Моделирование и оптимизация процесса получения механически легированных композиционных материалов на основе алюминиевых сплавов

• Автор: Тихомиров, Андрей Владимирович
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 179 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. ОЬЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Механически легированные композиционные материалы МЛ КМ

1.2. Влияние режима обработки на процесс МЛ

1.2.1. Тип механоактиватора

1.2.2. Влияние материала контейнера и мелющих тел на процесс МЛ

1.2.3. Влияние газовой атмосферы обработки на процесс МЛ

1.2.4. Влияние ПАВ на процесс МЛ

1.2.5. Скорость МЛ

1.2.6. Продолжительность МЛ

1.2.7. Тип и режим загрузки мелющих тел
1.2.8. Влияние температуры на процесс МЛ
1.3. Энергетические параметры МЛ
1.3.1. Интенсивность МЛ
1.3.1.1. Экспериментальная оценка интенсивности МЛ
1.3.1.2. Расчетная оценка интенсивности МЛ
1.3.2. Температура МЛ
1.3.2.1. Экспериментальная оценка температуры МЛ
1.3.2.2. Расчетная оценка температуры МЛ
1.3.3. Усредненная скорость пластической деформации обрабатываемою материала в процессе МЛ
1.3.3.1. Экспериментальная оценка усредненной скорости пластической
деформации обрабатываемого материала в процессе МЛ
1.3.3.2. Расчетная оценка усредненной скорости пластической деформации обрабатываемого материала в процессе МЛ
Выводы по разделу 1
2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Объекты исследования
2.2. Исходные материалы
2.3. Обработка в планетарной мельнице
2.4. Получение консолидированных полуфабрикатов
2.5. Исследование структуры и свойств
2.5.1. Структурные исследования
2.5.2. Рентгеноструктурный и рентгенофазовый анализ
2.5.3. Дифференциальная сканирующая калориметрия
2.5.4. Оценка твердости
2.5.5. Оценка коэффициента термического расширения .
2.6. Оценка энергетических параметров I в планетарной мельнице с шаровой загрузкой и квазилиндрическим мелющим телом КМТ
2.6.1. Расчетная оценка основных энергетических параметров МЛ в планетарной мельнице с шаровой загрузкой и КМТ
2.6.2. Экспериментальная оценка энергетических параметров I в планетарной мельнице с шаровой загрузкой и КМТ
3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА МЕХАНИЧЕСКОГО ЛЕГИРОВАНИЯ В ПЛАНЕТАРНОЙ МЕЛЬНИЦЕ
3.1. Характер движения КМТ тела в процессе МЛ
3.2. Расчет интенсивности МЛ
3.2.1. Соотношение интенсивности МЛ с шаровой загрузкой и КМТ
3.2.2. Зависимосги интенсивности МЛ с шаровой загрузкой и КМТ от режима обработки
3.3. Расчет фоновой температуры МЛ
3.3.1. Соотношение фоновой температуры МЛ с шаровой загрузкой и КМТ
3.3.2. Зависимости фоновой температуры МЛ с шаровой загрузкой и КМТ от режима обработки
3.4. Расчет усредненной скорости пластической деформации обрабатываемого материала
3.4.1. Соотношение усредненной скорости пластической деформации
обрабатываемого материала при МЛ с шаровой загрузкой и КМТ
3.4.2. Зависимости усредненной скорости пластической деформации
обрабатываемого материала при МЛ с шаровой загрузкой и КМТ от режима обработки
Выводы по главе 3
4. ОПТИМИЗАЦИЯ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ МЕХАНИЧЕСКИ ЛЕГИРОВАННЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
4.1. Экспериментальная оценка основных энергетических парамегров МЛ
4.1.1. Экспериментальная оценка интенсивности МЛ
4.1.2. Экспериментальная оценка фоновой температуры I
4.1.3. Экспериментальная оценка усредненной скорости пластической деформации и диспергирования ранул обрабатываемого материала в процессе МЛ
4.2. Оптимизация структуры и свойств МЛ КМ на основе алюминиевых
сплавов
4.2.1. Получение МЛ КМ с применением шаровой загрузки и КМТ
4.2.1.1. Структура и свойства МЛ гранул КМ АМБС, полученных с применением шаровой загрузки и КМТ
4.2.1.2. Структура и свойства консолидированных полуфабрикатов МЛ КМ, полученных с применением шаровой загрузки и КМТ
4.2.2. Оптимизация структуры и свойств МЛ КМ на основе дисперсионно твердеющих алюминиевых сплавов
4.2.2.1. Структура и свойства МЛ гранул КМ 4б.i и А,1 7п2,2Си1,9Моб.8С
4.2.2.2. Структура и свойства консолидированных полуфабрикатов МЛ КМ АСи1 б.i и А,п2,2Си1,9Мдоб.8С
4.2.2.3. Исследования структуры МЛ гранул КМ Л4б.i методом ПЭМ
4.2.2.4. Исследования структуры консолидированных полуфабрикатов МЛ КМ А4Си1Моб.8С методом ПЭМ
Выводы по главе 4
ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


