Обеспечение стабильности фазового состава и свойств износостойких латуней типа ЛМцА для изготовления деталей автомобильного назначения

• Автор: Святкин, Алексей Владимирович
• Шифр специальности: 05.02.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 165 с. : ил.

Содержание
Введение
1. Литературный обзор Особенности формирования структуры и свойств сложнолегированных латуней
1.1 Состояние проблемы применения сложнолегированных латуней
1.2 Влияние химического состава легированных латуней на формирование структуры
1.3 Влияние режимов термообработки на уровень остаточных напряжений и механические свойства сплавов из латуни
1.4 Зависимость механических свойств латуней от их химического состава
1.5 Формирование цели и задач исследований
2. Методика проведения исследований
2.1 Количественный фазовый анализ
2.2 Подготовка образцов к количественному анализу
2.3 Измерения, вычисления, обработка данных
2.4 Стандартные процедуры
2.5 Анализ уровня напряжений
2.6 Оборудование и реактивы
3. Методика расчетного прогнозирования фазового состава латуней
3.1 Анализ требований к сплаву ЛМцА
3.2 Разработка методики прогнозирования фазового состава
3.3 Статистическое прогнозирование фазового состава на основе
метода Монте — Карло
3.4 Экспериментальное подтверждение теоретической модели
3.5 Влияние химических элементов на фазовый состав
3.6 Анализ развития требований к сплаву с применением разработанной методики
4 Исследование влияния термообработки на свойства и фазовый состав латуни. Выбор оптимального режима термообработки
4.1 Выбор режима отжига снятия напряжений
4.2 Влияние режима отжига на фазовый состав
4.3 Изучение влияния термообработки на структуру латуней методами электронной микроскопии 103 5. Промышленная апробация и использование результатов исследований
5.1 Корректировка требований ТУ по химическому составу
5.2 Оценка опытной партии на отсутствие отклонений
6 Выводы
Список литературы
Приложение А
Приложение Б
Приложение В
Приложение Г
Приложение Д
Приложение Е
Приложение Ж
Приложение И

Введение
Настоящая диссертационная работа посвящена исследованию процессов формирования структуры и свойств, происходящих в сложнолегированных кремнисто-марганцовистых латунях, с целью получения стабильных свойств заготовок и изделий.
Внедрение отечественных цветных сплавов взамен импортных несколько затянулось. В частности, это касается внедрения сложнолегированных латуней повышенной износостойкости, применяемых в узлах автомобилей, работающих в условиях трения. Причинами этого можно назвать: недостаточную изученность кремнисто-марганцовистых латуней, несоответствие материалов, внедренных и стандартизованных в нашу промышленность, и сплавов, внедренных на ОАО «АВТОВАЗ» иностранными компаниями. При переходе на отечественные марки сплавов обозначился целый комплекс проблем, нестабильность свойств новых материалов на различных этапах изготовления и эксплуатации.
Легированные латуни данной системы легирования были разработаны на основе импортного материала CuZn40A12 специально для ОАО «АВТОВАЗ» институтом «Гипроцветметобработка» г. Москва. Кремнисто-марганцовистая (а+Р) - латунь с интерметаллидными включениями Mn5Si3 используется для изготовления направляющих втулок газораспределительного механизма двигателя автомобилей LADA 2112 как материал, обладающий наиболее оптимальным сочетанием триботехнических свойств для пары трения - «клапан — втулка». Средний весовой износ клапана при использовании данного материала оказывается минимальным. В настоящее время деталь применяется во всех автомобилях с шестнадцатиклапанным двигателем.
Однако при промышленной переработке потребительские и технологические свойства сплава и заготовок из него оказались неустойчивыми. Периодически отмечалась потеря прямизны прутков в состоянии поставки, неудовлетворительная обрабатываемость и снижение стойкости инструмента. Различные плавки одного и того же металлургического завода имели различную обрабатываемость,
давлением, охлаждение должно быть медленным, чтобы получить большее количество а-фазы.
Из анализа зерновой структуры и морфологии сплава ЛМцА следует, что 01-фаза представлена двумя видами: первый - глобулярная, второй - игольчатая. Глобулярная а-фаза выделяется по границам первичных зерен [3-фазы, а игольчатая в основном внутри зерна. Причем игольчатая выделяется при более низких температурах [13].
При анализе термообработанных образцов отмечено, что в целом структура состаренных и деформированных образцов не различается морфологически.
Обобщая различные данные: анализа структуры, значения твердости, фазового состава, напряжений приходим к выводу, что во время отжига мы имеем дело с дисперсионным старением, то есть при охлаждении фиксируются метастабильные фазы, которые при отжиге распадаются с образованием дисперсных частиц. Известно, что для стареющих сплавов режимы отжига подбираются эмпирически, т.к. процессы, протекающие при старении в зависимости от температуры и времени термообработки, могут приводить как к упрочнению и снятию остаточных напряжений, так и разупрочнению и повышению уровня остаточных напряжений. Все это определяется образованием и распадом метастабильных фаз [14].
С уменьшением скорости охлаждения выделяется больше а-фазы, как глобулярной, так и игольчатой. Различие в морфологии объясняется различными условиями охлаждения. В стареющих сплавах выделения из твердого раствора встречаются в следующих основных формах: тонкопластинчатой (обычно
дискообразной), равноосной (обычно сферической или кубической) и игольчатой. Форма выделений определяется двумя конкурирующими факторами -поверхностной энергией и энергией упругой деформации, стремящихся к минимуму. Требование минимума свободной-энергии обуславливает стремление к равноосной форме и к появлению граненых форм с наименьшим поверхностным натяжением на всех гранях. Энергия упругих искажений минимальна для выделений в форме тонких пластин. В зависимости от того, какой из указанных двух факторов преобладает, форма выделений ближе к равноосной или тонкопластинчатой