автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Влияние температурно-временных факторов на размерную стабильность высокопрочных алюминиевых сплавов

ТУЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕНШЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УШШЕРСИГЕТ

РГБ ОД

На правах рукописи ГОНЧАРОВ Сергей Стефанович

ВЛИЯНИЕ ТНЛПЕРАТУРНО-ЕРИЛЕННЫХ ФАКТОРОВ НА РАЗМЕРНУЮ СТАБИЛЬНОСТЬ ВЫСОКОПРОЧНЫХ АЛШШИЕВЫХ СПЛАВОВ

05.16.01 - Металловедение и термическая обработка металлов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тула 1994

Работа выполнена в Тульском государственном техническом университете.

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор ГОЛОВИН С.А. Консультант - кандидат технических наук,

доцент АРХАНГЕЛЬСКИЙ С.И. Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор ГРАЧЕВ C.B. кандидат технических наук, доцент ЕВСЕЕВ Ю.В. Ведущее предприятие - Конструкторское бюро

приборостроения, г.Тула

Защита состоится ".fi "ноября Д994 г. в 14 часов в девятом корпусе ТулГТУ, ауд. 101 на заседании специвлизиро -ванного совета K.0S3.47.01 ВАК РФ в Тульском государственном техническом университете по адреоу: 300600, г.Тула, пр.Ленина, 92.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке универои -

тета.

Автореферат разослан "30" 1994 г.

Ученый секретарь специализированного совета

ииициилизиринанниги uuutua . ç

кандидат технических наук, доцент И.А.Гончаренко

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. РАБОТЫ

■ Актуальность тему. Повышение надежности машиностроительной продукции всегда являлось одним из приоритетных направлений развития отрасли. В условиях развивающейся рыночной экономики и естественной конкуренции это направление приобретает особую актуальность. Основными критериями инженерной надежности материала деталей машин и изделий точного машиностроения являются па -раметры прочности и размерной стабильности как при их эксплуа -тации, так и при длительном хранении.

В настоящее время широкое применение в различных отраслых промышленности находят высокопрочные деформируемые алюминиевые сплавы В95, В96, В93, ВЭ6Д-1, упрочняемые термообработкой. Их используют в транспортном машиностроении, строительстве, само -летостроении, космической и новой технике. Процессы упрочнения этих материалов изучены достаточно полно в работах H.H. t-ридлян-дера, Н.Н.Буйнова, Н.И.Колобнева, Дж.Е.Хэтча, Л.Ф.Мондольфо и других ученых как у нас в стране, так и за рубежом. Разработанные режимы упрочняющей термообработки направлены, в основном, на обеспечение требований по прочности и коррозионной стойкости материала Изделий. Практически отсутствуют данные о размерной стабильности высокопрочных элементов конструкций, что затрудняет прогнозирование ресурса работы ответственных деталей машин и изделий.

Кроме естественной температурной дилатации в процессе термообработки, эксплуатации или длительного хранения изделий из алюминиевых сплавов имеют место изменения размеров структурного характера. Они отражают 'чгаллургическую природу формирования свойств материала и происходят при возникновении и релаксации напряжений, растворении или выделении многокомпонентных фаз разной степени стабильности. До настоящего времени нет достаточно ясного, комплексного анализа фактора размерной нестабильности высокопрочных алюминиевых сплавов', обусловленного одновременно как релаксацией остаточных напряжений (ОН), так и фазовой и структурной нестабильностью. Отсутствуют сведения о научно-обо-сковаюшх реяшмах упрочнящей термообработки, удовлетпо^члцпх • одновременно требованиям по обеспечению необходимого уровня прочности и размерной стабильности. Поэтому jстановлении обдгх .

закономерностей влияния тдапературно-временных параметров двухступенчатого старения на структурообразованиэ и объемные измэ -нения в высокопрочных влкыиниевых сплава! в разработка на этой основе рекомендаций по выбору режимов их обработки является актуальной задачей физического металловедения.

Диссертационная работа выполнялась в Тульском государст -венном техническом университете в рамках программы ГКНТ и Пре -зидиума АН РФ (задание 03.08) и тематики ТулГТУ, координируемой Госкомитетом М по высшему образованию.

