Разработка технологии получения модифицирующих лигатур Al-Ti и Al-Ti-B на основе процесса СВС

• Автор: Кандалова, Елена Геннадьевна
• Шифр специальности: 05.16.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 190 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
1.1. Модифицирование алюминиевых сплавов с учетом явления структурной
наследственности
1.2. Анализ современных способов получения модифицирующих лигатур
1.3. Применение и закономерности СВС- процессов
1.4. Заключение и задачи работы
2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Термодинамический анализ систем А1-Т1, А1-ТьВ
2.2. Материалы и оборудование для получения лигатур
2.3. Анализ химического состава лигатур и сплавов
2.4. Фазовый анализ лигатур
2.5. Дифференциальный термический анализ лигатур
2.6. Металлографический анализ лигатур и сплавов
2.7. Оценка Модифицирующей способности лигатур
2.6. Методы испытаний сплавов
3. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ МОДИФИЦИРУЮЩЕЙ
ЛИГАТУРЫ А1-Т1 МЕТОДОМ СВС
3.1. Термодинамический анализ системы А1
3.2. Получение СВС- лигатуры
3.3. Влияние параметров приготовления на характеристики СВС- лигатуры
3.3.1. Влияние способа ввода СВС- смеси в расплав
3.3.2. Влияние порошков П
3.3.3. Влияние флюсов в составе СВС- смеси
3.3.4. Влияние количества криолита
3.3.5. Влияние количества порошка А1 в СВС- смеси
3.3.6. Влияние температуры ввода СВС- смеси .'
3.3.7. Степень усвоения Н в процессе СВС
3.4. Рентгенофазовый и локальный микрорентгеноспектральный анализы
СВС- лигатуры А1-Т1
3.5. Выводы по главе
4. ПОЛУЧЕНИЕ ЛИГАТУРЫ А1-Т1-В МЕТОДОМ СВС
4.1. Термодинамический анализ системы А1-П-В

4.2. Влияние параметров приготовления СВС- лигатуры Al-Ti-B на ее
характеристики
4.3. Рентгенофазовый и локальный микрорентгеноспектральный анализы
СВС-лигатуры Al-Ti-B
4.4. Выводы по главе
5. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СТРУКТУРЫ ЛИГАТУР НА ПРОЦЕССЫ
МОДИФИЦИРОВАНИЯ И КРИСТАЛЛИЗАЦИЮ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ И ИХ СВОЙСТВА
5.1. Критерии качества модифицирующих лигатур
5.2. Сравнительный анализ строения лигатур
5.3. Дифференциальный термический анализ лигатур Al- Ti и Al
5.4. Влияние структуры лигатур на кристаллизацию алюминия
5.5. Влияние структуры лигатур на свойства алюминиевых сплавов
5.6. О механизме модифицирования алюминиевых сплавов добавками
мелкокристаллических лигатур
5.7. Опытно-промышленные испытания
5.8. Технико-экономическая оценка получения и применения
СВС- лигатуры Al-5%Ti
5.9. Выводы по главе
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ

Проблема повышения механических и эксплуатационных свойств литых изделий из алюминиевых сплавов до сих пор остается актуальной в теории и практике литейного производства. Она решается разными путями, одним из которых является модифицирование [1-4]. Использование модификаторов затравочного действия- это наиболее эффективный, простой и надежный способ модифицирования. Среди модификаторов наибольшее распространение получили модифицирующие лигатуры. Они содержат дисперсные тугоплавкие частицы, являющиеся потенциальными центрами кристаллизации сплавов [1-6]. Их ввод в корне меняет процесс кристаллизации, что позволяет получить мелкую и однородную структуру и, тем самым, улучшить механические и технологические свойства сплава. Лигатуры широко используются для модифицирования алюминиевых сплавов, более 70% которых содержат И в качестве легирующей и модифицирующей добавки. Настоящая работа посвящена титансодержащим лигатурам А1-Т1 и А1-ТьВ.
Несмотря на широкое применение лигатур для модифицирования, не существует единого комплекса требований к их качеству. Работы последних лет в области структурной наследственности в системе «шихта- расплав- литое изделие» [2,5,7-9] показали, что строение лигатуры оказывает существенное наследственное влияние на процесс кристаллизации, структуру и свойства модифицируемого сплава. Это проявляется в целенаправленном воздействии на характеристики синтезируемых в процессе приготовления лигатуры зародышеобразующих фаз, которые передают структурную информацию через расплав к литому продукту. В связи с этим, важным является вопрос управления процессом синтеза тугоплавких частиц в модифицирующих лигатурах. Существующие способы получения модифицирующих лигатур А1-Т1 и А1-Т1-В, основанные на сплавлении чистых компонентов и восстановлении элементов из их соединений, имеют ряд существенных недостатков. Технология сплавления является высокотемпературной, энергоемкой и не обеспечивает высокое качество продукта (неоднородная грубая структура лигатуры оказывает негативное наследственное влияние на строение и свойства модифицируемого сплава). Способы восстановления элементов из их соединений часто используют в качестве исходного сырья экологически вредные фтористые соли и являются достаточно сложными. Лигатуру АЬТьВ производят в основном в виде прутка, что значительно удлиняет производственный цикл. Кроме того, указанные способы получения лигатур недостаточно позволяют управлять процессом

центробежной заливкой расплава. Композит (Al203+TiB2)-Al получали путем ввода прессованной смеси порошков Ti02, AI и В в расплав А1 [91]. Синтезированный пористый продукт предлагается использовать в качестве «лигатуры» для получения композиционных материалов на основе А1. Композиты на титановой матрице Ti-TiC-TiB, Ti-TiC и Ti-Ti2C также получены сочетанием обычного плавления Ti с СВС- реакцией, которая повышает температуру расплава [106].
Среди отечественных разработок в этой области следует отметить способ [108], который представляет собой синтез эндогенных армирующих материалов в жидкой матрице (CAM-процесс). Его сущность в том, что дисперсные частицы армирующей фазы не вводят в расплав извне, а синтезируют в нем за счет контролируемых экзотермических химических реакций между предварительно введенными компонентами. САМ- процессом можно получить, например, в расплаве А1 дисперсные частицы тугоплавких карбидов Ti, Zr, Mo, Si и др.; тугоплавких оксидов Al, Ti, Zr; нитридов Ti, Zr и др., а также частицы интерметаллидов. Дисперсность полученных частиц регулируется в широких пределах (0,1-20 мкм) варьированием технологических параметров процесса. Исходные материалы для САМ- процесса (в виде порошков дисперсностью более 20 мкм) вводят в расплав, нагретый до 700-800°С, когда указанные компоненты не реагируют друг с другом. Полученную твердожидкую смесь называют премжсом и используют в качестве полуфабриката для CAM-процесса. Премиксы предлагается подвергать различным обработкам (рафинирование, дегазация, давление). Для запуска САМ- процесса премикс должен находиться при температуре 60’0-700°С (т.е. в твердожидком состоянии), причем требуется его общий или локальный разогрев до температуры не ниже 1100-1300°С, что обеспечивает распространение реакции синтеза на весь объем премикса. Очевидно, что этот способ близок к упомянутой технологии, сочетающей литье под давлением (squeeze casting) и СВС [107], когда для процесса синтеза также используется полуфабрикат (только в твердом виде), содержащий непрореагировавшие исходные компоненты, которые вступают в реакцию при определенных температурах.
Анализ новых in situ технологий, а также положительные результаты по получения СВС- лигатур в алюминиевом расплаве [83-89], позволяют сделать вывод о перспективности дальнейшего развития этого направления с учетом закономерностей прохождения СВС. *