Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Металловедение и термическая обработка металлов

Диссертационная работа:

Тихомиров Андрей Владимирович. Моделирование и оптимизация процесса получения механически легированных композиционных материалов на основе алюминиевых сплавов : диссертация ... кандидата технических наук : 05.16.01 / Тихомиров Андрей Владимирович; [Место защиты: Моск. ин-т стали и сплавов]. - Москва, 2008. - 179 с. : ил. РГБ ОД, 61:08-5/413

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 5

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 8

1.1. Механически легированные композиционные материалы (МЛ КМ) 8

1.2. Влияние режима обработки на процесс МЛ 1 б

1.2.1. Тип механоактиватора 16

1.2.2. Влияние материала контейнера и мелющих тел на процесс МЛ 21

1.2.3. Влияние газовой атмосферы обработки на процесс МЛ 23

1.2.4. Влияние ПАВ на процесс МЛ 24

1.2.5. Скорость МЛ 25

1.2.6. Продолжительность МЛ 26

1.2.7. Тип и режим загрузки мелющих тел 26

1.2.8. Влияние температуры на процесс МЛ 30

1.3. Энергетические параметры МЛ 31

1.3.1. Интенсивность МЛ 32

1.3.1.1. Экспериментальная оценка интенсивности МЛ 3 2

1.3.1.2. Расчетная оценка интенсивности МЛ 35

1.3.2. Температура МЛ 42

1.3.2.1. Экспериментальная оценка температуры МЛ 42

1.3.2.2. Расчетная оценка температуры МЛ 45

1.3.3. Усредненная скорость пластической деформации обрабатываемого материала в процессе МЛ 59

1.3.3.1. Экспериментальная оценка усредненной скорости пластической деформации обрабатываемого материала в процессе МЛ 50

1.3.3.2. Расчетная оценка усредненной скорости пластической деформации обрабатываемого материала в процессе МЛ 51

Выводы по разделу 1 54

2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ 55

2.1. Объекты исследования 5

2.2. Исходные материалы 56

2.3. Обработка в планетарной мельнице 57

2.4. Получение консолидированных полуфабрикатов 58

2.5. Исследование структуры и свойств 58

2.5.1. Структурные исследования 5

2.5.2. Рентгеноструктурный и рентгенофазовый анализ 60

2.5.3. Дифференциальная сканирующая калориметрия 61

2.5.4. Оценка твердости 62

2.5.5. Оценка коэффициента термического расширения 62

2.6. Оценка энергетических параметров МЛ в планетарной мельнице с шаровой загрузкой и квазилиндрическим мелющим телом (КМТ)

2.6.1. Расчетная оценка основных энергетических параметров МЛ в планетарной мельнице с шаровой загрузкой и КМТ 63

2.6.2. Экспериментальная» оценка энергетических параметров МЛ в планетарной мельнице с шаровой загрузкой и КМТ 66

3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА МЕХАНИЧЕСКОГО ЛЕГИРОВАНИЯ В ПЛАНЕТАРНОЙ МЕЛЬНИЦЕ

3.1. Характер движения КМТ тела в процессе МЛ 69

3.2. Расчет интенсивности МЛ

3.2.1. Соотношение интенсивности МЛ с шаровой загрузкой и КМТ 71

3.2.2. Зависимости интенсивности МЛ с шаровой загрузкой и КМТ от режима обработки 75

3.3. Расчет фоновой температуры МЛ 84

3.3.1. Соотношение фоновой температуры МЛ с шаровой загрузкой и КМТ 84

3.3.2. Зависимости фоновой температуры МЛ с шаровой загрузкой и КМТ от

режима обработки 88

3.4. Расчет усредненной скорости пластической деформации обрабатываемого материала 99

3.4.1. Соотношение усредненной скорости пластической деформации обрабатываемого материала при МЛ с шаровой загрузкой и КМТ 99

3.4.2. Зависимости усредненной скорости пластической деформации обрабатываемого материала при МЛ с шаровой загрузкой и КМТ от режима обработки 105

Выводы по главе 3 118

4. ОПТИМИЗАЦИЯ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ МЕХАНИЧЕСКИ ЛЕГИРОВАННЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ 120

4.1. Экспериментальная оценка основных энергетических параметров МЛ 1

4.1.1. Экспериментальная оценка интенсивности МЛ 120

4.1.2. Экспериментальная оценка фоновой температуры МЛ 121

4.1.3. Экспериментальная оценка усредненной скорости пластической деформации

и диспергирования гранул обрабатываемого материала в процессе МЛ 123

4.2. Оптимизация структуры и свойств МЛ КМ на основе алюминиевых 133 сплавов

4.2.1. Получение МЛ КМ с применением шаровой загрузки и КМТ 133

4.2.1.1. Структура и свойства МЛ гранул KM Al-Mg-SiC, полученных с применением шаровой загрузки и КМТ 133

