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:

Бобрук, Елена Владимировна. Особенности структуры и механические свойства ультрамелкозернистых алюминиевых сплавов системы Al-Mg-Si, обработанных методами интенсивной пластической деформации : диссертация ... кандидата технических наук : 05.16.01 / Бобрук Елена Владимировна; [Место защиты: Магнитог. гос. техн. ун-т им. Г.И. Носова].- Уфа, 2011.- 146 с.: ил. РГБ ОД, 61 11-5/2410

смотреть введение
Введение к работе:

Актуальность. В настоящее время в России и за рубежом отмечается значительный интерес к расширению области применения низколегированных и сравнительно дешевых термически упрочняемых алюминиевых сплавов системы Al-Mg-Si в автомобилестроении, авиации, строительстве и электротехнике. Сплавы этой системы обладают привлекательным комплексом свойств, таких как высокая коррозионная стойкость, хорошая технологичность и достаточно высокая пластичность. Эти свойства материалов во многом обусловлены процессами фазовых превращений, протекающих при искусственном или естественном старении.

Известно, что плотность алюминиевых сплавов примерно в 3 раза меньше плотности стали, однако масса готовых изделий, выполненных из них, всего лишь на 30-40 % меньше массы соответствующих стальных деталей. Таким образом, повышение прочности, которое позволит снизить массу изделий из конструкционных материалов системы Al-Mg-Si, является актуальной задачей с точки зрения перспективных применений алюминиевых сплавов. Кроме того, некоторые алюминиевые сплавы системы Al-Mg-Si обладают достаточно высокой электропроводностью и являются вторыми после меди промышленными проводниками, но существенно уступают ей в механической прочности. Недостаточная прочность значительно сужает область их применения в электротехнических изделиях, работающих в условиях высоких механических нагрузок, например, проводов для воздушных линий электропередач, кабелей и шин. В этой связи поиск путей повышения комплекса механических свойств при сохранении высокой электропроводности алюминиевых сплавов системы Al-Mg-Si также является важной научной проблемой.

Одним из подходов, обеспечивающим повышение свойств алюминиевых сплавов, является измельчение их зеренной структуры до ультрамелкозернистого состояния такими методами интенсивной пластической деформации (ИПД), как ИПД кручением (ИПДК), равноканальное угловое прессование (РКУП), а также его модификация - РКУП в параллельных каналах (РКУП-ПК). Положительное влияние ИПД на свойства алюминиевых сплавов, как правило, связывают с особенностями строения их ультрамелкозернистой (УМЗ) структуры: степенью измельчения зерен, уровнем неравновесности межзеренных границ и дислокационной структурой в теле зерен. Кроме того, известно, что на уровень свойств УМЗ сплавов, полученных в ходе ИПД в сочетании с термической обработкой (ТО), сильное влияние оказывают изменение содержания легирующих элементов в твердом растворе и фазовый состав. Влияние этих параметров структуры на уровень свойств УМЗ сплавов часто оказывается весьма существенным. Вместе с тем к моменту постановки задач данной работы в литературе практически отсутствовали систематические данные об особенностях УМЗ структуры, сформированной в процессе ИПД и последующих ТО, их связи с механическими и эксплуатационными свойствами в алюминиевых термически упрочняемых сплавах системы Al-Mg-Si. Кроме того, отсутствовала информация об изменениях фазового

состава данных материалов как в процессе осуществления ИПД, так и при последующем термическом воздействии. Таким образом, представлялось необходимым проведение детальных исследований параметров УМЗ структуры в алюминиевых сплавах системы Al-Mg-Si, подвергнутых обработке методами ИПД в сочетании с ТО, а также корректной оценки и анализа природы достигаемых механических и электрических свойств.

Цель работы. Исследование особенностей формирования ультрамелкозернистой структуры в алюминиевых сплавах системы Al-Mg-Si при использовании методов интенсивной пластической деформации; установление связи ультрамелкозернистых структур со свойствами сплавов и достижение комплекса высоких механических свойств и электропроводности.