Цель работы. Обеспечение размерной стабильности и высоко -прочного состояния алшиниевых сплавов на основе установления механизмов их релаксационной и структурной метастабильности и температурно-временных параметров двухступенчатого старения.

Цаучная цовизцд:

- получены эмпирические модели, адекватно описывающие из -менение характеристик механических свойств (ХМС) ,6лг, сплава В96Ц-1 при.двухступенчатом старении;.модели обладают достаточной для выбора режимов и управления технологическим про -цессом двухступенчатого старения прогнозирующей способностью;

• - установлены основные закономерности объемных изменений сплавов £95, В96Ц-1 в процессе старения;

- определены температурно-временные интервалы преобладаю -щего гомогенного и гетерогенного зарождения стабильных и'мета -стабильных фаз при'распаде пересыщенншс твердых растворов сплавов В95, Ю6Ц-1;

- предложена и обоснована методология определения темпера- . турно-временных параметров двухступенчатого старения, при .за ~ данном уровне характеристик прочности алюминиевых сплавов, обеспечивающего минимальное изменение размеров при длительном.хра-. нении или эксплуатации изделий, изготовленных из этих сплавов.

Практическая значимость и ро'ализашш результатов работы. Установлены причшш размерной' нестабильности деталей из высоко- .. прочных алюминиевых сплавов после упрочняющей термообработки; изучены кинетика и механизм процесса старения сплавов В95,. В96Ц-1 и закономерности, влияния старения на объемные изменения, разработаны научно-обоснованные режимы двухступенчатого'старения сплава В96Ц-1, удовлетворяющие требованиям прочности и'раз-гнриоЯ стабильности.. Результаты исследований использованы в Кон-

структорском бюро приборостроения г.Тулы с целью оптимизации параметров термообработки, обеспечивающей минимальное коробло -ниа деталей и изделий специального машиностроения, изготавливаемых на предприятии. Комплекс разработанных мероприятий по снижению коробления вошел в технологическую документацию изделий 9М131 и 9М133 (Акт от 20.12.92 об использовании результатов диссертационной работы Гончарова С.С. в Конструкторском бюро при -боростроения).

Основные положения, выносимые на защиту;

- методика дифференциального дилатометрического анализа, использующая принцип измерений на одном образце, вместо тради -ционной применяемых образца и эталона;

- математические модели прогнозирования механических свойотч

5 , У' ) сплава В96Ц-1 в зависимости от темпоратурно-временных параметров двухступенчатого старения;

- обоснование применимости. разработанных моделей для деталей, подвергаемых налил (3-5 %) степеням пластической деформа -ции (в случае правки) в закаленном состоянии;

- вклад термических временных и остаточных напряжений в формоизменении деталей, изготовлешшх.из высокопрочных алшини-евых сплавов;

- кинетические зависимости объемных изменений при старении сплавов В95, БЭ6Ц-1, Д16;

- рекомендации по выбору режимов двухступенчатого старения высокопрочных алюминиевых сплавов, обеспечиващих при необходи-мш уровне характеристик прочности наиболее стабильное струк -турное состояние.

Апробация работы. Основные результаты исследований доложены и обсуждены на УШ Всесоюзном совещании по взаимодействию между дислокациями и атомами примесей и свойствам сплавов (г.Тула, 1991 г.), ХШ Международной конференции "Физика прочности и пластичности металлов и сплавов" (Самара, 1992 г.), ХХУП-ХХХ научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ТулГТУ (г.Гула, 1991-1994 гг.).

Публикации. Основные результаты диссертации изложены в 4 публикациях. .

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа вы -полнена на 189 страницах и включает введение, аналитический об-

зор, методическую главу, три исследовательские главы, заключе -ние, список литературы и приложение, содержит 123 страницы пе -чагного текста, 59 рисунков, 16 таблиц, библиографический спи -сок из III наименований.

