автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Формирование структуры и свойств литейных алюминиевых сплавов под влиянием деформационных и электроимпульсных воздействий

На правах рукописи

□03166000

Шабурова Наталия Александровна

ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ЛИТЕЙНЫХ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ ПОД ВЛИЯНИЕМ ДЕФОРМАЦИОННЫХ И ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ

Специальность 05.16 01 «Металловедение и термическая обработка металлов»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 7 МАР 2000

Челябинск 2007

Работа выполнена на кафедре физического металловедения и физики твердого тела Южно-Уральского государственного университета

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Корягин Ю Д

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Потехин Б А кандидат технических наук, доцент Пейсахов Ю Б

Ведущее предприятие — ОАО «Научно-исследовательский институт

металлургии», г Челябинск

Защита состоится 23 января 2008 г, в 14 часов, на заседании диссертационного совета Д 212 298.01 при Южно-Уральском государственном университете по адресу 454080, г Челябинск, пр им В И Ленина, 76, ЮУрГУ, Ученый совет университета, тел (351) 267-91-23

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Южно-Уральского государственного университета

Автореферат разослан «'/<5 » декабря 2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор физико-математических

наук, /

профессор Мирзаев Д А

■а

Актуальность работы Улучшение комплекса свойств алюминиевых сплавов, широко распространенных в промышленности и обладающих уникальным сочетанием свойств, представляет собой важнейшую научно-техническую задачу

Для деформируемых, дисперсионно-твердеющих сплавов на основе алюминия могут быть использованы различные схемы термомеханической обработки К основным видам такой обработки относят низкотемпературную и высокотемпературную термомеханические обработки (НТМО и ВТМО) Из дисперсионно-твердеющих алюминиевых сплавов, подвергнутых ТМО, наиболее подробно изучены сплавы традиционно используемых систем (А1-Си, А1-Си-Мп, А1-Си-М§ и др)

Поскольку в промышленности широкое применение находят литейные алюминиевые сплавы, представлялось важным установить возможность осуществления термомеханической обработки этих сплавов, отличающихся от деформируемых легированием, особенностями формирования структуры и склонностью к дисперсионному твердению

Исследования последних лет показывают, что регулировать свойства готового металла возможно уже на начальных стадиях приготовления Варьируя режимы и методы обработки расплава можно в широких пределах изменять структуру и свойства металла Кроме того, обнаружена наследственная связь состава и структуры шихтовых материалов со свойствами расплавов и структурами, формирующихся из них слитков и отливок

В соответствии с современными представлениями различные виды физических воздействий способствуют изменению структурного состояния расплава В качестве внешнего воздействия на расплав в диссертации рассматривается обработка электромагнитными импульсами (ЭМИ)

Продолжение и развитие исследовательских работ по двум указанным тематикам воздействию на цветные металлы и сплавы в твердом и жидком состоянии, перспективны и актуальны, так как они направлены на решение современной проблемы физического металловедения - разработку научных основ для создания новых технологий производства и обработки конструкционных материалов

Целью работы являлось исследование общих закономерностей формирования структуры и свойств при термомеханической обработке литейных алюминиевых сплавов как промышленной выплавки, так и модельных алюминиевых сплавов, предварительно подвергнутых обработке электромагнитными импульсами в расплавленном состоянии

В соответствии с этим в работе были поставлены следующие задачи

- изучить возможность использования термомеханической обработки для улучшения структуры и свойств литейных алюминиевых сплавов,

- исследовать влияние различных режимов термомеханической обработки на структуру, кинетику старения и свойства литейных алюминиевых сплавов,

- разработать практические рекомендации по термомеханической обработке литейных алюминиевых сплавов,

— изучить структуру и свойства алюминия и сплавов на его основе после обработки расплавов электромагнитными импульсами,

- исследовать влияние предварительной обработки расплава электромагнитными импульсами на кинетику старения и свойства алюминиевых сплавов, подвергнутых последующей термической и термомеханической обработкам

Научная новизна работы определяется совокупностью результатов теоретических и экспериментальных исследований и состоит в следующем

1 Показана возможность использования термомеханической обработки для улучшения комплекса свойств литейных алюминиевых сплавов

2 Установлены основные особенности формирования структуры и свойств литейных алюминиевых сплавов при термомеханической обработке

Определены температурно-деформационные параметры ТМО, обеспечивающие улучшение механических и служебных свойств литейных сплавов на алюминиевой основе

3 Впервые установлены изменения в структуре алюминиевых сплавов при воздействии на расплав электромагнитными импульсами Показано, что влияние предварительной электромагнитной импульсной обработки расплава алюминиевых сплавов на структуру и свойства литейных сплавов после ТМО и типовых режимов термообработки не проявляется

Практическая ценность и реализация работы в промышленности.

Выявленные закономерности формирования структуры и свойств алюминиевых сплавов, подвергнутых деформации в широком интервале температур, создают возможность целенаправленного подхода к выбору объектов и режимов термомеханического упрочнения литейных сплавов

На основании результатов проведенных исследований разработаны оснастка и технологический процесс изготовления изделий из литейного сплава АК7ч Опытно-промышленное опробование разработанной технологии, включающей НТМО, показало, что она позволяет улучшить комплекс свойств изделий из литейных алюминиевых сплавов

Результаты работы могут быть использованы при обработке расплавов алюминия и его сплавов электромагнитными импульсами с целью улучшения их технологических свойств

На защиту выносятся следующие основные положения

1 Закономерности формирования структуры и свойств литейных алюминиевых сплавов, подвергнутых термомеханической обработке

2 Особенности формирования структуры и свойств алюминия и сплавов на его основе после обработки расплава электромагнитными импульсами

3 Результаты исследования комплексной обработки литейных алюминиевых сплавов электромагнитными импульсами с последующей термической и термомеханической обработками

Личный вклад автора. Диссертация представляет собой обобщение результатов исследований, выполненных при непосредственном участии автора

Автором выполнена подготовка образцов и проведение экспериментальных исследований, а так же обработка полученных результатов

Все приведенные в диссертации основные положения, теоретические результаты и выводы получены автором или при его непосредственном участии

Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на VII международной научно-практической конференции «Наука и образование 2005» (Днепропетровск, 2005 г), VI Международной конференции «Действия электромагнитных полей на пластичность и прочность материалов» (Воронеж, 2005 г), XXV-XXVII Российских школах по проблемам науки и технологии (Миасс, 2005-2007 гг), Межотраслевой научно-технической конференции «Автоматизация и прогрессивные технологии» (Новоуральск, 2005 г), Научно-практической конференции «Современные направления теоретических и прикладных исследований» (Одесса, 2006 г), V Международной научной конференции «радиационно-термические эффекты и процессы в неорганических материалах» (Томск, 2006 г), 67-69-й Научной конференции (Челябинск, ЮУрГУ, 2005-2007 гг), Научно-практическая конференция «Разработки Челябинской области по приоритетным направлениям развития науки, технологий и техники Российской Федерации» (ЮУрГУ, Челябинск, 2007 г)

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и содержит 176 страниц машинописного текста, 40 рисунков, 8 таблиц, список литературы из 170 наименований и 2 приложения

Основное содержание диссертации

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулирована цель, научная новизна результатов исследования, представлены сведения об ее апробации и основных публикациях по теме, приведены положения, выносимые на защиту

В первой главе помимо общих сведений об алюминиевых сплавах представлен аналитический обзор, имеющихся в литературе данных, о различных способах внешнего воздействия на металлы и сплавы в твердом и жидком состоянии Рассмотрена термомеханическая обработка деформируемых алюминиевых сплавов, традиционные и современные методы обработки расплавов (ультразвуковая, температурно-временная обработка, обработка низкочастотными колебаниями, наносекундными электромагнитными импульсами) В конце главы приводится постановка задачи исследования

Во второй главе приводится состав исследованных материалов, порядок их подготовки, а так же методики проводимых исследований и используемое оборудование

Материалом исследования служил чистый алюминий и сплавы на его основе- промышленные - АМ5, ВАЛ 14, АК7ч, модельные - А1 - 6 мае % Si, Al - 4 мае % Си, А1 - 50 мае % РЬ

Химический состав сплавов и описание режимов термической обработки даны в тексте второй главы

Обработку расплавов электромагнитными импульсами (ЭМИ) осуществляли на установке, схема которой приведена на рис 1 В проводимых экспериментах использовался генератор ЭМИ типа GNP со следующими характеристиками длительность импульса 0,5 не, амплитуда более 8 кВ, мощность в одном импульсе более 1 МВт, частота повторения импульсов до 1000 Гц

Для всех исследуемых металлов проводили две плавки в одинаковых температурно-времен-ных условиях В одном случае при нагреве выше температуры ликвидус расплав в течение 15 минут обрабатывался ЭМИ при выключенной печи В другом случае - расплав выдерживался при той же температуре без обработки Разливка двух плавок проводилась при одной и той же температуре в одинаковые изложницы В случае сплава А1 - 50 мае % РЬ нагрев исходных металлов осуществляли ниже линии ликвидус, но выше линии начала

Рис 1 Схема установки для обработки металлических расплавов ЭМИ 1 - генератор ЭМИ, 2 - соединительные провода, 3 - асбестовая крышка, 4 - излучатель, 5 - защитная кварцевая пробирка, 6 - тигель с расплавом, 7 - нагревательная печь сопротивления

монотектического распада

Пластическую деформацию при термомеханической обработке осуществляли прокаткой на двухвалковом прокатном стане со скоростью 1 с-1 в интервале 20 535 °С со степенями 15 35%

Основными методами исследования являлись металлографические исследования, фазовый рентгеноструктурный анализ, метод двойного моста для измерения электросопротивления, измерения твердости на приборах Виккерса и Бринелля, измерения микротвердости на ПМТ-3, испытания на статическое растяжение, определение сопротивления деформации, метод гидростатического взвешивания для определения плотности

Изучение и фотографирование микроструктур сплавов проводили на оптическом микроскопе «№ЮРНОТ-21»

Исследования микроструктуры и фрактографические исследования проводились на растровом электроном микроскопе ЛЕОЬ 18М-6460ЬУ и сканирующего микроскопа «Теэк ВБ-ЗО!»

На аппарате ДР0Н-4У проводилось измерение физического уширения линии (422)ц и параметра кристаллической решетки образцов при ТМО Время подготовки образцов при исследовании непосредственно после деформации и закалки не превышало 15 минут О степени распада твердого раствора судили по изменению параметра решетки, определенного методом центра тяжести линии (422)„

Фазовый рентгеноструктурный анализ проводился на дифрактометре ДРОН-4У

Измерения удельного электросопротивления проводились с помощью двойного моста ДМЛ-48 на цилиндрических образцах с рабочей длиной 68 мм и диаметром 4 мм

Начало распада пересыщенного твердого раствора при исследовании прокаливаемости, фиксировали при механических испытаниях по снижению прочностных характеристик на 2% по сравнению с уровнем свойств закаленного и состаренного сплава

В третьей главе приведены результаты исследования основных закономерностей формирования свойств при ТМО для сплавов с исходной литой структурой

В этом разделе ставилась задача проследить, в какой мере закономерности формирования свойств при термомеханической обработке, установленные на стареющих деформируемых алюминиевых сплавах, справедливы для сплавов с исходной литой структурой Это было важно установить, поскольку, в связи с особенностями структуры литые детали часто характеризуются пониженным уровнем прочностных характеристик, пластичности и повышенной склонностью к хрупкому разрушению, причем обычная термическая обработка недостаточна для устранения этих недостатков

В работе изучалась возможность деформирования литейных алюминиевых сплавов с оценкой их сопротивления деформации при температурах проведения термомеханической обработки Исследовалось влияние ТМО на структуру и свойства этих сплавов, и анализировались так же особенности их разрушения после термомеханического упрочнения

Материалом исследования служили литейные алюминиевые сплавы АМ5, ВАЛ 14 и АК7ч

Микроструктурные исследования образцов сплавов АМ5, ВАЛ 14, отличающихся содержанием Бг, Мп, Т1 и Сс1 показали, что отлитые заготовки имели структуру, типичную для сплавов системы А1-Си-Мп-Т1 а-твердый раствор + СиА12 + ТМп(А112Мп2Си) + А13Т1 (рис 2, а-г)

Для выяснения возможности осуществления пластической деформации в интервале температур проведения термомеханических обработок литейных сплавов были проведены эксперименты по оценке склонности сплавов к пластическому деформированию Дополнительно оценивалась пластичность сплавов при температурах деформирования по появлению первых макротрещин на образующей образца

Анализ кривых изменения сопротивления деформации исследованных сплавов при различных температурах в зависимости от их исходного состояния

(литые или закаленные) показал, что характер их упрочнения при всех исследованных температурах деформирования идентичен: кривая сопротивления деформации закаленного сплава всегда располагается выше аналогичной кривой сплава с исходной литой структурой. При холодной деформации наиболее интенсивное упрочнение обоих сплавов наблюдается до степеней деформации 20-25%, а затем процесс деформационного упрочнения замедляется.