Для достижения поставленной цели решали следующие задачи:

  1. Сформировать ультрамелкозернистую структуру с минимальным размером зерен в заготовках алюминиевых сплавов системы Al-Mg-Si, используя различные методы интенсивной пластической деформации: интенсивную пластическую деформацию кручением, равноканальное угловое прессование и равноканальное угловое прессование в параллельных каналах.

  2. Провести анализ особенностей ультрамелкозернистой структуры, сформированной в процессе интенсивной пластической деформации, установить закономерности их изменения при последующей термической обработке - отжиге и искусственном старении.

  3. Определить характеристики прочности и пластичности при комнатной температуре и исследовать особенности развития пластической деформации и разрушения алюминиевых сплавов с ультрамелкозернистым строением.

  4. Выявить возможность достижения высокой прочности ультрамелкозернистых алюминиевых сплавов системы Al-Mg-Si за счет дополнительной деформационной обработки холодной прокаткой.

  5. Исследовать возможность повышения электропроводности алюминиевых сплавов за счет формирования в них ультрамелкозернистого строения.

  6. Определить условия проведения интенсивной пластической деформации и последующей термической обработки, гарантирующие формирование в алюминиевых сплавах ультрамелкозернистой структуры, которая обеспечит максимальное повышение уровня прочности и электропроводности.

Научная новизна:

- определены режимы получения в заготовках ультрамелкозернистой однородной структуры в алюминиевых сплавах системы Al-Mg-Si, используя различные методы интенсивной пластической деформации: интенсивной пластической деформации кручением, равноканальным угловым прессованием и равноканальным угловым прессованием в параллельных каналах. Установлены параметры ультрамелкозернистой структуры (размер зерен, плотность решеточных дислокаций, тип, распределение и

размер упрочняющих фаз), обеспечивающие одновременное повышение характеристик прочности и электропроводности алюминиевых сплавов;

- показано, что формирование ультрамелкозернистой структуры в термически
упрочняемых алюминиевых сплавах системы Al-Mg-Si изменяет последовательность
распада пересыщенного твердого раствора по сравнению с известными закономерностями
после стандартной упрочняющей термической обработки в крупнозернистом материале:
ЗГП—>Р "—>Р'—>р. После обработки равноканальным угловым прессованием в
параллельных каналах присутствуют выделения некогерентной стабильной Р-фазы, а в
процессе последующего искусственного старения по рациональному режиму в
ультрамелкозернистом сплаве выделяются метастабильные полукогерентные
упрочняющие Р'-, Р "-фазы Mg2Si. После обработки интенсивной пластической
деформацией кручением искусственное старение ультрамелкозернистого сплава приводит
к коагуляции стабильной упрочняющей Р-фазы;

установлены особенности повышения электропроводности и прочности ультрамелкозернистых сплавов системы Al-Mg-Si. Высокая прочность сплавов обеспечивается формированием ультрамелкозернистой структуры с минимальным размером зерна и проявлением эффекта дисперсионного твердения - образования в алюминиевой матрице наноразмерных выделений упрочняющей фазы Mg2Si. Улучшение электропроводности ультрамелкозернистых сплавов обусловлено распадом пересыщенного твердого раствора, приводящим к снижению концентрации легирующих элементов в алюминиевой матрице.

Практическая значимость:

- определены режимы обработки интенсивной пластической деформации сплавов
системы Al-Mg-Si, позволяющие за счет формирования ультрамекозернистой структуры с
размером зерен менее 550 нм и регламентированного выделения и распределения
наноразмерных упрочняющих фаз Mg2Si получать заготовки с сочетанием высоких
значений прочности и электропроводности при комнатной температуре;

- установлена стабильность ультрамелкозернистой структуры сплава 6061,
обработанного интенсивной пластической деформацией кручением при комнатной
температуре со значением временного сопротивления 585 МПа, которая сохраняется до
температуры старения 160С, что весьма важно при изготовлении деталей, работающих
в среде, температура которой изменяется от -50 до +160С;

получены ультрамелкозернистые прокатанные заготовки из термически упрочняемого сплава 6061, в которых характеристики статической прочности повышены до уровня легированного алюминиевого сплава Діб системы Al-Cu-Mg;

- изготовлены экспериментальные образцы ультрамелкозернистой катанки из
алюминиевого сплава АД31 обработкой, включающей интенсивную пластическую
деформацию, холодное волочение и последующее искусственное старение по
рациональному режиму, что позволило повысить прочность и электропроводность.