2. ОСНОВНОЕ СОДЕЕШИЕ РАБОТЫ

На основе анализа литературных данных рассмотрено состоя -ние вопроса. Самопроизвольное изменение размеров изделий, изготовленных из алшшшевых сплавов, является следствием двух факторов: нестабильности фазового и структурного состояния,о одной стороны, и релаксации остаточных внутренних напряжений, возни -кбюцих в деталях в процессе различных технологических операций, : с другой. Имеющихся сведений о влиянии этих факторов на объем -нне изменения высокопрочных алшишгевых сплавов совершенно не -достаточно для разработки мероприятий по обеспечению размерной стабильности этих сплавов.

Если причины образования и способы предупреждения "опасных" временных термических напряжений, вызывающа формоизменение при закалке, достаточно хорошо изучены, то вопрос о роли закалочных остаточных напряжений в формировании коробления изделий требует своего уточнения.

Несмотря на многочисленные рекомендации по выбору режимов двухступенчатого старения сплава В96Ц-1, Направленные на обес печение различных свойств, отсутствие строги* математических моделей, позволяющих прогнозировать MC в зависимости от пара -метров двухступенчатого старения, не позволяет выполнить опти -мизацию режимов термообработки сразу по нескольким критериям. Поэтому имеющиеся в литературе рекомендации часто противоречат . друг другу. Отсутствует общая методология выбора параметров старания при одновременной оптимизации условий формирования высокопрочного состояния п размерной стабильности. Практически отсутствуют исследования кинетических особенностей объемных изменений при распада пересыщенного твердого раствора высокопрочных алюминиевых сплавов.

Цель работы и анализ состояния вопроса определили задачи исследования:

- разработка математических моделей,позволяющий прогнози -

ровать уровень MC'в зависимости от режимов двухступенчатого старения сплава В96Ц-1;

'■ - оценка вклада остаточных напряжений, возникающих при закалке и.последущем старении, в размерную нестабильность изде -лий, изготовленных из высокопрочных алюминиевых сплавов;

- изучение объемных и тепловых эффектов при старении в высокопрочных алшшшевых сплавах и установление температурно-временных интервалов их проявления;

- на базе данных по кинетике объемных изменений при старении и моделей ЙЛС разработка методологического подхода к спуи -мизации режимов двухступенчетого старения, обеспечивающих высокопрочное состояние и размерную стабильность исследуемых спла -вов.

2.1. Материалы и методики исследований

В качестве базового объекта исследования принят сплав В96Ц-1, в качестве модельных - сплавы В95 и Д16. Сплав Д16(кш: модельный) достаточно хорошо изучен, в специальной литературе описаны структурные й фазовые превращения при закалке и старо -нии э^ого сплава. На фоне достаточно известных превращений в сплаве Д15 изучали размерную нестабильность базового сплава В96Ц-1. Высокопрочный сплав ВЭ5 использовали как альтернативный сплав в связи с его известной размерной нестабильностью. Все сплавы были промышленных плавок.

Основные методы исследований - механические испытания, дифференциальный дилатбметрйческий (ДПД) и термический (ДТЛ) анализы, измерение коробления, измерение остаточных напряжений.

Механические свойства (С>£ S , ^ ) определяли на пятикратных цилиндрических образцах диаметром 3 ш в соответствии с ГОСТ 1497-84. Твердость измеряли на приборе ТК-211 методом Рок -велла по" шкале В в соответствии с ГОСТ 9013-59- Изучение тепловых эффектов при старении исследуемых сплавов проводили с по -мощью ДТА на дериватографе Q -1500. Изучение объемных эффектов при старении проводили с помощью ДДА. Для этой цели была усовершенствована методика, заключающаяся в использовании вместо сигнала от датчика, регистрирующего удлинение образца эталона, .сигнал дополнительной термопары, к-изготовлена установка для

проведения ДЦ/\.

Поскольку объектом исследования являлись цилиндрические осескшетричныо изделия, за меру коробления принимали величину овальности, определяемую по формуле:

5 = Х>п>(зх -Этщ , ' (I)

гдо 2)тах и Т)шп - соответственно максимальный и мини -' мольный диаметры измеряемого цилиндра.

Дня измерения ОН применяли метод колец и полосок. Величину ОК определяли по формуле:

ПГ " И Па

\>ОШ - • — , (2)

где Е - модуль Юнга,Ша;.% - диаметр кольца до разрезки, ш;

- изменение диаметра после разрезки, ш; Ь - толщина стенки кольца, мм.

