Оптимизация фазового состава высокотехнологичных алюминиевых сплавов с композитной структурой на основе Ce- и Ca-содержащих эвтектик

• Автор: Хван, Александра Вячеславовна
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 121 с. : ил.

,22

,27

1. Литературный обзор
1.1. Сравнительная характеристика эвтектик в алюминиевых сплавах
1.1.1. Характеристика эвтектики на основе системы Al-Si
1.1.2. Характеристика эвтектики на основе системы Al-Cu
1.1.3. Характеристика эвтектики на основе системы Al-Ni
1.2. Церий в алюминиевых сплавах
1.2.1. Диаграмма состояний Al-Се
1.2.2 Характеристика эвтектики на основе системы Al-Се
1.2.3 Диаграммы состояния с РЗМ
1.2.4. Тройные диаграммы состояния А1-Се-Х
, t 1.2.4 1 ! Диаграмма состояния А1 -Се-Мп
T.2.4J2! 1 1 Диаграмма состояний Al-Ce-Cu
1.2.4.3. Диаграмма состояния Al-Ce-Mg
1.2.4.4. Диаграмма состояния Al-Ce-Fe
1.2.4.5. Диаграмма состояния Al-Ce-Si
1.3 Са в алюминиевых сплавах
1.1.1. Характеристика эвтектики на основе системы А1-Са
1.1.2. Сплавы системы Al-Ca-Cu
1.1.3. Сплавы системы Al-Ca-Zn
1.1.4. Сплавы системы Al-Ca-Si
2.1. Выводы к обзору литературы
2. Методика исследования
2.1. Объекты исследования, их получение и термообработка
2.1.1. Приготовление литых образцов
2.1.2. Приготовление листовых образцов
2.1.3. Термическая обработка
2.2. Определение литейных свойств
2.2.1. Определение показателя горячесломкости
2.3. Определение механических свойств
2.3.1. Испытания на растяжения и изгиб
2.3.2. Измерение твердости по Бринеллю
2.3.3. Измерение твердости по Виккерсу
2.3.4. Измерение микротвердости
2.3.5. Методика определения длительной твердости
2.4. Методика структурных исследований
2.4.1. Световая микроскопия
2.4.2. Растровая электронная микроскопия
2.4.3. Просвечивающая электронная микроскопия
2.4.4. Количественная металлография
2.5. Рентгеноструктурный анализ
2.6. Определение коррозионных свойств
2.6.1. Определение общей и межкристаллитной коррозии
2.6.2. Нанесение защитных ПЭО покрытий на образцы
2.6.3. Испытания на износостойкость покрытий
2.7. Определение физических свойств
2.7.1. Термический анализ
2.7.2. Измерение плотности
2.7.3. Определение коэффициента термического расширения
2.8. Количественный анализ фазового состава сплавов
3. Фазовый состав и структура сплавов системы А1-Се-Си
3.1. Система А1-Се-Си
3.2. Влияние Ре и БІ на структуру и фазовый состав сплавов системы А1-Се-Си
Выводы по 3 -ей главе
4. Свойства сплавов системы А1-Се-Си на базе эвтектики АІ-АІвСеСщ
4.1. Механические и технологические свойства ЭКМ в виде отливок
4.2. Механические и технологические свойства ЭКМ в виде тонколистовых полуфабрикатов
4.3. Коррозионные свойства и защитные покрытия на эвтектических сплавах системы А1-Се-Си
4.4. Коэффициент термического расширения сплавов системы А1-Се-Си
Выводы по 4 главе
5. Структура и свойства сплавов с добавкой кальция
5.1. Система А1-Са-Си
5.2. Система АІ-Са-Бі
Выводы по 5 главе
6. Оптимизация структуры и фазового состава промышленных силуминов
6.1. Структура и фазовый состав промышленных силуминов
6.2. Модифицирование сплавов системы АІ-Бі добавкой Мм
Выводы по 6 главе
Общие выводы
Список использованных источников
ВВЕДЕНИЕ Актуальность работы
В настоящее время алюминиевые сплавы получили широкое применение благодаря хорошему комплексу механических, физических, коррозионных и технологических свойств[1]. Однако развитие техники требует материалов с еще более высоким уровнем различных характеристик, чем те, которые могут обеспечить промышленные сплавы. В связи с этим является актуальным создание такого подхода конструирования новых алюминиевых сплаво'В, который бы позволил существенно улучшить свойства и при этом сохранил бы на приемлемом уровне их стоимость. Решить такую задачу без поиска новых перспективных систем легирования представляется маловероятным.
Из литературы известно, что наиболее оптимальное сочетание различных свойств (в том числе механических) можно получить в материалах со структурой композиционного материала (КМ) при высокой дисперсности упрочняющих фаз, а также их равномерном распределении [2]. В частности, для получения дисперсной морфологии кремниевой фазы промышленные силумины (их иногда называют естественными композитами) подвергают модифицированию [3]. Однако модифицирование позволяет только уменьшить размер частиц (например, размер (81) с 5-10 до 2-3 мкм) [4,5], а их объемная доля меняется незначительно (потолок для силуминов около 11об.%) [6,7].
Для получения КМ с большей объемной долей используют, как правило, специальные технологии, которые предусматривают введение упрочнителя в твердом виде [8,9,10]. Примером является метод механического легирования, который позволяет реализовать структуру, состоящую из алюминиевой матрицы и равномерно распределенных в ней. дисперсных (<1 мкм) частиц (карбидов, нитридов, боридов, оксидов и т.д.) [9,11]. При использовании такого метода количество упрочнителя может достигать 30об.% и более, однако этот процесс слишком дорог для широкого применения (необходим процесс компактирования).
Известна также технология получения быстрозакристаплизованных алюминиевых сплавов с добавками переходных металлов (в том числе эвтектикобразующих: Ре, Се, N1, Со) , которая, как и механическое легирование, требует операции компактирования, но сами частицы получаются из расплава в процессе кристаллизации [8]. В результате можно получить структуру (КМ), состоящую из алюминиевой матрицы и равномерно распределенных в ней дисперсных алюминидов с объемной долей до 20-25%. Однако и эта технология (известная в мире как ЯБ/РМ) слишком дорогая для промышленного применения [12,13].
Ранее в исследованиях МИСиС было показано, что получение структуры КМ на алюминиевой основе с различными алюминидами (подобную той, которая характерная для технологии ЯБ/РМ) возможно с использованием простых технологических процессов