б) г) е) з)

Рис. 2. Микроструктура: а, б, в, г - сплава АМ5: а - исходное литое состояние, х200; б - закаленное состояние, х 150; в - закалка + деф. 170 °С, 30 %, х 100; г - ВТМО, х400; д, е, ж, з- микроструктура сплава BAJI14: д - исходное литое состояние (шлиф не травлен), х400; е - закаленное состояние, х500; ж - НТМО, хбОО; з - ВТМО, х500

Наиболее значительное снижение значений сопротивления деформации (до 15-37 МПа) происходит при повышении температуры деформирования до 535 °С в результате конкуренции процессов упрочнения и разупрочнения и возрастающего вклада последнего. При этой температуре характер изменения кривых сопротивления деформации в литом и закаленном состояниях типичен для кривых горячедеформированных сплавов: после незначительного подъема, обусловленного деформационным упрочнением, наблюдается пологий спад кривых зависимости напряжения от деформации.

Важно отметить, что образцы, изученных литейных сплавов при проведении вышеописанного эксперимента, не разрушались при всех исследованных температурах и степенях деформации вплоть до 40-45%.

Дополнительно была оценена пластичность исследуемых сплавов с определением критической степени деформации, вызывающей появление первой трещины на образующей образца. Проведенные испытания на осадку цилиндрических образцов позволили сделать вывод о том, что наименее благоприятным является литое состояние (трещина на боковой поверхности сплава АМ5 появляется при осадке на 49%). На закаленных образцах сплавов трещины не наблюдаются при деформации со степенями вплоть до 60%.

Таким образом, исследованные литейные алюминиевые сплавы системы Al-Cu-Mn обладают достаточной пластичностью и могут быть упрочнены с использованием деформации с умеренными степенями обжатия (до 30%) в технологических схемах НТМО и ВТМО

Установлено, что для исследованных литейных алюминиевых сплавов после деформации со степенью 15-30% наблюдается та же зависимость твердости от температуры прокатки, что и для деформируемых стареющих сплавов Эти сплавы интенсивно упрочняются при холодной деформации в интервале температур интенсивного дисперсионного твердения при 150 170 °С При этом эффект упрочнения возрастает с увеличением степени деформации от 15 до 30% Изменение физического уширения линии (422)ц аналогично изменению твердости сплавов Как холодная деформация, так и деформация при 150 170 °С сопровождается повышением удельного электросопротивления сплавов АМ5 и ВАЛ 14 по сравнению с закаленным состоянием, что, в определенной степени, может быть связано с развитием зонной стадии распада твердого раствора

Повышение температуры деформации до 200 450 °С интенсифицирует распад твердого раствора во время проведения обработки, который, в отличие от деформации при более низких температурах, сопровождается выделением

малодисперсных фаз Вследствие чего твердость деформированных образцов падает до уровня закаленного состояния (рис 3)

Высокотемпературная пластическая деформация, осуществляемая при температуре гомогенизации сплавов (545 °С), дает небольшой эффект упрочнения, величина которого определяется, в основном, степенью наклепа матрицы

Как показали исследования микроструктуры (рис 2, г, з), процессы рекристаллизации во время проведения обработки оказываются практически полностью подавленными (сплав АМ5), либо получают незначительное развитие в сплаве BAJ114, который содержит меньшее количество элементов-антирекристаллизаторов (марганца, титана) Но и в этом случае величина рекристаллизованного объема в сплаве не превышала 5 12% ВТМО обоих сплавов приводит к образованию четко выраженной зубчатости на границах зерен (рис 2, г, з) Амплитуда зубчатости составляет 0,8 1,5 мкм и мало зависит от степени деформации Коэффициент неравноосности зерен в деформированных образцах меняется от 0,50 до 0,38 при степенях деформации 15 и 30% соответственно Снижение температуры прокатки с 545 до 500 °С и, тем более до 450 °С уменьшает уровень прочностных свойств сплавов, что обусловлено развитием процессов распада

1еформац 1И

А.

О 100 200 300 400 500 Температура деформации °С

Рис 3 Зависимость твердости сплава АМ5 от температуры и степени деформации

пересыщенного твердого раствора во время подстуживания и деформации с выделением малодисперсных фаз продуктов

Таким образом, сплавы АМ5 и В АЛ 14 могут быть упрочнены НТМО, когда распад твердого раствора ограничивается, в основном, зонной стадией, либо ВТМО с деформацией при температуре 545 °С, при которой распад твердого раствора исключен, а процессы динамической и статической рекристаллизации в существенной мере подавлены

На этих же сплавах была произведена оценка влияния пластической деформации на распад пересыщенного твердого раствора при температурах старения 150-190 °С Исследования показали, что наиболее интенсивно ускоряет распад пересыщенного твердого раствора при старении предварительная деформация, проводимая при температурах дисперсионного твердения Влияние ВТМО на изменение удельного электросопротивления (р) имеет более сложный характер Горячая деформация при температуре гомогенизации, ускоряет распад в меньшей мере, причем при сравнительно длительных выдержках (более 2,5 ч) На начальных стадиях старения наблюдается замедление падения р, что можно рассматривать как торможение распада твердого раствора

В процессе старения при 150 170 °С для сплава АМ5 наибольшее упрочнение по сравнению с закаленным состоянием обеспечивает деформация с обжатием 30% при 170 °С, а наименьшее - при 535 °С. предел прочности составляет 420 и 390 МПа соответственно (после 4-х часов старения при 170 °С) С повышением температуры старения эффект упрочнения от предварительной деформации закономерно уменьшается, однако он сохраняется при 12-часовой выдержке вплоть до 190 °С Максимальная твердость закаленных и термомеха-нически упрочненных образцов достигается при старении 170 °С продолжительностью 6 8ч Аналогичные закономерности изменения твердости, наблюдались и на сплаве ВАЛ 14

После старения на максимальную твердость НТМО с деформацией при 170 °С повышает пределы текучести и прочности сплава АМ5 с 260 до 360 МПа и с 365 до 415 МПа соответственно Несколько меньшее упрочнение обеспечивает холодная деформация Повышение прочностных характеристик при НТМО сопровождается снижением пластичности сплава АМ5 по сравнению с закаленным недеформированным состоянием (5 уменьшается с 7,4 до 5,0%)

Высокотемпературная термомеханическая обработка повышает прочностные свойства литейного алюминиевого сплава АМ5 в меньшей мере, чем НТМО В большинстве случаев значения пределов прочности и текучести возрастают на 25 35 МПа, составляя 380 395 МПа и 290 305 МПа соответственно Однако такая обработка одновременно значительно увеличивает пластичность сплава (5 возрастает с 7 .8 до 10. 12 %)

На сплаве ВАЛИ наблюдались аналогичные закономерности изменения механических свойств Следует отметить, что сплав дополнительно легированный Cd имеет более высокий уровень прочностных свойств в состаренном состоянии

С целью выяснения причин повышения пластичности после ВТМО проводили фрактографическое исследование изломов ударных образцов сплавов обеих систем Анализ изломов показал, что при динамическом нагружении разрушение недеформированного сплава, состаренного при 170 °С, имеет смешанный характер оно осуществляется по телу и границам зерен Если по телу зерна разрушение происходило вязко путем образования и коалесценции микропор, то по границам зерен оно осуществлялось хрупко

Установлено, что ВТМО не изменила характера разрушения, но при этом проявлялась устойчивая тенденция к уменьшению доли излома, занятого зернограничными фасетками Эти данные позволяют предполагать, что ВТМО в литейных алюминиевых сплавах, как и в стареющих деформируемых, затрудняет интеркристаллитное разрушение Это может быть одной из причин повышения пластичности данных сплавов после такой обработки

Поскольку высокопрочные и жаропрочные конструкционные литейные сплавы системы Al-Cu-Mn-Ti применяются для изготовления силовых и корпусных деталей, работающих длительно (1000 часов и более) при повышенных температурах (до 300 °С), важными характеристиками для них являются длительная прочность и ползучесть

Длительная прочность сплава АМ5 определялась на отдельно отлитых в песчаные формы и термообработанных по стандартному режиму (закалка + старение) образцах диаметром 10 мм, длиной 120 мм с резьбой М16х2 на головках и образцах такого же типа, изготовленных из заготовок, подвергнутых ВТМО Установлено, что высокотемпературная термомеханическая обработка повышает длительную прочность этого сплава Так, при испытаниях при 200 °С и напряжении 120 МПа время до разрушения после такой обработки увеличилось с 120 до 176 часов

При создании технологических процессов, включающих ВТМО, важно знать, как изменится прокаливаемость сплава под влиянием высокотемпературной деформации

Нами были построена С-образные диаграмма изотермического распада пересыщенного твердого раствора сплава АМ5 Показано, что пластическая деформация при температуре гомогенизации существенно ускоряет распад пересыщенного твердого раствора сплава АМ5 Расчеты показывают, что для недеформированного сплава критическая скорость закалки Укр=13,78 град/с, а для деформированного - Vkp=29,54 град/с

Наряду со сплавами АМ5 и ВАЛ 14 в работе подробно исследовалось влияние ТМО на структуру и свойства литейного алюминиевого сплава АК7ч системы Al-Si-Mg

Микроструктурные исследования показали, что отлитые заготовки имели типичную для сплава системы Al-Si-Mg структуру: а-твердый раствор, эвтектика (a+Si) и пластинчатые выделения, которые являются соединением AlSiFe После термической обработки по режиму Т4 в структуре наблюдается сфероидизация частиц кремния в эвтектике и по-прежнему видны фазы, содержащие железо Фаза Mg2Si с помощью оптического микроскопа не выявляется

Исследованиями на пластометре установлено, что сплав АК7ч, аналогично литейным сплавам АМ5 и BAJI14, обладает достаточной пластичностью и может быть упрочнен с использованием пластической деформации при степенях до 40%. При этом упрочнение сплава АК7ч также сложным образом зависит от температуры и степени пластической деформации Холодная прокатка способствует повышению твердости сплава. Прирост прочности, обеспечиваемый прокаткой при 100 150 °С с малыми степенями деформации (15%) заметно больше, чем в случае аналогичной холодной деформации. Увеличение степени деформации до 30% при этих температурах в отличие от холодного наклепа незначительно увеличивает твердость

Пластическая деформация в интервале 200 250 °С приводит к уменьшению эффекта упрочнения Отмечено, что при этих температурах деформация со степенью 15% обеспечивает несколько большее упрочнение, чем с обжатием 30%, что можно объяснить интенсификацией распада пересыщенного a-твердого раствора при этих температурах с увеличением степени деформации и переходом от зонной стадии к выделению метастабильной Р'-фазы и стабильной р-фазы

Деформация при 500 и 535 °С приводит к заметно меньшему упрочнению сплава, чем при холодном и теплом наклепе (20 200 °С). При этом величина упрочнения слабо зависит от степени деформации.