Достоверность научных положений и практических рекомекда -ций, сформулированных в диссертации, обеспечена большим объемом экспериментов, выполненных с использованием комплекса современных методов металлографического анализа, статистической обра -ботки полученных данных с применением дисперсионного, корреля -ционного анализов, а также хорошей сопоставимостью результатов лабораторных исследований и опытно-промышленной апробации.

2.2. Влияние режимов двухступенчатого старения на характеристики прочности и пластичности сплава В96Ц-1

На основе.анализа кинетических зависимостей характеристик прочности установлено, что для целого ряда высокопрочных алю -мшшевых сплавов, в том числе и для базового В96Ц-1 зависимое-ти <5^5 5 , ¥ от температуры й продолжительности старения но первой и второй ступенях могут быть описаны полиномиальными моделями второго порядка,, учитывающими влияние на-свойства отдельных факторов, квадратичные эффекты и эффекты взаимодействия:

и = 4о+ Ът^Ъи^+ЩЩ :(з>

з г-1 Г-1 1*4 <> V - ■ ■

где У - измеряемая характеристика механических свойств (б/?,

(5". ^ )5 &0 - свободный член в уравнешш регрессии; XL « Xj - независимые контролируемые переменные ( X/ - температура старения на первой сгулоfо;, Хе - время старения на первой ступени, Xj и Хч - соответственно температура и время старе -ния на второй ступени; il - неизвестные параметры ыо -

дели, учитывающие, соответственно, влияние отдельных факторов, квадратичные эффекты и'эффекты взаимодействия факторов.

Для оценки неизвестных параметров моделей был реализован .близкий к J) оптимальному план типа В^, обладающий скшетрич -нш расположением точек в факторном пространство пдящиП независимые оценки всех коэффициентов модели. Нижние и верхние уровни варьирования факторов были выбраны с учетом реализуемых на ' практике температурно-временных интервалов двухступенчатого старения.

Проведены расчет коэффициентов уравнений регрессии, регрессионный анализ моделей, включая проверки их адекватности и значимости параметров уравнений (для = 0,1). В результате по -лучены уравнения, адекватно описывающие изменение свойств в исследованном факторном пространстве (табл.1).

Анализ моделей позволил отметить следутсщие особенности изменения Л,1С при двухступенчатш старении сплава В96Ц-1:

. I. Температура (100...155 °С) и продолжительность (10 мин • ...20 ч) старейия на первой ступени (при фиксированных режимах старения второй ступени) очень слабо влияют на характеристики прочности и пластичности сплава В96Ц-1 (рис.1). Поэтому при выборе режимов старения на первой ступени следует ориентироваться на обеспечение требуемого уровня других свойств (сопротивление коррозии* размерная стабильность), а также на технико-экономи -ческие показатели технологического процесса.

2. Увеличение температуры старения (155...200 °С) второй ступени приводит к монотонкому снижению характеристик прочности, уменьшению времени L&tnat достижения максимума прочности на кривых ¿2 и сюшению максимально достижимой при данной температуре старения (Тг ) прочности. Напротив, разность

(Уд.- 63,2 при этом увеличивается. Временные зависимости характеристик прочности имеют экстремальный характер (рис.2,3).

3. Максимальный уровень прочности, предсказываемый моделью,

800 ьь

МПа 600

500

400

300

то

6*1 Г,- 360 Чин

>«■' 1 —

г. -V- —V

120

30

800

% мла

¿;с /бо

го

15

10 5

600 500 № 300

т, = 100" С I Ь) I

I ...

н

_ -4 1

10' 30' £ч 6ч Юг

30 %

20 15 10 5

Рис.1. Влияние температуры (а) и времени (б) первой ступени старения . на механические свойства сплава В96Ц-1. Рекимы старения на второй ступени: Те = 155 °С, Т& = 35 мин (а); Та = 177,5 °С, = 1200 мин (б)

800 ■ во

Чбм; та мин

600 - 40

500 ■ го

400 0

■■^•иц ""■""■»я. X

1А1 г41

150

170

и0

80 .