|гд ііцііИчі аі-АіксаїТса «■ *м сш асозк
Г - 1 б09
610 : 1 г ? ? ?■ ? ? V* Г Тпарппп/ °С фО «5
Рисунок 3.4 - дифференциальные термограммы сплавов (а): А1-14%Си-7%Се и (б) А1-15%Си-7.5%Се
В сплаве с 13%Си и 6,5%Се выявляется небольшое количество дендритов первичных кристаллов (А1) (рис. 3.5г). Дальнейшее уменьшение концентраций меди и церия при соотношении Си:Се=2 приводит к уменьшению доли двойной эвтектики, при сохранении ее дисперсности (рис 3.5е). На рисунке 3.5 (а) показан политермический разрез Си:Се=2:1, а также микроструктуры некоторых сплавов данного сечения.

Рисунок 3.5- квазибинарный разрез А1 - АІвСеСщ (Си:Се=2:1) (а) и некоторые
микроструктуры сплавов (СЭМ) : б) А1-16,9 % Си-7,7 % Се; в) А1-14 % Си-7 % Се; г) А1-13 % Си-6,5 % Се ; д) А1-15 % Си-7,5 % Се; е) А1-10 % Си-5 % Се.
(б,в,д - структуры литых сплавов; г - структура сплава после отжига 590 °С, Зч, е -
структура сплава после отжига 450 С, 10ч)