Исследование и разработка алюминиевых сплавов с добавкой циркония, упрочняемых без закалки

• Автор: Алабин, Александр Николаевич
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 150 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

1.ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1.Анализ некоторых фазовых диаграмм состояния алюминия с

переходными металлами.

1.1.1 .Двойная система Аг

1.1.2.Двойная система А1Мп.

1.1.3.Двойная система АБс.

1.1.4.Двойная система А1Се.

1.1.5 .Тройная система А1ММп

1.1.6.Тройная система А1СеСи

1.1.7.Тройная система АгБс

1.1.8.Тройная система А1СиМп
1.2.0собенности влияния скандия на структуру и упрочнение
алюминия
1.3.Особенности влияния циркония на структуру и упрочнение
алюминия
1.4.0собенности совместного влияния циркония и скандия на
структуру и упрочнение алюминия.
1.5.Промышленные литейные алюминиевые сплавы на основе систем
АБ и А1Си.
1 .б.Структура и свойства алюминиевых сплавов с добавкой
переходных металлов.
2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
2.1.Объекты исследования, их получение и обработка
2.2.0иределение литейных свойств
2.3.Термический анализ
2.4. Определение линейного коэффициента термического расширения.
2.5.Определение механических свойств.
2.5.1.Испытания на растяжения и изгиб
2.5.2.Измерение твердости по Бринеллю
2.5.3.Измерение твердости по Виккерсу
2.5.4.Измерение микротвердости.
2.5.5.Испытания на длительную прочность
2.6.Методика структурных исследований
2.6.1.Световая микроскопия.
2.6.1.1 .Количественная металлография
2.6.2.Растровая электронная микроскопия
2.6.3.Просвечивающая электронная микроскопия.
2.7.Микрорентгеноспектральный анализ.
2.8.Рентгеноструктурный анализ.
2.9.0пределение коррозионных свойств.
2Измеренис плотности.
3 .ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ СТРУКТУРЫ И УПРОЧНЕНИЯ СПЛАВОВ СИСТЕМЫ А1гГ.
3.1.Исследование влияния скорости кристаллизации и температуры литья на растворимость циркония
3.2.Исследование закономерностей влияния циркония и скандия на
структуру и упрочнение сплавов системы АгБс
3.3.Влиянис кремния и марганца и железа на структуру и свойства сплавов системы Аг
3.4.Влияние холодной деформации на структуру и механические свойства сплавов системы x.
4.ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ЛИТЕЙНЫХ
АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ, ЛЕГИРОВАННЫХ НИКЕЛЕМ.
4.1.Общие особенности литой структуры сплавов системы А1Мп
4.2.Исследование влияния никеля на литейные и механические свойства сплавов системы А1Мп.
4.3.Иследоваиие влияния режимов отжига на структуру и механические свойства сплавов системы АИ
4.4.Влияние железа и кремния на структуру и свойства сплавов системы АГМп.
4.5.Влияние условий кристаллизации на растворимость циркония в А1 сплавов системы АИМп
4.6.Изучение влияния малых добавок на механические свойства сплавов системы А1Мп. Разработка сплава АН4Мц2.
5.ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ЛИТЕЙНЫХ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ, ЛЕГИРОВАННЫХ ЦЕРИЕМ
5.1 .Исследование структуры и свойств литейных алюминиевых сплавов
системы А1СеМп.
5.1.1.Общие особенности структуры литых сплавов системы АНСеМп
5.1.2.Исследование влияния церия на литейные и механические свойства сплавов системы А1СеМп
5.1.3.Изучение влияния режимов термообработки на структуру сплавов системы А1СеМп.
5.1.4.Изучение влияния малых добавок и Бс на структуру и основные свойства сплавов системы А1СеМп. Разработка сплава
5.2.Исследование структуры и свойств литейных алюминиевых сплавов
системы А1СиСе
5.2.1.Выбор и анализ возможных композиций для разработки
литейного алюминиевого сплава на базе системы А1СиСе
5.2.2.0птимизация состава предлагаемых литейных сплавов на базе системы А1СиСе. Разработка сплава АМбЦрЗ.ИЗ
6.ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ДЕФОРМИРУЕМЫХ СПЛАВОВ, ЛЕГИРОВАННЫХ МАРГАНЦЕМ И МЕДЬЮ
6.1 .Исследование структуры и свойств деформируемых алюминиевых сплавов системы А1Мп с добавкой циркония
6.1.1.Влияние добавок железа, кремния и никеля на механические свойства сплава АМп0,г
6.1.2.Исследование структуры и свойств деформируемого сплава на базе системы А1Мп с добавкой циркония. Разработка сплава ММ
6.2.Анализ композиций для разработки жаропрочного деформируемого сплава на базе системы А1СиМп.
