоростной закалки из расплава. Техно-гия изготовления полуфабрикатов из гранулируемых сплавов требует лучения однородной дисперсной структуры в литом состоянии. Для спроизводства последней в настоящее время стали применять термо-еменную обработку (ТВО) расплава. Сочетание ТВО расплава с высо-скоростной кристаллизацией дает возможность значительно расширить іменклатуру гранулируемых сплавов, а также повысить стабильность и ювень механических свойств. Кроме того, установлено, что совместное здействие на расплав температуры и высокоскоростного охлаждения пывает формирование дисперсных метастабильных алюминидов перечных металлов, которые обладают высокой термической устойчиво-ыо и способствуют дополнительному упрочнению материала основы.

Итак, даже из такого короткого перечня имеющихся эксперимен-льных результатов по кристаллизации А1 сплавов с переходными ме-

таллами следует, насколько перспективен поиск нетрадиционных спос бов воздействия на их расплавы.

В качестве одного из них в диссертации предлагается взрывш нагружение материала сферическими сходящимися волнами напряжени

Другая важная научная задача состоит в разработке новых мета ловедческих подходов к проблемам модифицирования и легировані алюминиевых сплавов переходными металлами и силуминов.

Исследования выполненные автором являются продолжением и следовательских работ по данной тематике. Их перспективность и акт; альность, обусловлена, в первую очередь, тем что они направлены на р шение современной проблемы физического металловедения - разработі научных основ для создания новых технологий производства констру ционных материалов на алюминиевой основе.

Цель работы

на основании изучения особенностей структурообразования пр различных внешних воздействиях на жидкие и твердые А1 сплав с ПМ, определить закономерности формирования в них аномал; но-пересыщенных твердых растворов и метастабильных фаз ш терметаллического происхождения;

разработать составы и определить технологические параметр получения качественных отливок из силуминов повышенно прочности и пластичности.

Для достижения указанной цели в работе необходимо решш следующие задачи:

1. Разработать технологию изготовления массивных образцов из бі нарных сплавов А1-ПМ (Zr, Ті, Hf) методом центробежного лить обеспечивающим возможность реализации температурне временной обработки расплава и скорости его охлаждения в ди< пазоне 10²-5»10⁴ К/с.

2. Изучить влияние скорости охлаждения и перегрева расплава к условия формирования метастабильных фаз при быстрой крі сталлизации А1-сплавов с гафнием, титаном и цирконием.

3. Исследовать закономерности фазовых и структурных превращ* ний, протекающих в шаровых образцах из сплавов А1-ПМ (Zr, Т Hf) под воздействием сферических ударно-изоэнтропически волн.

4. Провести сравнительное исследование структуры и свойств медленно и быстрозакристаллизованных образцов из сплава А1-1,5% Zr до и после их интенсивной пластической деформации методом кручения под высоким гидростатическим давлением. Изучить особенности деформационного растворения интерметаллида Al₃Zr в алюминиевой матрице.

5. Исследовать процессы изменения структуры до- и заэвтектиче-ских силуминов, полученных с использованием ТВО расплава и микролегирования. Установить оптимальное содержание и соотношение Zr и Ті в сплавах системы Al-Si-Cu-Mg в зависимости от требуемого уровня механических свойств.

6. Разработать новый способ синтеза многокомпонентных доэвтек-тических силуминов в расплавах галоидных солей с целью рафинирования и модифицирования структуры отливок и повышения их прочности и пластичности.

Научная новизна

1. Впервые исследованы фазовые и структурные превращения при быстрой кристаллизации бинарного сплава Al-1,4% Hf в условиях температурно-временной обработки расплава. Доказана возможность получения аномально-пересыщенного ос-твердого раствора за счет перегрева расплава.

2. Впервые установлены закономерности структурообразования в двухфазных сплавах А1-ПМ (Ті, Zr, Hf), подверженных ударному воздействию сферически сходящихся волн нагружений.

3. Выявлены особенности поведения быстрозакристаллизованного сплава Al-l,5%Zr в условиях интенсивной пластической деформации методом кручения при высоком гидростатическом давлении как ультрадисперсного материала с аномально высокой твердостью. Обнаружен эффект деформационного растворения мета-стабильных алюминидов циркония в алюминиевой матрице.

4. Разработана технология центробежного литья лигатурных Al-Zr и Al-Ti сплавов с высокими модифицирующими и легирующими свойствами за счет формирования в их структуре метастабильных алюминидов микронных размеров. В результате комплексного исследования влияния температурно-временной обработки и микролегирования жидких промышленных силуминов экспериментально установлено, что по уровню модифицирования опытные

лигатуры имеют существенные преимущества перед аналогичны ми, полученными стандартным методом кокильного литья. 5. Усовершенствована технология получения прочных отливок вы сокого качества из сплава АЛ5М путем его синтеза в расплава галоидных солей и микролегирования цирконием и титаном.

