автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Теплофизические свойства алюминиевых сплавов и их применение для корректировки технологических режимов производства прессованных полуфабрикатов

На правах рукописи

»гв О* ггкк т

МОСКОВСКИХ Ольга Петровна

ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ И ИХ

ПРИМЕНЕНИЕ ДЛЯ КОРРЕКТИРОВКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ ПРОИЗВОДСТВА ПРЕССОВАННЫХ ПОЛУФАБРИКАТОВ

Специальность 05.16.01 - Металловедение и термическая обработка металлов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Екатеринбург 2000

Работа выполнена на кафедре физики Уральского государственного технического университета-УПИ.

Научный руководитель -

доктор технических наук, профессор Замятин В.М. кандидат физико-математических наук, доцент Бодряков В.Ю. профессор, доктор технических наук Попов В.В.; доцент, кандидат технических наук Михайлов С.Б.

!

Научный консультант -

Официальные оппоненты:

Ведущее предприятие - Верхне-Салдинское металлургическое

производственное объединение (ВСМПО)

Защита состоится 4 декабря 2000 г. в 15 ч на заседании диссертационного совета К.063.14.02 при металлургическом факультете Уральского государственного технического университета-УПИ, 3-й учебный корпус, ауд. Мт-324.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке УГТУ-УПИ. Ваш отзыв в одном экземпляре, заверенный гербовой печатью, просим направлять по адресу: 620002, Екатеринбург, К-2, ул. МираД9, УГТУ, ученому секретарю университета, тел. (3432) 75-45-74, факс 343-2-74-38-84.

Автореферат разослан 3 ноября 2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доцент, к.т.н.

Логинов Ю.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы. Для успешного выхода на международный рынок гечествсиной металлургической продукции необходимо выполнение эебований по качеству металла на уровне мировых стандартов. Для этого при звершенствовании старых и разработке новых технологий производства еталлопродукции требуется анализ всех стадий ее получения. Для Зеспечения требуемых структуры и механических свойств получаемых олуфабрикатов необходимо уделить внимание как процессу кристаллизации гситков, так и режимам их термической обработки.

Между тем физические свойства (в частности, теплофизические) пюминиевых сплавов изучены недостаточно, особенно в интервале плавления жидком состоянии. Так как процесс кристаллизации расплавов играет ажную роль в формировании структуры слитков, представлялось елесообразным выяснить особенности механизма плавления и ристаллюации многокомпонентных сплавов, сведения о котором в литературе граничены и противоречивы. Наряду с этим необходимо заметить, что в асчетах при математическом моделировании процесса затвердевания слитков [з алюминиевых сплавов используются усредненные значения еплофизических свойств, что существенно снижает достоверность юлучаемых результатов и в дальнейшем сказывается на качестве {еталлопродукции. В связи с этим становятся актуальными сведения об юновных теплофизических свойствах (энтальпии и теплоемкости) многокомпонентных алюминиевых сплавов в широком интервале температур и эдача оптимизации на основе этих данных процесса кристаллизации слитков, »тливаемых методом полунепрерывного литья.

Для модифицирования алюминиевых сплавов системы А!-М§-81 (аналоги ¡а рубежом - сплавы серии 6000) применяют лигатуру А1-Т1-В. Однако при этом не всегда удается достигнуть стабильного формирования в слитках мелкозернистой (2000 зерен на 1 см2 площади шлнфа, максимальный размер

зерна 200-300 мкм) и однородной по объему структуры. Это обстоятельство потребовало проведения в данной работе исследований, направленных на уточнение ряда технологических параметров получения лигатуры Al-Ti-B и процесса модифицирования сплавов серии 6000 данной лигатурой.

Прессованные полуфабрикаты из сплавов серии 6000 подвергаются термической обработке - закалке и искусственному старению. Между тем, как показывает производственный опыт, уровень механических свойств полуфабрикатов не отвечает требованиям международных стандартов. Наличие данной проблемы обусловлено тем, что параметры термической обработки полуфабрикатов определяются методом проб и ошибок. Поэтому в данной работе представлялось целесообразным уточнить параметры термической обработки полуфабрикатов на основе результатов измерений изменения молярной энтальпии сплавов в зависимости от температуры.

Цель работы. Совершенствование технологии производства прессованных полуфабрикатов, соответствующих по структуре и свойствам требованиям мировых стандартов, из сплавов серии 6000 на основе результатов исследования их теплофизических свойств.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие методические, металловедческие и технологические задачи:

- повысить чувствительность (не менее 40 Дж/моль) адиабатического калориметра, являющегося основным экспериментальным инструментом в данной работе;

экспериментально изучить температурные зависимости ряда теплофизических свойств (изменения молярной энтальпии и молярной теплоемкости) многокомпонентных алюминиевых сплавов 6012,6082 (система Al-Mg-Si), 2007, 2011, Д16ч (система Al-Cu), В95пч (система Al-Zn-Cu-Mg) в твердом, твердо-жидком и жидком состояниях;

- математически обработать полученные экспериментальные данные на ПК по специально созданной программе для определения ряда

ермодинамических и структурных характеристик многокомпонентных томиниевых сплавов;

- методом математического моделирования процесса кристаллизации литков из сплава 6082 оптимизировать технологические параметры литья, беспечивагощие формирование однородной мелкозернистой макроструктуры высокую дисперсность микроструктуры;

- разработать практические рекомендации по оптимизации режимов грмической обработки слитков и полуфабрикатов из сплава 6082 на основе езультатов калориметрических, металлографических и рентгеноструктурных сследований данного сплава.

Научная новизна

Предложен и реализован способ управления формированием однородной дисперсной структуры слитков из алюминиевых сплавов (на примере сплава 082 системы за счет оптимизации условий их кристаллизации

етодом математического моделирования, основанном на численном решении равнения теплопроводности с использованием полученных в работе истинных учений теплофизических свойств (теплоемкости и энталыши) сплавов в зердом, твердо-жидком и жидком состояниях.

Установлены технологические особенности приготовления прутка из игатуры А1-5%Т[-1%В с заданной структурой и модифицирования им груктуры слитков сплавов системы Л1-\4g-S I для стабильного получения не енее 2000 зерен в 1 см2 площади шлифа.

Разработан рациональный режим гомогенизирующего отжига слитков плава 6082 на основе результатов исследования температурных зависимостей го энтальпии и теплоемкости в литом состоянии в условиях, моделирующих корость нагрева слитков в производственных гомогенизационных колодцах.

Осуществлена корректировка режима термической обработки рессованных прутков из сплава 6082 путем анализа зависимостей его

энтальпии и теплоемкости от температуры в сочетании с результатами металлографических и рентгеноструктурных исследований.

Практическая значимость. Результаты исследований теплофизических свойств сплава 6082 использованы для оптимизации процесса кристаллизации слитков, совершенствования режима гомогенизирующего отжига слитков и параметров термической обработки прессованных прутков на Каменск-Уральском металлургическом заводе (ОАО КУМЗ), что позволило получить прутки из этого сплава с требуемыми структурой и свойствами и наладить их серийное производство. Теплофизические свойства других многокомпонентных алюминиевых деформируемых сплавов, установленные в работе, представляют основу для разработки новых и совершенствования действующих технологий, которые, по аналогии со сплавом 6082, позволят повысить качество металлопродукции: обеспечить стабильное получение структуры и механических свойств слитков и полуфабрикатов, соответствующих требованиям мировых стандартов. Автор защищает:

1. Результаты экспериментального изучения энтальпии и теплоемкости многокомпонентных алюминиевых сплавов 6012, 6082 (система Al-Mg-Si), 2007, 2011, Д16ч (система Al-Cu), В95пч (система Al-Zn-Cu-Mg) в твердом, твердо-жидком и жидком состояниях.