ЗгЗ»/ мпа .

40 £О

о

Рис.2. Влщние температуры второй ступени старения- на максимальные прочностные характеристики сплава В96Ц-1. Реаимы старения на первой ступени = 100 °С, =10 мин, время старения на второй ступени старения 60 мин

т

"Кнпевати т ГО/ '

^О* о™

? С

1200 0,5 т *

'°'гт /

'-°'г6в / Ч628 £

Рис.3. Влияние параметров второй ступени старения на сплава В96Ц-1. Режимы старения на первой ступени: Ту = 100 Яз, % =10 мин

1,6 л

<ка

к ч?

и г Т Й т!

0

г£мкм

-5 -В •10

V 3

г

J

во

Рис.4.

120

$ 'С Ш

Температурнне' эависшости параметра п в уравнении Авраами для сплава В96Ц-1: -• - I участок,

-о- П участок •

О 50 100 150 200 250 Г, мин

Рис.5. Кинетика изменения размеров образцов сплава 1396Ц-1 в . процессе изотерической выдержки при 80' С. Предварительная термообработка: I - закалка, 2 - релим Т2, 3 - предлагаемый режим

для 60,2 достигает 660 МДа, для я 700 Ша.

Таблица I

Коэффициенты уравнений регрессии

Параметры уравнений регрессии (перемонные) 31шчения коэффициентов уравнений регрессии для оценки свойств

<00,2 вё В

¿а 624 644 7,09 17

6 (т<) 4,23 -4,07 -0,43 1,12

¿г (Ы 9,41 . - -0,56 -

¿з (те) -70 -53,26 0,32 4 3,32

^ (Ъ) -53,5 -48,3 - 2,96

£н (т,6) 2,73 - -

¿¡г гг,у - -

¿зз (Т,г) -24,4 -11,29 1,66 -

(Г?2) -112,7 -72,27 1,64 -

(ЪТ,) - - 0,31 -

6<ъ(Ъ Ь) - 3,33 - - ■

¿/4 (ЪГг) -12,3 - 0,49 -

£гз (ЬТц) - ' 3,13 0,47 -

^ (Ыг) -21,9 -8,54 0,78 -

Ьч т) -71,4 ■ -50 0,37 2,09

При проверке прогнозирующей способности моделей линейный регрессионный анализ зависимостей "свойство по данным экспери -мента (Йэ - свойство, предсказываемое моделью б^Р " показал что для уровня значимости об =0,1 парамотры линейного урав -нения регрессии однозначно устанавливают линейную связь между прогнозируемыми и полученными на опыте свойствами.

На основании изучения кинетики изменения свойств в процессе старения деформированных в закаленном состоянии образцов показана и обоснована возможность .'применения разработанных моде -лей для изделий из сплава В96Ц-1, подвергаемых после закалки малнм степеням (2-3 %) пластической деформации (с целью правки!

2.3. Размерная нестабильность, обусловленная релаксацией остаточных напряжений после термической и механической обработок

Методом планирования эксперимента проведена оптпгшзацпя 1араметров закалки цилиндрических изделий из сплава В96Ц-1 с 1елью уменьшеш¡я коробления и доны практические рекомендации. 1ля этого рассмотрено влияние скорости охладценпя, толщины стеши и жесткости изделия на уровень ОН и коробление.

Оценен вклад'термических временных напряжений, возникающих при закалке,- и ОН в формоизменение изделий. Возникающие- при резком охлаждении терлическиа напряжения превосходят предел микрон макротекучести сплава, что приводит к быстрой релаксации тер -отческих напряжений и короблению. Проводя охлачденио такиг.1 образом, ч^бы на всех его этапах выполнялось условие <5терм <&о.г • где Gas - предел текучести сплава при температуре Т , моино снизить или предотвратить коробление. .

