Совершенствование составов и технологии модифицирования алюминиевых сплавов на основе систем Al-Cu-Mg, Al-Zn-Mg-Cu и Al-Li тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.04, кандидат технических наук Смирнов, Владимир Леонидович

• Смирнов, Владимир Леонидович
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Смирнов, Владимир Леонидович

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

1. ВЛИЯНИЕ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ПРОЦЕСС КРИСТАЛЛИЗАЦИИ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ (ОБЗОР

ЛИТЕРАТУРЫ).,.

1.1 Теоретические представления о зарождении и росте кристаллов.

1.1.1 Гомогенное зарождение кристаллов.

1.1.2 Гетерогенное зарождение кристаллов.

1.1.3 Термическое и концентрационное переохлаждение.

1.1.4 Рост кристаллов.

1.2 Влияние модифицирующих добавок на зарождение и рост кристаллов в алюминиевых сплавах. Механизмы модифицирования.

1.2.1 Модифицирование добавками титана.

1.2.2 Модифицирование добавками титана и бора.

1.3 Влияние легирующих и примесных элементов на процесс кристаллизации сплавов, на структуру и свойства отливок и слитков.

1.3.1 Влияиие легирующих элементов на структуру и свойства алюминиевых сплавов.

1.3.2 Влияние примесных элементов на структуру и свойства алюминиевых сплавов.

1.4 Кристаллизация отливок и слитков из алюминиевых сплавов.

1.4.1 Фронт кристаллизации. Температура начала линейной усадки.

1.4.2 Двухфазная зона и ее роль в формировании макро- и микроструктуры, пористости, зональной ликвации и других свойств отливок и слитков.

1.4.3 Скорость перемещения фронта кристаллизации и ее влияние на структуру и свойства отливок и слитков.

1.5 ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 1.

-1.6 Постановка задач исследования.

2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ПЛАВЛЕНИЯ И КРИСТАЛЛИЗАЦИИ, СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ СПЛАВОВ.

2.1 Модернизированный метод термического анализа алюминиевых сплавов.

2.1.1 Установка для проведения термического анализа.

2.1.2 Обработка экспериментальных данных, полученных в режиме нагрева.

2.1.3 Обработка экспериментальных данных, полученных в режиме охлаждения.

2.1.4 Определение степени достоверности получаемых результатов.

2.2 Стандартные методы исследования.

2.3 ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ.

3. ТЕРМИЧЕСКИЙ И МИКРОРЕНТГЕНОСПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ПРОМЫШЛЕННЫХ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ СИСТЕМЫ Al-Cu-Mg. РАЗРАБОТКА РАЦИОНАЛЬНОГО ПОДХОДА К СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ ИХ СОСТАВОВ.

3.1 Термический и микрорентгеноспектральный анализ сплавов 2024 и

3.1.1 Термический анализ (ТА) сплавов 2024 и 2124.

3.1.2 Микрорентгеноспектральный анализ (МРСА) образцов от гомогенизированного слитка сплава 2024.

3.1.3 Микрорентгеноспектральный анализ образцов от термообработанной плиты из сплава 2024.

3.1.4 Механические свойства плит из сплава 2124.

3.1.5 Обоснование подхода к совершенствованию составов сплавов.

3.1.6 Механические свойства плит толщиной 139,7 мм из сплава 2124 с серийным и предложенным химическим составом.

3.2. Термический анализ некоторых промышленных алюминиевых сплавов па основе системы Al-Cu-Mg.

3.3 ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3.

4. ТЕРМИЧЕСКИЙ И МИКРОРЕНТГЕНОСПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ СИСТЕМЫ Al-Zn-Mg-Cu. ВЛИЯНИЕ РАСХОДА МОДИФИЦИРУЮЩИХ ЛИГАТУР А1-5%ТМ%В и AL-3%TI-0,15%С НА СТРУКТУРУ КРУПНОГАБАРИТНЫХ СЛИТКОВ.

4.1 Сплавы системы Al-Zn-Mg-Cu с добавками циркония.

4.1.1 Термический анализ ( ТА) сплава 7050.

4.1.2 Микрорентгеноспектральный анализ образцов сплава 7050.

4.1.3 Сравнение механических свойств плит из сплава 7050 серийного и скорректированного химического состава.

4.1.4 Термический анализ сплавов 1933 и В96ц-3пч.

4.1.5 Микрорентгеноспектральный анализ сплава В96ц-3пч.

4.1.6 Результаты опытно-промышленной апробации рекомендованного химического состава сплава В96ц-3пч.

4.2 Сплавы системы Al-Zn-Mg-Cu с добавками хрома. 4.2.1 Термический анализ образцов сплавов 7075, 7175 и 7475.

4.2.2 Микрорентгеноспектральный анализ сплавов 7075 и 7175.

4.3 Влияние расхода модифицирующих лигатур на структуру крупногабаритных слитков.

4.3.1 Влияние расхода лигатур Al-5%Ti-l%B и Al-3%Ti-0,15%C на размер зерна в крупногабаритных слитках сплавов серии 7ххх.

4.3.2 Влияние способа модифицирования сплава В96ц-3пч на структуру и свойства слитков и плит.

4.3.3 Влияние модифицирования на образование дефектов УЗК в штамповках из сплава 7050. 4.4 ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4.

5.ТЕРМИЧЕСКИЙ И МИКРОРЕНТГЕНОСПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ПРОМЫШЛЕННЫХ АЛЮМИНИЙ-ЛИТИЕВЫХ СПЛАВОВ.

5.1 Алюминий-литиевые сплавы системы Al-Mg-Li.

