2 Методика досліджень

2.1 Матеріали та обладнання для експериментальних досліджень

Дослідження впливу технологічних параметрів обробки в рідкому і твердому стані та умов кристалізації сплаву АМг11 на його механічні властивості проведено в лабораторних умовах НТУУ “КПІ”.

Об’єкт дослідження – ливарний сплав системи Al–Mg – АМг11. Склад досліджуваних сплавів наведено в табл. 2.1 і 2.2. Зразки для досліджень отримували шляхом розплавлення промислових чушок сплаву АМг11.

Таблиця 2.1 – Хімічний склад сплаву АМг11

Марка сплаву	Вид продукціі	Масова частка основних компонентів, %
		Mg	Si	Ti	Be
АМг11	Чушка Виливок	10,5–13,0	0,8–1,2	0,05–0,15	0,03–0,07

Таблиця 2.2 – Вміст домішок в сплаві АМг11

Марка сплаву	Вид продукціі	Масова частка домішок, не більше, %
		Fe		Zn
		К	Д
АМг11	Чушка Виливок	0,9 1,0	1,1 1,2	0,10

В лабораторних умовах досліджувані сплави виготовляли також сплавленням наступних шихтових матеріалів:

алюміній марки А99 ;

чушки сплаву АМГ11;

лігатури: АlС0,9Ті0,8 (%С = 0,9; % Ti = 0,8).

2.2 Методика проведення плавок та термічної обробки.

Дослідні плавки проводили в електричних печах опору типу СШОЛ, з використанням графітого тигля. В тиглі розплавляли частини промислових чушок сплаву АМг11 при температурах (650 – 710) 10°С. Після їх розчинення витримували розплав при даних температурах протягом 5-60 хв. Після цього з поверхні розплаву видаляли шлаки, рафінували розплаву флюсом та розливали його в металеву виливницю.

На отриманих стандартних зразках діаметром 10 мм вимірювали механічні властивості (міцність на розрив, границю текучості, відносне видовження).

Для дослідження процесу кристалізації досліджуваних сплавів використовували метод комп’ютерного термічного аналізу.

2.1.1 Металографічний аналіз досліджуваних сплавів

Для визначення характеру зміни структури досліджуваних сплавів в залежності від хімічного та фазового складу, технологічних параметрів обробки використовували металографічний аналіз.

З цією метою в лабораторних умовах на кафедрі МТО НТУУ “КПІ” були підготовлені шліфи та проведено металографічний аналіз. Підготовка шліфів складалась з наступних операцій:

- механічна обробка зразка;

- послідовне полірування шліфа наждачним папером, починаючи з паперу з грубими абразивними часточками ( №320 ) і закінчуючи папером з мінімальними часточками ( папір № 2000,4000);

- полірування шліфа виконували на станках з горизонтально розташованими кругами, обтягнутими сукном та бархатом ( швидкість обертання складає 500-800 об/хв. ), при цьому сукно час від часу змочується емульсією з діаметром абразивних часток 3 та 1 мкм відповідно.

Підготовлений шліф промивався в спирті, висушувався в потоці сухого повітря.

Для дослідження макроструктури ливарних сплавів системи Al-Mg сплавів використовували наступний травник: 10 мл. HF, 15 мл. HCl, 90 мл. H₂O. Для дослідження мікроструктури даних сплавів використовували травник: 1мл. HF, 2,5 мл. HNO₃, 1,5 мл. HCl, 95 мл. H₂O.

Якісний та кількісний металографічний аналіз досліджуваних сплавів проведено із застосуванням мікроскопу ММР – 2Р. Розмір фаз визначається в світлому полі лінійним методом при збільшенні 250 разів. Лінійний метод заснований на точному рівнянні, яке складає частину першого основного стереометричного співвідношення, відповідно до якого об`ємна доля структурної складової або фази в сплаві дорівнює долі довжині сікучої лінії, яка проходить крізь цю складову на шліфу. Тому лінійний метод зводиться до вимірювання та сумування довжин відрізків прямої лінії, яка проходить крізь задану на визначеній довжині сікучої прямої.

Для проведення аналізу лінійним методом при візуальному спостереженні структури використовується лінійка - окуляр – метрометра. Визначалось скільки поділок лінійки попадає на задану фазу, сумувались всі ці значення, і саме сумі дорівнював вміст фази ( у відсотках ).

Точність лінійного методу визначається числом виміряних в процесі аналізу відрізків. Також залежить від об`ємної долі структурної складової, її дисперсності і характеру структури.

Для визначення розміру зерна використовується метод середньої довжини пересікаючого зерно відрізка. Основний принцип методу полягає в наступному. Вимірюється число зерен N, що потрапили на сікучу лінію загальною довжиною L. Середня довжина пересікаючого відрізка визначається як довжина :

, (2.1)

де L – довжина сікучої лінії, мкм;

N – число зерен, що потрапили на сікучу лінію;

d – розмір зерна, мкм.

Також проводився якісний та кількісний металографічний аналіз в спеціалізованому дослідницькому інституті TU – Bergakademie Freiferg ( Німеччина ) на мікроскопі NEOFOT – 31, який підключений до електронно – обчислювальної машини. Завдяки сучасному ліцензійному програмному забезпеченню, а саме програмі IMAGE – C з великою кількістю додаткових аналізуючих програм, була можливість автоматично розрахувати розмір та кількість відповідних фазових складових.

Метод підрахунку аналогічний до вищеописаного. В окулярі мікроскопа знаходиться поле зору для аналізу, зображення переводиться на монітор ЕОМ та фотографується. Після того запускалась програма аналізу. Для визначення розміру зерна необхідно використовувати “ Лінійний метод”. Задавалась кількість ліній, що буде перетинати поверхню поля зору. В залежності від збільшення зображення мікроскопу комп`ютером визначалась щільність ліній. Коли на екрані з`являлись лінії, тоді за допомогою “мишки” відмічались точки перетину аналізуючих ліній з границями зерен. Після даного етапу запускалась програма підрахунку та складання протоколу досліду, в якому знаходились дані про мінімальний, максимальний та середній розміри зерна. Також підраховувався розмір зерен, що займають 90% поверхні поля зору. В залежності від кількості експериментів знаходились середні значення всіх цих параметрів.

Якщо необхідно було визначити кількість фази, вибирався “Точковий метод” аналізу.