Практическая ценность:

5. Результаты по комплексному влиянию температурно-временно обработки и микролегирования Al-Si расплавов тугоплавкими дс бавками (Zr, Ті) на структуру и свойства сплавов могут быть не пользованы для оптимизации технологии производства отливо повышенной прочности из промышленных силуминов.

6. Разработанная методика получения методом центробежного лить лигатурных сплавов, обладающих высокими модифицирующим и легирующими свойствами, может быть рекомендована для вне дрения в практику промышленного производства слитков и отли вок из алюминиевых сплавов широкого назначения - деформи руемых, литейных, гранулируемых.

7. Экспериментально установленные закономерности формировани метастабилышх аномально-пересыщенных а-твердых растворо в бинарных Al-Hf, AI-Zr, Al-Ti сплавах под влиянием таких внеіи них факторов, как температурно-временная обработка расплав* взрывное нагружение и интенсивная пластическая деформацш значительно расширяют физические и технические возможності эффективного воздействия на материалы в жидком и твердом ее стояниях.

На защиту выносятся:

8. Данные по исследованию фазовых и структурных превращени: при быстрой кристаллизации бинарного сплава Al-1,4% Hf в ус ловиях температурно-временной обработки расплава. Возмож ность получения аномально-пересыщенного а-твердого раствор за счет перегрева расплава.

9. Закономерности структурообразования в двухфазных сплавах А - переходный металл (Ті, Zr, Hf), подверженных ударному воз действию сферически сходящихся волн нагружений.

10. Особенности поведения быстрозакристаллизованного сплава А1 1,5% Zr в условиях интенсивной пластической деформации, мете

дом кручения при высоком гидростатическом давлении как ультрадисперсного материала с аномально высокой твердостью. Эффект деформационного растворения метастабильных алюминидов циркония в алюминиевой матрице.

4. Технология центробежного литья лигатурных Al-Zr и Al-Ti сплавов с высокими модифицирующими и легирующими свойствами за счет формирования в их структуре метастабильных алюминидов микронных размеров.

5. Усовершенствование технологии получения высокопрочных отливок высокого качества из сплава АЛ5М путем его синтеза в расплавах галоидных солей и микролегирования цирконием и титаном.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались на Международном симпозиуме "Метастабильные механически легированные и нанокристаллические материалы" (ISMANAM-96, Италия, Рим 1996; ISMANAM-97, Испания, Барселона 1997), на Международной конференции по быстрозакаленным и метастабильным материалам (RQ-9, Словакия, Братислава 1996; RQ-10, Индия, Бангалор 1999), на XIV и XV Уральских школах металловедов-термистов (Россия, Ижевск 1998; Екатеринбург 2000), на VIII Международном семинаре по дислокационной структуре и механическим свойствам металлов и сплавов (Россия, Екатеринбург 1999), на Международной конференции "V Забабахин-ские научные чтения" (Россия, Снежинск 1998), на VI Международной научно-практической конференции "Генная инженерия в сплавах" (Россия, Самара 1998.

Похожие диссертации на Влияние различных физических воздействий на структуру и свойства алюминиевых сплавов с тугоплавкими элементами IV группы

Формирование структуры и свойств литейных алюминиевых сплавов под влиянием деформационных и электроимпульсных воздействийШабурова Наталия Александровна

Роль гадолиния в изменении структуры, фазового состава и эксплуатационных свойств жаропрочного титанового сплава ВТ38 при воздействии высоких температур до 700 СЯковлев Анатолий Львович

Управление посредством термического воздействия и ультразвуковых колебаний структурой, фазовым составом и свойствами наплавленных покрытий из сплавов Н73Х16С3Р3, 10Р6М5Гаврилова Татьяна Михайловна

Влияние эвтектикообразующих элементов на структуру и свойства высокопрочных сплавов системы Al - Zn - MgЧеверикин Владимир Викторович

Исследование влияния легирующих элементов на структуру и свойства литейных алюминиевых сплавов систем Al-Li-Cu и Al-Li-Cu-Mg и разработка на их основе высокопрочных сплавов для фасонных отливокБорисов Юрий Владимирович

Структура и свойства крупногабаритных массивных поковок и штамповок сплава ВТЗ-1 в связи с распределением легирующих элементов, разработка режима термической обработки Сизько Евгений Андреевич

Аномальные изменения структуры и свойств металлических систем при термомеханических воздействиях в состоянии предпревращенияКузовлева, Ольга Владимировна

Улучшение свойств стальных трубных заготовок диспергированием структуры холодной радиальной ковкой и термическим воздействиемПерцев Алексей Сергеевич

Влияние легирования водородом и пластической деформации на структуру и свойства сплавов Ti-6Al и Ti-6Al-4VЩугорев Юрий Юрьевич

Исследование влияния легирования на фазовые превращения, структуру и свойства сплавов обратимой памяти формы на основе системы Mn-CuБащенко, Галина Анатольевна