5.1.1 Термический анализ (ТА) сплавов 1420, 1421 и 1424.

5.1.2 Микрорентгеноспектральный анализ (МРСА) образца от гомогенизированного слитка сплава 1421.

5.1.3 Микрорентгеноспектральный анализ (МРСА) образца от гомогенизированного слитка сплава 1424.

5.2 Алюминий-литиевые сплавы системы Al-Cu-Li.

5.2.1 Термический анализ (ТА) сплавов 1461, 1464 и 1469.

5.2.2 Микрорентгеноспектральный анализ (МРСА) образца от гомогенизированного слитка сплава 1461.

5.2.3 Микрорентгеноспектральный анализ (МРСА) образцов сплава

5.2.4 Микрорентгеноспектральный анализ (МРСА) образцов от гомогенизированного сплава 1469.

5.3 Алюминий-литиевые сплавы системы Al-Li-Mg-Cu.

5.3.1 Термический анализ (ТА) образцов сплавов 1441 и 1445.

5.3.2 Микрорентгеноспектральный анализ (МРСА) образца от гомогенизированного цилиндрического слитка сплава

5.4 ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 5.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование составов и технологии модифицирования алюминиевых сплавов на основе систем Al-Cu-Mg, Al-Zn-Mg-Cu и Al-Li»

В современном авиастроении широко применяются полуфабрикаты из многокомпонентных алюминиевых сплавов благодаря прекрасному сочетанию их механических, коррозионных и конструкционных свойств [1-5].

Для обшивки и внутреннего набора элементов планера самолета (фюзеляж, крыло, киль) успешно используются высокопрочные алюминиевые сплавы на основе систем Al-Zn-Mg-Cu (серия 7ххх) и Al-Cu-Mg (серия 2ххх). Кроме того, в конструирование отдельных узлов и деталей авиатехники активно начинают внедряться новые алюминий-литиевые сплавы.

Несмотря на широкое практическое применение сплавов серий 7ххх и 2ххх, существуют определенные трудности при производстве из них полуфабрикатов с регламентируемым нормативной документацией уровнем свойств. Очень часто наблюдается недопустимо низкий уровень и значительный разброс механических свойств плит толщиной 60-И 50 мм. В особенности это касается сплавов на основе систем Al-Cu-Mg и Al-Zn-Mg-Cu.

На момент начала диссертационного исследования хотя и удавалось получать толстые плиты с уровнем свойств, отвечающих требованиям нормативной документации, однако стабильности в этом процессе не было. Представляло значительный научный и прикладной интерес установить причины, ответственные за низкий уровень и существенную дисперсию механических свойств изготовляемых полуфабрикатов. Это послужило стимулом к проведению исследований, направленных на решение задачи стабильного получения толстых плит, свойства которых соответствовали бы требованиям нормативной документации.

Известно, что структура и свойства плит зависят от режимов горячей прокатки и термической обработки. Однако параметры отмеченных технологических операций регламентированы в сравнительно узких пределах и их изменение нежелательно. Поэтому в данной работе избран путь стабилизации структуры и свойств плит за счет повышения качества слитка, которое в существенной степени зависит от параметров литья: температуры и скорости, расхода охлаждающей воды. Эти технологические факторы, обеспечивающие отливку крупногабаритных слитков без образования в них горячих и холодных трещин, подобраны эмпирически, и их изменение, как показал промышленный опыт, вызывает повышенное трещинообразование. Между тем, такие металлургические факторы как химический состав и процесс модифицирования сплавов могут изменяться в сравнительно широких пределах, поэтому основное внимание в работе и было уделено поиску путей улучшения качества слитков, и, как следствие, качества толстых плит за счет корректировки химического состава сплава в регламентированных стандартами и техническими условиями пределах, а также процесса модифицирования сплавов при полунепрерывном литье из них крупногабаритных слитков из сложноле-гированных алюминиевых сплавов.

Согласно нормативной документации содержание легирующих элементов в многокомпонентных алюминиевых сплавах изменяется в достаточно широких пределах. Как правило, выбор конкретного химического состава сплава осуществляется в средней части регламентируемых концентрационных интервалов. Исследование образцов от плит с низкими значениями ме-, ханических свойств показало, что при указанном выборе химического состава сплавов в микроструктуре плит часто наблюдается значительная объемная доля нерастворенных фаз, обусловленных избыточным содержанием легирующих элементов в сплавах. В связи с этим представляло интерес разработать научно обоснованный подход к выбору рациональных химических составов многокомпонентных алюминиевых сплавов, основанный на данных их термического анализа и о предельной растворимости легирующих компонентов в алюминиевой матрице при температуре нагрева сплавов под закалку и учитывающий образование фаз с участием примесных элементов.

Кроме того, как показывает производственный опыт, действующий / комбинированный способ модифицирования алюминиевых сплавов системы Al-Zn-Mg-Cu не является рациональным, поскольку результаты исследования крупногабаритных слитков и изготовленных из них полуфабрикатов свидетельствуют о том, что в микроструктуре слитков наблюдается увеличение толщины эвтектических прослоек по границам зерен и размеров интерметал-лидных фаз кристаллизационного происхождения. Следовательно, все вышеизложенное свидетельствует о том, что повышение качества крупногабаритных слитков и, как следствие, полуфабрикатов из многокомпонентных алю

I миниевых сплавов представляет собой актуальную научно-техническую задачу.