6.2.1.Исследование влияния малых добавок и примесей на структуру, свойства и технологичность сплавов системы А1СиМп.
6.2.2.Изучение влияния циркония и скандия на механические свойства сплавов системы А1СиМп. Разработка сплава ЭМ1.
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Сплавы рекомендованы для замены промышленных литейных жаропрочных сплавов типа АКММгН, АМ5 и АК7пч соответственно. Составлены проекты технических условий на эти сплавы и технологические рекомендации на получение отливок. Предложены два деформируемых сплава на базе систем А1Мп МЖ и А1СиМп БМ1 с добавкой циркония. Первый сплав рекомендуется для получения тонколистового проката, в частности фольги, от которой требуется повышенная прочность по сравнению со сплавами типа АМц. Второй сплав рекомендуется для замены жаропрочных сплавов типа , если рабочие температуры превышают 0 С. Разработанная технология не требует операции закалки для листов, а для слитков гомогенизации. Литейный сплав АН4Мц2 прошел опытнопромышленное опробование при получении фасонных отливок литьем в кокиль в условиях предприятий ОАО Авиакомплекс им. С.В. Ильюшина ИЛ и ОАО Воронежском акционерном самолетостроительном объединении ВАСО. Анализ некоторых фазовых диаграмм состояния алюминия с переходными металлами. Двойная система А1гг. Равновесная диаграмма состояния А1гг вблизи алюминиевого угла является диаграммой перитектического типа рис. Температура псритсктической горизонтали 0,5 С. Цирконий отличается небольшой растворимостью в алюминиевой матрице, так предельная растворимость циркония в алюминии при перитектической температуре составляет 0, , которая резко снижается с понижением температуры. Рис. Алюминиевый угол фазовой диаграммы состояния А1гг 1. В системе А1гг образуется несколько химических соединений. В равновесии с алюминием находится соединение фазы Агг г 1,6,. Первичные кристаллы этой фазы представляют собой иглы на фоне алюминиевой матрицы А1 6,7. Аг происходит концентрационное расширение области твердого раствора на основе А1, которое позволяет получать структуру без первичных циркониевых кристаллов 8. Чем выше скорость охлаждения, тем больше становится концентрационная область, затвердевание в которой идет по типу твердых растворов с подавлением перитектической реакции. При этом наблюдается переход области первичной кристаллизации фазы Аг непосредственно в область кристаллизации алюминиевого твердого раствора. Равновесное стабильное соединение фазы А2г имеет тетрагональную кристаллическую решетку ,4 А, с, А 1,6. Метастабильная модификация фазы Аг, образующаяся при отжиге из пересыщенного алюминиевого твердого раствора имеет кубическую кристаллическую структуру ГЦК типа АиСи3 1 пространственная группа РтЗт, 4 атома на элементарную ячейку с параметром решетки а0,5 нм, которая полностью когерентна с алюминиевым твердым раствором 1,6. Двойная система А1Мп. Равновесная диаграмма состояния А1Мп приведена на рис. Взаимодействие марганца с алюминием происходит по эвтектической диаграмме состояния с температурой нонвариантного превращения 8 С. Эвтектический состав соответствует 1,9 , а предельная растворимость марганца в алюминиевой матрице равна 1,4 . Марганец с алюминием образует несколько химических соединений. В равновесии с алюминиевым твердым раствором находится соединение АМп ,3 Мп 1,6. Равновесная фаза АМп имеет орторомбическую решетку с параметрами д6, А, , А, с8, А 1. Первичные кристаллы этой фазы кристаллизуются в форме крупных пластин 7. Кроме того, с увеличением скорости охлаждения в системе А1Мп происходит трансформация равновесной диаграммы состояния в метастабильную 8. При этом происходит изменение положения эвтектической горизонтали, а линии ликвидуса и солидуса метастабильной диаграммы являются продолжением линий ликвидуса и солидуса в направлении повышения концентрации марганца. Рис. Алюминиевый угол фазовой диаграммы состояния А1Мп 1. А1 Мп, мае. Марганец существенно упрочняет алюминиевый твердый раствор. При 2 Мп временное сопротивление возрастает до 0 МПа с сохранением на достаточно высоком уровне относительного удлинения 9,. При отжиге марганец присутствует в виде дисперсных частиц фазы АМп с размером до 0 нм, являющихся продуктами распада алюминиевого твердою раствора
1. Двойная система Ас. Равновесная диаграмма состояния Ас, по данным работ 1,6,8, приведена на рис.