Міністерство освіти і науки України

Національний технічний університет України (“КПІ ім. Ігоря Сікорського”)

Інженерно-фізичний факультет

Кафедра металознавства та термічної обробки

ЗВІТ

по проходженню науково-дослідної практики

Тема роботи: «Вплив мікролегування та технологічних параметрів обробки на структуру і властивості сплаву АМг11»

Студент гр. ФТ- 51м Науковий керівник:

Онопрієнко О.О. к.т.н., доц. каф. МТО Кулініч А.А.

Київ - 2017

1 Вступ

Ливарні сплави системи Al-Mg віносяться до корозійностійких сплавів які використовують для виробництва литих та зварних конструкцій яки працюють в любих кліматичних умовах. Дані сплави мають гарне поєднання механічних і технологічних властивостей, добре оброблюються різанням. Вони використовуються в суднобудуванні, авіаційній та інших галузях промисловості.

Типовий сплав даної системи – АМг11 застосовується для виготовлення деталей, які працюють в установках і агрегатах при підвищених температурах. Сплав АМг11 можно застосовувати для виготовлення виливків які використовуються як в литому так і в загартованому стані. Легування сплаву необхідними добавками титану та берилію сприяє покращенню його ливарних властивостей та характеристик міцності. Сплав АМг11 перевершує сплав АМг5К за технологічними властивостями, характеристиками міцності і жароміцності. Для забезпечення максимальної міцності вміст магнію в сплаві повинен складати до 13 %, а кремнію до 1,2 %.

Сплав АМг11 застосовують для лиття складних за конфігурацією деталей, які працюють за умов середніх статичних навантажень (деталі агрегатного і приборного типу) в умовах корозійного впливу атмосфери і морського середовища. Деталі зі сплаву АМг11 можуть довгостроково працювати при температурах до 200 °С.

Недоліком сплаву АМг11 є невисокі значення механічних властивостей, особливо відносного видовження.

З метою встановлення можливості отримання зі сплаву АМг6л виливків з одночасно високим рівнем механічних і технологічних властивостей, в даній роботі досліджено вплив температурно-часових параметрів обробки сплаву в рідкому стані та швидкості охолодження при кристалізації на його структуру та механічні властивості.

Мета роботи – підвищити рівень механічних властивостей сплаву АМг11 шляхом оптимізації температурно–часових параметрів обробки в рідкому стані, швидкості охолодження при кристалізації та модифікування комплексом вуглецю і титану.

Для досягнення поставленої мети потрібно виконати наступні задачі:

1. Встановити вплив температури та часу витримки розплаву на структуру та механічні властивості сплаву АМг11.

2. Дослідити вплив швидкості охолодження при кристалізації на структуру та механічні властивості сплаву АМг11.

3. Встановити вплив модифікування лігатури АlС0,9Ті0,8 на структуру, механічні та технологічні властивості сплаву АМг11.

Стан питання та задачі дослідження

1.1 Особливості формування структури і властивостей ливарних сплавів системи а1 – Mg

Усі промислові сплави системи А1–Mg по вмісту магнію перебувають в області діаграми стану системи А1–Mg, що відповідає α–твердому розчину [1, 2]. У литому стані алюмінієві сплави, що містять понад 9 % Mg, мають структуру α + β, де β – фаза Al₃Mg₂, яка є крихким інтерметалідом, що містить приблизно 35…38% Mg. Згідно рівноважної діаграми стану, в даних сплавах β–фаза виділяється з твердого розчину внаслідок зменшення розчинності магнію в алюмінії зі зниженням температури (рис.1.1). У реальних умовах кристалізації, внаслідок інтенсивно протікаючих процесів мікроліквації і недостатньої швидкості дифузійних процесів, β–фаза виділяється з розплаву при 450 °С у формі евтектики. Кількість β–фази, що утворюється в результаті виділення з α–твердого розчину, залежить від вмісту магнію в сплаві. За наявними даними, при литві в піщану форму у твердому розчині розчиняється до 7 % Mg [2]. При нерівноважній кристалізації сплавів системи Al–Mg з вмістом магнію більше 7 % Mg, по границях зерен виділяється β–фаза у вигляді евтектики. При збільшенні вмісту магнію, в структурі сплавів кількість β–фази збільшується. Внаслідок крихкості цієї фази знижуються характеристики пластичності, а при значному її вмісті – і характеристики міцнісності даних сплавів [1, 3]. В процесі термічної обробки, при температурах вище лінії розчинності у твердому стані, β–фаза повністю розчиняється у твердому розчині. Одержання структури гомогенного твердого розчину супроводжується різким зростанням міцності і особливо пластичних характеристик (відносного видовження і ударної в’язкості), а також корозійної стійкості [2, 5–7].

