ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Введение. Алюминиевые сплавы специального назначения характеризуются определенным сочетанием механических, физических и химических свойств, что обусловлено эксплуатацией в строго определенных условиях. При разработке новых материалов с улучшенными технологическими свойствами большое внимание уделяется сплавам системы Al-Si заэвтектической концентрации. Известно, что комбинированные модифицирующие вещества, состоящие из 2-х и более компонентов, по эффективности превосходят каждый компонент в отдельности. Существует большое количество способов модифицирования таких сплавов с целью измельчения первичных кристаллов кремния и эвтектики. Большинство известных технологий не нашли широкого применения на практике, поэтому разработка способа модифицирования расплава водородосодержащими соединениями остается актуальной темой. Цель работы: создание технологичного способа обработки расплава, предусматривающего увеличение содержания водорода, для модифицирования структуры в литом состоянии и получения деформированных сплавов Al – 15¸30% Si с улучшенными физико-механическими свойствами. В работе исследованы параметры микроструктуры в литом состоянии и после горячей пластической деформации и механические характеристики модифицированных сплавов. Проведено изучение микроструктуры полученных сплавов. Методами исследования являются дилатометрические испытания, механические испытания на статическое растяжение, а также металлографический анализ исследуемых сплавов. Результаты и обсуждение. Разработан новый способ модифицирования, позволяющий резко уменьшить размер первичных кристаллов кремнистой фазы, вследствие чего значительно повышаются механические свойства высококремнистых сплавов и их деформируемость. Применение предложенного способа позволяет получить структуру эвтектического типа в заэвтектических сплавах Al-Si. Благодаря получению модифицированной структуры, характеризующейся повышенной степенью дисперсности составляющих, резкому уменьшению размеров первичных кристаллов хрупкой кремнистой фазы и благоприятному изменению их формы стала возможной пластическая деформация исследуемых сплавов. Установлено, что горячая деформация оказывает положительное влияние на механические свойства сплавов Al-Si, особенно на их пластичность. Показано, что комплекс физико-механических свойств деформированных полуфабрикатов превышает даже свойства спеченных алюминиевых сплавов.

1. Polmear I.J. Light alloys: from traditional alloys to nanocrystals. – Amsterdam: Elsevier Ltd, 2005.

2. Колачев Б.А. Водород в металлах и сплавах // Металловедение и термическая обработка металлов. – 1999. – № 3. – С. 3–11.

3. Hess P.D., Tumbull G.K. Effects of hydrogen on properties of aluminum alloys // Hydrogen in Metals / American Society for Metals. – Metals Park, Ohio: ASM, 1974. – P. 277–287.

4. Talbot D.E.J. Effects of hydrogen in aluminum, magnesium, copper, and their alloys // International Metallurgical Reviews. – 1975. – Vol. 20. – P. 166–184.

5. Борисов Г.П. О роли водорода в формировании структуры и свойств алюминиевых сплавов // Металлургия машиностроения. – 2005. – № 5. – С. 11–20.

6. Goltsov V.A. Fundamentals of hydrogen treatment of materials // Progress in Hydrogen Treatment of Materials. – Donetsk; Coral Gables: Kassiopeya Ltd, 2001. – P. 161–184.

7. Чернега Д.Ф., Бялик О.М. Водород в литейных алюминиевых сплавах. – Киев: Техника, 1972. – С. 32–139.

8. Уткин Н.И. Производство цветных металлов. – 2-е изд. – М.: Интермет Инжиниринг, 2004. – 442 с.

9. Альтман М.Б., Лебедев А.А., Чухров М.В. Плавка и литье легких сплавов. – М.: Металлургия, 1969. – 680 с.

10. Чернега Д.Ф., Бялик О.М. Изменение содержания водорода и механических свойств сплава АЛ2 при многократной обработке его гексахлорэтаном // Технология и организация производства. – М.,1969. – № 6. – C. 62–63.

11. Мороз Л.С, Чечулин Б.Б. Водородная хрупкость металлов. – М.: Металлургия, 1967. – 255 с.