Исследование влияния термомеханической обработки на кинетику старения и свойства литейного алюминиевого сплава АК7ч показало, что процессы распада пересыщенного твердого раствора в значительной мере интенсифицируется предварительной деформацией Во время старения (при 170 °С) удельное электросопротивление деформированных и недеформирован-ных образцов сплава АК7ч изменяется идентично: после небольшого подъема при 15-минутной выдержке, связанного с образованием зон Гинье - Престона, оно начинает заметно уменьшаться (рис 4) Судя по изменению удельного электросопротивления, деформация со степенью 30% при 150 °С ускоряет старение в большей мере, чем аналогичная холодная деформация. При высокотемпературной деформации (535 °С) заметно уменьшается наклеп матрицы и в меньшей мере ускоряется распад твердого раствора при старении, но лишь при выдержке более 2 часов

Показано, что старение при температуре 150 "С приводит к упрочнению сплава АК7ч при выдержках продолжительностью до 12 часов Изменение твердости сплава при температурах 170 и 200 °С происходит по кривой с максимумом, который наблюдается после старения продолжительностью 4 и 3 ч соответственно Нагрев сплава до более высоких температур (250 °С и выше)

сопровождается интенсивным разупрочнением, начиная с 0,1—0,25 часов старения. Наиболее высокая твердость достигается при температуре старении

Высокотемпературная деформация при 535 °С перед старением дает небольшое повышение твердости по сравнению с недеформированным состоянием и значительно меньший эффект упрочнения по сравнению с теплой и холодной прокаткой Это обусловлено как меньшим наклепом матрицы, так и меньшей интенсификацией процессов распада твердого раствора Отметим, что эффект упрочнения, созданный деформацией при 20, 150 и 535 °С, сохраняется после старения при всех исследованных обработках. Наиболее высокий и примерно одинаковый уровень упрочнения достигается на образцах, подвергнутых холодной (20 °С) или теплой (150 °С) деформациям с обжатием 30% и состаренных при 170 °С в течение 1 3 часов

В состаренном состоянии наибольший эффект упрочнения обеспечивает деформация при 20 и 150 °С с обжатием 30% Пределы текучести и прочности сплава после НТМО с деформацией при температурах 20 и 150 °С и последующим старением при 170 °С в течение 4-х часов повышаются по сравнению с закаленным состоянием Так, предел текучести возрастает с 180 до 220 и 215 МПа, а предел прочности повышается с 245 до 290 и 285 МПа, соответственно после деформации при 20 и 150 °С с обжатием 30% Такое упрочнение сопровождается снижением относительного удлинения (8) при статическом нагружении Следует отметить, что при использовании теплой деформации формируется более благоприятное соотношение между прочностными характеристиками и пластичностью, чем при холодном наклепе ВТМО незначительно повышает прочностные свойства (на 6 ..18%), однако заметно увеличивает пластичность, характеризующую в определенной степени склонность сплава к хрупкому разрушению

Оценка влияния горячей пластической деформации на изотермический распад пересыщенного твердого раствора алюминиевого сплава показала, что пластическая деформация при температуре гомогенизации существенно ускоряет распад пересыщенного твердого раствора Таким образом, при ВТМО следует ожидать уменьшения прокаливаемое™ сплава АК7ч вследствие интенсификации распада пересыщенного твердого раствора в процессе последующего охлаждения.

170 °С (продолжительностью 4 ч).

Время старения, ч

Рис 4 Изменение электросопротивления сплава АК7ч во время старения при 170 'С Д - деформация на 30% при 20 "С,

• - после закалки, □ - деформация на 30% при 150 *С, о-ВТМО

В работе так же проводился анализ стабильности термомеханически упрочненного состояния сплава АК7ч при повышенных температурах старения, который показал, что деформация со степенью 15% при 200 °С с последующим старением при этой же температуре в течение 1 . 2 часов обеспечивает повышенные значения прочностных характеристик сплава АК7ч при сохранении удовлетворительной пластичности Вместе с тем, следует заметить, что сплав, подвергнутый термической или термомеханической обработке, склонен к интенсивному разупрочнению при температурах 200 °С при выдержках более 3.4ч

В четвертой главе приведены результаты воздействия электромагнитных импульсов (ЭМИ) на расплавы алюминия и его сплавы (А1 - 6 мае % Б1, А1 - 4 мае % Си, А1 — 50 мае % РЬ) при небольших перегревах относительно температуры плавления, а так же результаты влияние комбинированной обработки, сочетающей воздействие ЭМИ на расплавы указанных сплавов и термомеханической обработки (ТМО) металла на структуру, свойства и процессы старения этих сплавов

Обработка алюминия Изучение темплетов слитков чистого алюминия без воздействия и подвергнутых обработке ЭМИ позволило выявить ряд общих характеристик Макроструктура обоих слитков имеет три зоны кристаллизации зону подкорковых кристаллов, зону столбчатых кристаллов и зону крупных равноосных кристаллов в осевой части слитка Столбчатые кристаллы в центральных частях обоих слитков располагаются практически перпендикулярно оси слитка Оба образца имеют симметричные относительно оси слитка средние линейные размеры в направлении перпендикулярном оси слитка зерен Характерно следующее соотношение средних площадей макро зерен по высоте слитков в верхней трети слитков средние площади зерен 3,8 и 5,5 мм2, в центральной части 4,8 и 3,4 мм2, в нижней части слитков 3,3 и 4,4 мм2 соответственно для необработанного и обработанного ЭМИ металла

Следует отметить и некоторые отличия в строении слитка металла обработанного ЭМИ слабо выраженные зона подкорковых кристаллов и зона равноосных зерен в осевой части слитка, увеличение глубины усадочной раковины Коэффициент неравноосности зерен для обработанного электромагнитными импульсами металла снижается с 1,7 до 1,5

Плотность металла, определенная методом гидростатического взвешивания, составила 2,682 и 2,695 г/см3, соответственно для необработанного и обработанного металла Увеличение плотности следует объяснить несколько меньшими количеством и размерами пор в обработанном ЭМИ металле

Удельное электросопротивление и твердость после воздействия ЭМИ возрастают Удельное электросопротивление повышается с 0,0277 до 0,0283 мкОм м (при абсолютной погрешности ±0,0002 мкОм м), твердость возрастает с 17 до 20 НВ Подобные изменения, несмотря на укрупнение размеров зерен, по всей видимости, связаны с увеличением числа дефектов кристаллического

строения, образовавшихся при неравновесной кристаллизации обработанного ЭМИ металла.

Обработка сплава А1 - 6 мас.% 81. Темплеты сплава с обработкой электромагнитными импульсами и без нее имеют две четко выраженные зоны кристаллизации: зону столбчатых кристаллов, располагающуюся на границе с литейной формой и зону крупных равноосных зерен, располагающуюся в центральной части слитка. После воздействия ЭМИ слитка зона корковых столбчатых кристаллов менее выражена, а в центральной части слитка равноосные зерна более крупные. Средние линейные размеры макрозерен в исходном металле 3 мм, в обработанном - 3,5 мм.

Микроструктура отливок (рис. 5) имеет дендритное строение: светлые ячейки а-твердого раствора, окаймленные эвтектикой (а+81), так же наблюдаются выделения фазы А1Ре81. Вместе с тем, для обработанного ЭМИ металла частицы кремниевой фазы эвтектического происхождения более дисперсные, имеют форму игл длиной в среднем 25-30 мкм, количество эвтектики в структуре снижается с 30...35 до 10...15%. В то время как для

исходного металла частицы кремнистой эвтектической фазы имеют округлую

_ пластинчатую форму со средними

шИщ линейными размерами 5-10 мкм. За счет снижения доли эвтектических выделений по границам дендритных ячеек, дендриты б фрЬ а-фазы незначительно увеличивают свой РиГ5. Микроструктура образцов размер с 66 85 мкм' и становятся более

сплава А1 - 6 мас.% 81, х 100: равноосными. Кроме того, микротвердость а - без обработки; а-твердого раствора увеличивается на 10-

б - после обработки ЭМИ 15% (для обработанного ЭМИ металла

а-твердого раствора составила 750 МПа), что свидетельствует о большей его легированности.

Согласно данным растровой электронной микроскопии максимальная концентрация кремния в а-фазе после обработки ЭМИ возрастает с 1,36...1,66 до 1,48... 1,80 мас.% (при абсолютной погрешности 0,04 мас.%).

Предварительная обработка расплава ЭМИ способствует повышению твердости сплава в литом состоянии от 51 до 63 ИВ. Увеличение твердости, по всей видимости, объясняется действием эффекта твердорастворного упрочнения, поскольку повышение содержания кремния на 0,15% вызывает соответствующий прирост твердости матрицы на 3-4 НВ.

Обработка сплава А1 - 4 мас.% Си. Макроструктура сплава алюминий -медь, как после обработки ЭМИ, так и без обработки, представлена двумя четко выраженными зонами кристаллизации: основная зона мелких равноосных зерен, располагающаяся в периферийной области слитка и зона более крупных равноосных зерен, располагающаяся в нижней центральной части слитка.

В микроструктуре литых образцов (рис. 6) выявлены следующие фазы: аА1 и тройная эвтектика аА|+СиА12+М(А17Си2ре). Из-за большого количества в сплаве кремния наблюдается так же фаза М^^, располагающиеся в виде иероглифов по границам зерен.

Согласно проведенным рентгенострук-турным исследованиям воздействия ЭМИ не изменяет фазового состава сплава. Однако выделения эвтектических и метаста-бильных фаз по границам зерен а-фазы в ^ХХ^.дЛ обработанном ЭМИ металле более дис- Рис. 6. Микроструктура образцов сплава персные. А1-4мас.%Си,х100:

г тт а - без обработки;

Несколько возрастает удельное б - после обработки ЭМИ

электросопротивление обработанного

ЭМИ металла с 0,0610 до 0,0615 мкОм-м (при абсолютной погрешности ±0,0002 мкОм-м). Последнее может быть обусловлено повышением концентрации а-твердого раствора и плотности дефектов кристаллического строения, что свойственно для неравновесной кристаллизации.

Предварительная обработка расплава ЭМИ способствует повышению твердости сплава А1 - 4 мас.% Си. Так, для литых образцов исходного металла твердость составляет 49 НВ, для металла, подвергнутого электроимпульсной обработке - 65 НВ. Повышение твердости модельного сплава системы алюминий медь, так же как и для системы алюминий-кремний обусловлено, очевидно, повышением концентрации легирующих элементов в а-твердом растворе и действием эффекта твердорастворного упрочнения. Так по данным, полученным на растровом электронном микроскопе, содержание меди в а-фазе исходного и обработанного ЭМИ металла составляет 1,35... 1,40 и 2,20...2,50 мас,%, соответственно.

Обработка сплава А1 - 50 мас.% РЬ. Для оценки влияния электроимпульсной обработки на расплавы металлов дополнительно проводилось исследование влияния ЭМИ на сплав А1 - 50 мас.% РЬ, имеющую монотектическое превращение.

Ввиду того, что температуры кристаллизации компонентов сплава существенно отличаются, при охлаждении кристаллизуется сначала алюминий (имеющий более высокую температуру кристаллизации), а затем свинец. Таким образом, о продолжительности охлаждения до кристаллизационных температур можно судить по ширине зоны взаимопроникновения алюминиевых и свинцовистых эвтектических выделений в матрице соответствующего компонента.

Для определения ширины зоны взаимопроникновения металлов сплава, проводились исследования на растровом электронном микроскопе ШОЪ ^М-6460ЬУ: определяли распределение соответствующих элементов, путем сканирования по линии, пересекающей зону сплавления. Ширина зоны

изменения интенсивностей излучения Ка) линии алюминия и Mai свинца позволяет сделать вывод о наличии переноса элементов через границу контакта в обе стороны Было показано, что ширина зоны взаимопроникновения двух металлов заметно уменьшается после воздействия на расплав ЭМИ Расчеты показывают, что суммарная ширина зоны уменьшается с 24,1 мкм до 7,5 мкм При этом глубина проникновения свинцовистых выделений в алюминиевую матрицу снижается с 21,6 до 6,25 мкм, а алюминиевых в свинцовую матрицу -с 2,5 до 1,25 мкм Такое соотношение глубин проникновения компонентов в алюминиевую и свинцовистую матрицы можно объяснить более низкой температурой кристаллизации свинца Вследствие чего его атомы дольше сохраняют диффузионную подвижность, поэтому и глубина проникновения свинцовистых выделений в алюминиевой матрице значительно больше

На основании данных полученных при сканировании по линии на растровом электронном микроскопе было получено распределение концентрации свинца по глубине области выделения избыточных фаз в исходном сплаве и обработанном ЭМИ (рис 7) Из полученной концентрационной зависимости распределения свинца в алюминиевой матрице видно, что содержание свинца в зоне взаимопроникновения обработанного ЭМИ металла изменяется более интенсивно После обработки ЭМИ концентрация свинца на видимой границе контакта алюминиевой и свинцовой матриц заметно снижается с 82 до 60 мае %

Для подтверждения результатов, полученных на системе А1-РЬ, аналогичные исследования были проведены и на другой монотекти-ческой системе Zn-Pb Установлено, что для системы цинк - свинец наблюдаются те же зависимости

