Моделирование дисперсионного упрочнения сплавов Al-Mg-Si при старении

• Автор: Груздев, Александр Станиславович
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 170 с. : ил.

Оглавление
Оглавление
Введение

Глава 1. Старение сплавов системы А1-М§-

1.1. Термическая обработка и упрочняющие фазы сплавов 6ХХХ

1.1.1. Режимы термической обработки

1.1.2. Типы выделений, возникающих при старении

1.2. Закалочные вакансии и эффекты предварительного низкотемпературного старения сплавов 6ХХХ

1.2.1. Эффекты предварительного старения

1.3. Моделирование старения сплавов

1.3.1. Моделирование изменения свойств стареющих сплавов А1 в результате термических воздействий
1.3.2. Количественное описание упрочнения стареющих сплавов
1.4. Выводы на основании литературных данных
1.5. Постановка задачи
Глава 2. Анализ результатов экспериментального исследования кинетики старения сплавов, использованных при разработке модели
2.1. Экспериментальные методы исследования кинетики старения
2.2. Результаты экспериментального исследования кинетики старения сплавов
2.3. Количественный анализ результатов исследования кинетики старения
2.3.1. Самосогласованный расчет значений параметров Т3 и а
2.3.2. Определение концентрационных зависимостей Т
2.4. Результаты экспериментального исследования
Глава 3. Модель для количественного описания упрочнения сплавов в
процессе распада пересыщенного твердого раствора
3.1. Модель эволюции микроструктуры сплавов при распаде
пересыщенного твердого раствора

3.1.1. Предположения модели
3.1.2. Основные уравнения модели и описание численного алгоритма .
3.1.3. Моделирование эффективного коэффициента диффузии примеси на разных стадиях распада с учетом влияния закалочных вакансий
3.1.4. Процедура калибровки модели эволюции микроструктуры на основании экспериментальных кривых изменения модуля Юнга сплавов при изотермическом старении
3.2. Модель упрочнения сплавов в результате распада пересыщенного твердого раствора
3.2.1. Описание модели упрочнения
3.2.2. Калибровка модели упрочнения
3.3. Основные результаты и выводы
Глава 4. Результаты моделирования дисперсионного твердения при различных режимах старения
4.1. Одноступенчатое старение
4.1.1. Влияние содержания Mg и 57 на величину и положение предела текучести при одноступенчатом старении
4.2. Многоступенчатые режимы старения
4.2.1. Эффекты предварительного старения при низких температурах (двухступенчатые режимы)
4.2.2. Эффект стабилизирующего старения при 100°С (трехступенчатые режимы)
4.2.3. Эффекты дополнительного высокотемпературного старения (трехступенчатые режимы)
4.3. Результаты и выводы
Основные результаты и выводы
Литература
Приложение 1. Свойства и структура фаз в системе сплавов Al-Mg-Si
Приложение 2. Список условных сокращений
Введение
Развитие современной техники предъявляет высокие требования к конструкционным материалам, в частности к алюминиевым сплавам, которые благодаря своим свойствам находят широкое применение. В настоящее время стареющие сплавы алюминия используются в качестве конструкционных материалов в строительстве, авиа - и автомобилестроении. Их растущее применение обусловлено сочетанием комплекса высоких механических свойств, достигаемых в результате дисперсионного упрочнения при термообработке, низкой плотности, высокой коррозионной стойкости и хорошей обрабатываемости. К важнейшим алюминиевым сплавам относятся термически упрочняемые сплавы системы Al-Mg-Si (сплавы серии 6ХХХ), содержащие в качестве дополнительных легирующих элементов Ре, Мп, Си. Сплавы производятся как в виде листа, так и в виде разнообразных профилей, получаемых экструзией и отличаются повышенной пластичностью, хорошей свариваемостью и высоким качеством поверхности полуфабрикатов. Такие свойства, в сочетании с относительно низкой ценой, делают сплавы рассматриваемой серии коммерчески привлекательными и объем их использования, особенно в автомобилестроении, в последние годы непрерывно возрастает.
Широкое применение сплавов 6ХХХ стимулирует проведение интенсивных экспериментальных исследований процессов старения и природы упрочняющих фаз. Цель таких исследований заключается в дальнейшем улучшении комплекса эксплуатационных свойств на основе оптимизации легирования, режимов пластической деформации и термообработки. Сплавы 6ХХХ отличаются исключительной сложностью процесса распада твердого раствора, протекающего с формированием последовательности метастабильных состояний, ход которого существенно зависит от состава сплава и режима старения. С одной стороны, это

При более высокотемпературном предварительном старении (5СИ-70°С) или при наличии Ag в сплаве или в низколегированных сплавах Al-Mg-Si образуются ЗГП больших размеров, часть из которых является центрами зарождения частиц /3”- фазы, увеличивая объемную плотность этих частиц и повышая прочность.
Исключить эффекты естественного старения можно двумя путями. Во-первых, не допуская образования ЗГП: выдержка при низких температурах, стабилизационная обработка после закалки (кратковременный нагрев с целью понизить концентрацию закалочных вакансий и, соответственно, образование низкотемпературных ЗГП), предварительная пластическая деформация (также способ понизить концентрацию закалочных вакансий). Во-вторых, кратковременный нагрев до температур выше сольвуса ЗГП перед естественным старением (обработка на возврат) позволяет растворить зоны и ускорить выпадение /?"- частиц. Необходимо только правильно выбрать режим, чтобы с одной стороны максимально растворить ЗГП, а с другой не допустить выделение /?'- и /У - частиц, снижающих прочность.
1.3. Моделирование старения сплавов
В настоящем разделе обзора рассмотрим описанные в литературе подходы к количественному моделированию изменений механических свойств стареющих сплавов в результате термических воздействий. Примером термических воздействий, представляющих интерес с практической точки зрения могут служить последовательности (нагрев —> изотермическая выдержка —> охлаждение), к которым сводятся процедуры термообработки стареющих сплавов, термические воздействия, возникающие в зоне сварных швов и другие. По настоящее время требуемые термические обработки, а также состав сплава находятся опытным путем, сопряженным с большими экспериментальными работами., В таких условиях даже