4.2.1.2. Структура и свойства консолидированных полуфабрикатов МЛ КМ, полученных с применением шаровой загрузки и КМТ 135

4.2.2. Оптимизация структуры и свойств МЛ КМ на основе дисперсионно

твердеющих алюминиевых сплавов 137

4.2.2.1. Структура и свойства МЛ гранул KM Al-4%Cu-l%Mg-20o6.%SiC и А1-7,1 %Zn-2,2%Cu-l ,9%Mg-20o6.%SiC 137

4.2.2.2. Структура и свойства консолидированных полуфабрикатов МЛ КМ А1-4%Си-1 %Mg-20o6.%SiC и А1-7,1 %Zn-2,2%Cu-1,9%Mg-20o6.%SiC 140

4.2.2.3. Исследования структуры МЛ гранул KM Al-4%Cu-l%Mg-20o6.%SiC методом ПЭМ 149

4.2.2.4. Исследования структуры консолидированных полуфабрикатов МЛ КМ А1-4%Си-1 %Mg-20o6.%SiC методом ПЭМ 156 Выводы по главе 4 165 ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ 167 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 1  

Введение к работе:

Композиционные материалы (КМ) с металлическими матрицами являются перспективным материалом для высокотехнологичных областей промышленности. Одним из эффективных методов получения таких материалов является механическое легирование (МЛ). На кафедре металловедения цветных металлов ГТУ МИСиС были разработаны эффективные способы получения механически легированных композиционных материалов (МЛ КМ) с однородной структурой из крупных частиц (до 5000 мкм) алюминиевых и медных сплавов, в том числе вторичного сырья, упрочненных дисперсными частицами SiC или AI2O3 размером менее 1 мкм. На настоящий момент исследована возможность получения МЛ КМ без применения ПАВ на основе большинства промышленных алюминиевых сплавов, в том числе вторичного алюминиевого сырья.

Однако в разработанных способах получения МЛ КМ остается достаточно много белых пятен и возможностей для оптимизации. В первую очередь, в процессе МЛ в планетарной мельнице применяли нестандартное квазицилиндрическое мелющее тело (КМТ), энергетические и другие технологические особенности которого практически не изучены. В большинстве аппаратов для МЛ, в том числе в промышленных агрегатах, в качестве мелющих тел применяют шары, что затрудняет широкое применение разработанных способов получения КМ.

Для МЛ с шаровой загрузкой в литературе доступны экспериментальные и расчетные оценки интенсивности и температуры обработки, скорости пластической деформации, особенностей ударно-истирающего воздействия на обрабатываемый материал, которые представляют научный интерес и позволяют оптимизировать способы получения МЛ материалов. Аналогичный положительный результат мог бы быть достигнут и для МЛ в планетарной мельнице с КМТ, в частности для разработанных ранее способов получения МЛ КМ. Определение основных энергетических параметров МЛ с КМТ позволило бы оценить фазовые и структурные превращения в процессе обработки, оптимизировать способы получения КМ путем изменения режимов МЛ (изменения скорости вращения водила, массы шихты и др.) или введения дополнительных технологических операций (термической или химико-термической обработки и др), а также оценить применимость разработанных способов при использовании шаровой загрузки.

В связи с этим и была поставлена настоящая работа.

4 Цель и задачи работы:

Методом компьютерного моделирования и экспериментальных измерений оценить основные энергетические параметры МЛ с КМТ и на основе полученных закономерностей оптимизировать технологические параметры МЛ КМ из изначально крупных шихтовых составляющих на основе алюминиевых сплавов.

Для достижения поставленной цели в работе решали следующие задачи:

  1. Методом компьютерного моделирования оценить интенсивность и фоновую температуру, усредненную скорость пластической деформации обрабатываемого материала и особенности ударно-истирающего воздействия на обрабатываемый материал при МЛ с КМТ.

  2. Провести экспериментальную проверку результатов компьютерного моделирования.

  3. На основе полученных результатов оптимизировать разработанные ранее способы получения МЛ КМ из изначально крупных шихтовых составляющих на основе алюминиевых сплавов.

Научная новизна

  1. На основе компьютерного моделирования и экспериментальной оценки особенностей механического легирования в планетарной мельнице, показано, что применение квазицилиндрического мелющего тела вместо шаровой загрузки приводит к уменьшению интенсивности (-150 против -650 Вт/контейнер), фоновой температуры (-60-140 против -200-420 С) и усредненной скорости пластической деформации обрабатываемого материала (в -2 раза). При этом, важным преимуществом механического легирования с квазицилиндрическим мелющим телом является повышенная сила воздействия и площадь контакта единичных соударений в процессе обработки, что в сочетании с низкой фоновой температурой значительно облегчает механическое легирование крупных шихтовых составляющих.

