Тема 3 3 Новые материалы на основе металлов

Тема 3. 3: Новые материалы на основе металлов и технологии их производства и обработки 3. 31. Разработка технологий создания высокопрочных, износо и коррозионностойких износо сплавов на основе черных, цветных и редких металлов. 3. 3. 2. Разработка новых конкурентоспособных технологий обработки готовых изделий из металлов и сплавов (термической, химико термической, термомеханической поверхностной обработки, обработки давлением и др. ) а также технологий нанесения покрытий Смагулов Д. У. Казахский национальный технический университет им. К. И. Сатпаева Московский государственный институт стали и сплавов Цель работы: Создание новых алюминиевых сплавов с заданным уровнем механических и литейных свойств, установление количественных зависимостей качества покрытия от состава и структуры литейного сплава, а также от режима плазменного электролитического оксидирования. Методы исследования: оптическая и электронная микроскопия, ДТА, рентгеновский и микрорентгеноспектральные анализы; методы определения микротвердости и механических характеристик сплавов.

Результаты исследований Рисунок 1 Политермические разрезы диаграмм Al–Si–Mg (а) и Al–Si–Cu (б) при 8% Si

Рисунок 2 Типичная морфология. Fe содержащих фаз в силуминах с 8% Si, СЭМ:

Рисунок 3 Морфология алюминиево кремниевой эвтектики в силумине типа АК 8 М в литом состоянии после литья в кокиль, СЭМ: а) без модифицирования; б) модифицирование стронцием

Рисунок 4 Распределение фазовых областей в алюминиевом углу системы Al–Si–Fe–Mn при 1%Fe в литом состоянии (Vc 10 K/c)

Рисунок 5 Схема установки KERONITE для нанесения ПЭО покрытия

Рисунок 6 Микроструктура сплава Al 5%Cu 3%Si с ПЭО покрытием

ЗАКЛЮЧЕНИЕ: n n n Проанализированы составы стандартных высокопрочных силуминов. Показано, что достигнутый максимальный уровень прочности ( в 400 МПа) является предельным и не может быть превышен, т. к. резервы легирования алюминиевой матрицы медью и магнием исчерпаны. Марочные сплавы с пониженным содержанием меди (<2%) предпочтительнее высокомедистых (>3%), т. к. при близких свойствах первые экономичнее вторых. Использование малой добавки бериллия при содержании примеси железа менее 0, 2% не оправдано. Введение марганца вместо бериллия позволяет получить примерно такой же эффект при существенном снижении стоимости сплава и при устранении серьезной вредности для здоровья. Допустимую концентрацию титана в высокопрочных силуминах предлагается снизить до 0, 1– 0, 15% вместо 0, 3%, при этом данный элемент не следует определять в качестве легирующей добавки в марочном составе (но он может вводиться в составе модификатора). Целесообразно заменить марочные Be содержащие сплавы АК 8 л и АК 8 М 3 ч (по ГОСТ 1583 93) новыми (с такой же прочностью), в составе которых эта дорогая и токсичная добавка отсутствует.

Заключение: n n n Предложены принципы оптимизации состава и структуры сплавов, обеспечивающиее получение механических и литейных свойств в литом состоянии на уровне малокремнистых силуминов типа АА 355 при качественном керамическом покрытии. На основе построенного распределения фазовых областей в литом состоянии в системе Al–Si–Fe–Mn и изучения зависимостей механических свойств от содержания Cu и Mg в этой системе предложены две композиции: F 1 (на основе системы Al–Si–Fe–Cu с эвтектической фазой Al 15 Fe 2 Si) и F 2 (на основе системы Al–Si–Fe–Mn–Cu с эвтектической фазой Al 15(Fe. Mn)3 Si 2). Вторая композиция, существенно превосходя по пластичности ( El>8%) стандартные малокремнистые силумины, практически не уступает им по прочности ( UTS 220 МПа) и литейным свойствам. Предложены принципы оптимизации состава и структуры сплавов, обеспечивающих получение хороших литейных свойств на уровне сплавов типа АА 354. 0 при качественном керамическом покрытии и существенно более высоких механических свойствах в отливках при повышенных температурах (до 300 4000 С). Показано, что наилучшая комбинация свойств может быть достигнута, когда все избыточные фазы представляют собой эвтектические или вторичные алюминиды переходных металлов (в частности Ni, Mn, Zr, Ce), в которые также может входить медь. Оптимизация режима получения оксидно керамического покрытия проведена на сплаве Z 1 системы Al Ni Mn Zr, в котором эвтектика (Al)+Al 3 Ni обеспечивает высокие литейные свойства, а упрочнение алюминиевой матрицы дисперсоидами Al 3 Zr и Al 6 Mn дает высокие механические свойства не только при комнатной, но и при повышенных температурах. Определение характеристик ПЭО покрытия показало, что экспериментальный сплав Z 1 превосходит стандартный силумин АА 356 по износостойкости при меньшей трудоемкости процесса оксидирования. Предложены принципы оптимизации состава и структуры высокопрочных сплавов, обеспечивающих получение механических свойств в отливках на уровне деформируемых сплавов типа АА 7075 при качественном керамическом покрытии и улучшенных литейных свойствах. В качестве матрицы для разработки таких сплавов предлагается использовать систему Al–Zn–Mg–Cu, а для повышения литейных свойств использовать добавку никеля в количестве около 4%.

Инженерная лаборатория

Ықыластарыңызға көп рахмет! Благодарим за внимание!