2. Результаты математического моделирования процесса кристаллизации слитков из сплавов серии 6000.

3. Результаты исследования процесса модифицирования сплавов серии 6000 ; лигатурой Al-5%Ti-l%B с целью обеспечения мелкозернистой (2000 зерен

на 1 см2 площади шлифа) и однородной по объему структуры.

4. Результаты калориметрических, металлографических и рентгеноструктурных исследований сплава 6082.

5. Практические рекомендации по оптимизации режимов термической обработки слитков и полуфабрикатов из сплава 6082.

Апробация работы. Материалы диссертации были доложены и обсуждены на К1У Уральской школе металловедов - термистов "Фундаментальные проблемы физического металловедения перспективных материалов", Ижевск, 1998 г.; на I К Российской конференции "Строение и свойства металлических и шлаковых расплавов", Екатеринбург, 1998 г.; на VI Международной научно-практической сонференции "Генная инженерия в сплавах", Самара, 1998 г.; на международной конференции " Совершенствование литейных процессов", Екатеринбург, 1999 г.; на XV Уральской школе металловедов - термистов " \ктуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов", Екатеринбург, 2000 г.

Публикации. Результаты выполненных исследований опубликованы в 10 печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и 1Ыводов и списка литературы. Объем работы - 129 страниц, рисунки - 26, •аблицы -16, список литературы содержит 107 наименований..

СОДЕРЖАНИЕРАБОТЫ Во введении формулируются актуальность темы диссертационной >аботы, ее цель, научная новизна и практическая ценность результатов ^следований, а также приводятся основные положения, выносимые на защиту.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ В первой главе приведены данные о промышленных сплавах системы которые производятся в России. Перечислены легирующие элементы [ рассмотрена их роль в структуре сплавов. Приведен фазовый состав и (писано влияние структурных составляющих на свойства сплава.

Представлена информация о промышленных сплавах серии 6000 (аналоги ¡плавов системы А1-М§-8:), выпускаемых за рубежом. Сравниваются ребования, предъявляемые к промышленным сплавам по структуре и механическим свойствам в России и за рубежом.

В главе также рассмотрены современные модельные представления о микронеоднородном строении жидких сплавов.

Глава заканчивается постановкой задач исследования по теме диссертационной работы.

2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Во второй главе дана необходимая информация об исследуемых алюминиевых сплавах, а также рассмотрены использованные методики и описана оценка их погрешностей.

В работе были исследованы многокомпонентные алюминиевые сплавы: 6012, 6082 (сис-ма Al-Mg-Si), 2007, 2011, Д16ч (сис-ма Al-Cu), В95пч (сис-ма AI-Zn-Cu-Mg). Химический состав исследуемых сплавов приведен в табл. 1.

В интервале температур 100-1100°С изучены температурные зависимости изменения молярной энтальпии Н(Т)-Н(ТВ) сплавов относительно "базовой" температуры Тв методом адиабатической дроп-калориметрии.

Адиабатическая калориметрия является наиболее точным методом непосредственного определения тепловых эффектов, сопровождающих фазовые структурные превращения в веществе.

Опыты проводились следующим образом. Образец известной массы нагревался до определенной температуры, а затем сбрасывался в калориметр, имеющий "базовую" температуру. Далее на основании измеренного приращения температуры блока калориметра рассчитывалось изменение энтальпии образца. Относительные погрешности результатов измерения составили 1% и 0,3%.

Металлографический анализ осуществляли с применением структурного анализатора "Эпиквант". Размеры зерен и интерметаллидов определяли методом секущих. Относительные погрешности измерений составили 2% и 1,5% соответственно. Испытания механических свойств проводили в соответствии с требованиями действующих ГОСТов. Рентгеноструктурный анализ осуществляли на дифрактометре ДРОН-3 в медном излучении.

Таблица 1

Химический состав исследуемых сплавов

Сплав Компоненты, мае. %

А1 Си Мп мё Ие Б! гп ■П Сг № 2т РЬ В1

А99 99.99 - - - 0.003 0.003 - - - - - - - ■

6012 96.126 0.02 0.53 J 0.92 0.38 1.22 0.039 0.065 - 0.01 - 0.69 -

6082 96.99 0.03 0.74 0.8 0.35 0.9 0.01 0.05 0.12 0.01 - - -

2007 91.847 4 0.71 0.84 0.41 0.79 0.19 0.05 0.013 - 0.01 1.14 -

2011 93.51 5.5 0.04 0.01 0.25 0.1 0.04 0.04 - 0.01 - 0.29 0.21

Д16ч 93.25 4.4 0.7 1.5 0.1 0.05 - - - - - - -

В95пч 89.7 1.8 0.3 2.0 0.15 0.05 6 - - - - - -

Таблица 2

Основные характеристики исследуемых сплавов

характеристики А99 6012 6082 2007 2011 Д16ч В95пч

аЭ> Дж/(мольК) 30,69 44,93 18,45 43,29 52,00 12,16 27,63

Ья, Дж/(«оль-К ) -0,01524 -0,02144 0,01579 -0,01737 -0,03312 0,026305 0,00288

Дж К/моль 512566 1235149 -104018 И93494 1546491 -382200 353626

Зь Дж/{моль-К) 16651 -1966 -1741 5116 -4600 -296 192

Ьь=Ср1_, Дж/моль 32,11 32,76 32,96 24,56 35,49 31,11 30.37

т£,к/°с - 861/588 864/591 849/576 855/582 864/591 857/583

тик/"с 933/660 922/649 925/652 908/635 914/641 926/652 917/644

АНт , Дж/моль 10700 11050 10767 9975 11550 9789 10534

Но. Дж/моль - 326128 326139 326121 326124 326114 326120

П„, % - 3,39 3,30 3,06 3,54 3,00 3,23

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ЗАВИСИМОСТЕЙ ИЗМЕНЕНИЯ МОЛЯРНОЙ ЭНТАЛЬПИИ И МОЛЯРНОЙ ТЕПЛОЕМКОСТИ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ АЛЮМИНИЕВЫХ

СПЛАВОВ

В данном разделе работы представлены температурные зависимости изменения молярной энтальпии алюминиевых сплавов, химический состаЕ которых приведен в табл. 1.

Температурные зависимости изменения молярной энтальпии сплавг описаны полиномами:

- в твердом состоянии (T<TS)

[H{T)-H(TB)]x = as(T-TB) + fe)(T2-T¡) + cs¿~±-) ■ - (l)

l 11B

- в жидком состоянии (T>TL)

lH(T)-H(TB)]2=aL+bL(T-rB) . (2)

Добавочную молярную энтальпию Нд(Т) в области перехода сплава из твердого состояния в жидкое (при Ts<T<Ti,) определяли по формуле

НА=Н -п =Н -А-е^ , (3)

Aovo ' v '

где Но - энергия активации процесса плавления (предполагается постоянной);

А - постоянная;

R - универсальная газовая постоянная;

R=8,314 Дж/моль-К.

Значение добавочной молярной энтальпии Нд(Т) в области плавление рассчитывали как разность между экспериментальными и расчетным* значениями изменения энтальпии при температуре Т (рис. 1):

На=[Н(Т)-Н(Тв)]зксп " [ЩТ)-Н(ТВ)] i расч , (4)

Рис. 1. Типичная температурная зависимость изменения молярной энтальпии (Н(Т) - Н(ТВ)) алюминиевых сплавов.

т, к

Рис.2. Температурная зависимость изменения молярной энтальпии А1 и сплавов системы 1 - алюминий; 2 - сплав 6012; 3 - сплав 6082. (Каждая кривая смещена вверх относительно предыдущей на 8000 единиц масштаба).