Основные результаты и положения, выносимые на защиту.

Результаты выполненных исследований позволили сформулировать ряд основных положений, выносимых на защиту:

  1. Необычно высокий уровень прочности (ав = 675 МПа) может быть реализован в алюминиевом сплаве 6061 системы Al-Mg-Si, подвергнутом интенсивной пластической деформации кручением по режиму, обеспечивающему формирование ультрамелкозернистого состояния со средним размером зерна 170 нм и наличие наноразмерных выделений частиц Р-фазы (Mg2Si).

  1. Формирование ультрамелкозернистой структуры в сплавах системы Al-Mg-Si в процессе интенсивной пластической деформации сопровождается деформационным динамическим старением, которое начинается уже при комнатной температуре.

  2. Вне зависимости от условий и методов интенсивной пластической деформации сплавы системы Al-Mg-Si в ультрамелкозернистом состоянии демонстрируют стабильность зеренного строения и прочности до температуры отжига 160С.

  3. В сплавах Al-Mg-Si с ультрамелкозернистой структурой, сформированной методами интенсивной пластической деформации, при последующем искусственном старении изменяется последовательность и кинетика распада твердого раствора по сравнению с их крупнозернистыми аналогами.

  4. Увеличение прочности и электропроводности сплавов 6060 и АД31 возможно при использовании интенсивной пластической деформации в сочетании с термической обработкой. Такой подход обеспечивает формирование ультрамелкозернистого состояния с размером зерен 170...550 нм, характерной особенностью которого является максимальное обеднение легирующими элементами алюминиевой матрицы, причем наноразмерные выделения частиц упрочняющей фазы Mg2Si стабильной модификации (Р") образуются преимущественно в приграничных областях ультрамелких зерен, а метастабильной модификации (Р'- и Р"-) - в их объеме.

Диссертационная работа выполнена в рамках: государственного контракта № 02.513.11.3471 «Разработка и исследование объемных конструкционных наноструктурных материалов, получаемых методами интенсивной пластической деформации с участием научных организаций Бразилии» (2009-2010 гг.), выполненного в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 гг.»; Проекта «Физика и ИПД технологии наноструктурирования металлов для достижения уникальных свойств» (2008-2010 гг.), выполненного в рамках Аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы» (2008-2010 гг.).

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на Международном симпозиуме «Объемные наноструктурные материалы BNM-2009» (г. Уфа, 2009 г.); X Международной научно-технической уральской школе металловедов-молодых ученых (г. Екатеринбург, 2009 г.); XIX Петербургских чтениях по проблемам прочности (г. Санкт-Петербург, 2010 г.); XIII Международной конференции по обработке материалов

«Наноструктурные материалы и микроформовка» (г. Брешиа, Италия, 2010 г.); 11-й Международной конференции «Высокие давления 2010. Фундаментальные и прикладные аспекты» (г. Судак, Украина, 2010 г.); Открытой школе-конференции стран СНГ «Ультрамелкозернистые и наноструктурные материалы-2010» (г. Уфа, 2010 г.); конференции «Материаловедение и металлофизика легких сплавов» (г. Екатеринбург, 2010 г.); III Международной научно-технической конференции «Авиадвигатели 21 века», (ЦИАМ, г. Москва, 2010 г.).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликованы 4 научные статьи в рецензируемых изданиях из перечня ВАК РФ, 8 статей и тезисов в сборниках трудов конференций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и списка литературы из 137 наименований. Общий объем диссертации: 146 страниц, в том числе 56 рисунков и 24 таблицы. Работа выполнена при научной и методической консультации к.т.н. Мурашкина М.Ю.


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