Введение к работе
Актуальность темы. До последнего времени сложнолегированные сплавы на основе меди с цинком крайне ограниченно использовались в отечественной промышленности. Для освоения массового производства проката из сложнолегированных антифрикционных латуней достаточно широкой номенклатуры, обеспечивающего потребность такого производства как ОАО «АВТОВАЗ», стал необходим ряд комплексных научно-исследовательских работ. Поскольку многие цветные сплавы, используемые в автомобилях LADA, были импортными, то в период экономического кризиса начала 1990-х остро встал вопрос о замене их на отечественные аналоги.
Внедрение отечественных цветных сплавов взамен импортных несколько затянулось. В частности, это касается внедрения сложнолегированных латуней повышенной износостойкости, применяемых в узлах автомобилей, работающих в условиях трения. Причинами этого можно назвать: недостаточную изученность кремнисто-марганцовистых латуней, несоответствие материалов, внедренных и стандартизованных в нашу промышленность, и сплавов, внедренных на АВТОВАЗе иностранными компаниями. При переходе на отечественные марки сплавов обозначился целый комплекс проблем, нестабильность свойств новых материалов на различных этапах изготовления и эксплуатации.
При изготовлении детали «втулка направляющая клапана» используются прутки из легированных латуней типа ЛМцА 58-2-1, разработанных институтом Гипроцветметобработка (г. Москва) на основе рекомендаций фирмы «PORSСHE». Однако технологические и потребительские свойства сплавов ЛМцА оказались неустойчивыми.
В процессе хранения на складах ОАО «АВТОВАЗ» часть прутков изготовленных из сплава ЛМцА утрачивала прямизну и круглость профиля. Прутки, которые первоначально были круглыми и прямолинейными оказывались неравномерно искривленными. Таким образом, это свидетельствовало о том, что прутки поставлялись на завод с недостаточно снятыми остаточными напряжениями, т.е. режим термообработки был выбран неверно и требовал корректировки. На всех стадиях обработки то получали чрезвычайно мелкую сыпучую стружку, которая пакетируется в стружечных канавках сверл и приводит к их преждевременному разрушению, то получали сливную стружку при точении, которая плохо удаляется из зоны резания. В период освоения сплава возникали проблемы в связи с низкой стойкостью режущего инструмента – резцов и сверл.
Для того чтобы оценить надежность и долговечность работы деталей из данных сплавов необходимо знать их механические, физические и технологические свойства. В настоящее время не существует научно обоснованных методов корректировки требований к химическому составу, учитывающих степень влияния каждого элемента сплава на фазовый состав. Методики прогнозирования фазового состава, в частности по методу коэффициентов Гийе, не учитывают варьирование химического состава сплава в пределах оговоренных техническими требованиями.
Все вышеизложенное обуславливает актуальность работы направленной на получение стабильных свойств заготовок и изделий из сплавов типа ЛМцА.
Цель работы: разработка химического состава и режимов термической обработки латуней типа ЛМцА, обеспечивающих заданные фазовый состав и структуру, которые гарантируют получение стабильных технологических свойств заготовок.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
- изучить изменение фазового состава латуней в зависимости от возможного содержания легирующих элементов в пределах, оговоренных техническими требованиями, выявить наиболее значимые элементы;
- исследовать влияние термообработки латуни типа ЛМцА на уровень остаточных напряжений, фазовый состав, структуру и свойства;
- провести корректировку требований к химическому составу сплава и режимов термообработки, с целью обеспечения стабильных свойств заготовок и изделий;
- разработать рекомендации по изменению технических условий, обеспечивающих стабильность фазового состава и свойств сложнолегированных латуней типа ЛМцА;
- выполнить промышленную апробацию разработанных рекомендаций.
Научная новизна работы
-
Выявлено, что соотношение количества a - и ' – фаз в латунях типа ЛМцА определяется изменением содержания меди, цинка и алюминия; изменение содержания железа, марганца, кремния и других элементов не оказывает значимого влияния на фазовый состав. Разработана методика прогнозирования фазового состава для сплавов данного типа, учитывающая изменение содержания химических элементов в сплаве, в пределах оговоренных техническими требованиями.
-
Определены коэффициенты корреляции содержания элементов, входящих в состав сплава, с количеством a - фазы. Значимый коэффициент корреляции имеет содержание меди (0,67); алюминия (-0,64) и цинка (-0,36).
-
Определены функциональные зависимости, описывающие изменение количества a - фазы от содержания в сплаве меди, алюминия, а так же от совместного их содержания меди и алюминия.
-
Установлены закономерности влияния режимов отжига на уровень остаточных напряжений, фазовый состав, структуру и механические свойства латуней типа ЛМцА.
Практическая значимость и реализация результатов работы
-
Установлены требования к химическому составу сплава типа ЛМцА, обеспечивающие содержание a-фазы, не превышающее 40% об.
-
Разработан режим отжига, гарантирующий снятие остаточных напряжений при обеспечении требуемого уровня механических свойств.
-
Предложен метод прогнозирования фазового состава латуни по интервалам химического состава.
-
Выявлены основные элементы, влияние которых необходимо учитывать при корректировке требований к химическому составу сплава.
-
Корректировка требований к химическому составу и режимам обработки сплава позволила получить стабильные технологические и эксплуатационные свойства, уйти от проблем с обрабатываемостью.
Акт научно-технической комиссии о реализации научных положений, результатов и выводов работы в виде рекомендаций для составления новых технических условий на поставку представлен в приложении диссертации.
На защиту выносятся:
-
Метод прогнозирования фазового состава латуней типа ЛМцА при изменении химического состава в пределах технических требований.
-
Установленные корреляционные связи содержания различных химических элементов с фазовым составом сплавов.
-
Установленные закономерности влияния отжига на фазовый состав латуней типа ЛМцА.
-
Закономерности влияния отжига на уровень остаточных напряжений и свойства латуней типа ЛМцА.
-
Функциональные зависимости изменения количества a-фазы от содержания меди, алюминия, а так же зависимость изменения количества a-фазы от совместного изменения содержания этих элементов в сплаве.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены на 9 конференциях, в том числе, на III конференции «Технические науки и современное производство» (Лутраки (Греция), 2005 г.); II научной конференции с международным участием «Приоритетные направления развития науки, технологий и техники» (Шарм-эль-шейх (Египет, 2006 г); международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы трибологии», (Самара, 2007 г); научной международной конференции “Современные наукоемкие технологии”, (о. Тенерифе (Испания), 2008 г); научной международной конференции «Технические науки и современное производство» (Пекин (Китай), 2008 г); международной конференции «Физика прочности и пластичности» (г. Самара, 2009 г); III научной международной конференции «Развитие научного потенциала высшей школы» (Дубай (ОАЭ), 2009 г); международной научной студенческой конференции «Научному прогрессу – творчество молодых» (г. Йошкар-Ола, 2009 г); V Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы и перспективы развития авиации, наземного транспорта и энергетики «АНТЭ-09»» (г. Казань, 2009 г).
Публикации. По результатам исследований опубликовано 17 печатных работ, в том числе 3 статьи в издании, рекомендованном ВАК России. Без соавторов опубликовано 3 работы.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы из 136 наименований и восьми приложений. Общий объем диссертации составляет 165 страниц текста, из них 122 страницы машинописного текста, 24 таблицы, 72 рисунка и 8 приложений на 22 страницах.