где [Н(Т)-Н(Тв)]Эксп - экспериментальное значение Н(Т)-Н(ТВ) при температуре Т;

[Н(Т)-Н(ТВ)]1 раем - расчетное значение изменения молярной энтальпии для данной температуры, полученное путем экстраполяции функции [Н(Т)-Н(Тн)], = а^(Т-Тв)+(Ьу/2)(Т2-ТГ12)+Сх(1/Т-1/Тв) в область плавления из области более низких температур .

Температурой солидус принято считать температуру, выше которой доля вклада добавочной молярной энтальпии НА('Г) в полную величину изменения молярной энтальпии вещества превышает 1%.

При Т=Т[_ расчетные значения изменения молярной энтальпии сплава в твердом состоянии и в расплавленном состоянии равны:

[Н(Т)-Н(ТВ)], расч +НА(Т,.)= [Н(Т,)-Н(ТВ)]2 зга, . (5)

На температурной зависимости Н(Т)-Н(Тв) точка Т1, соответствует излому.

Величины Но и А находили путем линейной регрессии зависимостей 1пНА(1/Т):

Н0=К-|18а| (6)

А=ЕХР[1пНА(0)]/Но=ЕХР[1пНА(0)]/(К-|1ёа|) ; (7)

где а - угол между прямой 1пНА(1/Т) и положительным направлением оси ОХ(1/Т).

Значения а и 1пНА(0) определяли по графику функции 1пНА(1/Т).

Найденные величины Но, А и температура ликвидус Т1. служили для определения количества дефектов в 1 моле сплава в момент полного расплавления.

Теплоту плавления сплава ДНт определяли по формуле

ЛБга=[Н(Т1.)-Н(Тв)]2 эк., - [Н(ТЬ)-Н(ТВ)]

I расч

или

ЛНт=НА(ТО .

(9)

Поэтому расчетную кривую температурной зависимости Н(ТЬ)-Н(ТВ) в области плавления (при Т$<Т<Т[_) описывали математической формулой:

тТ)~ЩТв)]2жсп=а5{Т_Тв^

(К

Ч2У

(Г2-Т2) + С

( 1 1 ^

Т ТI

В)

+ Н0-А-е^

'.V

ят

(10)

Температурную зависимость молярной теплоемкости сплавов в указанном интервале температур находили дифференцированием температурной зависимости изменения молярной энтальпии сплавов:

Ср(Т) =

г с1[Н(Т)-Н(Тв)]^

(1Т

(11)

/р

Таким образом, температурную зависимость молярной теплоемкости сплава описывали следующими полиномами: - в твердом состоянии (Т<Т5)

- при Т$<Т<Т1

с

С „(Г) = а + Ь Г - - +

Ру ' * * г2

2 ° л-н* Г

2

- в жидком состоянии (Т>ТЬ)

Ср(Т)=Ьь .

(14)

Температурная зависимость изменения молярной энтальпии алюминия марки А99 хорошо совпадает со справочными данными температурной зависимости изменения молярной энтальпии алюминия.

На рис.2 приведены температурные зависимости изменения молярной энтальпии алюминия и сплавов 6012 и 6082. Подобные зависимости получены для сплавов 2007, 2011, Д16ч, В95пч.

Из рис.2 видно, что для сплавов наблюдается температурный интервал значительного роста изменения энтальпии по сравнению с алюминием.

В результате математической обработки экспериментальных данных получены значения коэффициентов в формулах (1), (2), (10), которые описывают так называемые расчетные температурные зависимости изменения молярной энтальпии исследуемых сплавов в твердом, твердо-жидком и жидком состояниях.

При дальнейшей обработке расчетных температурных зависимостей изменения молярной энтальпии определены температуры солидус и ликвидус, теплота плавления, а также рассчитана концентрация дефектов в одном моле каждого сплава в момент его полного расплавления (см. табл.2 на стр.9).

Зависимость молярной теплоемкости сплава 6082 от температуры, которая является типичной для всех сплавов, приведена на рис.3. Из графика

видно, что молярная теплоемкость монотонно растет до температуры солидус, выше которой приобретает сложный характер, связанный с процессом плавления сплава. Выше температуры ликвидус молярная теплоемкость остается величиной постоянной. Резкое увеличение величины молярной теплоемкости сплавов является следствием структурных изменений и перераспределений энергии между атомами сплава при переходе его из твердого состояния в жидкое. Из графика видно, что молярные теплоемкости сплава в твердом и жидком состояниях близки друг к другу.

Ср, Дж/(мольК) 50000

40 ••

30 • 20 ±

Рис.З. Температурные зависимости молярной теплоемкости А1 и сплава 6082

Результаты исследования теплофизических свойств сплава 6082 использованы для оптимизации процесса кристаллизации слитков методом математического моделирования по программам Научно-исследовательского института металлургической теплотехники (НИИМТ). В основе математической модели лежит дифференциальное уравнение теплопроводности, которое решается методом численного интегрирования при данных граничных условиях. При этом оптимизируемой функцией была

6082

■ л ~ ДС

50

650

1100 и°с

ширина переходной зоны от расплава к полностью затвердевшему слитку, а варьируемыми параметрами - температура литья, скорость вытягивания слитка, давление охлаждающей воды и высота кристаллизатора. Проведенные расчеты дали возможность определить сочетание этих параметров, обеспечивающих однородную и мелкозернистую макроструктуру и дисперсную микроструктуру слитков, отливаемых методом полунепрерывного литья.

Наиболее полные исследования, проведенные для сплава 6082, показали, что слитки, полученные с применением оптимизированных параметров, характеризуются более мелкозернистой и однородной структурой, меньшим параметром дендритной ячейки, существенным измельчением вторичных интерметаллидов М£г81, измельчением фазы (А1, Бе, 81), пониженным содержанием водорода, повышенными пластическими свойствами (табл.3).

Таблица 3

Сравнительные данные структуры и свойств слитка сплава 6082 по серийной и предложенной технологии литья

Параметры литья Серийная технология Предложенная технология

Температура литья, °С 695-705 710-715

Скорость литья, мм/мин 65 75

Высота кристаллизатора, мм 100 60

Р охлаждающей воды, атм. 0,5 0,5

Средний размер макрозерна, мм 0,7-0,9 0,5-0,7

Средний размер дендритной ячейки, мкм 80-95 40-50

Содержание водорода, см3/100гМе 0,18-0,20 0,12-0,16

С7„, МПа 170-180 200-210

сто,2, МПа 100-115 120-130

5,% 6-8 9-11

4. РАЗРАБОТКА РЕЖИМОВ МОДИФИЦИРОВАНИЯ СТРУКТУРЫ СЛИТКОВ И ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПОЛУФАБРИКАТОВ ИЗ СПЛАВОВ СИСТЕМЫ АЬ-МС-81

Одним из важных требований, предъявляемых к слиткам из сплавов серии 6000, является получение мелкозернистой и однородной по объему структуры. Количество зерен в 1 см2 площади шлифа должно составлять не менее 2000 штук, максимальный размер зерна 200-300 мкм. Для обеспечения такой структуры проводится модифицирование сплавов серии 6000 лигатурой А1-Т1-В.

Из литературных данных известно, что наибольшей модифицирующей способностью обладает лигатура А1-5%ТМ%В, которая изготавливается фирмой "Кавеки" (Голландия), являющейся основным поставщиком лигатур во многие страны мира. В связи с осложнением экономической и финансовой ситуации в России заводы не могут позволить себе приобретение лигатур за рубежом. Возникла острая необходимость создания технологии изготовления отечественных лигатур, качественно выполняющих свою функцию и соответствующих мировым стандартам. При непосредственном участии автора данной работы была предложена следующая технология производства лигатурного прутка А1-5°/(ЛП-1%В:

1) отливка лигатуры в слиток диаметром 130 мм;

2) прессование полученного слитка с целью получения прутка диаметром 8 мм.

