LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Технологія металів. Машинобуд. → Підвищення якості сплавів на основі алюмінію шляхом використання електрогідроімпульсної обробки

рівномірного розподілу елементів в сплаві, зменшує газонасиченість і пористість, подрібнює макро- і мікрозерно, збільшує дисперсність евтектики, сприятливо впливає на її морфологію і форму надлишкових фаз. Встановлені загальні закономірності впливу параметрів ЕГІО на структурні характеристики сплавів. Найбільш значущим є запасена енергія W, варіювання якої викликає зміну розмірів макро- і мікрозерна за екстремальним законом з мінімумом при W = 1,25...2,5 кДж. Аналогічно на пористість впливає частота подачі імпульсів f. Екстремальний характер зміни розмірів зерна від W пояснено з позицій сучасних уявлень про кластерну будову рідкого металу. Час обробки і f менше впливають на структурні характеристики сплавів. Визначені оптимальні параметри обробки, при яких забезпечуються найкращі властивості: пористість зменшується на 20...40 %, одночасно підвищується міцність (~ на 10 %) і пластичність (~ на 25...40 %).

Ключові слова: хвилевід, конструкційна міцність, пластичність, мікроструктура, інтерметалід, кластер, розчинність, вільна енергія.


АННОТАЦИЯ


Федченко Н.А. Повышение качества сплавов на основе алюминия путем использования электрогидроимпульсной обработки. – Рукопись

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.02.01 – материаловедение. – Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет, Харьков, 2002 г.

Диссертация посвящена решению важной народно-хозяйственной задачи – исследованию возможности применения экологически чистого и малозатратного метода электорогидроимпульсной обработки (ЭГИО) для улучшения технологических свойств и повышения механических характеристик сплавов на основе алюминия, в том числе выплавленных с использованием вторичного сырья.

Рассмотрены три схемы ввода колебаний в расплав: погружаемым в ковш волноводом, через боковую стенку ковша и через боковую стенку кокиля. Эксперименты проведены на модельном сплаве Розе эвтектического состава (53% Bi, 32 % Pb, 15 % Sn) и промышленных сплавах на основе Al, как литейных (системы Al – Si), так и деформируемых – АК 4 – 1. Низкая температура модельного сплава (96о С) и простота механической обработки позволили осуществить большой объем исследований при минимальных затратах.

В процессе эксперимента варьировали запасенную энергию W, частоту следования импульсов f и время обработки t. Наилучшей схемой ввода колебаний является обработка волноводом в ковше.

Показано, что ЭГИО повышает жидкотекучесть и равномерность распределения элементов в сплаве, приводит к уменьшению газонасыщенности и пористости, измельчению макро- и микрозерна, увеличению дисперсности эвтектики и изменению ее морфологии. Под воздействием ЭГИО уменьшается количество охрупчивающей b - фазы.

Наиболее значимым параметром является запасенная энергия W, варьирование которой в интервале 0,5...3,5 кДж приводит к изменению размера зерна и пористости по экстремальному закону с минимумом при 1,25...2,5 кДж. Аналогичным образом на пористость влияет и частота следования импульсов: до f = 10 имп / с пористость снижается, при дальнейшем повышении f пористость возрастает из-за эффекта вспенивания.

Экстремальный характер изменения размера зерна объяснен с позиций современных представлений о кластерном строении жидкого металла. До определенного значения W, несмотря на выравнивание распределения элементов в расплаве и измельчение кластеров, ближний порядок сохраняется, что облегчает кристаллизацию и способствует формированию мелкозернистой структуры. Этим процессам соответствует нисходящий участок кривых зависимости размера зерна от запасенной энергии. При дальнейшем повышении энергии ближний порядок нарушается, кристаллизация затрудняется и зерно укрупняется (восходящий участок кривых).

Время обработки и частота следования импульсов в меньшей мере влияют на структурные характеристики сплавов. Влияние ЭГИО на металл настолько мощное, что уже первые импульсы приводят к максимальному измельчению зерна. Поэтому оптимальную частоту подачи импульсов следует выбирать с точки зрения достижения минимальной пористости (f = 10 имп / с), а время – из технологических соображений с учетом массы металла.

ЭГИО вызывает повышение растворимости Si в матрице сплава, следствием чего является уменьшение количества эвтектики в доэвтектических сплавах и кристаллов первичного кремния в заэвтектических. Для объяснения этого эффекта привлечен термодинамический анализ изменения свободной энергии системы вследствие ее выведения из равновесия под воздействием ЭГИО.

Определены оптимальные параметры обработки W и f, при которых обеспечивается получение наилучших технологических и эксплуатационных характеристик: пористость снижается ~ на 20...40 %., прочность возрастает на 10 % и одновременно повышается пластичность ~ на 25...40 %.

Ключевые слова: волновод, конструкционная прочность, пластичность, микроструктура, интерметаллические соединения, кластер, свободная энергия.


ABSTRACT


Fedchenko N.A. Improvement of aluminium-based alloys quality using electrohydropulse treatment - Manuscript.

Thesis for degree of candidate of technical sciences. - The Kharkov National Automobile and Highway University, Kharkov, 2002.

This thesis is dedicated to the solution of an important national - economic problem connected with using the ecologically pure and low expensive method of electrohydropulse treatment (EHPT) for improving technological properties and mechanical characteristics of alloys based on aluminium, including melted from recovered raw materials. It has been shown that EHPT increases flow ability, causes more uniform distribution of elements in an alloy, reduces gas saturation, porosity, macro- and micrograin size, increases eutectic dispersity, favourably changes its morphology and intermetallic compounds form. The generalities of EHPT parameters effect on the structural characteristics of alloys are established. The most significant parameter is stored energy W which variation results in an extremum character dependence of macro- and micrograin size and porosity with the minimum at 1,25...2,5kJ. Pulse following frequency f effects similarly on porosity. Extremum character of grain size change vs W is explained using the modern ideas about clastic structure of liquid metal. Treatment time and f have a less influence on alloys structural characteristics. The optimum treatment parameters which ensure the best properties have been determined. As a result after EHPT the porosity decreases to 20...40 %, strength s u increases ~ to 10 % and simultaneously d increases ~ to 25...40 %.

Key words: waveguide, structural strength, ductility, microstructure, intermetallic compound, clastic, solubility, free energy.