Установлено, что уровень ОН, фиксируемый после закалки осе-симметричных изделий из сплава В96Ц-1, не превышает G0 йПа. Тогда как значение предела микропластичности закаленного сплава В96Ц-1 более чем 120 ИПа, а предела текучёсти выше 400 ЫПа. Но -лученные результаты позволяют считать, что коробление изделий при старении обусловлено не релаксацией ОН, а распадом пересы -щенного твердого раствора, сопровождающимся изменением линейных размеров. Последнее является также причиной размерной нестабильности при хранении иди.эксплуатации изделий из термоупроч&яемих алкмикиевых сплавов, если режимы старения но обеспечивают глубокого .распада твердого раствора.

• Показано, что размерная стабильность изделий после механи -ческой обработки зависит от их состояния до обработки. Фиксируемые после закалки ОН'наследуются на всех последующих этапах маршрутной технологии изделий. Имеется значимая корреляционная связь между короблением после закалки, и короблением поело механической обработки. Экспериментально подтверждено, что большое влиянии на коробление изделий оказывает их. структурное состояние перед ме -ханической обработкой. Термообработка по предложенному в данной работе рекшу для сплава В36Ц-1 (закалка t дзухсгупепчтп:^. ста ренке: 7/ = 140 °С, Г/ = 130 мин, Тг - IVо - I""

Д4

при равном уровне, прочности, по сравнению со стандартны!,I режи -мом Т2 , обеспечивает большую структурную стабильность и мень -шее коробление изделий после механической обработки.

• 2.4. Кинетические особенности размерной нестабильности при старении высокопрочных алшшшевых сплавов

Методом дилатометрического анализа исследованы особенности объемных изменений при старении сплавов ДХ6, ВЭ5, В96Ц-1. Ста рение сопровождается непрерывным уменьшением размеров образцов. Изучение изохронного изменения размеров образцов изучаемых сплавов в функции температуры старения позволило установить стадийность процесса. Температурный интервал 140...170 °С при време -нах старения 1-3 ч является границей протекания разных стадий старения сплавов В35, В96Ц-1.

По существующим представлениям, доля объема V/ , в кото - • рил произошло превращение к моменту времени Т , оценивается кинетическим уравнением Авраами:

* = . (4)

где - характеристическое время процесса, с; П - показа -толь, характеризующий механизм процесса выделения. Проведенный в работе анализ кинетики старения в рамках формальной теории зарождения и роста (обработка данных кинетики изменения разме - ■ ров в координатах уравнении Авраами —) дает

возможность дифференцировать по температуре места лреимущест -венного зарождешш, а. также- оценить механизм зарождения и роста выделений избыточной фазы по показателю П в кинетическом урав- • нешш. Температурные интервалы 125...200 °С и-125...165' °С для сплавов В95 и В96Ц-1 соответственно характеризуются суперпози цией нескольких механизмов зарождения,/роста и растворения раз-, личных зон, метастабияьных и стабильных фаз; характерных для этих сплавов. Кинетические зависимости изменения размеров в координатах —имеют два прямолинейных участка.; Л/л исследуемых сплавов обнаружены температурные интервалы, в которых кинетические зависимости в координатах В$Рп мох'ут быть представлены в виде одной линии с углом наклона,

равным 0,6. Данное значение соответствует сегрегации атомов легирующих элементов на дислокациях. Преимущественное зороздо -ние метастабильных и стабильных фаз на дислокациях развивается для сплава В95, начиная с температуры старения 200 °С, а для сплава В96Ц-1, начиная с температуры 165 °С (рис.4).

На основании данных по кинетике изменения размеров для сплава. В96Ц-1 получено выражение для оценки энергии активации процесса старения, которое имеет вид:

С= + (5)

где С - энергия активации, кДк/моль; ^ - температура старения, °С.

Методом ДТА и ДНА, а также используя двухпараметрический ■ критерий Ларсена - Миллера, учитывающий интегральное всздейст -вие температуры и времени, оценена степень распада сплава В96Ц-1 при различных режимах одноступенчатого старения, включая реки -мы, применяемые в практике термообработки этого сплава. Показано, чго ни при низко-, ни при высокотемпературных режимах одноступенчатого старония не обеспечивается полного распада твердого раствора, а следовательно, не монет быть гарантирована высокая размерная стабильность изделий из сплава ВД6Ц-1 при эксплуатации или длительном хранении.