Цель работы заключается в определении состава фаз и температур фазовых превращений в многокомпонентных алюминиевых сплавах; в разработке рационального подхода к совершенствованию составов и технологии модифицирования алюминиевых сплавов на основе систем Al-Cu-Mg, Al-Zn-Mg-Cu и Al-Li при полунепрерывном литье крупногабаритных слитков, предназначенных для изготовления полуфабрикатов с заданным комплексом механических и конструкционных свойств.

Для достижения поставленной цели потребовалось:

- определить температуры фазовых превращений (равновесного и неравновесного солидуса, ликвидуса) и температуры начала линейной усадки многокомпонентных алюминиевых сплавов на основе систем Al-Cu-Mg, Al-Zn-Mg-Cu и алюминий-литиевых сплавов при плавлении и неравновесном затвердевании;

- установить влияние химического и фазового состава многокомпонентных алюминиевых сплавов на основе систем Al-Cu-Mg и Al-Zn-Mg-Cu на механические свойства плит толщиной 60^-150 мм, получаемых горячей прокаткой плоских слитков толщиной 300-^400 мм;

- уточнить содержание основных легирующих элементов с точки зрения минимизации избыточных фаз в сплавах на основе систем Al-Cu-Mg и Al-Zn-Mg-Cu, применяемых для получения толстых плит с требуемым уровнем механических и конструкционных свойств;

- выявить закономерности влияния расхода модифицирующих лигатур Al-3%Ti-0,15%C и Al-5%Ti-l%B на структуру сплавов систем Al-Cu-Mg и Al-Zn-Mg-Cu при полунепрерывном литье слитков;

- обосновать рациональные химические составы ряда алюминий-литиевых сплавов, применяемых для изготовления слитков по серийной технологии.

Научная новизна работы

1. Определены температуры эвтектических и перитектических превращений в алюминиевых сплавах на основе систем Al-Cu-Mg, Al-Zn-Mg-Cu и Al-Li при неравновесной кристаллизации; уточнен состав фаз в крупногабаритных слитках и плитах толщиной 6СН-150 мм.

2. Установлены пределы легирования алюминиевых сплавов систем , Al-Cu-Mg (2024, 2124) и Al-Zn-Mg-Cu (7050, 7075, 7175, 7475, В95ц-3пч), позволяющие получать крупногабаритные слитки и полуфабрикаты с заданным комплексом механических и конструкционных свойств.

3. Установлены и обоснованы концентрационные пределы комбинированного модифицирования алюминиевых сплавов на основе систем Al-Cu-Mg (2014, 2024, 2124) и Al-Zn-Mg-Cu (7050, 7075, 7175, 7475, В96ц-3пч) лигатурными прутками Al-5%Ti-l%B и Al-3%Ti-0,15%C, обеспечивающие получение однородной мелкозернистой структуры крупногабаритных слитков при полунепрерывном литье и уменьшение дефектов в плитах и штамповках в виде расслоений.

Практическая значимость работы

На основании обобщения экспериментальных данных предложены, обоснованы и внедрены в производство скорректированные химические составы сплавов систем Al-Cu-Mg и Al-Zn-Mg-Cu. За счет этого, а также реализации усовершенствованной технологии модифицирования сплавов, заключающейся в применении рационального расхода лигатур Al-5%Ti-l%B и Al-3%Ti-0,15%C при полунепрерывном литье крупногабаритных слитков, оказалось возможным получать плиты толщиной 60-И50 мм с требуемым и t стабильным уровнем механических и конструкционных свойств, а также уменьшить разброс свойств плит в продольном, поперечном и высотном направлениях.

За счет корректировки химических составов сплавов серий 2ххх и 7ххх и усовершенствования технологии их модифицирования при полунепрерывном литье слитков оказалось возможным изготавливать штамповки сложной конфигурации без образования в них расслоений.

Заключение диссертации по теме «Литейное производство», Смирнов, Владимир Леонидович

5.4 ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 5

1. Методом термического анализа (ТА) алюминий-литиевых сплавов на основе систем Al-Mg-Li, Al-Cu-Li и Al-Li-Mg-Cu определены значения температур ликвидуса, солидуса, неравновесного солидуса, начала линейной усадки, а также фазовых превращений в интервале кристаллизации. Методом микрорентгеноспектрального анализа установлен состав фаз в структуре этих сплавов.

2. В микроструктуре исходных гомогенизированных сплавов 1421 и 1424 системы Al-Mg-Li выявлены интерметаллидные фазы переменного состава на основе соединений Al(Sc,Zr,Ti), Al(Fe,Ni) и AlCaMg, расположенные I по границам зерен. Образование этих фаз происходит по типу перитектиче-ского превращения в интервале кристаллизации сплавов и сопровождается появлением экзотермического пика на термограммах охлаждения. Температура данного превращения оказывается ниже температуры начала линейной усадки сплавов. Гомогенизация слитков из сплавов 1420, 1421 и 1424 по серийному режиму обеспечила достаточно полное растворение легкоплавких фаз, входящих в состав неравновесных эвтектик.

3. В микроструктуре гомогенизированных по серийным режимам слит-t ков из сплавов 1461, 1464 и 1469 системы Al-Cu-Li наблюдается значительная доля сложных по составу интерметаллидных фаз на основе соединений Al7Cu2Fe и A12Cu, сосредоточенных по границам зерен а-твердого раствора. В состав соединения Al7Cu2Fe входят Mn, Ni и Si, а в состав соединения Al2Cu — Fe, Mn, Zr, Sc и Ca. Эти соединения образуются по перитектической реакции в интервале кристаллизации сплава, что вызывает появление экзотермического пика на термограмме охлаждения. Положение этого пика находится ниже температуры начала линейной усадки, но выше температуры кристаллизации неравновесной эвтектики. Серийные промышленные режимы гомогенизации слитков из сплавов 1464 и 1469 не обеспечивают полного растворения неравновесной эвтектики в алюминиевой матрице сплавов.