Одним из критериев качества прутка является распределение частиц борида титана в алюминиевой матрице. Они должны быть равномерно распределены по сечению и длине прутка. Микроструктура лигатуры А1-5°/оП-1%В, изготовленной по предложенной технологии на ОАО КУМЗ, приведена на рис.4. В структуре наблюдаются зерна а-твердого раствора и бориды титана. Исследования структуры лигатурных прутков показали, что наиболее вероятный размер частиц Т1В2 составляет 7-9 мкм, а максимальный - не более

60 мкм, тем самым обеспечивается соответствие лигатурного прутка Л1-5%'П-1%В мировым стандартам.

Металлографические исследования структуры ряда алюминиевых сплавов серии 6000 производства ОАО КУМЗ подтвердили, что количество зерен в 1 см2 колеблется от 2100 до 3500 штук.

До проведения данной работы на ОАО КУМЗ была принята следующая технология термической обработки прутков из сплава 6082:

- гомогенизация слитка при Т=560-580°С, выдержка 6 ч, охлаждение на воздухе;

- прессование прутков при Т=470-490°С, закалка на прессе водо-воздушной смесью;

- искусственное старение при Т=160-170°С, выдержка 5 ч.

Результаты контроля механических свойств прутков, термообработанных по принятой технологии, приведены в табл.4. Они свидетельствуют о нестабильности и несоответствии прочностных и пластических свойств требуемым величинам.

Рис.4. Микроструктура лигатуры А1-5%Т1-1%В

Таблица 4

Механические свойства прутков из сплава 6082.

Механические свойства

Вид прутка <7в,МПа Сто,2, МПа 5, %

Пруток, полученный по серийной технологии 230-280 180-210 12-15

Пруток, полученный по технологии после корректировки 270-290 200-210 11-13

Требование по стандартам 275 200 10-12

В целях уточнения режимов термической обработки слитков и полуфабрикатов из алюминиевых сплавов были проведены исследования изменения молярной энтальпии сплава 6082 с температурным шагом 5°С с помощью модернизированной калориметрической установки, позволяющей фиксировать с высокой точностью изменение энтальпии вследствие фазовых структурных превращений в сплавах. Данные о температурных зависимостях изменения молярной энтальпии и теплоемкости образцов, взятых от слитка в литом состоянии и прутка из сплава 6082, приведены на рис. 5, 6. На графиках для слитка и прутка можно выделить участки аномального изменения зависимости Н(Т)-Н(ТВ) в интервале температур 535-560°С.

Металлографические исследования образцов сплава 6082 показали, что при температуре 560°С и выше наблюдается оплавление неравновесной эвтектики. Рентгеноструктурные исследования образцов слитков показали, что выше температуры 535°С процесс растворения фазы Mg2Si в матрице алюминия ускоряется. Из сравнения кривых на рис.5 видно, что кривая прутка характеризуется участком аномального изменения энтальпии в интервале температур 460-490°С, которое обусловлено снятием механических напряжений в сплаве после деформации.

ж 18

4

05

с--

В

Р

X

17600 16600 15600 14600 13600 12600 11600

1 к *

/ 1

У

А У Б

Т; А у

Т

/

440 455 470 485 500 515 530 545 560 575 590 605

г,°с

Рис.5. Температурная зависимость изменения молярной энтальпии сплава 6082 в твердом состоянии; 1 - слиток; 2 - пруток.

Ср, Дж/мольхК

I и

J

!

ГС

450 470 490 510 530 550 570 590

Рис.6. Температурные зависимости молярной теплоемкости сплава 6082; 1 - слиток, 2 - пруток

Совокупность полученных данных позволила рекомендовать следующие режимы термической обработки:

- проводить гомогенизацию слитков при температуре 520-540°С в течение 8 ч;

- перед прессованием слиток нагревать до температуры 540-5 50°С (выдержка 3 ч), затем охлаждать его до 500-520°С и прессовать, затем охлаждать водо-воздушной смесью.

Необходимо отметить, что при температуре прессования 470-490°С на поверхности прутков наблюдались продольные трещины с вероятностью появления 10%. Предложенная нами температура нагрева заготовки позволила уменьшить вероятность появления трещин до 4%. Для снижения вероятности появления трещин у прутков требуется дальнейшее проведение исследований.

После изменения температурных режимов термической обработки и прессования у прутков были получены свойства, приведенные в табл.4.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Установлены температурные зависимости изменения молярной энтальпии Н(Т)-Н(Тв) алюминия марки А99 и ряда многокомпонентных алюминиевых сплавов (6012, 6082, 2007, 2011, Д16ч, В95пч) в твердом, твердо-жидком и жидком состояниях. На основании этих данных получены температурные зависимости молярной теплоемкости СР(Т) исследуемых :плавов в том же интервале температур.

2. Предложена экспоненциальная формула для описания энтальпии и геплоемкости сплавов в области плавления. Определены коэффициенты в полиномах, описывающих температурные зависимости энтальпии и геплоемкости сплавов в твердом, твердо-жидком и жидком состояниях, а также параметры, характеризующие процесс перехода сплавов из твердого состояния в жидкое.

3. Результаты исследования теплофизических свойств сплава 6082 , использованные совместно с НИИМТ для оптимизации процесса затвердевания

слитков методом математического моделирования, позволили установить оптимальное сочетание параметров литья, обеспечивающих получение слитков с мелкозернистой и однородной макроструктурой и дисперсной микроструктурой. Данный подход может быть продуктивно применен и для других изученных в работе алюминиевых деформируемых сплавов. Также термодинамические данные могут быть использованы для получения сведений о таких физических величинах, как изменение энтропии и свободной энергии Гиббса, что позволит более полно представить в дальнейшем особенности изменений в структуре сплавов, происходящих на микроскопическом уровне как в твердом, так и в жидком состояниях.

4. Разработана технология получения прутка диаметром 8 мм из лигатуры составом А1-5%Т)-1%В с наиболее вероятным размером частиц интерметаллида Т1В2 7-9 мкм. Введение этого прутка в расплав на пути миксер-кристаллизатор для модифицирования структуры слитков сплавов серии 6000 (системы А1-Мц-81) позволило получить мелкозернистую (не менее 2000 зерен на 1 см2 площади шлифа) и однородную по объему слитка структуру.

5. Исследования экспериментальных зависимостей изменения молярной энтальпии от температуры сплава 6082 с помощью модернизированного адиабатического калориметра в сочетании с металлографическими и рентгеноструктурными исследованиями структуры сплава позволили уточнить температурные режимы его термической обработки, в частности, температуры гомогенизации и закалки слитков и температуры нагрева слитков перед прессованием, с целью получения структуры и механических свойств полуфабрикатов, соответствующих требованиям мировых стандартов.

Основное содержание работы изложено в следующих публикациях: 1. Энтальпия и теплоемкость многокомпонентных алюминиевых сплавов в твердом и жидком состояниях / В.Ю. Бодряков, В.М. Замятин, О.П. Московских и др. // Расплавы. 1997. № 3. С.3-9.

2. Влияние строения жидких алюминиевых сплавов на свойства отливок 1 В.М. Замятин, О.П. Московских, В.Ю. Бодряков и др. // Литейное производство. 1997. № 5. С. 37-38.

3. Энтальпия и теплоемкость многокомпонентных алюминиевых сплавов / В.М. Замятин, Е.А. Шуликов, О.П. Московских и др. // Труды конференции питейщиков России "Совершенствование литейных процессов". Екатеринбург,

1997. С. 165-172.