Данные кинетических изменений размеров при старении сплава В96Ц-1, а также полученные зависимости степени распада на зонной и. фазовой стадиях при 'одноступенчатом старении от двухпара-метрического критерия позволяют прогнозировать степень распада пересыщенного твердого раствора при двухступенчатом старении.

2.5. Определение параметров двухступенчатого старения, обеспечивающих высокопрочное состояние и размерную стабильность

Разработаны рекомендации для сплава В96Ц-1 по определению параметров двухступенчатого старения, обеспечивающих при заданном уровне характеристик прочности и пластичности максимально возможное стабильное структурное состояние, которые состоят в следуюдем: '

I. Температуру на первой ступени следует выбирать таким

образа.!, чтобы она соответствовала зонной стадии старения. Принимая во внимание тот факт, что температура и время на первой ступени при двухступенчатом старении практически не оказывают влияния на уровень механических свойств, необходимо ориентиро -ваться на обеспечение требуемого уровня размерной стабильности, достигаемого при наиболее полном распаде пересыщенного твердого раствора на данной стадии старения.. Данные кинетических иссле -дований изменения размеров позволяют считать, что при-временах старения 1-3 ч температура 140 °С наиболее полно отвечает предь-являемш требованиям.

2. Для заданного уровня характеристик, прочности и пластичности, используя зависимость степени распада пересыщенного твердого раствора на фазовой стадии от двухпараметрического крите -рия Ларсена - киллера, а такке модели изменения механических свойств в завпсшости от реяашов двухступенчатого старения, необходимо рассчитать параметры второй ступенистарения. При атом необходимо учесть данные кинетических исследовании объемных изменении при старении о температурно-временных интервалах прео -бладащего гомогенного и гетерогенного зарождения для данного сплава.

Расчеты показали следующий режим двухступенчатого старения, обеспечивающий наиболее полный распад пересыщенного твердого раствора при заданном уровне С>0,2 = 586 МПа, 7/ = 140 °С, = = 180 мин, Тг = 175 °С, Гг = 180 мин, '

Метшее изменение размеров образцов; состаренных по пред-локенному режиму, в сравнении со стандартным Т2 , при одина -ковом уровне прочности, в процессе изотермической выдержки при • 80 °С (рис.5) является доказательством справедливости сформулированных рекомендаций. .

Разработанная в настоящей работе и апробированная на сплаве В96Ц-1 методология достижения высокопрочного состояния и размерной стабильности является достаточно универсальной для ее использования при решении аналогичных задач с другими высоко -прочными алюминиевыми сплавами.

3. овцие вывода

\ Проведенные исследования позволили сформулировать следую-дае выводы:

1. Дня изучения процессов распада пересыщенных твердах растворов на основе алюминия предложена и обоснована методика дифференциального дилатометрического анализа, использующая один збразец вместо традиционно применяемых образца и эталона; изго-. говлена опытная высокочувствительная установка и определены ее характеристики.

2. Получены эмпирические модели, адекватно описывающие изменение характеристик, механических свойств сплава В96Ц-1 при двухступенчатом старении. Модели.обладают достаточной для вы -Зора реяшов и управления технологическим процессом двухступенчатого старения прогнозирующей способностью.

Установлено, что в случае пластического дефорлирования при правке закаленных деталей из сплава В96Ц-1 разработанные г одели старения могут применяться без корректировки.

3. На основе математического моделирования и эксперилен -тальных данных установлено, что параметры первой ступени ста -рения,' характеризуемой зонной стадией распада пересыщенного твердого раствора, не оказывают значимого влияния на формиро -вание окончательного комплекса характеристик прочности и пластичности сплава В96Ц-1 при старении на второй ступени.

4. На этапе термической обработки основной причиной изменения формы и размеров изделий, изготовленных из высокопрочных алюминиевых сплавов, является релаксация термических временных напряжений, возникающих в процессе охлаждения при закалке.

5. В термоупрочненном состоягаш определяющим фактором размерной нестабильности является дораспад пересданного твердого раствора, сопровождаемый объемными изменениями. Уровень фиксируемых' закалкой остаточных напряжений в тонкостенных изделиях на .порядок liiEKQ- предела шшротекучести сплава Б90Ц-1, ОН не являются в"даннам случае причиной нестабильности размеров.