4. Для уменьшения в алюминий-литиевых сплавах объемной доли фаз, образованных легирующими и примесными элементами, необходимо дальнейшее снижение в сплавах таких примесных элементов как железо, кремний и кальций. Содержание циркония и скандия в сплавах следует поддерживать на нижнем пределе регламентированного химического состава для предотвращения образования интерметаллидов переменного состава Alx(Zr,Sc). В сплавах 1464 и 1469 системы Al-Cu-Li необходимо снижение содержания меди с целью исключения в полуфабрикатах строчечного расположения медьсодержащих фаз.

I i

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Разработана и сконструирована экспериментальная установка на базе адиабатического калориметра, позволяющая проводить термический анализ алюминиевых сплавов в диапазоне температур от 20V750°С и получать хорошо воспроизводимые термограммы при нагревании и охлаждении.

2. Определены температуры фазовых превращений (равновесного и неравновесного солидуса, ликвидуса), начала линейной усадки многокомпонентных промышленных алюминиевых сплавов конкретного химического состава различных систем легирования. За счет применения цифрового г вольтметра Щ31 достигнута высокая чувствительность метода к тепловым эффектам. Использование при термическом анализе первой производной от температуры по времени и компьютерной обработки данных обеспечило точность определения искомых температур ±1°С. Благодаря торировочным опытам и соблюдению постоянных условий проведения термического анализа образцов установлено, что значения температур фазовых превращений воспроизводятся вне зависимости от количества опытов при условии отбора образцов из одной зоны слитка или плиты.

Для исследования структуры и механических свойств слитков из алю' миниевых сплавов применены современные стандартные методы, основанные на использовании высокоточной измерительной аппаратуры.

3. Установлено, что механические свойства толстых плит (60ч-150 мм) из сплавов 2024 и 2124 системы Al-Cu-Mg в значительной степени зависят от химического состава сплава в регламентированных пределах. Одной из причин пониженного уровня механических свойств плит является неравновесная эвтектика, обнаруживаемая в структуре гомогенизированного сплава 2024 и представляющая собой смесь кристаллов а-твёрдого раствора на основе алюминия (схаО и фазы Al2CuMg, которую не удается растворить даже при нагреве плит под закалку. Наличие избытка данной фазы приводит к тому, что плиты толщиной 60-г150 мм сплава 2024 обладают пониженным уровнем механических свойств.

4. Микрорентгеноспектральный анализ (МРСА) позволил установить совместную- предельную растворимость основных легирующих элементов (магния и меди) в алюминиевой матрице сплава 2024 системы Al-Cu-Mg при температуре закалки (495°С). Показано, что сплав 2024 при содержании легирующих компонентов в средней части регламентируемых стандартом кон' центрационных интервалов характеризуется избытком фазы Al2CuMg. Разработан рациональный подход к совершенствованию химического и фазового составов сплавов, основанный на данных их термического анализа и о предельной растворимости легирующих компонентов в алюминиевой матрице при температуре нагрева сплавов под закалку и учитывающий образование фаз с участием как легирующих, так и примесных элементов. Для обеспечения сбалансированности химического состава сплава 2024 предложено за нижние пределы легирования выбирать содержание меди и магния, соответ1 ствующее их совместной предельной растворимости при 495°С, а верхние на 0,l-f-0,2 масс.% выше значений предельной растворимости. Указанный избыток легирующих элементов необходим для обеспечения гарантированного i насыщения магнием и медью твердого раствора на основе алюминия при нагреве плит под закалку и минимизации объемной доли сложных по составу интерметаллидных соединений. Применение разработанного разработанного подхода к выбору химического состава сплавов 2024 и 2124 позволило получать плиты толщиной 60-г150 мм с требуемым и стабильным уровнем механических свойств, а также добиться снижения разброса последних по всем

I I направлениям вырезки образцов из плит.

5. Для решения задачи повышения механических и конструкционных свойств плит из сплава В96ц-3пч успешно использованы данные термического анализа и МРСА по предельной совместной растворимости основных легирующих элементов в алюминиевой матрице при температуре закалки (470°С). Распространение разработанного подхода к совершенствованию состава позволило повысить уровень механических и конструкционных свойств плит, изготовленных из сплава В96ц-3пч.

6. Установлено, что в структуре литого сплава 7050 имеется неравновесная эвтектика, расположенная по границам зерен и представляющая собой тонкодисперсную смесь фаз: аЛ1 + 8фаза(А12Си1^) + T(i,a3a(Al2Mg3Zn3). Наличие в слитках избытка фазы Al2CuMg ^растворенным в ней цинком приводит к тому, что плиты сплава 7050 обладают пониженными механическими свойствами. На основании предлагаемого подхода скорректирован химический состав сплава 7050. Уменьшение его легированности магнием и медью устранило нестабильность и повысило уровень значений относительного удлинения толстых плит в состоянии Т7451 в высотном направлении, а также их прочностные свойства в поперечном и продольном направлениях.

7. Обнаружено, что предельная совместная растворимость магния и меди в сплаве 7175 выше, чем в сплаве 7075 при температуре 475°С. Повышение растворимости Mg и Си в сплаве 7175 приводит к чрезмерному повышению прочностных свойств плит толщиной 100 мм в состоянии Т7351, однако их электропроводность оказывается ниже требуемых значений. Для получения гарантированного сочетания требуемых значений механических и электрических свойств плит следует поддерживать содержание основных легирующих элементов в сплаве 7175 в рекомендованных нами пределах.