В работах , исследовали структуру и фазовый состав МЛ КМ на основе алюминиевых сплавов систем А1Си и А1М, полученных при обработке в планетарной мельнице в атмосфере воздуха. Была показана принципиальная возможность получения МЛ КМ на основе алюминиевых сплавов, упрочненных частицами оксидов, синтезированными при обработке в атмосфере воздуха. Были подробно изучены особенности окисления МЛ гранул КМ в процессе обработки, и показано, что алюминий окисляется частично, а магний практически полностью. На основе описанных результатов работ был получен патент РФ на две модификации способа получения композиционного материала из алюминиевого сплава и композиционный материал на основе алюминиевого сплава АКМ2МгЫ . В работе. МЛ КМ на основе сплава Д, упрочненного об. Б1С. Было показано, что совмещение технологий МЛ и динамической консолидации позволяет получать высококачественные полуфабрикаты с низкой пористостью и более высокой твердостью в сравнении с полуфабрикатами, полученными методом горячей консолидации. Особое внимание при разработке технологических способов получения МЛ КМ уделяли возможности применения химически неоднородных шихтовых материалов и вторичного алюминиевого сырья. Так, в работах , была показана возможность получения МЛ КМ на основе сплава АК5М2 при обработке смеси измельченной токарной стружки сплавов АКМ2 и Д в атмосфере воздуха и аргона. В работе была показана возможность получения МЛ КМ из промышленных отходов, переработка которых существующими в настоящее время методами экономически нецелесообразна. В качестве матричных частиц использовали так называемый отвал среднего состава А1ьЗ,3Ре3,1С1ь2,5, представляющий смесь стружковых алюминиевых отходов различного химического состава и содержащий железо в виде механической примеси, а также материал А1СиБеБ1, моделирующий реальный состав анодного осадка. Также, была показана возможность получения МЛ КМ на основе систем СиБ1, СипБЮ и СиСг . Наиболее интересные результаты были достигнуты в системе СиСг, где исследовали влияние хрома в количестве до по массе на структуру, фазовый состав, механические и электрические свойства МЛ меди. Было показано, что структура МЛ КМ СиСг состоит из дисперсной размером до 5 нм смеси частиц твердых растворов меди и хрома. Эти материалы прошли успешное испытание в условиях Московской железной дороги в качестве элементов дугогасительных контактов быстродействующих автоматических переключателей ВАБ. На основе проведенных в работах исследований были даны рекомендации по выбору состава и исходной структуры крупных кусочностружковых шихтовых материалов, а также предложены различные шихтовые маршруты, способствующие наиболее эффективному измельчению и равномерному распределению грубых частиц различных фаз в многокомпонентной матрице, а также равномерному распределению в ней дисперсных упрочняющих частиц. Предложенные схемы, формирования КМ позволяют экономично вернуть в производство низкосортное, плохо поддающееся переработке вторичное сырье и обратить его недостатки загрязненность примесями в преимущества. Важной особенностью разработанных способов является относительная простота процесса структурообразования МЛ гранул КМ рис. МЛ становится более предсказуемым по сравнению со случаем обработки смеси порошков чистых элементов рис. Однако в работах в большинстве случаев применяли квазицилиндрическос мелющее тело КМТ рис. I с КМТ и оптимизации разработанных способов получения МЛ КМ. Рис. Эскиз квазицилиндрического мелющего тела КМТ. Таким образом, разработанные ранее способы получения МЛ КМ из изначально крупных шихтовых материалов на основе готовых частиц матричных сплавов позволяют эффективно изготавливать высококачественные консолидированные полуфабрикаты, которые характеризуются уникальным сочетанием структуры и свойств. При этом, возможность применения дешевых шихтовых материалов, в том числе вторичного сырья, снижает себестоимость и облегчает практическое применение получаемых МЛ КМ. Отдельные результаты применения шаровой загрузки для получения МЛ КМ из изначально крупных шихтовых составляющих при обработке в атгриторс и вибрационной мельнице подробно рассмотрены в разделе 1.