4. Московских О.П., Бодряков В.Ю., Замятин В.М. Использование термодинамических данных для оценки концентраций вакансий в металлических материалах // Тезисы докладов XIV Уральской школы металловедов - термистов "Фундаментальные проблемы физического металловедения перспективных материалов". Ижевск, 1998. С. 117.

5. Особенности термодинамических свойств многокомпонентного алюминиевого сплава 2011 в интервале температур 370-1200 К /В.Ю. Бодряков, В.М. Замятин, О.П. Московских и др. // Расплавы. 1998. № 3. С. 26-30.

6. Особенности термодинамических функций многокомпонентных алюминиевых сплавов в области плавления / В.Ю. Бодряков, В.М. Замятин, О.П. Московских и др. // Тезисы докладов IX Российской конференции " Строение и свойства металлических и шлаковых расплавов". Екатеринбург.

1998. с. 18.

7. Фазовый переход кристалл <—> расплав и механизм передачи наследственных признаков в поликомпонентных алюминиевых сплавах / В.Ю. Бодряков, В.М. Замятин, О.П. Московских и др. // Тезисы докладов VI Международной научно-практической конференции "Генная инженерия в :плавах". Самара, 1998. С.34-35.

8. Изменение энтальпии при плавлении многокомпонентных алюминиевых сплавов / В.Ю. Бодряков, В.М. Замятин, О.П. Московских и др. // Материалы международной конференции " Совершенствование литейных процессов". Екатеринбург. 1999. С.217-229.

3. Бодряков В.Ю., Замятин В.М., Московских О.П. О механизме плавления поликомпонентных алюминиевых сплавов // Теплофизика высоких гемператур.1999. Т. 37, № 5. С. 720-724.

Я

10. Московских О.П., Бодряков В.Ю., Замятин В.М. Корректировка режимов термической обработки прутков из алюминиевого сплава 6082 на основе исследования его энтальпии // Тезисы докладов XV Уральской школы металловедов-термистов "Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов". Екатеринбург, 2000. С. 82.

Подписано в печать 02.11.2000 Формат 60X84 1/16

Бумага типографская офсетная печать Усл. печ. л. 1,39 Уч.-изд.л. 0,99 Тираж 100 Заказ 290 Бесплатно

Издательство УГТУ-УПИ 620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19 Ризография НИЧ УГТУ-УПИ. 620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Особенности микронеоднородного строения жидких металлов и сплавов

1.2. Роль химических воздействий на металлические расплавы в формировании структуры и свойств литого металла

1.3. Промышленные сплавы на основе системы А1-

§

1.3.1. Общая характеристика сплавов

1.3.2. Закономерности изменения механических свойств сплавов системы

1.3.3. Влияние легирующих элементов и примесей на свойства сплавов системы А1-М£

1.3.4. Области применения сплавов системы А1-М^

1.3.5. Развитие сплавов системы А1-

§-81 за рубежом Постановка задач исследования

2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1. Выбор метода исследования теплофизических свойств

2.2. Описание экспериментальной установки

2.2.1. Конструкция адиабатического калориметра

2.2.2. Конструкция печи

2.2.3. Электрическая схема адиабатического калориметра

2.3. Объекты исследования

2.4. Исследования теплофизических свойств

2.5. Методы исследования структуры и свойств слитков и полуфабрикатов алюминиевых сплавов

2.6. Анализ погрешностей используемых методик

2.7. Выводы

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ЗАВИСИМОСТЕЙ ИЗМЕНЕНИЯ МОЛЯРНОЙ ЭНТАЛЬПИИ И МОЛЯРНОЙ ТЕПЛОЕМКОСТИ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

3.1. Описание температурных зависимостей изменения молярной энтальпии и молярной теплоемкости сплавов в области плавления

3.2. Алюминий

3.3. Алюминиевый сплав

3.4. Алюминиевый сплав

3.5. Алюминиевый сплав

3.6. Алюминиевый сплав

3.7. Алюминиевый сплав Д16ч

3.8. Алюминиевый сплав В95 пч

3.9. Обсуждение результатов

ЗЛО. Использование термодинамических данных для математического моделирования процесса затвердевания слитков с целью получения мелкозернистой и однородной структуры

3.11. Выводы

4. РАЗРАБОТКА РЕЖИМОВ МОДИФИЦИРОВАНИЯ СТРУКТУРЫ СЛИТКОВ И ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПОЛУФАБРИКАТОВ ИЗ СПЛАВОВ СИСТЕМЫ АЬ-МО

4.1.0 модифицирующей способности лигатуры А1-ТьВ

Актуальность работы

Для успешного выхода отечественной металлургической продукции на международный рынок необходимо выполнение требований по качеству металла на уровне мировых стандартов. Для этого при разработке новых и совершенствовании старых технологий производства металлопродукции требуется анализ всех стадий ее получения. Для обеспечения требуемых структуры и механических свойств получаемых полуфабрикатов необходимо уделить внимание как процессу кристаллизации слитков, так и режимам их термической обработки.

Между тем физические свойства (в частности, теплофизические) алюминиевых сплавов изучены недостаточно, особенно в интервале плавления и жидком состоянии [1-3]. Так как процесс кристаллизации расплавов играет важную роль в формировании структуры слитков, представлялось целесообразным выяснить особенности механизма плавления и кристаллизации многокомпонентных сплавов, сведения о котором в литературе ограничены и противоречивы. Наряду с этим необходимо заметить, что в расчетах при математическом моделировании процесса затвердевания слитков для определения оптимальных параметров процесса литья используются усредненные значения теплофизиче-ских свойств, что существенно снижает достоверность получаемых результатов и в дальнейшем может сказаться на качестве металлопродукции. В связи с этим становятся актуальными сведения об основных теплофизических свойствах (энтальпии и теплоемкости) многокомпонентных алюминиевых сплавов в широком интервале температур.

Для модифицирования алюминиевых сплавов системы (серия

6000) применяют лигатуру А1-ТьВ. Однако, при этом не всегда удается достигнуть стабильного формирования в слитках мелкозернистой (2000 зерен на 1 см2 площади шлифа, максимальный размер зерна 200-300 мкм) и однородной 6 по объему структуры. Это обстоятельство потребовало проведения в данной работе исследований, направленных на уточнение ряда технологических параметров получения лигатуры А1-Т1-В и процесса модифицирования сплавов серии 6000 данной лигатурой.

Прессованные полуфабрикаты из сплавов серии 6000 подвергаются термической обработке - закалке и искусственному старению. Между тем, как показывает производственный опыт, уровень механических свойств полуфабрикатов не отвечает требованиям международных стандартов. Наличие данной проблемы обусловлено тем, что параметры термической обработки полуфабрикатов определяются методом проб и ошибок. Поэтому в данной работе представлялось целесообразным уточнить параметры гомогенизации слитков и термической обработки полуфабрикатов на основе результатов измерений изменения молярной энтальпии сплавов в зависимости от температуры.

В соответствии с вышеизложенным в настоящей работе исследовали основные теплофизические свойства многокомпонентных алюминиевых сплавов, сведения о которых могут быть использованы для совершенствования промышленных технологий их производства.