  2. Показано, что при получении композиционных материалов на основе А1-4%Си-l%Mg, Al-7,l%Zn-2,2%Cu-l,9%Mg и SiC в процессе механического легирования с квазицилиндрическим мелющим телом не происходит интенсивных процессов распада (А1) или дисперсных фаз и предварительная термическая обработка матричных сплавов может оказывать значительное влияние на структуру и свойства механически легированных гранул и консолидированных полуфабрикатов. Предварительная закалка матричных сплавов приводит к повышению интегральной энергии активации образования в механически легированных гранулах 9- и S-фаз (-150 против -94 КДж/моль), но практически не влияет на образование г|-фазы. Следствием такого повышения является значительное диспергирование

5 выделений в структуре консолидированных полуфабрикатов Al-4%Cu-l%Mg-20o6.%SiC и повышение твердости в условиях сочетания дисперсионного и дисперсного упрочнения. Практическая значимость работы

  1. На основе анализа зависимостей интенсивности, фоновой температуры и усредненной скорости пластической деформации обрабатываемого материала при механическом легировании с квазицилиндрическим мелющим телом разработаны рекомендации по режимам обработки при получении композиционных материалов из изначально крупных шихтовых составляющих, согласно которым увеличение скорости вращения водила до 1200 об/мин и(или) плотности мелющего тела до -15,1 г/см могут привести к значительному увлечению скорости механического легирования без избыточного перегрева обрабатываемого материала.

  2. Разработан способ получения композиционного материала на основе дисперсионнотвердеющего алюминиевого сплава Al-4%Cu-l%Mg, включающий закалку матричного сплава и проведение не позднее чем через 5 ч высокоэнергетической механической обработки измельченной стружки матричного сплава совместно с 20 об.% частиц SiC, с последующей горячей консолидацией активированной смеси. Высокоэнергетическую обработку указанной смеси рекомендуется проводить в планетарной мельнице в контейнерах с квазицилиндрическими мелющими телами в инертной атмосфере без применения ПАВ, горячую консолидацию проводить при температуре 400 С, а перед горячей консолидацией осуществлять холодную двухстороннюю консолидацию до достижения, по меньшей мере, 80% теоретической плотности. На способ получения механически легированного композиционного материала на основе алюминиевого сплава подана заявка на выдачу патента РФ № 2006143027 и получено положительное решение от 04.04.2008.

Апробация работы. Основное содержание диссертационной работы отражено в 2 статьях. Материалы диссертации доложены на российских конференциях «ПРОСТ-2006», Москва, МИСиС, 18-20 апреля 2006; «ПРОСТ-2008», Москва, МИСиС, 8-Ю апреля 2008; на международных конференциях «INCOME 2006», Новосибирск, 3-6 июля 2006; «ISMANAM 2006», Варшава, 27-31 августа 2006; на международном семинаре «MHT-IX», Обнинск, 12-16 июня 2007. По результатам работы зарегистрировано 1 ноу-хау, подана 1 заявка на выдачу патента РФ и получено положительное решение.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, 4 глав, выводов, списка литературы из 204 наименований. Она изложена на 179 стр. машинописного текста, содержит 15 табл. и 60 рис.

Подобные работы
Солонин Алексей Николаевич
Исследование и разработка композиционных материалов на основе алюминиевых сплавов, полученных методом механического легирования
Квашнин Борис Николаевич
Повышение эксплуатационных характеристик конструкционных материалов применением диффузионных боридных и электроискровых покрытий порошковыми сплавами на основе никеля
Панцырный Виктор Иванович
Исследование и разработка металлургических основ получения нового класса высокопрочных высокоэлектропроводных микрокомпозиционных материалов
Лепихин Сергей Валерьевич
Влияние легирования на фазовые и структурные превращения в тройных сплавах на основе Ni3Al и жаропрочных никелевых сплавах
Муравьев Виталий Васильевич
Связь скорости ультразвука в сплавах на основе Fe и Al с режимами их термообработки
Быценко Оксана Анатольевна
Закономерности формирования бимодальной структуры и комплекса механических свойств сплава на основе интерметаллида Ti3Al при термоводородной обработке
Мукосеев Александр Геннадьевич
Деформационно-индуцированное формирование твёрдых растворов внедрения и замещения в ОЦК и ГЦК сплавах на основе железа
Виленкин Аркадий Яковлевич
Формирование структуры при внутреннем окислении бинарных сплавов на основе меди и серебра
Миляев Александр Игоревич
Разработка и исследование деформируемых магнитотвердых сплавов на основе системы Fe-Cr-Co с содержанием 8-10 масс. % кобальта
Говядинов Сергей Александрович
Совершенствование структур и физико-механических свойств пружинных сплавов на основе критериев предельного состояния

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net