На основании полученных экспериментальных данных по уменьшению зоны взаимопроникновения выделений свинца и алюминия в матрицах компонентов сплава можно говорить о развитии процессов неравновесной кристаллизации, сопровождающейся, очевидно, появлением большого числа дефектов кристаллического строения, что, наряду с эффектом твердорастворного упрочнения способствует значительному повышению твердости обработанного ЭМИ металла в литом состоянии

Отдельный раздел этой главы диссертации посвящен изучению влияния комбинированной обработки, сочетающей воздействие ЭМИ на расплав и ТМО металла на структуру, свойства и процессы старения этих сплавов

Рассгошие мкы

Рис 7 Содержание свинца в алюминиевой области слитка (нулевая координата - видимая граница контакта свинца и алюминия) 1 - без ЭМИ, 2 - обработанного ЭМИ

Отмечено, что в литом состоянии твердость образцов сплавов обеих систем, подвергнутых при плавке воздействию ЭМИ, значительно выше твердости необработанных образцов Так, для литых стандартных образцов сплава системы А1 - 4 мае % Си твердость составляет 49 НВ, для обработанного ЭМИ металла - 65 НВ Для литых стандартных образцов сплава системы А1 - 6 мае % твердость составляет 51 НВ, для обработанных электромагнитными импульсами - 63 НВ Но уже после закалки по стандартному режиму твердость обработанных и необработанных ЭМИ образцов совпадает, что подтверждает высказанную идею о том, что в основе эффекта импульсного электромагнитного воздействия лежит твердорастворное упрочнение

Образцы обработанного и необработанного электромагнитными импульсами металла подвергали термомеханической обработке

На сплаве системы А1 - 4 мае % Си была проведена оценка влияния деформационной обработки на распад пересыщенного твердого раствора при температуре 160 °С как исходного, так и обработанного ЭМИ металла Установлено, что холодная пластическая деформация интенсифицирует процессы распада пересыщенного твердого раствора Непосредственно после холодной деформации наблюдается повышение электросопротивления по сравнению с закаленным состоянием как для обработанных ЭМИ, так и исходных образцов Так, удельное электросопротивление исходных образцов возрастает на 0,0015 мкОм м и составляет 0,0630 мкОм м, обработанного ЭМИ - 0,0627 мкОм м Повышение электросопротивления связано с развитием зонной стадии распада твердого раствора После обработки в режиме ВТМО удельное электросопротивление обоих образцов имеет, по сравнению с закаленным состоянием, более низкие значения, что объясняется небольшим уровнем упрочнения при горячей деформации, обусловленном лишь наклепом матрицы

Пластическая деформация металла в режиме НТМО с деформацией 15%, предшествующая старению, существенно повышает прочностные свойства (твердость непосредственно после деформации возрастает на 36 НВ для обработанного ЭМИ и необработанного металла) При старении максимум твердости необработанного образца (128 НВ) наблюдается через 8 часов старения Наибольшая твердость обработанного ЭМИ образца (125 НВ) отмечена через 10 часов старения Через 20 часов выдержки при температуре старения твердости образцов исходных и подвергнутых обработке ЭМИ совпадают.

В режиме ВТМО пластическая деформация на 15% при 505-510 °С, предшествующая старению, повышает прочностные свойства в меньшей мере, чем НТМО

Таким образом, для сплава системы А1 - 4 мас% Си показано, что комбинированная обработка, включающая воздействие на расплав ЭМИ и последующую ВТМО и НТМО приводит к повышению прочностных свойств

металла. Уровень достигаемой прочности соизмерим с уровнем свойств, получаемых без предварительной обработки расплава, а процессы выделения упрочняющих фаз оказываются замедленными

Поскольку все системы литейных алюминиевых сплавов имеют свои особенности, представляло интерес исследовать влияние предварительной обработки расплава ЭМИ на процессы, протекающие при упрочняющих режимах термической обработки, а также - в сочетании с термомеханической обработкой и для литейного сплава системы А1 — 6 мае % Si

Твердость исходного и обработанного ЭМИ образцов после закалки совпадает. 55 и 54 НВ соответственно Удельное электросопротивление образцов непосредственно после закалки составляет 0,0463 и 0,0459 мкОмм (при абсолютной погрешности ±0,0002 мкОм м) для исходного и обработанного ЭМИ металла соответственно В процессе старения закаленных образцов при 180 °С наблюдается повышение электросопротивления, свидетельствующее об интенсификации процессов выделения избыточных фаз При НТМО со степенью 30% исходная твердость обработанного и необработанного ЭМИ металла существенно больше, чем для закаленного состояния (рис 8)

В процессе последующей выдержки при 180 °С максимум твердости (93 НВ) необработанного образца, подвергнутого НТМО на 30%, наблюдается через 1 час. Повышение твердости облученного образца менее интенсивно и, достигаемая через 2 часа, твердость 92 НВ не превышает твердости исходного образца

При ВТМО максимум твердости 71-72 НВ необработанного ЭМИ образца достигается через 1 час после старения при 180 °С Обработка электромагнитными импульсами, не влияя на эффект старения, смещает мак-

90

80

нтмозо%

/р

—Я— втмозо%

Jx* 1 /Л Г __1—-! ш закалка 1--1__j

Время старения, ч Рис 8 Зависимость твердости исходного (сплошные

линии) и обработанного ЭМИ (штриховые линии) образцов А1 - 6 мае % Si от длительности старения при

180 °С и режима предварительной обработки, ► -твердость исходного образца в литом состоянии, ■4 - твердость, обработанного ЭМИ металла в литом состоянии

симум твердости на 0,5-1 часа в сторону больших выдержек

В целом по сплаву А1 - 6 мас.% Si можно отметить, что независимо от вида обработки, предшествующей старению, для обработанных образцов характерно меньшее повышение твердости после старения (за исключением закаленного состояния)

Кроме этого, максимумы твердости обработанных ЭМИ образцов, не превышая по абсолютному значению соответствующих показателей для образцов сравнения, достигаются за большее время Для выбранных режимов задержка составляет в среднем 0,5 часа

Исследования микроструктуры сплава Al - 6 мае % Si показали, что при нагреве под закалку до 535 "С размеры дендритных ячеек у обработанных и необработанных ЭМИ образцов несколько увеличиваются Что, по всей видимости, следует объяснить частичным растворение неравновесной эвтектики частицы Mg2Si полностью переходят с твердый раствор и обеспечивают упрочнение при последующем старении Кроме этого, в течение гомогенизирующей выдержки перед закалкой происходит коагуляция частиц кремния эвтектического происхождения и нерастворимой AlFeSi составляющей

При холодной пластической деформации происходит дробление и измельчение дендритных ячеек (до 55 и 74 мкм для исходного и обработанного ЭМИ металла, соответственно)

В процессе старения наблюдается увеличение количества упрочняющей фазы Mg2Si, которая выделяется как в объеме дендрита, так и по границам зерен, объединяясь с частицами алюминиево-кремневой эвтектики

В конце четвертой главы приводится гипотеза, объясняющая причины подобного воздействия ЭМИ на структуру и свойства алюминия и его сплавов Согласно которой, наиболее возможными механизмами воздействия ЭМИ являются электромагнитное перемешивание и возникновение сил давления в расплаве

Пятая глава носит прикладной характер Результаты проведенных исследований были использованы для усовершенствования технологического процесса изготовления конусных тонкостенных крупногабаритных изделий Использование НТМО в технологическом процессе обработки крупногабаритных корпусных изделий из сплава АК7ч обеспечило повышение выхода годной продукции и снижение трудоемкости их изготовления за счет уменьшения припусков на последующую механическую обработку

Проведенная в заводских условиях обработка расплава алюминиевого сплава АМ5 электромагнитными импульсами позволила получить готовые детали с повышенным уровнем свойств, по сравнению с деталями, отлитыми без обработки ЭМИ, наблюдалось повышение предела прочности с 340 до 380 МПа и относительного удлинения с 8 до 14% Выводы

1 Показана возможность улучшения структуры и свойств литейных алюминиевых сплавов систем Al-Cu, Al-Si посредством использования термомеханической обработки в режимах НТМО и ВТМО

2 Горячая пластическая деформация при ВТМО интенсифицирует распад пересыщенных твердых растворов литейных алюминиевых сплавов систем Al-Cu и Al—Si в процессе последующего охлаждения и увеличивает критическую скорость закалки

3 Пластическая деформация в режимах ВТМО и, особенно при НТМО, проводимого при температурах дисперсионного твердения, оказывает ускоряющее воздействие на распад твердых растворов

4. НТМО с деформацией в районе температур интенсивного распада пересыщенных твердых растворов обеспечивает максимальный эффект упрочнения при некотором снижении пластичности ВТМО позволяет получить несколько меньшее по сравнению с НТМО повышение прочностных свойств этих сплавов при одновременном увеличении их пластичности

5. Электроимпульсное воздействие на расплавы систем алюминий-медь, алюминий-кремний повышает прочностные характеристики в литом состоянии, однако эффект от электроимульсного воздействия нивелируется при последующей термической или термомеханической обработке

6 Разработан и опробован в промышленных условиях технологический процесс термической обработки тонкостенных изделий из сплава АК7ч, включающий низкотемпературную термомеханическую обработку, обеспечивающий стабильные повышенные механические характеристики, а также сохранение геометрические размеров изделий, соответствующих ТУ

Основные положения диссертации отражены в следующих публикациях:

Статьи, опубликованные в ведущих рецензируемых журналах и изданиях, указанных в перечне ВАК

1 Корягин, Ю Д Структура и свойства литейных алюминиевых сплавов, подвергнутых термомеханическому упрочнению / Ю Д Корягин, H А Сарычева // Вестник ЮУрГУ Серия «Металлургия» - 2004 - Вып 4 -№8(37) - С 85-87.

2 Шабурова*, H А Воздействие наносекундных электромагнитных импульсов на расплавы цветных металлов /НА Шабурова // Вестник ЮУрГУ Серия «Математика, физика, химия» -2006 -Вып 7 -№7(62) - С 152-156

Статьи, опубликованные в других изданиях

3 Крымский, В В Изменение свойств цветных металлов под воздействием наносекундных электромагнитных импульсов препринт / ВВ. Крымский, ЮД Корягин,НА Сарычева - Челябинск Изд-воЮУрГУ,2004 - 16с

4 Воздействие наносекундных электромагнитных импульсов на структуру и свойства алюминиевых сплавов / JIГ Знаменский, В В Крымский, Ю Д Корягин, H А Сарычева // Материалы VII Международной научно-практической конференции «Наука и образование 2005» - Днепропетровск Наукаюсв1та,2005 -С 21-23

5 Облучение литейных алюминиевых сплавов наносекундными электромагнитными импульсами / Л Г Знаменский, В В Крымский, Ю Д Корягин, НА. Сарычева // Материалы VI Международной конференции «Действия электромагнитных полей на пластичность и прочность материалов» - Воронеж Воронеж гос техн ун-т, 2005 - С 227-228

6 Сарычева, H А Влияние условий кристаллизации на структуру и свойства алюминиевых сплавов / H.A. Сарычева, В В Крымский, Ю Д Корягин

//Сборник научных трудов XXV Российской школы по проблемам науки и технологии - Миасс МСНТ, 2005 - С. 44

7 Сарычева, Н А Изучение процессов кристаллизации цветных металлов по воздействием наносекундных электромагнитных импульсов /НА Сарычева // Сборник научных трудов по материалам научно-практической конференции «Современные направления теоретических и прикладных исследований» Том 3 Технические науки - Одесса Черноморье, 2006 - С 39-41

8 Сарычева, НА Новые способы воздействия на расплавы цветных металлов / Н А Сарычева // Труды V Международной научной конференции «радиационно-термические эффекты и процессы в неорганических материалах» - Томск Изд ТПУ, 2006 - С 70-71

9 Влияние облучения жидкой фазы наносекундными электромагнитными импульсами (ЭМИ) на кристаллизацию, структурообразование и физико-механические свойства алюминия (гранулированный алюминий, 99,78% А1) и силумина A3 90 / Ри ЭХ, Ри Хосен, Дорофеев С В, Крымский В В, НА Сарычева // Повышение эффективности инвестиционной и инновационной деятельности в Дальневосточном регионе и странах АТР В 4 ч Ч 1 Материалы международной научно-практической конференции - Комсомольск-на-Амуре ГОУ ВПО «КиАГТУ» - 2006 - С. 101