Цель работы

Совершенствование технологии производства прессованных полуфабрикатов, соответствующих требованиям мировых стандартов, из сплавов серии 6000 на основе результатов исследования и теплофизических свойств.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие методические, металловедческие и технологические задачи: повысить чувствительность (не менее 40 Дж/моль) адиабатического калориметра, являющегося основным экспериментальным инструментом в данной работе; экспериментально изучить температурные зависимости ряда теплофизических свойств (изменения молярной энтальпии и молярной теплоемкости) многокомпонентных алюминиевых сплавов 6012, 6082 (система А1-]У^7

Si), 2007, 2011, Д16ч (система Al-Cu), В95пч (система Al-Zn-Cu-Mg) в твердом, твердо-жидком и жидком состояниях; математически обработать полученные экспериментальные данные на ПК по специально созданной программе для определения ряда термодинамических и структурных характеристик многокомпонентных алюминиевых сплавов; применить полученные термодинамические данные в расчетах оптимальных параметров процесса литья при математическом моделировании процесса затвердевания слитка; разработать практические рекомендации по оптимизации режимов термической обработки слитков и полуфабрикатов из сплава 6082 на основе результатов калориметрических, металлографических и рентгеноструктурных исследований данного сплава.

Научная новизна

Предложен и реализован способ управления формированием однородной и дисперсной структуры слитков из алюминиевых сплавов (на примере сплава 6082 системы Al-Mg-Si) за счет оптимизации условий их кристаллизации методом математического моделирования, основанном на численном решении уравнения теплопроводности с использованием полученных в работе истинных значений теплофизических свойств (теплоемкости и энтальпии) сплавов в твердом, твердо-жидком и жидком состояниях.

Установлены технологические особенности приготовления прутка из лигатуры Al-5%Ti-l%B с заданной структурой и модифицирования им структуры слитков сплавов системы Al-Mg-Si для стабильного получения не менее 2000 зерен в 1 см2 площади шлифа.

Разработан рациональный режим гомогенизирующего отжига слитков сплава 6082 на основе результатов исследования температурных зависимостей его энтальпии и теплоемкости в литом состоянии в условиях, моделирующих скорость нагрева слитков в производственных гомогенизационных колодцах. 8

Осуществлена корректировка режима термической обработки прессованных прутков из сплава 6082 путем анализа зависимостей его энтальпии и теплоемкости от температуры в сочетании с результатами металлографических и рентгеноструктурных исследований.

Практическая значимость. Результаты исследований теплофизических свойств сплава 6082 использованы для оптимизации процесса кристаллизации слитков, совершенствования режима гомогенизирующего отжига слитков и параметров термической обработки прессованных прутков на ОАО КУМЗ, что позволило получить прутки из этого сплава с требуемыми структурой и свойствами и наладить их серийное производство. Теплофизические свойства других многокомпонентных алюминиевых деформируемых сплавов, установленные в работе, представляют основу для разработки новых и совершенствования действующих технологий, которые, по аналогии со сплавом 6082, позволят повысить качество металлопродукции: обеспечить стабильное получение структуры и механических свойств слитков и полуфабрикатов, соответствующих требованиям мировых стандартов.

Автор защищает:

1. Результаты экспериментального изучения энтальпии и теплоемкости многокомпонентных алюминиевых сплавов 6012, 6082 (система Al-Mg-Si), 2007, 2011, Д16ч (система Al-Cu), В95пч (система Al-Zn-Cu-Mg) в твердом, твердо-жидком и жидком состояниях.

2. Результаты математического моделирования процесса кристаллизации слитков из сплавов серии 6000.

3. Результаты исследования процесса модифицирования сплавов серии 6000 лигатурой Al-5%Ti-l%B с целью обеспечения мелкозернистой (2000 зерен

•у на 1 см площади шлифа) и однородной по объему структуры.

4. Результаты калориметрических, металлографических и рентгеноструктурных исследований сплава 6082.

5. Практические рекомендации по оптимизации режимов термической обработки слитков и полуфабрикатов из сплава 6082. 9

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Развитие всех отраслей техники требует решения ряда металлургических и металловедческих задач. В их числе можно отметить создание материалов для различных машин и аппаратов, расширение возможностей их применения, создание рациональных процессов производства, разработка и внедрение технологий будущего, повышение эксплуатационных характеристик и качества металлопродукции. Пути повышения качества металлопродукции требуют анализа и совершенствования всех стадий ее производства. Получение большинства сплавов связано с их выплавкой, рафинированием, модифицированием, вакуу-мированием и т.д., поэтому наряду с углублением сведений о твердом состоянии необходимо уделить внимание жидкой фазе, предшествующей ему в технологической цепи производства.

3. Результаты исследования теплофизических свойств сплава 6082 , использованные совместно с НИИМТ для оптимизации процесса затвердевания слитков методом математического моделирования, позволили установить сочетание параметров литья, обеспечивающих получение слитков с мелкозернистой и однородной макроструктурой и дисперсной микроструктурой. Данный подход может быть продуктивно применен и для других изученных в работе алюминиевых деформируемых сплавов. Также термодинамические данные могут быть использованы для получения сведений о таких физических величинах как изменение энтропии и свободной энергии Гиббса, что позволит более полно представить в дальнейшем особенности изменений в структуре сплавов, происходящих на микроскопическом уровне как в твердом, так и в жидком состояниях.

4. Разработана технология получения Прутка диаметром 8 мм из лигатуры состава А1-5%Т1-1%В с наиболее вероятным размером частиц интерметаллида Т1В2 7-9 мкм. Введение этого прутка в расплав на пути миксер-кристаллизатор для модифицирования структуры слитков сплавов серии 6000 (системы А1-М^-81) позволило получить мелкозернистую (не менее 2000 зерен на 1 см2 площади шлифа) и однородную по объему слитка структуру, соответствующую требованиям мировых стандартов.

5. Исследования экспериментальных зависимостей изменения молярной энтальпии и теплоемкости от температуры сплава 6082 с помощью модернизированного адиабатического калориметра в сочетании с металлографическими и рентгеноструктурными исследованиями структуры сплава позволили уточнить температурные режимы его термической обработки, в частности, температуры гомогенизации и закалки слитков и температуры нагрева слитков перед прессованием, с целью получения структуры и механических свойств полуфабрикатов, соответствующих требованиям мировых стандартов.

115

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выполненная работа посвящена решению важной задачи: получению прессованных прутков из сплава 6082 (системы Al-Mg-Si), отвечающих по структуре и свойствам требованиям мировых стандартов. Для решения этой задачи потребовались анализ и проведение комплексных исследований влияния всех основных технологических стадий производства на качество металла. Применение метода математического моделирования процесса затвердевания слитка позволило установить условия кристаллизации слитков с образованием однородной и дисперсной макро- и микроструктуры. Модифицирование расплава в процессе литья слитка дало возможность получать в 1 см2 площади шлифа слитка 2100-3500 зерен. Гомогенизирующий отжиг слитков по предложенному в работе режиму обеспечил их высокую технологическую пластичность, необходимую для прессования прутков. Скорректированный режим термической обработки прутков стабилизировал их структуру и механические свойства, отвечающие требованиям международных стандартов. Развитый в работе подход может оказаться продуктивным и по отношению к производству слитков и изготавливаемых из них полуфабрикатов из многокомпонентных алюминиевых сплавов на основе других систем (в частности, Al-Cu, Al-Zn-Cu-Mg).

1. Кац A.M., Шадек Е.Г. Теплофизические основы непрерывного литья слитков цветных металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1983. 207 с.

2. Деверо О.Ф. Проблемы металлургической термодинамики. М.: Металлургия, 1986. 424 с.

3. Кубашевский О., Олкокк К. Металлургическая термохимия. М.: Металлургия, 1982.392 с.

4. Баум Б.А., Хасин Г.А., Тягунов Г.В. и др. Жидкая сталь. М.: Металлургия, 1984. 206 с.

5. Бернал Дж. Д. Геометрический подход к структуре жидкостей // Успехи химии. 1961. Т.ЗО. №Ю. С.1312-1323.

6. Физика простых жидкостей / Под ред. Темперли Г. и др. // М.: Мир. Т.1.1971. 308 е.; т.2. 1973. 100 с.

