Введение к работе
Актуальность работы. Для успешного выхода на международный рынок гечественной металлургической продукции необходимо вьіполнеіиіе эебований по качеству металла на уровне мировых стандартов. Для этого при звершенствовании старых и разработке новых технологий производства -еталлопродукции требуется анализ всех стадий ее получения. Для Зеспечения требуемых структуры и механических свойств получаемых олуфабрикатов необходимо уделить внимание как процессу кристаллизации їштков, так и режимам их термической обработки.
Между тем физические свойства (в частности, тешюфнзические)
пюминиевых сплавов изучены недостаточно, особенно в интервале плавления
жидком состоянии. Так как процесс кристаллизации расплавов играет
ажную роль в формировании структуры слитков, представлялось
елесообразным выяснить особенности механизма плавления и
ристаллизации многокомпонентных сплавов, сведения о котором в литературе
граничены и противоречивы. Наряду с этим необходимо заметить, что в
асчетах при математическом моделировании процесса затвердевания слитков
із алюминиевых сплавов используются усредненные значения
ешюфизических свойств, что существенно снижает достоверность
юлучаемых результатов и в дальнейшем сказывается на качестве
{еталлопродукции. В связи с этим становятся актуальными сведения об
(сновных теплофизических свойствах (энтальпии и теплоемкости)
многокомпонентных алюминиевых сплавов в широком интервале температур и
здача оптимизации на основе этих данных процесса кристаллизации слитков,
ушиваемых методом полунепрерывного литья.
Для модифицирования алюминиевых сплавов системы Al-Mg-Si (аналоги іа рубежом - сплавы серии 6000) применяют лигатуру Al-Ti-B. Однако при этом не всегда удается достигнуть стабильного формирования в слитках мелкозернистой (2000 зерен на 1 см2 площади шлнфа, максимальный размер
зерна 200-300 мкм) и однородной по объему структуры. Это обстоятельство потребовало проведения в данной работе исследований, направленных на уточнение ряда технологических параметров получения лигатуры Al-Ti-B и процесса модифицирования сплавов серии 6000 данной лигатурой.
Прессованные полуфабрикаты из сплавов серии 6000 подвергаются термической обработке - закалке и искусственному старению. Между тем, как показывает производственный опыт, уровень механических свойств полуфабрикатов не отвечает требованиям международных стандартов. Наличие данной проблемы обусловлено тем, что параметры термической обработки полуфабрикатов определяются методом проб и ошибок. Поэтому в данной работе представлялось целесообразным уточнить параметры термической обработки полуфабрикатов на основе результатов измерений изменения молярной энтальпии сплавов в зависимости от температуры.
Цель работы. Совершенствование технологии производства прессованных полуфабрикатов, соответствующих по структуре и свойствам требованиям мировых стандартов, из сплавов серии 6000 на основе результатов исследования их теплофизических свойств.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие методические, металловедческие и технологические задачи:
- повысить чувствительность (не менее 40 Дж/моль) адиабатического
калориметра, являющегося основным экспериментальным инструментом в
данной работе;
экспериментально изучить температурные зависимости ряда теплофизических свойств (изменения молярной энтальпии и молярной теплоемкости) многокомпонентных алюминиевых сплавов 6012,6082 (система Al-Mg-Si), 2007, 2011, Д16ч (система Al-Cu), В95пч (система Al-Zn-Cu-Mg) в твердом, твердо-жидком и жидком состояниях;
- математически обработать полученные экспериментальные данные на
ПК по специально созданной программе для определения ряда
ермодинамических и структурных характеристик многокомпонентных люминиевых сплавов;
- методом математического моделирования процесса кристаллизации питков из сплава 6082 оптимизировать технологические параметры литья, беспечивагощие формирование однородной мелкозернистой макроструктуры высокую дисперсность микроструктуры;
- разработать практические рекомендации по оптимизации режимов грмической обработки слитков и полуфабрикатов из сплава 6082 на основе езультатов калориметрических, металлографических и рентгеноструктурных сследований данного сплава.
Научная новизна
Предложен и реализован способ управления формированием однородной дисперсной структуры слитков из алюминиевых сплавов (на примере сплава 082 системы AI-Mg-Si) за счет оптимизации условий их кристаллизации етодом математического моделирования, основанном на численном решении равнения теплопроводности с использованием полученных в работе истинных іачений теплофизических свойств (теплоемкости и энтальпии) сплавов в зердом, твердо-жидком и жидком состояниях.
Установлены технологические особенности приготовления прутка из игатуры А1-5%Ті-1%В с заданной структурой и модифицирования им груктуры слитков сплавов системы Al-Mg-Si для стабильного получения не енее 2000 зерен в 1 см2 площади шлифа.
Разработан рациональный режим гомогенизирующего отжига слитков плава 6082 на основе результатов исследования температурных зависимостей го энтальпии и теплоемкости в литом состоянии в условиях, моделирующих корость нагрева слитков в производственных гомогенизационных колодцах.
Осуществлена корректировка режима термической обработки рессованных прутков из сплава 6082 путем анализа зависимостей его
энтальпии и теплоемкости от температуры в сочетании с результатами металлографических и рентгеноструктурных исследований.
Практическая значимость. Результаты исследований теплофизических свойств сплава 6082 использованы для оптимизации процесса кристаллизации слитков, совершенствования режима гомогенизирующего отжига слитков и параметров термической обработки прессованных прутков на Каменск-Уральском металлургическом заводе (ОАО КУМЗ), что позволило получить прутки из этого сплава с требуемыми структурой и свойствами и наладить их серийное производство. Теплофизические свойства других многокомпонентных алюминиевых деформируемых сплавов, установленные в работе, представляют основу для разработки новых и совершенствования действующих технологий, которые, по аналогии со сплавом 6082, позволят повысить качество металлопродукции: обеспечить стабильное получение структуры и механических свойств слитков и полуфабрикатов, соответствующих требованиям мировых стандартов.
Автор защищает:
-
Результаты экспериментального изучения энтальпии и теплоемкости многокомпонентных алюминиевых сплавов 6012, 6082 (система Al-Mg-Si), 2007, 2011, Д16ч (система Al-Cu), В95пч (система Al-Zn-Cu-Mg) в твердом, твердо-жидком и жидком состояниях.
-
Результаты математического моделирования процесса кристаллизации слитков из сплавов серии 6000.
3. Результаты исследования процесса модифицирования сплавов серии 6000
; лигатурой Al-5%Ti-l%B с целью обеспечения мелкозернистой (2000 зерен
на 1 см2 площади шлифа) и однородной по объему структуры.
-
Результаты калориметрических, металлографических и рентгеноструктурных исследований сплава 6082.
-
Практические рекомендации по оптимизации режимов термической обработки слитков и полуфабрикатов из сплава 6082.
Апробация работы. Материалы диссертации были доложены и обсуждены на KIV Уральской школе металловедов - термистов "Фундаментальные проблемы физического металловедения перспективных материалов", Ижевск, 1998 г.; на I К. Российской конференции "Строение и свойства металлических и шлаковых расплавов", Екатеринбург, 1998 г.; на VI Международной научно-практической сонференции "Генная инженерия в сплавах", Самара, 1998 г.; на международной конференции " Совершенствование литейных процессов", Екатеринбург, 1999 г.; на XV Уральской школе металловедов - термистов " \ктуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов", Екатеринбург, 2000 г.
Публикации. Результаты выполненных исследований опубликованы в 10 іечатньїх работах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и іьіводов и списка литературы. Объем работы - 129 страниц, рисунки - 26, аблицы -16, список литературы содержит 107 наименований..