10 Свойства алюминия и силумина после облучения наносекундными электромагнитными импульсами / X Ри, ЭХ Ри, С В Дорофеев, В В Крымский, Е Б Кухаренко, Н А Сарычева // Металлургия машиностроения, 2006 -№4 - С 18-20

11 Сарычева, НА Исследование свойств чистого алюминия после облучения электромагнитными импульсами / НА Сарычева, ЮД Корягин, В В Крымский // XXVI Российская школа по проблемам науки и технологий Тезисы докладов - Миасс МСНТ, 2006 - С 67

12 Корягин, Ю Д Структура и свойства литейного сплава AJI9, подвергнутого термомеханическому упрочнению / Ю Д Корягин, Н А Шабурова // Вестник ЮУрГУ. Серия «Металлургия» - 2007 -№ 13 - С 3235

13 Шабурова, НА Влияние температуры и степени пластической деформации на структуру и свойства литейного алюминиевого сплава AJI9 / Н А Шабурова, Ю Д Корягин / Наука и технологии Тезисы докладов XXVII Российской школы, посвященной 150-летию К Э Циолковского, 100-летию С П Королева и 60-летию государственного ракетного центра «КБ им Академика В П Макеева» - Миасс МСНТ, 2007 - С 95

14 Шабурова, НА Стабильность термомеханического состояния сплава АЛ9 при высокотемпературном старении /НА Шабурова, Ю Д Корягин / Наука и технологии Тезисы докладов XXVII Российской школы, посвященной 150-летию КЭ Циолковского, 100-летию СП Королева и 60-летию государственного ракетного центра «КБ им Академика В П. Макеева» -Миасс МСНТ, 2007 - С 96

♦ С 2006 года фамилия Сарычева изменена на Шабурова

Шабурова Наталия Александровна

ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ЛИТЕЙНЫХ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ ПОД ВЛИЯНИЕМ ДЕФОРМАЦИОННЫХ И ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ

Специальность 05 16 01 «Металловедение и термическая обработка металлов»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Издательство Южно-Уральского государственного университета

Подписано в печать 12 12 2007 Формат 60x84 1/16 Печать трафаретная _Уел печ л 1,16 Уч-изд л 1 Тираж 100 экз Заказ 454/91_

Отпечатано в типографии Издательства ЮУрГУ 454080, г Челябинск, пр им В И Ленина, 76

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. Структура и свойства металлов и сплавов, подвергнутых внешним воздействиям в жидком и твердом состояниях.

1.1. Общие сведения об алюминиевых сплавах.

1.2. Влияние пластической деформации на распад пересыщенных твердых растворов в алюминиевых сплавах.

1.3. Термодеформационные методы воздействия на сплавы.

1.3.1. Низкотемпературная термомеханическая обработка.

1.3.2. Высокотемпературная термомеханическая обработка.

1.4. Методы воздействия на расплавы.

1.4.1.Ультразвуковая обработка.

1.4.2. Температурно-временная обработка.

1.4.3. Обработка низкочастотными колебания.

1.4.4. Обработка наносекундными электромагнитными импульсами (НЭМИ).

1.5. Постановка задачи и цели исследования.

Глава 2. Материал, оборудование и методики исследования.

2.1. Материал исследования и его обработка.

2.2. Установка для обработки расплавов.

2.3. Методики исследования структуры и свойств.

Глава 3. Влияние пластической деформации на структуру и свойства литейных алюминиевых сплавов.

3.1. Формирование структуры и свойств литейного алюминиевого сплава АМ5, подвергнутого термомеханической обработке.

3.1.1. Влияние пластической деформации на структуру и свойства сплава АМ5.

3.1.2. Влияние деформационной обработки на кинетику старения, свойства и характер разрушения высокопрочного литейного алюминиевого сплава АМ5.

3.2. Структура и свойства сложнолегированного литейного алюминиевого сплава ВАЛ 14, деформированного в широком интервале температур.

3.3. Термомеханическая обработка литейного сплава АК7ч.

3.3.1. Влияние деформации в широком интервале температур на структуру ,и свойства литейного алюминиевого сплава АК7ч.

3.3.2. Влияние термомеханической обработки на кинетику старения и свойства литейного алюминиевого сплава АК7ч.

3.3.3. Стабильность термомеханически упрочненного состояния при повышенных температурах старения сплава АК7ч.

Выводы.

Глава 4. Обработка расплавов алюминия и алюминиевых сплавов электромагнитными импульсами.

4.1. Обработка ЭМИ алюминия и модельных сплавов на его основе.

4.2. Влияние комбинированной обработки ЭМИ и ТМО на структуру и свойства сплавов А1 - 4 мас.% Си, А1 - 6 мас.% Si.

4.3. Гипотеза о механизме влияния ЭМИ на расплавы металлов и сплавов.

Выводы.

Глава 5. Реализация результатов работы в промышленных условиях.

5.1. Термомеханическая обработка конусных литых деталей из сплава АК7ч(АЛ9) в промышленных условиях.

5.2. Электроимпульсная обработка промышленного сплава АМ5.

ВЫВОДЫ.

Актуальность темы. Благодаря уникальному сочетанию свойств алюминиевые сплавы являются одним из наиболее распространенных конструкционных материалов в различных областях народного хозяйства. Улучшение комплекса свойств этих сплавов представляет собой важнейшую научно-техническую задачу.

Для улучшения структуры и эксплуатационных свойств слитков, отливок и деформированных полуфабрикатов большое внимание уделяется поиску оптимальных условий кристаллизации, совершенствованию режимов термической обработки литого металла.

Для деформируемых, дисперсионно-твердеющих сплавов на основе алюминия используются различные схемы термомеханической обработки. К основным видам такой обработки относят низкотемпературную и высокотемпературную термомеханические обработки (НТМО и ВТМО).

В случае НТМО сплав после закалки подвергается холодной деформации и последующему естественному или искусственному одно- или двухступенчатому старению. При оптимально подобранных режимах деформации и старения можно получить повышенные прочностные характеристики при сохранении приемлемой пластичности. Пластическая деформация при НТМО может осуществляться и в температурном интервале интенсивного развития процессов старения. Такая схема обработки часто обеспечивает более высокий уровень прочности, чем НТМО с использованием холодной деформации.

Некоторое увеличение прочностных характеристик при одновременном повышении пластичности и ударной вязкости дисперсионно-твердеющих сплавов обеспечивается ВТМО, которая предполагает пластическую деформацию при температуре нагрева под закалку или несколько ниже неё и последующее быстрое охлаждение с целью получения не только пересыщенного твердого раствора, но и исключения рекристаллизации деформированной матрицы. Окончательной операцией является старение деформированного сплава.

Из дисперсионно-твердеющих алюминиевых сплавов, подвергнутых ТМО, наиболее подробно изучены сплавы традиционно используемых систем (Al-Cu, Al-Cu-Mn, Al-Cu-Mg и др.).

Большинство исследований по термомеханической обработке выполнено на полуфабрикатах и изделиях, которые на стадии металлургического передела подвергались пластической деформации. Поскольку в промышленности широкое применение находят литейные алюминиевые сплавы, представлялось важным установить возможность осуществления термомеханической обработки этих сплавов, отличающихся от деформированных легированием, особенностями формирования структуры и склонностью к дисперсионному твердению.

Регулировать свойства готового металлов можно уже на начальных стадиях приготовления. Известно [1, 2], что, варьируя режимы и методы обработки расплава, можно в широких пределах изменять структуру и свойства металла. Кроме того, обнаружена наследственная связь структуры и состава шихтовых материалов со свойствами расплавов и структурами, формирующихся из них слитков и отливок.

Технологические процессы производства металлических расплавов связаны с переводом исходных материалов в расплавленное состояние и последующей кристаллизации системы. Традиционно, исследователи большое внимание уделяют именно второй стадии, т.е. поиску оптимальных условий кристаллизации. Попытки же воздействия на стадии исходного расплава ограничиваются лишь дополнительным легированием и рафинированием, с целью оптимизации состава и удаления вредных примесей.

В качестве внешнего физического воздействия на расплав в диссертации рассматривается обработка электромагнитными импульсами (ЭМИ), использование которых, согласно [3, 4] благоприятно влияет на комплекс литейных и механических свойств сплавов цветных металлов.

Продолжение и развитие исследовательских работ по двум указанным тематикам: воздействию на цветные металлы и сплавы в твердом и жидком состоянии, перспективны и актуальны, т. к. они направлены на решение современной проблемы физического металловедения — разработку научных основ для создания новых технологий производства и обработки конструкционных материалов.

Целью работы являлось исследование общих закономерностей формирования структуры и свойств при термомеханической обработке литейных алюминиевых сплавов как промышленной выплавки, так и модельных алюминиевых сплавов, предварительно подвергнутых обработке электромагнитными импульсами в расплавленном состоянии.

В соответствии с этим в работе были поставлены следующие задачи:

- изучить возможность использования термомеханической обработки для улучшения структуры и свойств литейных алюминиевых сплавов, отличающихся основой легирования;

- исследовать влияние различных режимов термомеханической обработки на структуру, кинетику старения и свойства литейных алюминиевых сплавов;

- разработать практические рекомендации по термомеханической обработке литейных алюминиевых сплавов;

- изучить структуру и свойства алюминия и сплавов на его основе после обработки расплавов электромагнитными импульсами;

-исследовать влияние предварительной обработки расплава электромагнитными импульсами на кинетику старения и свойства алюминиевых сплавов, подвергнутых последующей термической и термомеханической обработкам.

Научная новизна работы определяется совокупностью результатов теоретических и экспериментальных исследований и состоит в следующем:

1. Показана возможность использования термомеханической обработки для улучшения комплекса свойств литейных алюминиевых сплавов.

2. Установлены основные особенности формирования структуры и свойств литейных алюминиевых сплавов при термомеханической обработке.

Определены температурно-деформационные параметры ТМО, обеспечивающие улучшение механических и служебных свойств литейных сплавов на алюминиевой основе.

3. Впервые установлены изменения в структуре алюминиевых сплавов при воздействии на расплав электромагнитными импульсами. Показано, что влияние предварительной электромагнитной импульсной обработки расплава алюминиевых сплавов на структуру и свойства литейных сплавов после ТМО и типовых режимов термообработки не проявляется.

Практическая ценность и реализация работы в промышленности.

Выявленные закономерности формирования структуры и свойств алюминиевых сплавов, подвергнутых деформации в широком интервале температур, создают возможность целенаправленного подхода к выбору объектов и режимов термомеханического упрочнения литейных сплавов.

На основании результатов проведенных исследований разработаны оснастка и технологический процесс изготовления изделий из литейного сплава АК7ч. Опытно-промышленное опробование разработанной технологии, включающей НТМО, показало, что она позволяет улучшить комплекс свойств изделий из литейных алюминиевых сплавов.

Результаты работы могут быть использованы при обработке расплавов алюминия и его сплавов электромагнитными импульсами с целью улучшения их технологических свойств.

На защиту выносятся следующие основные положения.

1. Закономерности формирования структуры и свойств литейных алюминиевых сплавов, подвергнутых термомеханической обработке.

2. Особенности формирования структуры и свойств алюминия и сплавов на его основе после обработки расплава электромагнитными импульсами.

3. Результаты исследования комплексной обработки литейных алюминиевых сплавов электромагнитными импульсами с последующей термической и термомеханической обработками.

Личный вклад автора. Диссертация представляет собой обобщение результатов исследований, выполненных при непосредственном участии автора.

Автором выполнена подготовка образцов и проведение экспериментальных исследований, а так же обработка полученных результатов.

Все приведенные в диссертации основные положения, теоретические результаты и выводы получены автором или при его непосредственном участии.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на: VII Международной научно-практической конференции «Наука и образование 2005» (Днепропетровск, 2005 г.), VI Международной конференции «Действия электромагнитных полей на пластичность и прочность материалов». (Воронеж, 2005 г.), XXV-XXVII Российских школах по проблемам науки и технологии (Миасс, 2005-2007 гг.), Межотраслевой научно-технической конференции «Автоматизация и прогрессивные технологии» (Новоуральск, 2005 г.), Научно-практической конференции «Современные направления теоретических и прикладных исследований» (Одесса, 2006 г.), V Международной научной конференции «радиационно-термические эффекты и процессы в неорганических материалах» (Томск, 2006 г.), 67-69-й Научной конференции (Челябинск, ЮУрГУ, 2005-2007 гг.), Научно-практическая конференция «Разработки Челябинской области по приоритетным направлениям развития науки, технологий и техники Российской Федерации» (ЮУрГУ, Челябинск, 2007 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, из них 2 в журналах ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и содержит 176 страниц машинописного текста, 40 рисунков, 8 таблиц, список литературы из 170 наименований и 2 приложения.