7. Скрипов В.П., Коверда В.П. Спонтанная кристаллизация переохлажденных жидкостей. М.: Москва, 1984. 232 с.

8. Полухин В.А., Ватолин Н.А. Моделирование аморфных металлов. М. Наука, 1985. 288 с.

9. Харьков Е.И., Лысов В.И., Федоров В.Е. Физика жидких металлов. Киев: Вища школа, 1979. 248 с.

10. Френкель Я.И. Введение в теорию металлов. Л.: Наука.1972. 424 с.

11. Баум Б.А. Металлические жидкости. М.: Наука, 1979. 135 с.

12. Eyring Н., Ree Т., Hirai Н. Significant structures in the liquid state.// Proc. Nat/ acad. Sci. USA. 1958. Vol. 44. № 7. P. 683-688.

13. Уббелоде А. Плавление и кристаллическая структура. М.: Мир. 1969.420 с.

14. Уббелоде А. Расплавленное состояние вещества. М.: Металлургия, 1982. 375 с.

15. Архаров В.И., Новохатский И.А. О внутренней адсорбции в расплавах.//Докл. АН СССР. 1969. Т. 185. №5. С. 1069-1071.116

16. Ершов Г.С., Позняк JI.A. Микронеоднородность металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1985. 212 с.

17. Вилсон Д.Р. Структура жидких металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1972. 247 с.

18. Белащенко Д.К. Явления переноса в жидких металлах и полупроводниках. М.: Атомиздат, 1970. 397 с.

19. Регель А.Р., Глазов В.М. Закономерности формирования структуры электронных расплавов. М.: Наука, 1982. 320 с.

20. Ватолин H.A., Пастухов Э.А. Дифракционные исследования строения высокотемпературных расплавов. М.: Наука, 1980. 189 с.

21. Дутчак Я.И. Рентгенография жидких металлов. Львов: Вища школа, 1977.162 с.

22. Соловьев В.А., Бочарова И.Е. Некоторые вопросы кристаллизации металлов // Физико-химические основы производства стали. М.: Наука, 1971. С. 381-386.

23. Геллер У.А. Затвердевание // Физическое металловедение. Т.2. М.: Мир, 1968. С. 155-226.

24. Чалмерс Б. Теория затвердевания. М.: Металлургия, 1968. 288 с.

25. Билони X. Затвердевание // Фазовые превращения в металлах и сплавах и сплавы с особыми физическими свойствами. Т.2. М.: Металлургия, 1987. 624 с.

26. Флеминге М. Процессы затвердевания. М.: Мир, 1977. 423 с.

27. Глесстон С., Лейдлер К., Эйринг Г. Теория абсолютных скоростей реакций. Пер. с англ., М.: Металлургиздат, 1948. 583 с.

28. Ламсден Дж. Термодинамика сплавов. Пер. с англ., М.: Металлургиздат, 1959. 440 с.

29. Френкель Я.И. Кинетическая теория жидкостей. Ленинград: Наука, 1975. 592 с.

30. Филиппов Е.С. Теоретическое обоснование строения и структуры жидких металлов // Изв. Вузов ИМ, 1976. №11. С.115-122.117

31. Гельд П.В., Баум Б.А., Петрушевский М.С. Расплавы ферросплавного производства. М.: Металлургия, 1973.

32. Данилов В.И. Строение и кристаллизация жидкости. Киев: Изд. АН УССР, 1956.568 с.

33. Ватолин H.A., Пастухов Э.А. Дифракционные исследования строения высокотемпературных расплавов. М.: Наука, 1980. 189 с.

34. Белащенко Д.К. Структура жидких и аморфных металлов. М.: Металлургия, 1985. 193 с.

35. Глазов В.М., Вобст М., Тимошенко В.И. Методы исследования свойств жидких металлов и полупроводников. М.: Металлургия, 1989. 384 с.

36. Попель С.И., Спиридонов М.А., Масленников Ю.И. Строение жидких металлов // Сталь. 1981. № 9. С. 17-20.

37. Жукова JI.A., Попель С.И. Классификация металлических расплавов. // Расплавы. 1990. № 4. с. 29-32.

38. Попель С.И., Спиридонов М.А., Жукова JI.A. Атомное упорядочение в расплавленных и аморфных металлах. Екатеринбург: УГТУ, 1997. 384 с.

39. Романова A.B. Некоторые вопросы исследования структуры жидких металлов и сплавов / В кн.: Металлофизика. Киев: Наукова думка.1971. вып.36.

40. Романова A.B. Структура и свойства металлических расплавов / В кн.: Металлы, электроны, решетка. Киев: Наукова думка, 1975.

41. Романова A.B. Структура металлических расплавов // Структура реальных металлов. Киев: Наукова думка. 1988. С. 204-235.

42. Ашкрофт Н., Мермин Н. Физика твердого тела. М.: Мир, 1979.Т.1- 399 е., т.2- 422 с.

43. Марч Н.Г., Том М. Движение атомов жидкости. М.: Металлургия, 1980. 296 с.

44. Марч Н., Паринелло М. Коллективные эффекты в твердых телах и жидкостях. М.: Мир, 1986.318 с.

45. Эванс Р. Жидкие металлы. М.: Металлургия, 1980.389 с118

46. Коул Г.С., Боллинг Г.Ф. Получение сверхмелкой структуры металлов и сплавов при кристаллизации. Сверхмелкое зерно в металлах. М.: Металлургия, 1973. С.41 -76.

47. Архаров В.И. Теория микролегирования сплавов. М.: Машиностроение, 1975. 61 с.

48. Гуляев Б.Б. Физико-химические основы синтеза сплавов. JL: ЛГУ, 1980. 192 с.

49. О микролегировании высокопрочных литейных алюминиевых сплавов с повышенным содержанием железа и кремния / A.A. Аксенов, H.A. Белов, B.C. Золоторевский и др. // Изв. АН СССР. Металлы. 1988. №1. С.114-120.

50. Ребиндер П.А. Избранные труды. М.: Наука, 1978. 368 с.

51. Семенченко В.К. Поверхностные явления в металлах и сплавах. М.: Гостехиздат, 1957. 430 с.

52. Гуляев Б.Б., Носов В.Н., Косников Г.А. Выбор модификаторов для высокопрочного чугуна// Литейное производство. 1982. №12. С.7-8.

53. Плавка и литье алюминиевых сплавов / М.Б. Альтман, А.Д. Андреев, Г.А. Балахонцев и др. М.: Металлургия, 1983. 352 с.

54. Мальцев м.в. Модифицирование структуры металлов и сплавов. М.: Металлургиздат, 1964. 342 с.

55. Ламихов Л.К., Самсонов Г.В. О модифицировании алюминия переходными металлами // Изв. АН СССР. ОТН. Металлургия и горное дело. 1963. №2. С. 96-98.

56. Ламихов Л.К., Самсонов Г.В. О модифицировании алюминия и сплава АЛ7 переходными металлами // Цветная металлургия. 1964. №8. С. 77-81.

57. Физическое металловедение / Под ред. Р. Кана. М.: Мир, 1968. 490 с.

58. Ермолаев К.Н., Вертман A.A., Самарин A.M. О механизме модифицирования металлов // Свойства раславленных металлов. М.: Наука. 1974. С. 7073.

59. Влияние модифицирования расплава силуминов на физико-механические свойства и фазовые превращения / В.З. Куцова, Н.М.Кочегура,119

60. М.Г. Ковальчук и др. // Взаимосвязь жидкого и твердого металлических состояний. Доклады совещания. Свердловск. 1987. С.35

61. Ватолин H.A. Влияние ближнего порядка жидких сплавов на структуру и свойства металлов в твердом состоянии // Взаимосвязь жидкого и твердого металлических состояний. Труды II Всесоюзной школы-семинара. 1991. С. 7 10.