6.'Изучены кинетика изменений размеров при и таре nui! .закаленных высокопрочных алюминиевых сплавов в интервале тпмперп -тур.20. ..300 °С и сопутствующие шл тепловио пдасктп щк'Бгпцо -mai. Определены 'томлсрагурно-вргагсшше интерполм просола"; .0.4с—

го гомогенного и гетерогенного распада пересыщенных твердых растворов, для сплава В96Ц-1 преимущественное зарождение на дислокациях происходит, начиная с температуры старения IG5 °С, а для сплава Ь95 - выше 200 °С (в области температур, соответст -вуюцпх стадии перестаривания).

7. Получены зависимости тепловых и дилатометрических эффектов при старе:шл сплава Б96Ц-1 от обобщенного двухлара.штричес-кого критерия Ларсена - 1,1иллора и обоснована необходимость применения двухступенчатого старения для обеспечения максимальной степени распада пересыщенного твердого раствора.

8. На базе полученных в работе моделей характеристик. механически:: ci-oiiciTB, зависимостей степени распада пересыщенного твердого раствора от двухпараметрического критерия и кинетических зависимостей изменения размеров при старении предложен ал -горитм оптимизации рекшов двухступенчатого старения высокопрочных алшиниевых сплавов, минимизирующих метастабильность со -старенного сплава при одновременном обеспечении комплекса механических свойств.

9. При равном уровне прочности в упрочненном состоянии сплавов В95 и В96Ц-1 большая размерная нестабильность при эксплуатации и длительном хранении характерна для сплава В95. Это обусловлено нестабильным структурным состоянием сплава после термической обработки.

10. . Для сплава В96Ц-1 предложен режим двухступенчатого старения: 7} = 140 °С, Т} = 180 мин, Те = 175 °С, Тг = 180. • мкн, обеспечивавший получение бо.з = 586 Ша, = 615 ЫПа,

V^ = 18,5 J?, 5" = 7,5 % и минимальное изменение размеров при-эксплуатащш и длительном хранении при данном уровне прочности.

11. Результаты исследовании использованы в Конструкторском бюро приборосгроешш г.Тулы для оптимизации параметров закалки, обеспечивающих минимальное коробление деталей специального ма -¡шнозтроения, изготавллваамых на предприятии.' Комплекс разработанных мероприятий вошел в технологическую документацию изделий 9HI3I и 91,1133 (Акт от 20.12.92 об использовании результатов диссертационной работы Гончарова С.С. в Конструкторском бюро приборостроения). •

По материалам диссертации опубликованы следупциэ работы:

1. Гончаров C.G. Применение дилатометрического анализа для исследования распада пересыщенных тверда« растворов // Дефекты кристаллической решетки и свойства металлов и сплавов. -Тула. - ТулПИ. - 1992. - С. 143-146.

2. Коробление при закалке осесимметричных изделий из сплава В96Ц-1 / С.И.Архангельский, С.С.Гончаров, Л.В.Жабо, И.В.Тихонова И Дефекты кристаллической решетки и свойства металлов и сплавов. - Тула. - ТулПИ. - С. 117-1ЯЗ.

3. Головин С.А., Гончаров С.С., Архангельский С.И. Форыоиэма -нение сплава В96Ц-1 при термической обработке // Физике прочности и пластичности металлов и сплавов: Тезисы ЛИ Международной конференции. - 28 июня - 2 июля 1992 г. - Самара. -1992.

4. Архангельский С.П., Гончаров С.С., Тихонова И.В. Механические свойства и размерная стабильность сплава В96Ц-1 при двухступенчатом старении // МиТОМ. - 1993. - № 4. - С. 26-30.

Подписано к печати 20.Q9.9b, Формат бумаги 60x84 1/16. Бумаге типогр. Ш 2.0фсет.пзч.Усл.печ.л.1,09.Уч.~изд.л.0,95. Тирак J.00 экз. Заказ Ii 626,

Издано в Тульской государственной техническом университете. Тула,ул.Болдина, 151. , -Отпечатано на ротапринте в ТулГТУ.