Основные результаты работы могут быть сформулированы следующим образом.

1. Показана возможность улучшения структуры и свойств литейных алюминиевых сплавов систем Al-Cu, Al-Si посредством использования термомеханической обработки в режимах НТМО и ВТМО.

2. Горячая пластическая деформация при ВТМО интенсифицирует распад пересыщенных твердых растворов литейных алюминиевых сплавов систем Al-Cu и Al-Si в процессе последующего охлаждения и увеличивает критическую скорость закалки.

3. Пластическая деформация в режимах ВТМО и, особенно при НТМО, проводимого при температурах дисперсионного твердения, оказывает ускоряющее воздействие на распад твердых растворов.

4. НТМО с деформацией в районе температур интенсивного распада пересыщенных твердых растворов обеспечивает максимальный эффект упрочнения при некотором снижении пластичности. ВТМО позволяет получить несколько меньшее по сравнению с НТМО повышение прочностных свойств этих сплавов при одновременном увеличении их пластичности.

5. Электроимпульсное воздействие на расплавы систем алюминий-медь, алюминий-кремний повышает прочностные характеристики в литом состоянии, однако эффект от электроимульсного воздействия нивелируется при последующей термической или термомеханической обработке.

6. Разработан и опробован в промышленных условиях технологический процесс термической обработки тонкостенных изделий из сплава АК7ч, включающий низкотемпературную термомеханическую обработку, обеспечивающий стабильные повышенные механические характеристики, а так же сохранение геометрических размеров изделий, соответствующих ТУ.

1. Бродова, И.Г. Расплавы как основа формирования структуры и свойств алюминиевых сплавов / И.Г. Бродова, П.С. Попель, Н.М. Барбин, H.A. Ватолин. - Екатеринбург: УрОРАН, 2005. - 369 с.

2. Баум, Б.А. Металлические жидкости / Б.А. Баум.- М.: Наука, 1979. — 120 с.

3. Электроимпульсные нанотехнологии в литейных процессах. Монография/ Л.Г. Знаменский, В.В. Крымский, Б.А. Кулаков. Челябинск: Изд-во ЦНТИ, 2003. - 130 с.

4. Наносекундные-электромагнитные импульсы и их применение / B.C. Белкин, В.А. Бухарин, В.К.Дубровин; под ред. В.В. Крымского Челябинск: Изд. Татьяны Лурье, 2001.-159 с.

5. Колачев, Б.А. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов: учебник для вузов / Б.А. Колачев, В.И. Елагин, В.А. Ливанов. М.: МИСИС, 1999. - 416 с.

6. Келли, А., Дисперсионное твердение: пер. с англ./ А. Келли, Р. Никлсон; под ред. Л. К. Гордиенко, Е. Н.Власовой.— М.: Металлургия, 1966 — 300 с.

7. Фридляндер, И. Н. Алюминиевые деформируемые конструкционные сплавы / И. Н. Фридляндер. М.: Металлургия, 1979. - 208 с.

8. Захарова, М.И. Сб. Рентгенография в применении к исследованию материалов/ М.И. Захарова, С.Т. Конобеевский. М.: ОНТИ, 1936 - С. 288.

9. Мондольфо, Л. Ф. Структура и свойства алюминиевых сплавов: пер. с англ./ Л. Ф. Мондольфо; под ред. Ф.И. Квасова, Г.Б.Строганова, И. Н. Фридляндера.-М.: Металлургия, 1979. 640 с.

10. Альтман, М. Б. Повышение свойств стандартных литейных алюминиевых сплавов / М. Б. Альтман. М.: Металлургия ,1984. - 129 с.

11. Колобнев, И.Ф. Термическая обработка алюминиевых сплавов / И.Ф. Колобнев. М.: Металлургия, 1966.— 394с.

12. Конобеевский С. Т. К теории фазовых превращений. III. Напряжения, возникающие при выделениях фазы из твердого раствора / С.Т. Конобеевский // Журнал экспериментальной и теоретической физики. — 1943. -Т. 13.-Вып. 11-12.-С. 418-427.

13. Конобеевский, С. Т. К теории фазовых превращений. II. Диффузия в твердых растворах под влиянием распределенных напряжений / С. Т. Конобеевский // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1943. - Т. 13. - Вып. 6. - С. 200- 214.

14. Конобеевский, С. Т. Кристаллизация в металлах при превращениях в твердом состоянии / С. Т. Конобеевский // Известия АН СССР. Серия химическая. 1937. -№ 5. - С. 1209-1244.

15. Конобеевский, С. Т. К теории фазовых превращений. I. Термодинамическая теория явлений возврата при старении Cu-Al сплавов / С. Т. Конобеевский // Журнал экспериментальной и теоретической физики. — 1943. Т. 13. - Вып. 6. - С. 185- 199.

16. Gayler M.L., J. Inst. Met., 1947, v. 73, P. 625-639. ,

17. Graf R., Guinier A., Compt. rend., 1957, v 245, P. 337-340.

18. Guinier, A. Roentgenography of Crystals // Izd-vo Fiz.-mat. Literatury, -1961.-P. 392-394.

19. Graf R, Guinier A., Compt. rend., 1954, v. 238, P. 2175-2177.

20. Зейтц, Ф. Современная теория твердого тела: перевод с английского под редакцией Жданова Г.С. / Ф. Зейтц. М. Изд-во Технико-теоретической литературы, 1962. - 736 с.

21. Nabarro, F. R. N. Symposium on Internal Stresses in Metals / F. R. N. Nabarro-London: London Inst, of Metals, 1949-237 p.

22. Малышев, К.А. Влияние температуры пластической деформации на структуру и ударную вязкость аустенитных сталей / К.А. Малышев, Г.Н. Богачева, В.Д. Садовский, Г.А. Устюгов // ФММ, 1959.-т.7.-вып.1.- СЛ 01— 109.

23. Ракин, В.Г. Влияние пластической деформации на устойчивость, частиц распада в сплаве Al-Cu / В.Г. Ракин, H.H. Буйнов // ФММ, 1961- т.11. -вып.1.-С. 59-73.

24. Koda S., Takeyama Т., J. Inst. Met., 1957, 86, P. 277.

25. Thomas G., Nutting J., Hirsch P.B. Inst. Met., 1957, 86, P. 7.

26. Харди, Г.К. Успехи физики металлов / Г.К. Харди, Т. Дж. Хилл — М.: Металлургиздат, 1958, II. -С. 285.

27. Буйнов, H.H. Распад металлических пересыщенных твердых растворов / КН. Буйнов, P.P. Захарова. М.: Металлургия, 1964. — 24 с.

28. Особенности процессов структурообразования в алюминиевом, сплаве при интенсивной пластической деформации / Е.Г. Нашинская, A.A. Толпа, Д.П. Кукуй, С .И. Марчук и др: // Металлофизика и новые технологии, 2005. 27. - №4. - С. 535-549.

29. Шилова, Е.И. Изменение механических свойств сплавов алюминий-медь-магний под влиянием деформации в. свежезакаленном состоянии и кратковременном нагреве при 200°С / Е.И; Шилова// Сб: Легкие сплавы, вып. 1. М.: Изд-во АН СССР, 1958.-С. 123.

30. Adrie, J'. Influence of the thermomechanical treatment on Al-Zn-Mg-Cu alloy / J. Adrie, E. Maire, R. Estevez, J. Ehrstrom // Acta mater., 2004. 52 —№6 — P. 1653-1661,

31. Давыдов, В.Г. Термомеханическая обработка сплавов системы Al-Zn-Mg / В.Г. Давыдов, A.M. Дриц, Е.Д. Захаров // Известия ВУЗов; Цветные металлы, 1973, №1.- С. 128.

32. Павлов, В.А. Упрочнение сплавов путем пластической деформации в области температур аномальной зависимости механических свойств / В.А. Павлов // ФММ, 196.-т. 16.- вып.1. С. 155-158.

33. Павлов, В.А. Упрочнение алюминиевых сплавов AB и В95 при помощи термомеханической обработки / В.А. Павлов, Ю.И. Филиппов, С.А. Фризен // ФММ. 1965. - вып.20. - №5. - С. 770.

34. Павлов, В.А. Влияние пластической деформации и старения на структуру сплава АМГ11 / В.А. Павлов, С.А. Фризен // ФММ.-1969- вып. 24.-№4.-С. 720.

35. Павлов, В.А. Влияние температуры пластической деформации при ТМО на структуру сплава АВ / В.А. Павлов, С.А. Фризен // ФММ.-1969-вып. 28 №4.- С. 736.

36. Добаткин, В.И. О термомеханической обработке алюминиевых сплавов/ В.И. Добаткин // Технология легких сплавов, научно—техн. Бюллетень ВИЛСа.- 1967 №5- С. 70.

37. Алюминий. Металловедение, обработка и применение алюминиевых сплавов. Перев. с англ. — М.: Металлургия, 1972. 663 с.

38. Никольсон, Р.Б. Гетерогенное зарождение выделений / Р.Б. Никольсон // Сб. Электронная микроскопия и прочность кристаллов. М.: Металлургия, 1968 - С. 494.

39. Томас, Г. Структура дисперсионно-упрочняемых сплавов / Г. Томас // Сб. Электронная микроскопия и прочность кристаллов. М.: Металлургия, 1968.- С.456.

40. Фридляндер, И.Н. О зонном и фазовом старении алюминиевых сплавов, упрочняемых термической обработкой / И.Н. Фридляндер // Технология легких сплавов, научно -техн. Бюллетень ВИЛСа. 1967. - №5-С. 78.

41. Зегер, А. Теория деформационного упрочнения г.ц.к. и г.п.у. монокристаллов / А. Зегер, 3. Мадер, Г. Кронмюлер // Сб. Электронная микроскопия и прочность кристаллов. М.: Металлургия, 1968 - 392 с.

42. Sahoo, М. Substructure and dispersion hardening in agen, cooled worked, and anneled A1 4 wt. % Cu alloy / M. Sahoo, I.A. Lung // "Met. Trans".- 1973. 4.-№l p. 39.

43. Бергезан, А. Влияние различных факторов на кинетику структурного твердения твердых растворов систем алюминий — медь и алюминий цинк /

44. A. Бергезан // Проблемы современной металлургии, 1952. — №6. — С. 65.

45. Кутайцева, Е.И. Влияние термомеханической обработки на' свойства сплава В96ц / Е.И. Кутайцева, Е.Г. Филиппова, С.А. Боровов // Сб. Металловедение сплавов легких металлов. М.: Наука, 1970. — С. 29.

46. Свидерская, З.А. Влияние холодной деформации на свойства искусственно стареющих алюминиевых сплавов при повышенных температурах / З.А. Свидерская, М.Е. Дриц, А.А. Ващенко // Сб. Исследование сплавов цветных металлов- М.: Изд-во АН СССР, 1962 С. 48.

47. Елагин, В.И. О структурном упрочнении алюминиевых сплавов /

48. B.И. Елагин // Цветные металлы, 2005. №5-6. - С. 134-140.

49. Ostermann, F. Improved Fatigue Resistance of Al-Zn-Mg-Cu (7075) Alloys Through Thermomechanical Processing / F. Ostermann // Met. Trans-1971.- 2- № 10 p. 2897.

50. Titcher, A.L. The effect of thermomechanical treatment on the fatigue behaviour of and Al-Mg-Si-Mn Alloys / A.L. Titcher, C.D. Ponniad // Microstruct.

51. And Design alloys. Proc. 3rd Int. Conf. Strength Metals and Alloys Cambridge.— 1973.-Vol. 1, S.L. S.A.432.

52. Thompson, D.S. Thermomechanical aging of aluminium alloys / D.S. Thompson, S.A. Levy, D.K. Benson // Microstruct. And Design Alloys. Proc. 3rd Int. conf. Strength Metals and Alloys.- Cambridge 1973. - Vol. 1, S.L. S. A. 119.

53. Paton, N.E. Influence of thermomechanical processing treatments on properties of aluminium alloys / N.E. Paton, A.W. Sommer // Microstruct. And Design Alloys. Proc. 3rd Int. Conf. Strength Metals and Alloys Cambridge-1973.-Vol. 1, S.L. S. A. 101.