8. Установлено влияние расхода прутковых модифицирующих лигатур Al-5%Ti-l%B и Al-3%Ti-0,15%C на зеренную структуру в крупногабаритных плоских слитках из сплавов серии 7ххх. Показано, что наиболее благоприятная зеренная структура формируется в слитках при расходе вышеуказанных лигатур 0,4ч-0,6 кг/т расплава.

9. Анализ действующего комбинированного способа модифицирования (лигатура в виде чушек Al-3%Ti + прутковая лигатура Al-5%Ti-l%B) сплава В96ц-3пч показал, что значительное измельчение литого зерна (до размера 8 0-И 30 мкм) в слитках данного сплава не приводит к ожидаемому повышению пластических свойств при температурах горячей деформации

400-430°С). Дополнительное модифицирование сплава В96ц-3пч прутковой лигатурой Al-%Ti-l%B вызывает существенное снижение вязкости разрушения плит в состоянии Т12. Аналогичные результаты получены и для сплавов 7050 и 7075.

10. МРСА поверхности раскрытого блестящего расслоения в штамповI ке сложной конфигурации из сплава 7050 Т74 показал, что помимо фаз, свойственных данному сплаву, в поверхности расслоения имеются частицы с очень высоким (до 20%) содержанием титана, которые не обнаруживаются при микрорентгеноспектральном анализе как здорового излома, так и специt ально приготовленных шлифов. На основании полученных данных и уточненного механизма образования блестящих расслоений сделано заключение об отрицательном воздействии избыточного модифицирования алюминиевых сплавов титаном. Предложен подход к процессу модифицирования высокопрочных алюминиевых сплавов систем Al-Cu-Mg и Al-Zn-Mg-Cu: количество вводимого модификатора должно обеспечить получение однородной макроструктуры слитков с равноосным разветвленным зерном диамет-^ ром 250-400 мкм; при этом содержание модификатора в сплаве должно быть минимальным, а его распределение по микрообъемам сплава максимально равномерным, что достигается при расходе прутковых лигатур Al-5%Ti-l%B и Al-3%Ti-0,15%C 0,4-0,6 кг/т расплава. Практическое применение указанного подхода к процессу модифицирования позволило получать штамповки 5 сложной конфигурации из сплавов 2014Т6 и 7050 Т74 без дефектов типа штрихов.

11. В микроструктуре исходных гомогенизированных сплавов 1421 и I

1424 системы Al-Mg-Li выявлены интерметаллидные фазы переменного со, става на основе соединений Al(Sc,Zr,Ti), Al(Fe,Ni) и AlCaMg, расположенные по границам зерен. Образование интерметаллидных фаз происходит по типу перитектического превращения в интервале кристаллизации сплавов при температуре ниже начала их линейной усадки. Рекомендовано снижение со

170 j держания скандия и циркония до нижних пределов регламентируемых интервалов и примесных элементов кремния и кальция.

12. В микроструктуре гомогенизированных по серийным режимам слитков из сплавов 1461, 1464 и 1469 системы Al-Cu-Li наблюдается значительная доля сложных по составу интерметаллидных фаз на основе соедине ний Al7Cu2Fe, в состав которого входят Mn, Ni, Si, а также АЬСи, содержащего такие элементы как Fe, Mn, Zr, Sc и Ca. Указанные соединения образуются по перитектической реакции в интервале температур кристаллизации сплава ниже начала линейной усадки, но выше неравновесной эвтектики. Серийные промышленные режимы гомогенизации слитков из сплавов 1464 и 1469 не обеспечивают полного растворения неравновесной эвтектики в алюминиевой матрице сплавов. В сплавах 1464 и 1469 системы Al-Cu-Li необходимо снижение содержания меди с целью исключения в полуфабрикатах строчечного расположения медьсодержащих фаз. Кроме того, содержание таких примес ных элементов как железо и кальций, входящих в состав нерастворимых фаз, необходимо снижать.

13. Обнаружено, что сплав 1445 системы Al-Li-Mg-Cu характеризуется избыточным содержанием основных легирующих элементов таких как медь и никель, образующих нерастворимые*при гомогенизации слитков соединения. Рекомендовано снижение содержания железа и кальция, входящих в состав нерастворимых фаз и отрицательно влияющих на механические свойства слитков и полуфабрикатов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Смирнов, Владимир Леонидович, 2009 год

1. История авиационного материаловедения: ВИАМ — 75 лет поиска, творчества, открытий / под общ. ред. Е.Н. Каблова; ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов». — М.: Наука, 2007. 343 с.

2. Набойченко С.С. Заводы цветной металлургии Урала: учеб. пособие для студентов вузов / С. С. Набойченко; Урал. гос. техн. ун-т УПИ. - изд. 2-е, доп. - Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2005. - 269 с.

3. Фридляндер И.Н. Алюминиевые сплавы в авиаракетной и ядерной технике / И.Н. Фридляндер // Вестник РАН. М. - 2004. - том 74. - №12. - с. 1076, 1081

4. Золоторевский B.C. Металловедение литейных алюминиевых сплавов / B.C. Золоторевский, Н.А. Белов. Москва: МИСИС, 2005. -376 с.

5. Непрерывное литье алюминиевых сплавов: справочник / В.И. Напалков, Г.В. Черепок, С.В. Махов, Ю.М. Черновол; под ред. В.И. Напалкова. -М.: Интермет Инжиниринг, 2005. 512 с.