12. Патент 3429695 США. Высокопрочный алюминиевый сплав и способ его обработки / Nakamura Hajime, Hori Toshimitsu, Sezaki Kazio. – Опубл. 25.02.1969.

13. Водород – легирующий элемент алюминиевых сплавов / В.К. Афанасьев, М.В. Попова, А.Н. Прудников, М.В. Зезиков, А.В. Горшенин // Известия вузов. Черная металлургия. – 2005. – № 6. – С. 36–39.

14. Density and thermal expansion of liquid Al–Si alloys / J. Schmitz, B. Hallstedt, J. Brillo, I. Egry, M. Schick // Journal of Materials Science. –2012. – Vol. 47, iss. 8. – Р. 3706–3712.

15. Microstructure and mechanical properties of an Al-Si alloy consolidated by spark plasma sintering / T. Schubert, J. Schmidt, T. Weißgärber, B. Kieback // World Powder Metallurgy Congress & Exhibition, PM 2010, Florence, Italy, October 10^th – 14^th 2010: proceedings. – Shrewsbury: EPMA, 2010. – Vol. 2. – Р. 117–124.

16. Srivastava V.C., Mandal R.K., Ojha S.N. Microstructure and mechanical properties of Al–Si alloys produced by spray forming process // Materials Science and Engineering: A. – 2001. – Vol. 304–306. – P. 555–558.

17. Structural and mechanical properties of Al–Si alloys obtained by fast cooling of a levitated melt / S.P. Nikanorov, M.P. Volkov, V.N. Gurin, Yu.A. Burenkov, L.I. Derkachenko, B.K. Kardashev, L.L. Regel, W.R. Wilcox // Materials Science and Engineering: A. – 2005. – Vol. 390, iss. 1–2. – P. 63–69.

18. Synthesis and formation process of Al2CuHx: a new class of interstitial aluminum-based alloy hydride / H. Saitoh, S. Takagi, N. Endo, A. Machida, K. Aoki, S. Orimo, Y. Katayama // APL Materials. – 2013. – Vol. 1, iss. 3. – doi: 10.1063/1.4821632.

19. Influence of additives on the microstructure and tensile properties of near-eutectic Al–10.8%Si cast alloy / A.M.A. Mohamed, A.M. Samuel, F.H. Samuel, H.W. Doty // Materials and Design. – 2009. – Vol. 30, iss. 10. – P. 3943–3957.

20. Tensile and compressive deformation behavior of the Al–Si–Cu–Mg cast alloy with additions of Zr, V and Ti / S.K. Shaha, F. Czerwinski, W. Kasprzak, D.L. Chen // Materials and Design. – 2014. – Vol. 59. – P. 352–358.

21. Monotonic and cyclic deformation behavior of the Al–Si–Cu–Mg cast alloy with micro-additions of Ti, V and Zr / S.K. Shaha, F. Czerwinski, W. Kasprzak, J. Friedman, D.L. Chen // International Journal of Fatigue. – 2015. – Vol. 70. – P. 383–394.

22. Влияние обработки расплава водородосодержащими веществами на тепловое расширение алюминия / В.К. Афанасьев, М.В. Попова, М.А. Старостина (М.А. Малюх), Н.В. Кривичева // Металлургия машиностроения. – 2011. – № 3. – С. 30–33.

23. О влиянии водяного пара на формирование свойств высококремнистых Al-сплавов / В.К. Афанасьев, В.В. Герцен, С.В. Долгова, Ю.М. Мусохранов, М.В. Попова // Металлургия машиностроения. – 2015. – № 5. – С. 17–21.

24. Спеченные материалы из алюминиевых порошков / В.Г. Гопиенко, М.Е. Смагоринский, А.А. Григорьев, А.Д. Беллавин; под ред. М.Е. Смагоринского. – М.: Металлургия, 1993. – 320 с.

25. Афанасьев В.К., Попова М.В., Самонь В.А. О создании новых легких деформированных сплавов для космической техники // Металлургия машиностроения. – 2014. – № 5. – С. 21–28.