Рисунок 1.1 – Рівноважна діаграма стану сплавів системи Аl–Mg (пунктиром вказано середній вміст магнію в твердому розчині під час та після кристалізації сплаву з 10 % Mg в піщану форму).

Серед подвійних сплавів системи А1–Mg найбільшою міцністю в загартованому стані, при збереженні високої пластичності, мають сплави з вмістом магнію до 13,5 % [1, 2]. При подальшому збільшенні вмісту магнію, рівень механічних властивостей сплавів знижується, оскільки в процесі термічної обробки не вдається перевести у твердий розчин надлишкову β-фазу. Тому всі промислові сплави системи А1 – Mg належать до типу твердих розчинів з вмістом магнію, що не перевищує 13,5%. У таблицях 1.1 – 1.2 наведено хімічний склад та властивості промислових сплавів системи А1 – Mg. Ливарні сплави алюмінію з магнієм відповідно до наведеної в табл. 1.1 класифікації, умовно поділяють на 3 групи – сплави з низьким, середнім та підвищеним вмістом магнію. Для отримання сплавів з підвищеним комплексом механічних та технологічних властивостей застосовують комплексне мікролегування.

Таблиця 1.1 – Класифікація типових ливарних сплавів системи А1 – Mg.

Марка сплаву	Основні компоненти, %						Домішки,%, не більше		Ступінь легованості магнієм
	Mg	Be	Zr	Ti	Mn	Si	Fe	Si
АМг6л (АЛ23)	6,0-7,0	0,02-0,10	0,05-0,20	0,05-0,15	-	-	0,20	0,20	ІІ
АМг6лч (АЛ23-1)	6,0-7,0	0,02-0,10	0,05-0,20	0,05-0,15	-	-	0,05	0,05
АМг7 (АЛ29)	6,0-8,0	-	-	-	0,25-0,6	0,5-1,0	-	-
АМг10 (АЛ27)	9,5-10,5	0,05-0,15	0,05-0,2	0,05-0,15	-	-	0,20	0,20	ІІІ
АМг11 (АЛ22)	10,5-13,0	0,03-0,07	-	0,05-0,15	-	0,8-1,2	0,50	-

* - І-низьколеговані, термічнонезміцнювані сплави з Mg < 6%, ІІ- середньолеговані сплави з 6-9% Mg, ІІІ- високолеговані сплави з 9,5-13% Mg.

Таблиця 1.2 – Механічні властивості типових ливарних сплавів системи Al-Mg

Марка сплаву	Метод лиття	Гарантовані механічні властивості
		σв, МПа	δ, %	Твердість за Бринелем, НВ
АМг6л (АЛ23)	З, В К, Д З, В, К*2	190 220 230	4,0 6,0 6,0	60,0 60,0 60,0
АМг6лч (АЛ23-1)	З, В К, Д З, В, К*2	200 240 250	5,0 10,0 10,0	60,0 60,0 60,0
АМг7 (АЛ29)	Д	210	3,0	60,0
АМг10 (АЛ27)	З, К, Д*2	320	12,0	75,0
АМг11 (АЛ22)	З, В, К З, В, К*2 Д	180 230 200	1,0 1,5 1,0	90,0 90,0 90,0

^*1 З- лиття в піщані форми; К- лиття в кокіль; В- лиття в моделі, що виплавляються; Д- лиття під тиском. ^*2 Т4- гомогенізацій ний відпал та гартування.