6. Кристаллизация и фазовые переходы / под. ред. В. Г. Воскобойникова. -Минск: Изд. АН БССР, 1962. 445 с:

7. Маллин Дж. Кристаллизация / Дж. 'Маллин. М.: Металлургия, 1965. -342 с.

8. Вайнгард У. Введение в физику кристаллизации / У. Вайнгард. М.: Мир, 1967.-167 с.

9. Шубников А.В. Как растут кристаллы / А.В. Шубников. М.: Изд. АН СССР, 1935.-176 с.

10. Шубников А.В. Образование кристаллов / А.В. Шубников. М.: Изд. АН СССР, 1947.-225 с.

11. Кузнецов В.Д. Кристаллы и кристаллизация / В.Д. Кузнецов. М.: Металлургия, 1954. - 317 с.

12. Салли И.В. Управление формой и роста кристаллов / И.В. Салли, Э.С. Фалькевич. Киев: Наукова думка, 1989. - 157 с.

13. Канн Дж. Молекулярный механизм кристаллизации / Дж. Канн, У. Хил-линг, Дж. Сире // Успех физ. наук . 1967. - №4. - с. 691-719.

14. М.Чалмерс Б. Теория затвердевания / Б. Чалмерс. М.: Металлургия, 1968. -' 288 с.

15. Бартон В. Рост кристаллов и равновесная структура их поверхностей / В. Бартон, Н. Кабрера, Ф. Франк // Элементарные процессы роста кристаллов. М.: Изд-во иност. лит., 1959. - с. 11-109.

16. Френкель Я.И. Введение в теорию металлов / Я.И. Френкель . М.: Гос-техиздат, 1950. — 384 с.

17. Улучшение качества отливок: сборник статей / под. ред. А.Н. Соколова. M.-JL: Машгиз, 1954. 200 с.

18. Новиков И.И. Теория термической обработки металлов / И.И. Новиков. -М.: Металлургия, 1978. 392 с.

19. Фридляндер И.Н. Алюминий и его сплавы / И.Н. Фридляндер. М.: Знание, 1965. - 620 с.

20. Металловедение алюминия и его сплавов: справочник / сост. А.И. Белов, О.С. Бочвар, Н.И. Буйнов; отв. ред. И.Н. Фридляндер. 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Металлургия, 1983. - 279 с.

21. Гуляев Б.Б. Литейные процессы / Б.Б. Гуляев. М.: Машгиз, 1960. - 416 с.

22. Баландин Г.Ф. Литье намораживанием / Г.Ф. Баландин. — М.: Машгиз, 1962.-262 с.

23. Лившиц Б.Г. Физические свойства металлов и сплавов: учебник для металлургии. специальностей вузов. — М.: Металлургия, 1980. — 320 с.

24. Алюминиевые сплавы: Плавка и литье алюминиевых сплавов / сост. М.Б. Альтман, А.Д. Андреев, Н.Н. Белоусов; отв. ред. В.И. Добаткин. -М.: Металлургия, 1970. 416 с.

25. Сотников А.И. Теория металлургических процессов: Учеб. пособие для вузов / А.И. Сотников, С.И. Попель, В.М. Бороненков. М.: Металлургия, 1986.-463 с. 1

26. Добаткин В.И. Слитки алюминиевых сплавов / В.И. Добаткин. Свердловск: Металлургиздат, 1960. — 175 с.

27. Спасский А.Г. Основы литейного производства / А.Г. Спасский. М.: Металлургиздат, 1950. - 311 с. !

28. Бондарев Б.И. Модифицирование алюминиевых сплавов / Б.И. Бондарев, В.И. Напалков, В.И. Тарарышкин. -М.: Металлургия, 1979.-223 с.

29. Производство полуфабрикатов из алюминиевых сплавов: справочник / сост. Г.А. Балахонцев, Р.И. Барбанель, Б.И. Бондарев; отв. Ред. А.Ф. Белов, Ф.И. Квасов. изд. 2-е перераб., и доп. - М.: Металлургия, 1985. - 350 с.j

30. Напалков В.И. Легирование и модифицирование алюминия и магния / В.И. Напалков, С.В. Махов. М.: Мисис, 2002. - 375 с.

31. Фридляндер И.Н. Алюминиевые деформируемые конструкционные сплавы / И.Н. Фридляндер. М.: Металлургия, 1979. - 208 с.

32. Исследование сплавов цветных металлов: Сб. ст. сб. 2: Посвящ. памяти заслуж. деятеля науки и техники проф. Бочвара A.M. / Отв. ред. А.И. Одинг. М.: Изд-во Акад. наук СССР, 1960. - 206 с.

33. ЗЗ.Фридляндер И.Н. Алюминиевые сплавы. Структура и свойства / И.Н. Фридляндер, К.В. Чуистов, A.JI. Березина. Киев: Наукова думка, 1992. -192 с.

34. Добаткин В.И. Непрерывное литье и литейные свойства сплавов / В.И. Добаткин. -М.: Оборонгиз, 1948. 154 с.

35. Плавка и литьё цветных металлов и сплавов / под ред. Дж. Мерфи М.: Металлургиздат, 1959. - 646 с.

36. Алюминий: свойства и физическое металловедение / под ред. Дж. Хэтча. М.: Металлургия, 1989. - 422 с.

37. Альтман М.Б. Плавка и литье легких сплавов / М.Б. Альтман, А.А. Лебедев, М.В. Чухров. -М.: Металлургия, 1969. 680 с.

38. Салли И.В. Управление формой и роста кристаллов / И.В. Салли, Э.С. Фалькевич. — Киев: Наукова думка, 1989. 157 с.