62. Елагин В.И. Легирование деформируемых алюминиевых сплавов переходными металлами. М.: Металлургия, 1975. 247 с.

63. Hansen D., Laier М. Aluminum// Inst. Metols, 1921. V25. p.321-359.

64. Работы лаборатории металлографии Минцветметзолото. ОНТИ,1933. Вып.1.

65. Уразов Г.Г., Шуманова Т.П. // Изв.АН СССР. 1936. №2. Серия химическая. С. 321-341.

66. Известия сектора физико-химического анализа Академии наук СССР. Т. XIII. 1940.

67. Воронов С.М. Процессы упрочнения сплавов Al-Mg-Si и их новые промышленные композиции. М.: Оборонгиз, 1946. 152 с.

68. Добаткин В.И., Горбач Л.А. Металлургические основы литья легких сплавов. М.: Металлургиздат, 1957. С. 197-203.

69. Кутайцева Е.И., Жуков С.Л. Применение пластмасс и новых материалов в машиностроении. М.: Машиностроение, 1960. 200 с.

70. Алюминиевые сплавы. Деформируемые сплавы. Вып. 3. М.: Машиностроение. 1964

71. Козловская В.П., Эдельман Н.М. Технология легких сплавов. 1965. С.38.42.120

72. Воронов С.М., Елагин В.И. Алюминиевый сплав. М.: Оборонгиз, 1955. С. 7-64.

73. Мондольфо JI.E. Структура и свойства алюминиевых сплавов. Пер. с англ. М.: Металлургия, 1979. 640 с.

74. Воронов С.М. Избранные труды по легким сплавам. М.: Оборонгиз, 1957. С. 336-362.

75. Захаров A.M. Промышленные сплавы цветных металлов. Фазовый состав и структурное состояние. М.: Металлургия, 1980. 256 с.

76. Шанк Ф.А. Структуры двойных сплавов. М.: Металлургия, 1973.760 с.

77. Хансен М., Андерко К. Структуры двойных сплавов. М.: Металлург-издат, 1962.608 с.

78. Фридляндер И.Н. Алюминиевые деформируемые конструкционные сплавы. М.: Металлургия, 1979. 208 с.

79. Добаткин В.И. Литье полых алюминиевых слитков для производства труб // Алюминиевые сплавы. М.: Оборонгиз. 1955. С.169-187.

80. Колачев Б.А., Ливанов В.А., Елагин В.И. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1981. 414 с.

81. Промышленные алюминиевые сплавы / С.Г. Алиева, М.Б. Альтман, С.М. Амбарцумян и др. М.: Металлургия, 1984. 528 с.

82. Легкие сплавы / Вып. 1. Металловедение, термическая обработка, литье и обработка давлением // Изд. АН СССР. 1958.

83. Справочное руководство. Алюминиевые сплавы. М.: Металлургия, 1972. С 70.

84. Hidvedi Е. Aluminium alloys // Aluminium. 1984. V.60.

85. Регистрационный перечень международных обозначений сплавов и пределов химического состава для деформируемого алюминия и деформируемых алюминиевых сплавов // Aluminum standards and data. 1988. 204 c.

86. Воробьев О.И. Разработка технологии производства слитков из сплавов системы алюминий магний - кремний с регламентированными структурой и свойствами: Дис. канд. техн. наук. Каменск -Уральский, 1996. 242 с.121

87. Каган Д.Н. Исследования термодинамических свойств веществ методом адиабатической калориметрии. М.: Металлургия, 1982. 148 с.

88. Серебренников Н.Н. Теплосодержания и теплоемкости сплавов железа с кремнием: Дис. канд. техн. наук. Свердловск, 1954. 252 с.

89. ГОСТ 8.207-76. Прямые методы измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов измерения. М.: Изд-во стандартов. 1981. С.10.

90. ГОСТ 8.011-72. Показатели точности измерений и формы представления результатов измерений. М.: Изд-во стандартов. 1972. С.5.

91. ГОСТ 16263-70. Метрология. Термины и определения. М.: Изд-во стандартов. 1982. С.53.

92. Худсон Д. Статистика для физиков. М.: Мир, 1967. 242 с.

93. Термодинамические свойства индивидуальных веществ / Л.В. Гурвич , И.В. Вейц, В.А. Медведев и др. М.: Наука, 1981.Т.З.кн.2. 400 с.

94. Энтальпия и теплоемкость многокомпонентных алюминиевых сплавов / В.М. Замятин, Е.А. Шуликов, О.П. Московских и др. // Труды конференции литейщиков России "Совершенствование литейных процессов". Екатеринбург, 1997. С. 165-172.

95. Особенности термодинамических свойств многокомпонентного алюминиевого сплава 2011 в интервале температур 370-1200 К /В.Ю. Бодряков, В.М. Замятин, О.П. Московских и др. // Расплавы. 1998. № 3. С. 26-30.

96. Изменение энтальпии при плавлении многокомпонентных алюминиевых сплавов / В.Ю. Бодряков, В.М. Замятин, О.П. Московских и др. // Материалы международной конференции " Совершенствование литейных процессов". Екатеринбург. 1999. С.217-229.

97. Влияние строения жидких алюминиевых сплавов на свойства отливок / В.М. Замятин, О.П. Московских, В.Ю. Бодряков и др. // Литейное производство. 1997. № 5. С. 37-38.

98. Энтальпия и теплоемкость многокомпонентных алюминиевых сплавов в твердом и жидком состояниях / В.Ю. Бодряков, В.М. Замятин, О.П. Московских и др. // Расплавы. 1997. № 3. С.3-9.

99. Бодряков В.Ю., Замятин В.М., Московских О.П. О механизме плавления поликомпонентных алюминиевых сплавов // Теплофизика высоких тем-ператур.1999. т. 37. № 5. С. 720-724.

100. Кабаков З.К. Теплофизические основы и разработка устройств магнитного и электрического воздействия для повышения качества металла при непрерывной разливке стали: Дис. Доктора техн. наук. Екатеринбург, 1993. 262 с.

101. Выбор оптимальных параметров литья слитков с минимальными затратами / Г.А. Волкова, З.К. Кабаков, Г.Г. Шадрин и др. // Металловедение, ли125

102. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА КРИСТАЛЛИЗАЦИИ

103. Математическое описание процесса формирования и охлаждения круглого непрерывного слитка основано на уравнении теплопроводности:0< г< 0< Ъ < Н.

104. Уравнение (1) описывает изменение во времени поля температур в продольном сечении слитка в неподвижной системе координат, связанной с мениском металла в кристаллизаторе (рис. 1).

105. Распределение температур в начальный момент времени может быть задано равномерным и равным температуре заливаемого металла, либо в виде параболы с заданными температурами в центре и на поверхностии слитка.1. СЛИТКА1)1. Тт-Т126

106. Рис.1. Схема установки для непрерывного литья алюминиевых сплавов:1 слиток; 2 - пояс струйного охлаждения водой; 3 - кристаллизатор; 4 - жидкая фаза; 5 - расчетная область127

107. Граничные условия задаются в следующем виде:

108. А) на мениске металла температура соответствует начальному распределению;

109. Б) на вертикальной охлаждаемой поверхности граничные условия IIIрода:

110. Математическую модель в изложенной постановке использовали как в режиме прямого счета, так и при восстановлении граничных условий. В режиме прямого счета для выявления закономерностей затвердевания круглого слитка2)где а = а{Т) коэффициент теплоотдачи;

111. Тер = Тср (Т) температура окружающей среды. В) на оси слитка - условие симметрии, т.е.

112. Г) на нижнем торце слитка:22.12-97 г.з. 750 т.ЮОООт. ОАОКУМЗ