54. Кауфман, Дж. Г. Лабораторные испытания алюминиевых сплавов на вязкость разрушения / Дж. Г. Кауфман, X. Г. Гунаиккер // Сб. Прикладные вопросы вязкости разрушения. -М.: Мир, 1968 — С. 397-420.

55. Проект британского стандарта для испытания на вязкость разрушения при плоской деформации // Сб. Испытания высокопрочных материалов на вязкость разрушения при плоской деформации. — М.: Мир, 1972.-154 с.

56. Комарова, М.Ф. Исследование влияния пластической деформации на структуру и свойства сплава Al-Mg / М.Ф. Комарова, P.M. Леринман, Н.Н. Буйнов и др. // ФММ.- 1966.- 22.- №5,- С. 773.

57. Белосов, Н.Н. Влияние пластической деформации и старения на механические свойства сплавов Al-Mg / Н.Н. Белосов, Е.Н. Михеева, В.А. Павлов и др. // ФММ. 1966. - 22. - №6. - С. 720.

58. Фризен, С. А. Упрочнение алюминиевых сплавов при термомеханической обработке: автореферат диссертации / С.А. Фризен. -Свердловск, 1969. 24 с.

59. Пат. 2255135 Российская Федерация, мпк7 С 22 F1/053. Способ деформационно-термической обработки алюминиевых сплавов / Б.Д. Чухин; заявл. 01.03.2004; опубл. 27.06.2005.

60. Белоусов, H.H. Применение высокотемпературной термомеханической обработки как метода изготовление деталей из алюминиевых сплавов / H.H. Белоусов, JI.B. Рабинович, Т.А. Кириллова. — Л.: ЛДНТП, 1965.- 162 с.

61. Творогов, М.И. Структура границ зерен и ударная вязкость сплавов АК6 и В93 после высокотемпературной деформации с закалкой / М.И. Творогов, P.C. Халиков // Металловедение и термическая обработка металлов.- 1970.-№ 2 С. 33.

62. Творогов, М.И. Свойства сплавов. АК6 и В93 после деформации при механикотермической обработке / М.И. Творогов // Металловедение и термическая обработка металлов. — 1970: № 11.- С. 44-48.

63. Рабинович, М.Х. К вопросу о высокотемпературной термомеханической обработке алюминиевых сплавов / М.Х. Рабинович, В.И. Елагин // Сб. Металловедение легких сплавов. М.: Наука, 1970. - С. 21.

64. Рабинович, М.Х. Термомеханическая, обработка алюминиевых сплавов / М.Х. Рабинович. М.: Машиностроение, 1972. - 161 с.

65. Рабинина, P.M. Высокотемпературная механико-термическая обработка сплава АК6 / P.M. Рабинина, Л.Н. Лещинер // Металловедение и термическая обработка металлов 1970 - № 5.- С. 62.

66. Шеремет, В.А. Влияние режимов термомеханической обработки на структуру, механические свойства и служебные свойства термоупрочненнойарматуры / В.А. Шеремет, A.B. Кекух, В.Г. Раздобрев // Изв. вузов. Черн. металлургия, 2005. №11. - С. 40-43.

67. Романова, А. В. Структура и свойства металлических расплавов: в кн.: Металлы, электроны, решетка / А. В. Романова. — Киев: Наукова думка, 1975.-217 с.

68. Есин, О. А. К полимерной модели жидких металлов / О. А. Есин // Изв. АН СССР, Металлы.- 1976. -№ 5. С. 67-72.

69. Белащенко, Д. К. Форма существования примесей в металлических расплавах / Д. К. Белащенко //Ж. Всесоюз. хим. об-ва им. Менделеева — 1971.-т. 16.-№5.-С. 29-33.

70. Загребин, Б. Я. Парамагнитная восприимчивость разбавленных сплавов РЗМ с жидким галлием / Б. Я. Загребин, С. П. Довгопол, С. П. Яценко // ФТТ. 1975. - т. 17. -№ 10.-С. 1105-1110.

71. Спектор, Е. 3. О структуре жидких железа и никеля / Е. 3. Спектор // ДАН СССР. 1970. - т. 190. - № 6. - С. 561-570.

72. Ватолин, П. А. Влияние температуры па структуру расплавленных-железа, никеля, палладия и кремния / П. А. Ватолин, Э. А. Пастухов, Э. М Керн.// ДАН СССР.- 1974.-т. 217,-№ 1.-С. 38-41.

73. Лашко, А: С. Упорядоченные области в жидком железе / А. С. Лашко, О. Я. Слуховский // УФЖ. 1974. - т. 19. - № 1. - С. 97-106.

74. Слуховский, О. И. Структурные изменения жидкого железа / О. И. Слуховский, А. С. Лашко, А. В. Романова // УФЖ.- 1975. т. 20. - №12. -С. 232-239.

75. Попель, С. В., Исследование строения расплавов висмут индий / С. В. Попель, Ю. В. Масленников, М. А. Спиридонов // Изв. АН СССР. Металлы. - 1976. - № 1. - С. 29-40.

76. Полтавцев, Ю. Г. Структура полупроводников в некристаллических состояниях / Ю. Г. Полтавцев // УФН- 1976. т. 120. - вып. 4 - С. 1038-1046.

77. Ватолин, H.A. Дифракционные исследования строения высокотемпературных расплавов / H.A. Ватолин, Э.А. Пастухов. М.: Наука,1977.-189 с.

78. Новохатский, И.А. Особенности проявления различных типов структурных превращений в металлических расплавах / И.А. Новохатский, В.З. Кисунько, В.И. Ладьянов // Извести вузов. Черная металлургия. 1985. — № 9,- С. 1-9.

79. Гельчинский, Б.Р. Структурные превращения в жидких металлах по данным эксперимента и с точки зрения теории / Б.Р. Гельчинский // Известия вузов. Черная металлургия. 1985. - №7. - С. 16-26.

80. Popel, P.S. Metastable colloidal states of liquid metallic solutions / P.S. Popel, O.A. Chikova, V.M. Matveev // High Temperature Materials and Processes. 1995. -Vol. 4 — N. 4.-P. 219-233.

81. Кудрин, В.A. Влияние строения и свойств металлических расплавов на качество стали / В.А. Кудрин, Г.Н. Еланский, А.Н. Учаев // Сталь 1981— № 9. - С. 21-26.

82. Никитин, В.И. Наследственность в литых сплавах / В.И. Никитин. -Самара.: Государственный технический университет, 1995. — 248 с.

83. Баум, Б. А. О взаимосвязи свойств жидких и твердых сталей: В кн.: Проблемы стального слитка / Б. А. Баум. М.: Металлургия, 1976. - С. 176— 184.

84. Баум, Б. А. Физические свойства расплавленных высоколегированных сталей / Б. А. Баум //Физ. и химия обработки материалов, 1970.-№5. -С. 19-26.

85. Хасин, Г. А. и др. Влияние температурно-временного режима выплавки на повышение качества стали / Г. А. Хасин // Сталь. — 1978. — № 9. С. 39-48.

86. Баум, Б. А. Влияние температурной обработки расплава на характеристики механических свойств металла: в кн.: Свойства сплавов в отливках/Б. А. Баум. -М.: Наука, 1975 С. 165-172.

87. Косилов, Н. С. Плотность железоникелевых расплавов / Н. С. Косилов // Изв. ВУЗов. Черная металлургия. 1978. - № 8. -С. 94-103.

88. Готгильф, Т. JI. Исследование явления гистерезиса вязкости в металлических расплавах / Т. JL Готгильф, А. П. Любимов // Физическая химия металлургических процессов и систем. сб. № 41. - М.: Металлургия, 1966.-С. 182.

89. Тягунов, Г. В. Влияние способа производства сплава на его свойства в жидком состоянии / Г. В. Тягунов // Физ. и химия обработки материалов— 1975.-№ 1.-С. 64-72.

90. Бодакин, Н. Е. Вязкость жидких сплавов системы железо- никель / Н. Е. Бодакин, Б. А. Баум, Г. В. Тягунов//Изв. ВУЗов. Чернаяметаллургия-1977.-№5.-С. 13-21.

91. Уэда, М. Вязкость жидкого железа, содержащего кислород / М. Уэда, Т. Фунакоси, Г. Ипада, К. Морита //. J. Iron and. Steel Inst. Jap. 1975. - vol. 61.-N 12.-P. 1322-1330.

92. Власов, H. И. Исследование влияния продувки металла аргоном на его жидкотекучесть / Н. И. Власов, К. В. Хуснояров, А. М. Бигеев // Изв. ВУЗов. Черная металлургия 1973. - № 6. — С. 25-31.

93. Бондарев, Б. И. Модифицирование алюминиевых деформируемых сплавов / Б. И. Бондарев. — М.: Металлургия, 1979. 223 с.

94. Ангелов, Г. О механизме уплотнения структуры металлов и сплавов под действием вибрации и ультразвука / Г. Ангелов // «Известия ВМЕИ». -1970. т. XXIV. - кн. I. - С. 133-156.

95. Абрамов, О. В. Кристаллизация металлов в ультразвуковом поле / О.В. Абрамов. -М.: Металлургия, 1972 256 с.

96. Ангелов, Г. Относительное влияние ультразвука на спонтанную кристаллизацию металлов / Г. Ангелов, И. Дельников // «Известия ВМНИ». -София, 1971.-т. XXVII.-кн. I. С. 37-48.

97. Скрышевский, А.Ф. Структурный анализ жидкостей / А.Ф. Скрышевский. -М.: Высшая школа, 1971. 256 с.

98. Попель, П.С. Влияние структурного расплава на кристаллизацию силуминов / П.С. Попель, В.И. Никитин, И.Г. Бродова и др.// Расплавы.1987. T.l. - №3. - С. 31-35.

99. Курнаков, Н.С. Избранные труды: т. 1 / Н.С. Курнаков.- М.: Изд. АН СССР, 1960.-595 с.

100. Ершов, Г.С. Высокопрочные алюминиевые сплавы на основе вторичного сырья / Г.С. Ершов, Ю.Б. Бычков. М.: Металлургия, 1979. — 192 с.

101. Спасский, А.Г. Температурная обработка жидких металлов и влияние ее на механические свойства отливок / А.Г. Спасский, Б.А. Фомин, С.И. Алейников // Литейное производство 1959 - № 10. - С. 35-37.

102. Дендритная ликвация в сталях и сплавах / И. Н. Голиков. — М.: Металлургия , 1977. — 223 с.

103. Баум, Б.А. Жидкая сталь / Б.А. Баум, Г.А. Хасин, Г.В. Тягунов и др. М.: Металлургия, 1984. 208 с.

104. Структура и свойства быстро охлажденного сплава Al 8% Fe в зависимости от температурной обработки расплава / И.Г. Бродова, В.О. Есин, И.В. Поленц и др.// Расплавы. - 1990. - № 1. - С. 16-20.

105. Структурные исследования быстро закристаллизованных Al-Sc сплавов / И.Г. Бродова, И.В. Поленц O.A. Коржавина и др. // Расплавы. — 1990.-№5.-С. 73-79.

106. Закономерности формирования литой структуры переохлажденных Al-Ti сплавов / И.Г. Бродова, И.В. Поленц, В.О. Есин, Е.М. Лобов // ФММ. -1992.-№1. С.84-89.

107. Явление структурной наследственности с точки зрения коллоидной модели микрогетерогенного строения металлических расплавов / П.С. Попель, O.A. Чикова, И.Г. Бродова, В.В. Макеев // Цветные металлы. 1992. - №9. - С. 53-56.

108. Structure and Phase Decomposition of Supersaturated Al-Zr Solid Solution Rapidly Solidified / S. Hort, H. Kitagawa, T. Masutani, A. Takehara // J. Japan Inst. Light. Metals, 1977. - V.27. - N3. - P. 129 - 137.

109. Бродова, И.Г. Роль структуры лигатурных сплавов примодифицировании алюминиевых сплавов цирконием / И.Г. Бродова, И.В. Поленц, П.С. Попель // ФММ. 1993. -Т.76. - вып.5. - С. 124-131.

110. Бродова, Особенности кристаллизации алюминиевых сплавов в зависимости от состояния их расплавов: дис. .канд. техн наук / И.Г. Бродова Екатеринбург, ФММ УрО РАН. - 1995.

111. Улучшение структуры и свойств быстроохлажденных алюминиевых сплавов с комбинированным упрочнением / И.Г. Бродова, В.М. Федоров, Ю.В. Шмаков, И.В. Поленц // Металлургия гранул: Сборник научных трудов ВИЛСа. 1990. - Вып.5. - С. 40-42.