39. Франк Ф. Влияние смещений на рост кристаллов / Ф. Франк // Новые исследования по кристаллографии и кристаллофизике. — М.: Изд-во иностр.лит., 1950.-Т.1 -с. 41-46.

40. Бартон В. Рост кристаллов и равновесная структура их поверхностей / В. Бартон, Н. Кабрера, Ф. Франк // Элементарные процессы роста кристаллов. -М.: Изд-во иност. лит., 1959. с. 11-109.

41. Маллинз В. Морфологическая устойчивость частицы, растущей за счет диффузии или теплоотвода / В. Маллинз, Р. Секерка // Проблемы роста кристаллов. М.: Мир, 1968. - с. 89-105.

42. Маллинз В. Устойчивость плоской поверхности раздела фаз при кристаллизации разбавленного бинарного расплава / В. Маллинз, Р. Секерка // Проблемы роста кристаллов. М.: Мир, 1968. - с. 106-126.

43. Канн Дж. Теория роста кристалла и движения границы раздела фаз в кристаллических материалах / Дж. Канн // Успехи физ. наук. 1967. - №4 - с.677.689. ,

44. Мальцев М.В. Модифицирование структуры слитков промышленных алюминиевых сплавов / М.В. Мальцев, В.А. Ливанов, К.И. Кузнецов // Металлургические основы литья лёгких сплавов / сб. статей. М.: Оборонгиз, 1957.-с. 140-154.

45. Алюминий и его сплавы в жидком состоянии / сост. В.М. Денисов, В.В. Пинчин, JI.T. Антонов; отв. ред. Э.П. Пастухов. Екатеринбург: Уро1. РАН, 2005.-266 с. ;

46. Ливанов В.А. Непрерывное литье алюминиевых сплавов / В.А. Ливанов, P.M. Габидуллин, B.C. Шипилов. -М.: Металлургия, 1977. 168 с.

47. Металловедение и литьё лёгких сплавов: сборник статей / под. ред. А.Ф. / Белова. М.: Металлургия, 1977. - 384 с.

48. Улучшение качества отливок: сборник статей / под. ред. А.Н. Соколова. М.-Л.: Машгиз, 1954. 200 с.I

49. Никитина М.Ф. Литейные и механические свойства алюминиево-магниевых сплавов / М.Ф. Никитина, В.Г. Анташов, А.А. Тихонов // Литейные свойства металлов и сплавов / сб. статей. — М.: Наука, 1967. — с.249— 252. .

50. Курдюмов А.В. Литейное производство цветных и редких металлов / А.В. Курдюмов, М.В. Пикунов, В.М. Чурсин. изд. 2-е перераб. и доп. М.: Металлургия, 1982. - 352 с.

51. Новиков И.И. Дендритная ликвация в сплавах / И.И. Новиков, B.C. Золо-торевский. -М.: Наука, 1966. 156 с.f 52. Cibula A. Grain resize in Al alloys / A. Cibula // J. Inst Metals. 1949. - v.76. -№4. -p. 321-360.

52. Cibula A. Theory of modification of Al alloys / A. Cibula // Trans. Aime. -1951.-№10.-p. 1053-1056. ;

53. Kumar R. Modification alloys by carbides / R. Kumar // Brit. Foundryman. -1972.-№2.-p. 56-72.

54. Ламихов Л.К. О модифицировании алюминия и сплава А7 переходными металлами / Л.К. Ламихов, Г.В. Самсонов // Цветные металлы. 1964. -№8. - с. 79-82.

55. Металловедение, обработка и применение алюминиевых сплавов / пер. с англ. под ред. А.Т. Туманов. М.: Металлургия, 1972. - 663 с.

56. Фридляндер Н.И. Воспоминания о создании авиакосмической и атомной ' техники из алюминиевых сплавов / Н.И. Фридляндер. М.: Наука, 2005.277 с.I

57. Мондольфо Л.Ф. Структура и свойства алюминиевых сплавов / Л.Ф. Мон-дольфо; пер. с англ. под ред. Квасова Ф.И., Строганова Г.Б.- М.: Металлургия, 1979. 645 с.

58. Frankel G.S. Effect of Cu content on corrosion behavior of 7xxx series aluminum alloys //G.S. Frankel // Journal of the Electrochemical society. 2004. -№5.-p. 58-71. !

59. Reddy G.M. Microstructure property relationships in a high strength Al-Zn-Mg-Cu-Zr alloy / G.M. Reddy, K.S. Prasad, C. Mondal // Materials forum volume 2004. - vol. 28. - p. 883-888.

60. Santner J.S. Fatigue behavior and failure mechanisms of modified 7075 alumi-' num Alloys / J.S. Santner, D. Eylon // Metallurgical Transactions. 1979. -v.lOA.-p. 841-848. ;

61. Truckner W.G. Effects of Microstructure on fatigue crack growth of hight-strenght aluminum Alloys / W.G. Truckner, J.T. Staley, R.J. Bucci // AFML-TR-76-169. 2006. ,

62. Robson J.D. Dispersoid precipitation and process modeling in zirconium containing commercial aluminum alloys / J.D. Robson, P.B. Prangnell // Acta mater.-2001.-vol.49.-p. 599-613.

63. Davin L. Precipitation in stretched Al-Cu-Mg alloys with reduced alloying content studied by DCS, ТЕМ and atom probe / L. Davin, MJ. Starink // Materials science. 2002. - vol. 396-402. - p. 923-928.

64. Starink MJ. Development of Al-Cu-Mg-Li (Mn,Zr,Sc) alloys for age-forming // M.J. Starink, I. Sinclair, P.J. Gregson // Materials forum volume. 2004. -vol. 28.-p. 369-375.

65. Starink M.J. Analysis of precipitation and dissolution in overaged 7xxx aluminum alloys using DSC / MJ. Starink // Mater. Sci. Forum. 2000. — vol. 331-337.-p. 10071-1076.

66. Langdon T.G. Grain structure and texture development during ecap of two heat-treatable al-based alloys // T.G. Langdon, M J. Starink // Rev. Adv. Mater. Sci.-2005.-vol.10.-p. 249-255. i

67. Новиков И.И. Горячеломкость цветных металлов и сплавов / И.И. Новиков.-М.: Наука, 1966. 300 с. ;

68. Ершов Г.С. Микронеоднородность металлов и сплавов / Г.С. Ершов, Л.А. Позняк. М.: Металлургия, 1985. - 214 с.

69. Гуляев Б.Б. Теория литейных процессов / Б.Б. Гуляев. — Ленинград: Машиностроение, 1976. - 211 с.

70. Методы контроля и исследования = лёгких сплавов: Справочник / сост.

71. A.M. Вассерман, В.А. Данилкин, О.С. Коробов. — М.: Металлургия, 1985. -510 с. 1

72. Уэндлант У. Термические методы анализа / У. Уэндлант. М.: Мир 1978. - 528 с. ;

73. Егунов В.П. Введение в термический анализ / В.П. Егунов. — Самара 1996.-270 с. :

74. Берг Л.Г. Физический смысл некоторых характерных точек / Л.Г. Берг,

75. B.П. Егунов.-М.: Наука, 1969.-615 с.

76. Boettinger W.J. On DTA curves for the melting and freezing of alloys / W.J. Boettinger, U.R. Kattner // Metall. Mater. Trans. A. 2002. - №33. - p. 17791794.t

77. Баландин Г.Ф. Формирование кристаллического строения отливок / Г.Ф. Баландин. М;: Машиностроение, 1973. - 287 с.

78. Смирнов В.Л. Термический анализ плавления и затвердевания алюминиевых сплавов / В.Л. Смирнов, В.М. Замятин, Б.В. Овсянников, B.C. Муш-ников // Цветные металлы. 2009. - №2. - с. 87-90.

79. Эскин Д.Г. Горячеломкость слитков алюминиевых сплавов / Д.Г. Эскин // Цветные металлы. 2007. - №1(12). - с. 88-93.

80. Gregson P.J. Dispersoid and Grain Size Effects on Fatigue Crack Growth in AA2024 type Alloys / P.J. Gregson, I. Sinclair // ICAA7. - 2000. - v.3. - p. 1525-1530.

81. Вайнблат Ю.М. Влияние ориентированного распределения включений на анизотропию свойств алюминиевых сплавов / Ю.М. Вайнблат, Б.А. Копе-лиович // Металлы. 1978. - №2. - с. 209-213.

82. Ehrstrum J.C. Metallurgical Design of alloys for aerospaces Structures / J.C. Ehrstrum, T. Warner // ICAA7. 2000. - v. 1. - p. 5-16.

83. Robertson I.M. High temperature properties and processing of AA7050 / I.M. Robertson, B.E. Gore, A.J. Beadoin // The minerals, Metals & Materials Society. 2004. - p. 40-48.

84. Смирнов B.JI. Термоанализ алюминиевых сплавов системы Al-Zn-Mg-Cu при плавлении и затвердевании / B.JI. Смирнов, В.М. Замятин, Б.В. Овсянников, B.C. Мушников // Металлургия Машиностроения. — 2008. №6. -с. 22-25.I

85. Starink М J. Predicting the structural performance of heat-treatable Al-alloys // MJ. Starink, I. Sinclair, P.J. Gregson // Aluminum Alloys: their physical and mechanical properties. 2000. - vol. 331-337. - p. 97-110.

86. Смирнов B.JI. Термический анализ алюминиевого сплава 7075 при плавлении и затвердевании / B.JI. Смирнов, В.М. Замятин // Труды VIII Съезда литейщиков России в 2т. Ростов-на-Дону. - 2007. - т.1. — с. 204-206.

87. Добаткин В.И. Влияние качества слитка на структуру и свойства полуфабрикатов / В.И. Добаткин // Структура и свойства полуфабрикатов из алюминиевых сплавов / справ, изд-е. М.: Металлургия, 1984. - 408 с.

88. Clark B.G. High-temperature dislocation-precipitate interactions in A1 alloys: An in situ transmission electron microscopy deformation study / B.G. Clark, I.M. Robertson // J. Mater. Res. 2005. - vol.20. - №7. - p. 1792-801.

89. Добаткин В.И. Газы и окислы в алюминиевых сплавах / В.И. Добаткин, P.M. Габидуллин, Б.А. Колачев, Г.С. Макаров. М.: Металлургия, 1976. -264 с.

90. Lavernia E.Y. Strength, deformation, fracture behavior and ductility of aluminum-lithium alloys / E.Y. Lavernia, T.S. Srivatsan // J. Mater. Sci. 1990. -vol.25, no.2B. - p. 1137-1158.

91. Edwards L. Full stress tensor determination in a textured aerospace aluminum alloy plate using synchrotron x-ray diffraction / L. Edwards, S. Ganguly // Textures and microstructures. 2003. - vol.35, №3/4. - p. 175-183.

92. Buchheit R.G. Electrochemical characteristics of intermetallic phases in aluminum alloys / R.G. Buchheit // Journal of the electrochemical society. 2005. -№152.-p. 150-162.