Исследование и разработка технологии получения слитков алюминиевых сплавов системы Al-Cu-Mn-Zr-Sc с целью изготовления из них деформированных полуфабрикатов без использования операций гомогенизации и закалки

• Автор: Яковлев, Александр Алексеевич
• Шифр специальности: 05.16.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 211 с. : ил.

Содержание
Введение

1 Аналитический обзор литературы

1.1 Обзор систем легирования алюминия

1.2 Структура и свойства алюминиевых сплавов 2ххх серии

1.3 Сравнительный анализ промышленных электротехнических алюминиевых сплавов

1.4 Особенности формирования наночастицы фаз А13гг и А13(2г,8с)

1.5 Способы получения слитков алюминиевых сплавов и полуфабрикатов из них

1.6 Выводы по главе

2 Методики исследования

2.1 Объекты исследования и технологические схемы

2.2 Плавка и литье
2.3 Термо-деформационная обработка
2.4 Испытания и измерения
2.5 Структурные исследования
2.6 Расчет фазового состава
3 Расчетный анализ фазового состава сплавов на базе системы А1-Си-Мп-7г с целью оптимизации состава жаропрочного алюминиевого сплава
3.1 Сплавов на базе системы АЬ-Си-Мп-2г
3.2 Сплавов на базе системы АЬ-Си-Мп-гг-В
3.3 Выводы по главе
4 Исследование влияния легирующих элементов и примесей на литую структуру слитков сплава АЛТЭК
4.1 Особенности плавки и литья
4.2 Плавка и литье слитков
4.3 Влияние легирующих элементов и примесей налитую структуру
4.4 Термический анализ сплавов системы А1-Си-Мп
4.5 Выводы по главе

5 Исследования процесса образования марганца-содержащих дисперсоидов, наночастиц фазы Ы2 и оптимизация режимов деформационно-термической обработки
5.1 Влияние термической обработки на структура сплава АЛТЭК и модельных сплавов
5.2 Влияние термической обработки на электропроводность и твердость
5.3 Процесс образования марганца-содержащих дисперсоидов и наночастиц фазы Ы
5.4 Выводы по главе
6 Опробование технологии производства слитков из алюминиевого деформируемого сплава АЛТЭК
6.1 Проведение опытно-промышленных плавок и литья слитков методом непрерывного горизонтально литья
6.2 Литая структура слитка сплава АЛТЭК
6.3 Выводы по главе
7 Определение физических, механических и эксплуатационных свойств сплава АЛТЭК
7.1 Качество слитков
7.2 Определение физических свойств
7.3 Определение механических и технологических свойств
7.4 Выводы по главе
8 Общие выводы по работе
9 Список использованной литературы
ПРИЛОЖЕНИЕ А
ПРИЛОЖЕНИЕ Б

Введение
Актуальность работы
В настоящее время имеется острая потребность в разработке алюминиевых сплавов, и технологии получения из них слитков, с
повышенной прочностью при повышенных температурах (в частности в виде деформированных полуфабрикатов). Развитие нового уровня техники и технологий требует новых деформируемых алюминиевых сплавов. Среди стандартных деформируемых сплавов наиболее высокими характеристиками жаропрочности обладают марочные деформируемые алюминиевые сплавы системы Al-Cu-Mn (типа 1201') и сплавы легированные железом и никелем (типа АК4-12). Однако рабочие температуры деформированных
полуфабрикатов из этих сплавов не превышают температуру равную 250 °С и повысить этот уровень в рамках традиционного легирования вряд ли возможно. Достижение оптимального уровня свойств марочных алюминиевых сплавов сопряжено с необходимостью проведения следующих основных операций: гомогенизации для слитков и закалки для
деформированных полуфабрикатов. Проведение этих операций приводит к снижению производительности, повышенному энергопотреблению, а также к необходимости иметь специализированное оборудование. Радикальным способом избавлением от этих недостатков является разработка новых по составу алюминиевых сплавов и освоение технологии производства из них слитков и деформированных полуфабрикатов.
В работах НИТУ «МИСиС», под руководством проф., д.т.н.
H.A. Белова, показана принципиальная возможность получения пересыщенного алюминиевого твердого раствора в литых сплавах с
1 1201, ГОСТ 4784-97: Си 5,8-6,8%; Мп 0,2-0,4%; Zr 0,1-0,25%; V 0,05-0,15%; Ti 0,02-0,15%; Mg <0,02%; Zn <0,1%; Fc <0,3%.
2 ЛК4-1, ГОСТ 4784-97: Си 1,9-2,7%; Fe 0,8-1,4%; Ni 0,8-1,4%; Ti 0,02-0,1%; Mg 1,2-1,8%; Mn <0,2%;
Zn <0,3%; Cr <0,1%

Таблица 1.16- Фазовый состав сплава АК4-1 при 540 °С
Фаза Qm‘ Qv2 Концентрация, % по массе
А1 Си Mg Fe Ni Si
(А1) 93,46 94,73 95,87 2,41 1,53 0,08 0,002 0,
Mg2Si 0,11 0,16 0,00 0,00 63,38 0,00 0,000 36,
Al9FeNi 6,01 4.84 67,94 0,00 0,00 15,47 16,590 0,
Al7Cu2Fe 0,42 0,27 50,80 34,18 0,00 15,02 0,000 0,
Сплав 100,00 100,00 ост. 2,40 1,50 1,00 1,000 0,
массовая доля фазы, масс.%, объемная доля фазы, об.%
Таблица 1.17 - Фазовый состав алюм. матрицы сплава АК4-1 при 200 °С
Фаза Qm’ Qv2 Концентрация, % по массе
Al Cu Mg Fe Ni ■ Si
(Al) 94,30 95,58 99,34 0,01 0,65 <0,01 <0,010 <0,
Al6Mn 0,36 0,30 73,89 4,64 0,04 21,43 0,000 0,
Al9FeNi 0,01 0,01 67,97 0,00 0,00 16,33 15,690 0,
Mg2Si 0,01 0,02 0,00 0,00 63,38 0,00 0,000 36,
AbCuMg 5,31 4,09 38,05 44,81 17,14 0,00 0,000 0,
(A1)SJ 100,00 100,00 95,87 2,41 1,53 0,08 0,002 <0,
массовая доля фазы, масс.%, объемная доля фазы, об.%, пересыщенный (А1) после закалки с 460 °С
а) литое состояние,
б) после гомогенизации
в) деформирован, полуфабрикат

1.3 Сравнительный анализ промышленных электротехнических алюминиевых сплавов
Высокая удельная электропроводимость алюминия обусловила его применение для производства широкой номенклатуры электротехнической продукции, где это качество является основным. Поскольку добавление других элементов в той или иной степени снижает электропроводность, то для производства деформированных полуфабрикатов в виде изделий электротехнического назначения (проводов, кабелей, шин) наибольшее
ffrp" ^ ~г
Г ;*V-V

-. І ; -''Ч
с . •• • -
. .. -У • ..д
■■Л.' у
_І____________________________________£

Рисунок 1.12 - Микроструктура сплава