112. Необратимые изменения плотности расплавов Al-Si при высоких температурах / П.С Попель, Е.А. Демина, E.JL Архангельский, Б.А. Баум // Теплофизика высоких температур. 1987. - Т.25. - №3. - С. 487-^491.

113. Вязкость и электросопротивление расплавов Al-Si и влияние их структурного состояния на строение литого металла / O.A. Коржавина, И.Г. Бродова, В .И: Никитин // Расплавы. 1992 - №1. - С. 10-17.

114. Необратимые изменения вязкости расплавов А1-Мп при высоких температурах / O.A. Коржавина, П.С. Попель, И.Г. Бродова, И.В. Поленц // Расплавы. 1990. - №6. - С. 23-28.

115. Добаткин, В.И. Гранулируемые алюминиевые сплавы / В.И. Добаткин, В.И. Елагин. М.: Металлургия, 1981. - 176 с.

116. Эскин, Г.И. Ультразвуковая обработка расплавленного алюминия / Г.И. Эскин. -М.: Металлургия, 1988. 232 с.

117. Влияние низкочастотной кавитационной обработки алюминиевых расплавов на изменение условий кристаллизаций и плавления, структуру и свойства металла / H.A. Ватолин, Э.А. Попова, Э.А. Пастухов и др. // Расплавы. 1995. - №3. -С. 10-14.

118. Баландин, Г.Ф. Формирование кристаллического строения отливок.: 2-е изд., перераб. и доп. / Г.Ф. Баландин. М.: Машиностроение, 1973.-286 с.

119. Herrmann, E. Handbook on Contmius Casting, Düsseldorf, Aluminium / E. Herrmann, D. Hoffmann. Verlag, 1980. - 742 p.

120. Корытов, В. А. Исследование механизма виброимпульсного воздействия на кристаллизующийся металл / В.А. Корытов, В.А. Ефимов // Влияние внешних воздействий на жидкий и кристаллизующийся металл. — Киев: ИПЛ АН УССР. 1983. - С. 52-56.

121. Абрамов О.В. Кристаллизация металлов в ультразвуковом поле. — М.: Металлургия, 1972. 256 с.

122. Buxmann, K.V.// Metallwissenschaft und Technjk. 1971. -№2. - P. 127-133.

123. Бондарев, Б.И. Модифицирование деформируемых алюминиевых сплавов / Б.И. Бондарев, В.И. Напалков, В.И. Тарарышкин.- М.: Металлургия, 1978. -223 с.

124. Бочвар, A.A. Металловедение: учеб. для метал, и технич. Специальностей вузов / A.A. Бочвар. М.: Металлургия, 1956. - 495 с.

125. Бодрова Л.Е. Влияние акустической кавитационной обработки расплава AI—Mg на структуру и свойства литого металла / Л.Е. Бодрова, A.C. Быков, Э.А. Попова, Э.А. Пастухов, A.B. Долматов // Металлы. — 2003.6: — С. 45-48.

126. Ри, X Свойства алюминия и силумина после облучения наносекундными электромагнитными импульсами / X. Ри, Э.Х. Ри, C.B. Дорофеев, В.В. Крымский, Е.Б. Кухаренко, H.A. Сарычева // Металлургия машиностроения, 2006, №4. С. 18-20.

127. Баранова, JL В. Металлографическое травление металлов и сплавов: справ, изд. / Л. В. Баранова, Э.Л. Демина. М.: Металлургия, 1986. - 256 с.

128. Беккерт. М. Способы металлографического травления: справ, изд. / М. Беккерт, X. Клемм; пер. с нем. Н.И. Туркиной и Е.Я. Капуткина; М.: Металлургия, 1988.-400 с.

129. Салтыков, С.А. Стериометрическая металлография / С.А. Салтыков-М.: Металлургия, 1970.-415 с.

130. Выдрин, В.Н. Установка для исследования сопротивления деформации металлов и сплавов при прокатке / В.Н.Выдрин, В.П.Смолин, В.И. Крайнов и др.//Сталь.- 1980.-№12.-С. 1085-1087.

131. Давыдов, В.Г. Диаграммы изотермического распада раствора в алюминиевых сплавах / В.Г.Давыдов, В.В.Захаров, Е.Д.Захаров, И.И.Новиков. М.: Металлургия, 1973. - 152 с.

132. Hall, Е.О. Deformation and aging of mild Steel / E.O. Hall // Physical Sosiety of London Proceedings.- 1951.-V64.-№ l.-P. 747-753.

133. Бер, Л.Б. Влияние HTMO на структуру и свойства листов из сплава Д16 / Л.Б.Бер, А.М.Бобылева, Н.В.Бухарина и др. // Технология легких сплавов. 1978. - №12. - С. 3-8.

134. Аристова, Н. А. Термическая обработка линейных алюминиевых сплавов / Н. А. Аристова. — М.: Металлургия , 1977. 143 с.

135. Карева, Н.Т. Высокотемпературная термомеханическая обработка штамповок из сплава АК6 / Н.Т. Карева, Ю.Д. Корягин,М,А. Смирнов, И.Я. Зальцман // Бюллетень ЦНТИ: Челябинск 1973. - №264-73. - С. 1-4.

136. Смирнов, М.А. Влияние горячей пластической деформации на /изотермический распад пересыщенного твердого раствора алюминиевого сплава / М.А. Смирнов, И.В. Лапина, В.Г. Ушаков // Физика металлов и металловедение. 1993. -Т.76. -Вып.2. - С. 140-143.

137. Лапина, И.В. Формирование структуры и свойств высокопрочного алюминиевого сплава при термической и термомеханической обработках: Дис. канд. техн. наук / И.В. Лапина. Челябинск: ЧГТУ, 1995. - 258 с.

138. Беляев, А.И. Металловедение алюминия и его сплавов: справ, изд. 2-е изд. перераб. и доп. / Беляев А.И., Бочвар О.С., Буйнов H.H. и др. М.: Металлургия, 1983. - 280 с.

139. Попель, П.С. О механизме упрочнения сплава АЛ19 при микролегировании кадмием / П.С. Попель, В.М. Замятин, Ю.А. Базин, Б.П.Домашников // Металловедение и термическая обработка металлов. — 1983.-№8.-С. 39-42.

140. Жевтунов, П.П. Литейные сплавы / П.П. Жевтунов. М.: Машиностроение, 1956.-431 с.

141. Промышленные алюминиевые сплавы: Справ, изд. / С.Г. Алиева, М.Б. Альтман, С.М. Амбарцумян и др. 2-е изд. перераб. и доп. М.: Металлургия, 1984. - 528 с.

142. Фридляндер, И.Н. Алюминиевые сплавы в летательных аппаратах в периоды 1970 2000 и 2001 - 2015 гг. / И.Н. Фридляндер // Металловедение и термическая обработка металлов. - 2001. - №1. — С. 5-9.

143. Дриц, A.M. О природе упрочнения сплавов системы Al-Zn-Mg при НТМО / A.M. Дриц, В.Г. Давыдов, Л.И. Левин // Проблемы металловедения цветных металлов. 1978. — С. 103-112.

144. Алюминий: свойства и физическое металловедение: Справ, изд. пер. с англ. / под ред. Хетча Дж.Е. М.: Металлургия, 1989. — 422 с.

145. Постников, Н.С. Упрочнение алюминиевых сплавов и отливок / Н.С. Постников. -М.: Металлургия, 1983. 119 с.

146. Кауфман, Дж. Г. Лабораторные испытания алюминиевых сплавов на вязкость разрушения / Дж. Г. Кауфман, X. Г. Гунаиккер // Сб. Прикладные вопросы вязкости разрушения. М.: Мир, 1968. - 397-420 с.

147. Фавстов, Ю.К. Металловедение высокодемпфирующих сплавов / Ю.К. Фавстов, Ю.Н. Шульга, А.Г. Рахштадт. М.: Металлургия, 1980. - 272 с.

148. Печковский, A.M. Термическая обработка крупногабаритных деталей из алюминиевых и магниевых сплавов / A.M. Печковский. — М.: Металлургия, 1967. 99 с.

149. Elliott, R. Eutectic Solidification Processing Crystalline and Alloys / R. Elliott // Butterworts and Co (Publishers) LTd. -1983. -P. 1123-1131.

150. Шабурова, H.A. Воздействие наносекундных электромагнитных импульсов на расплавы цветных металлов / H.A. Шабурова // Вестник ЮУрГУ, Серия «Математика, физика, химия». 2006. - Вып. 7. - № 7(62). -С.152-156

151. Таран, Ю.Н. Структура эвтектических сплавов / Ю.Н. Таран, В.И.

152. Мазур. М.: Металлургия, 1978. -311 с.

153. Сарычева, H.A. Новые способы воздействия на расплавы цветных металлов. / H.A. Сарычева // Труды V Международной научной конференции «радиационно-термические эффекты и процессы в неорганических материалах». Томск: Изд. ТПУ, 2006. - С. 70-71.

154. Захаров, A.M. Промышленные сплавы цветных металлов. Фазовый состав и структурные составляющие / A.M. Захаров. М.: Металлургия, 1980.-256 с.

155. Мальцев, М.В. Металлография промышленных цветных металлов и сплавов / М.В. Мальцев. М.: Металлургия, 1970. - 364 с.

156. Tiller, W.A. Migration of a liquid zone through a solid: Part I / W.A. Tiller // J. Appl.Phys. 1963.-v.34 - №.9. - P. 2757-2762.

157. Старение сплавов / пер. с англ. Л.И. Миркина. М.: Металлургиздат, 1962.-493 с.

158. Шишковский, И.В. Расчет тепловых полей обработки материала КПЭ с среде MATHCAD / И.В. Шишковский. Самара: Самар. гос. техн. университет, 2003. - 40 с.

159. Лазерная и электроннолучевая обработка материалов: Справочник / Под ред. Н. Н. Рыкалина.-. М.: Машиностроение, 1985. 496 с.

160. Аркин, М.Я. К вопросу о бесконтактном возбуждении ультразвуковых колебаний в расплавленных металлах / М.Я. Аркин, И.Ф. Гончарова, B.C. Миротворский // Акустический журнал. 1968. - T.XIV. -С. 344-350.

161. Промышленные деформируемые, спеченные и литейные алюминиевые сплавы / Под ред. Ф.И.Квасова, И,Н.Фридляндера. М.: Металлургия, 1972. — 552 с.

162. Колобнев, И.Ф. Справочник литейщика. Цветное литье из легких сплавов / И.Ф. Колобнев. В.В. Крымов, A.B. Мельников. М.: Машиностроение, 1974. — 415 с.

163. Постников, Н.С. Высокогерметичные алюминиевые сплавы / Н.С. Постников. — М.: Металлургия, 1972. 160 с.

164. Колачев, Б. А. Технология термической обработки цветных металлов и сплавов / Б.А. Колачев, P.M. Габидуллин, Ю.В. Пигузов. — М. Металлургия, 1980. 280 с.

165. Испытания показали, что комбинированная обработка, сочетающая низкотемпературную термомеханическую обработку с последующим старением в штампе, обеспечивает:

166. Получение требуемых по техническим условиям прочностных характеристик изделия и уменьшение их разброса по образующей конуса;

167. Уменьшение коробления (эллипсности) изделий с 0,6 0,8мм (послеIобработки по стандартному режиму: закалка + старение ) до 0,15 0,20 мм (предлагаемая обработка); ,

168. Учитывая, что конусные изделия изготавливаются и из других марок сплавов, желательно в дальнейшем разработать режимы термофиксирующей обработки и опробовать их в промышленных условиях.1. Заместитель начальника

169. Представители ЮУрГу Ю.Д.Корягин1. Н.А.Шабуроваагабугдинов

170. Утверждаю Генеральный директор ЗАО «Уральская бронза»1. АКТиспытаний отливок из алюминиевых и медных- отлавош/ подвергнутых воздействию наносекундных электромагнитных импульсов

171. Исполнитель: Южно-Уральский государственный университет (ЮУрГУ).

172. В латуни ЛД16К4 после обработки НЭМИ зафиксировано понижение температуры кристаллизации расплава, измельчение микроструктуры отливок.

173. Полученные данные позволяют рекомендовать предлагаемую обработку для использования в промышленных условиях.1. Зам. директора От ЮУрГУ: