Сплавы алюминия с кремнием, иттрием, церием и неодимом тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.04, кандидат технических наук Сангов, Муродали Махмадиевич

• Сангов, Муродали Махмадиевич
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Сангов, Муродали Махмадиевич

ВВЕДЕНИЕ.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

ГЛАВА 1. ОСОБЕННОСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ АЛЮМИНИЯ С КРЕМНИЕМ И РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫМИ МЕТАЛЛАМИ

Обзор литературы).

1.1. Состав и свойства сплавов системы алюминий-кремний.

1.2. Структура и свойства сплавов систем алюминий-редкоземельный металл.

1.3. Структура и свойства сплавов систем кремний-редкоземельный металл.

1.4. Состояние и перспективы применения акустодемпфирующих материалов на основе алюминия и других материалов.

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ И ПОСТРОЕНИЕ ДИАГРАММЫ

СОСТОЯНИЯ ТРОЙНОЙ СИСТЕМЫ Al-Si-Y.

2.1. Методики синтеза и исследования сплавов тройной системы алюминий-кремний-иттрий.

2.2. Фазовое равновесие в системе Al-Si-Y.

2.3. Политермические разрезы системы Al-Si-YA12.

2.4. Поверхность ликвидуса системы Al-Si-YA12.

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ И МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СПЛАВА АК 12, ЛЕГИРОВАННОГО РЗМ.

3.1. Синтез сплава АК 12, легированного РЗМ.

3.2. Окисление сплава АК 12, легированного РЗМ (цериевой подгруппы) кислородом воздуха.

3.3. Исследование влияния добавок РЗМ на коррозионно-электро-химическое поведение сплава АК12 в среде 3% NaCl.

3.4. Исследование влияния РЗМ на механические свойства сплава АК 12.

3.5. Демпфирующие свойства алюминиевых сплавов, легированных РЗМ

ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Сплавы алюминия с кремнием, иттрием, церием и неодимом»

Актуальность темы. Литейные алюминиево-кремниевые сплавы (силумины) относятся к сплавам эвтектического типа и широко используются как конструкционные материалы. Благодаря хорошей технологичности, достаточно высокому уровню физических, механических свойств и коррозионной стойкости, они успешно конкурируют с черными металлами, полностью заменяя и вытесняя их из традиционных сфер использования: автомобильного и текстильного машиностроения.

Применение этих сплавов обеспечивает снижение удельной металлоемкости узлов и конструкций при минимальной, по сравнению с черными и другими сплавами, трудоемкости их изготовления.

Основными легирующими элементами силуминов являются: кремний, магний, медь и цинк. В качестве малых добавок используются: марганец, титан, никель и некоторые другие элементы, которые, способствуя повышению прочности и твердости, снижают, в той или иной степени, показатель пластичности силуминов.

Малые добавки вводят для разных целей. Титан используют как модификатор структуры, способствующий повышению механических и литейных свойств, за счет измельчения зерна. Марганец остается, пока, наиболее эффективной добавкой, уменьшающей вредное влияние основной примеси-железа, связывающей его в многокомпонентные фазы с более благоприятной морфологией. Никель вводят обычно для повышения характеристик жаропрочности. Образуемые им избыточные фазы кристаллизационного происхождения снижают показатели пластичности силуминов при комнатной температуре, действуя аналогично железу.

Итак, влияние состава силуминов на их механические свойства определяется в основном их фазовым составом. Отсутствие в литературе сведений о влиянии редкоземельных металлов (РЗМ) на состав и свойства силумина побудило к изучению диаграмм состояний тройных систем Al-Si-РЗМ и разработке на их основе новых коррозионностойких алюминиево-кремниевых сплавов, легированных РЗМ.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Цель работы заключается в исследовании природы физико-химического взаимодействия алюминия с кремнием и иттрием, путем построения диаграммы состояния тройной системы Al-Si-Y и разработке коррозионостойких алюминиево-кремниевых сплавов в качестве конструкционных материалов.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

- построены некоторые политермические разрезы, и проекция поверхности ликвидуса системы Al-Si-Y, в области богатой алюминием;

- изучена кинетика окисления твердых алюминиево- кремниевых сплавов, содержащих РЗМ;

- установлено легирующее влияние РЗМ на механические и акустодемпфи-рующие свойства алюминиево-кремниевых сплавов;

- на основе теоретических и экспериментальных исследований установлена возможность использования легированных РЗМ литейных алюминиевых сплавов в машиностроении для литья отдельных узлов текстильных машин.

Научная новизна. Экспериментально изучена диаграмма состояния квазибинарных разрезов системы Al-Si-Y. Построена проекция поверхности ликвидуса сплавов, в области богатой алюминием. Установлен механизм и кинетика высокотемпературного окисления силумина (АК 12), легированного РЗМ. Расшифрован фазовый состав продуктов коррозии сплавов. Установлена взаимосвязь между структурой и акустодемпфирующими свойствами легированных сплавов.

Практическая значимость работы состоит: в легировании сплава АК 12 редкоземельными металлами с целью улучшения физико-механических и химических свойств получаемых изделий; - разработке нового коррозионностой-кого алюминиевого сплава с повышенными, звукопоглащающими свойствами. Разработанные сплавы, с улучшенными механическими и акустодемпфирующими свойствами, прошли полупромышленные испытания в условиях АООТ Душанбинского арматурного завода и ПО «Таджиктекстилмаш».

Основные положения, выносимые на защиту:

- диаграмма состояния тройной системы Al-Si-Y, в области богатой алюминием;

- закономерности высокотемпературного окисления и коррозионно - электрохимического поведения твердых алюминиево - кремниевых сплавов, легированных РЗМ;

- механические и акустодемпфирующие свойства эвтектического алюминие-во-кремниевого сплава АК 12, легированного РЗМ.

Апробация работы. Основные положения диссертации обсуждались: на I Международной научно-технической конференции «Генезис, теория и технология литых материалов» (Владимир-Суздаль, Россия, 2002г.); Международной научно-практической конференции «16-сессия Шурой Оли Республики Таджикистан (12 созыва) и ее историческая значимость в развитии науки и образования» (Душанбе, 2003г.); Международной научно-практической конференции «Научно-технический прогресс в металлургии» (Караганда, 2003г.); XIII Всероссийской конференции по термическому анализу (Самара, 2003г.); Межвузовской научно-практической конференции «Достижения в области металлургии и машиностроения Республики Таджикистан» (Душанбе, 2004г.).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 3 статьи и 6 тезисов докладов.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, посвященных обзору литературы, технике эксперимента и экспериментальным исследованиям, а также выводов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 99 страницах машинописного текста, включая 13 таблиц, 35 рисунков и 75 наименований библиографических ссылок.

Заключение диссертации по теме «Физическая химия», Сангов, Муродали Махмадиевич

выводы

1. В системе Al-Si-Y экспериментально подтверждено существование тройных соединений состава: YSi2Al2, YSiAl2, Y5SiAli4 и установлено, что фазы YSi2Al2, YSiAl2, Y5SiAl14 плавятся конгруэнтно при 1300°С, 1340°С и 1260°С, соответственно. Изотермическое сечение системы Al-Si-Y характеризуется одно-, двух- и трехфазными равновесиями. Алюминиевый твердый раствор находится в равновесии с тройными интерметалидами YSiAl2 и Y5SiAli4.

2. Методами физико-химического анализа построены семь политермических разрезов, исходящих из алюминия, тройных и двойных интерметалидов: А1-YSi2Al2, Al-YSiAl2, Al-Y5SiAli4, YSi2A12-YSiAl2, YSiAl2-Y5SiAl14, Y5SiAlu-YA12 и Si-YSi2Al2. Показано, что все разрезы являются квазибинарными эвтектического типа. Определены характеристики нонвариантных равновесий 4 квазитройных подсистем области первичной кристаллизации компонентов системы на поверхности ликвидуса.

3. Методом термогравиметрии исследована кинетика окисления сплава АК 12, легированного РЗМ и установлено, что процесс окисления протекает по параболическому закону. Истинная скорость окисления имеет порядок 10"4, кажущаяся энергия активация окисления составляет 14,0-127,3 кДж/моль, в зависимости от состава сплава. Методами РФА и ИК-спектроскопии показано, что продуктами окисления являются: у-А1203, Al2SiOs и Се02. Доля последней фазы, по мере увеличения содержания церия в сплавах, незначительно растет.

4. Изучено влияние РЗМ на коррозионно-электрохимическое поведение сплава АК 12 и показано, что с увеличением концентрации РЗМ скорость коррозии сплавов уменьшается. При этом наблюдается смещение потенциалов свободной коррозии и питингообразования в более положительную область.

5. На основе модифицированного РЗМ сплава АК 12, разработаны новые сплавы с высокой пластичностью и акустодемпфирующими свойствами. В условиях АООТ «Душанбинский арматурный завод» апробирована технология литья деталей машин с улучшенными шумо-вибро-поглощающими характеристиками из разработанных сплавов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Сангов, Муродали Махмадиевич, 2004 год

1. Мондольф Л.Ф. Структура и свойства алюминиевых сплавов. -М.: Металлургия, 1997, -640с.

2. Хансен М., Андерко К. Структуры двойных сплавов. М.: Металлургиздат, 1962, Т.1,2,-1188с.

3. Лепинских Б.М., Каташев А.А., Белоусов А.А. Окисление жидких металлов и сплавов. -М.: Наука, 1979, -116с.

4. Ганиев И.Н., Олимов Н.С., Эшов Б.Б. Исследование процесса окисления расплавов Al-Si кислородом воздуха Известия РАН Металлы, 2000, №2, с.129-133.

5. Филиппов Е.С., Крестовников А.Н. Изменение ближнего порядка в жидкой фазе эвтектической системы Изв. ВУЗов. Черн. металлургия, 1971, №5, с.123-127.

6. Филиппов Е.С. Эффективный радиус атома металла в модели сфер взаимодействия Изв. ВУЗов. Черн. металлургия, 1971, №7, с.114-118.

7. Филиппов Е.С. Особенности простых структурно-эвтектических превращений в жидкой фазе систем металл-полупроводник и металл-металл Изв. ВУЗов. Черн. металлургия, 1973, №1, с.129-134.

8. Филиппов Е.С., Крестовников А.Н. Исследование структурных переходов в жидкой фызе системы с эвтектическим и перитектическим превращениями -Изв. АН СССР. Металлы, 1971, №3, с.78-81.

9. Торопов А.А., Варзаковский В.П., Лапин В.В., Курцева Н.Н. Диаграммы состояния силикатных систем: Справочник. Т.А.-М-Л.: Наука, 1969, -807с.

10. Пивкина О.Г, Дискин А.М, Шиняев А.Я. Структурные характеристики и жаропрочность сплавов Al-Si Известия АН СССР. Металлы, 1990, №6, с.92-99.

11. Афанасьев М.В, Перепятько В.Н. Некоторые особенности линейного расширения деформируемых сплавов Al-Si Известия АН СССР. Металлы, 1990, №6, с.116-118.

12. Нестеренко А.М, Узлов К, Куцова В.З., Нищенко А.Н. Влияние скорости охлаждения на образование твердых растворов в системе Al-Si Известия АН СССР. Металлы, 1988, №2, с. 192-196.

13. Строганов Г.Б., Ротенберг В.А., Гершман Г.Б. Сплавы алюминия с кремнием. -М.: Металлургия, 1977, -272с.

14. Строганов Г.Б. Высокопрочные литейные алюминиевые сплавы. -М.: Металлургия, 1985, -216с.

15. Колобнев И.Ф. Жаропрочность литейных алюминиевых сплавов.-М.: Металлургия, 1985,-216с.

16. Пригунова А.Г., Белов Н.А., Таран Ю.Н. Силумины. Справочник. -М.: МИСиС, 1996,-175с.

17. Металловедение алюминия и его сплавов: Справочник. Под редакции. -М.: Металлургия, 1983, -280с.

18. Алюминиевые сплавы (свойства, обработка, применение): Справочник: пер. с нем. /под редакции Дрицина М.Е., Райтбарга Д.Х. -М.: Металлургия, 1979, -680с.

19. Диаграммы состояние систем на основе алюминия и магния. -М.: Наука, 1977, -288с.

20. Фридляндер И.Н. Металловедение алюминия и его сплавов. -М.: Металлургия, 1983,-111с.

21. Савицкий Е.М., Терекова В.Ф. Сплавы редкоземельных металлов. -М.: Издательство АН СССР, 1962, -280с.

22. Спединг Ф.Даан А. Редкоземельные металлы. -М.: Мир, 1965, -320с.

23. Гшнейднер К.Сплавы редкоземельных металлов. -М.: Мир, 1965, -427с.91

24. Лякишев Н.П. Диаграммы состояния двойных металлических систем.: Справочник в 3-х т. -М.: Машиностроение, 1996, -622с.

25. Gischneidner, Jr, К.A., Colderwood FW. The lantanym- aluminum system Ball. Alloy Phase Piagrams, 1988, v.9, №6, p.686-689.

26. Gischneidner. Jr., K.A. The Ce-Al system Bull. Alloys. Phase Diagrams, 1981, №2, p.224-225.

27. Gischneidner. Jr., K.A., Colderwood F.W. The Al-Pr system Bull. Alloys. Phase Diagrams, 1989, v.10, №1, p.31-33.

28. Коненко B.H., Голубев C.B. Система Al-Nd Известия АН СССР. Металлы, 1990, №2, с.197-199.

29. Gischneidner. Jr., К.А., Colderwood F.W. The Al-Sm system Bull. Alloys. Phase Diagrams, 1989, v. 10, №1, p.31-33.

30. Elliot R.P., Jhunk F.A. The Al-Gd system Bull. Alloy. Phase Diagrams, 1981, v.2, №2, p.215-217.

31. Дриц M.E., Каданер Э.С., Туркина Н.И., Кузьмина В.Н.Структура свойства сплавов алюминий-тербий Известия. ВУЗов. Цветная металлургия, 1978, №3, с.157-158.

32. Chai Jiang. Ye Yupu. The Al-Dy system. Proc. 6th Kat. Symp. Phase Piagr., shenyang. Nov.20-24, 1990. Shenyang, 1990, p.153-155.

33. Gischneidner. Jr., K.A., Colderwood F.W. The Al-Ho system Bull. Alloy. Phase Diagrams, 1988, v.9, №6, p.684-686.

34. Gischneidner. Jr., K.A., Colderwood F.W. The Al-Er system Bull. Alloys Phase Diagrams, 1988, v.9, №6, p.676-678.

35. Gischneidner. Jr., K.A., Colderwood F.W. The Al-Yb system Bull Alloys Phase Diagrams, 1989, v. 10, №1, p.47-49.

36. Гладышевский Е.И. Кристаллохимия силицидов и германидов. -М.: Металлургия, 1971, -370с.

37. Гладышевский Е.И., Бодак О.И. Кристаллохимия интерметаллических соединений редкоземельных металлов. -Львов: Высшая школа, 1982, -255с.

38. Савицкий Е.М., Терекова В.Ф. Металловедение редкоземельных металлов. -М.: Наука, 1975, с. 151-153.

39. Лундин С. Сб. «Новые исследования редкоземельных металлов», серия «Металлы в новой технике» -М.: Мир, 1964, с.89.

40. Скурихин М.Н., Калистратов О.Н. , Бычихин Г.А. Композиционные сплавы и области их применения в качестве конструкционных материалов Черная металлургия. Бюл. Ин-та. «Черметинформация», 1986, №23, с.2-11.

41. Фавстов Ю.К., Шульга Ю.Н., Рахштадт А.Г. Металловедение высокодемп-фирующих сплавов. -М.: Металлургия, 1980, -271с.

42. Фавстов Ю.К. Демпфирующие сплавы. Т. 18 В Сб. Металловедение и термическая обработка. -М.: ВИНИТИ, 1984, с.94-154.43. Патент №307363 (США).

43. Новый сплав Сайлентэилой с высокой демпфирующей способностью (для снижения шума и выбрации): Проспект фирмы «Тошиба металл продакте дивижн». Япония.

44. Кршитал Н.А., Головин С.А. Внутренние трения и структура металлов. -М.: Металлургия, 1976, -376с.

45. Грацианов Ю.А. Металлические порошки из расплавов. -М.: Металлургия, 1970, -200с.

46. Скурихин М.Н., Гавская Н.М., Карелин Ф.Р. Новый конструкционный материал ДЗО-МП Сталь, 1986, №9, с.82-85.

47. Иванова B.C., Баланкин А.С., Бунин И.Ж. Синергетика и фракталы в материаловедении. -М.: Наука, 1994, -383с.

48. Кочержинский Ю.А., Безштонько Н.Н. Высокотемпературный дифференциальный термоанализатор ВДТА Известия СО АН СССР, 1974, вып. 4, №9, с.32-35.

49. Берг А.Г. Введение в термографию. -М.: Металлургия, 1969, -395с.

50. Панченко Е.В., Скаков Ю.А., Кример Б.И. Лаборатория металлографии. -М.: Металлургия, 1965, -11с.

51. Коваленко B.C. Металлографические реактивы. Справочник. -М.: Металлургия, 1973, -5с.

52. Беккерт М., Клемм X. Справочник по металлографическому травлению. -М.: Металлургия, 1979, -136с.

53. Буданова Л.М., Володарская Р.С., Канаева Н.А. Анализ алюминиевых и магниевых сплавов. -М.: Металлургия, 1966, -360с.

54. Вахобов А.В., Обидов Ф.У., Вахобова Р.У. Высокочистый алюминий и его сплавы. Часть II. НПИЦентр, Душанбе, 1995, -232с.

55. Муравьева А.А. Фазовые равновесия и кристаллические структуры соединение в тройных системах алюминия и кремния или германия с редкоземельными металлами: Автореф. Дис.канд.хим.наук. -Львов, 1972, -23с.

56. Бодак О.Н., Гладышевский Е.Н. Тройные системы, содержащие редкоземельные металлы. Справочник .-Львов: Вища школа. Изд-во при Львов-унте, 1985,-328с.

57. Петрова Д.А. Двойные и тройные системы. -М.: Металлургия, 1986, -256с.

58. Хавезов И., Цалев Д. Атомно-адсобционный анализ.-Л.: Химия, 1983, с.108-111.

59. Химико-аналитические методы. ИСАМ. Инструкция. №5. -М.: ВИМС, 1968, -30с.

60. Лепинских Б.М., Киселев В.Н. Об окисление жидких металлов и сплавовкислородом из газовой фазы-Известия АН СССР. Металлы, 1974,№5,с.51-54.94

61. Ганиев Н.Н., Назаров X. М., Сангов М.М. Об окисление сплава АК 12, модифицированного церием кислородом из газовой фазы Доклады АН Республики Таджикистан, 2003, №1-2, с.65-68.

62. Акопов Ф.А. Полубоярдинов Д.Н. Вопросы материаловедения. /Труды МАТИ, 1966, вып. 50, -191с.

63. Леонтьев А.И., Андреев А.В., Швайковский В.Е., Келлер Э.К.- Известия АН СССР. Неорганические материалы, 1996, т.2, №3, с.517-529.

64. Леонов А.И., Келлер Э.К. Известия АН СССР. Сер. хим. наук, 1962, №11, с.1905-1910.

65. Ганиев И.Н., Джураева Л.Т. Литейное производство, 1989, №3, с.30-35.

66. Кеме Г. Коррозия металлов. -М.: Металлургия, 1984, -400с.

67. Вайнер А.С. Справочник по защитно-декоративным покрытиям. -М.: Металлургия, 1951,-300с.

68. Томашов Н.Д., Чернова Т.П. Коррозия и коррозионно-стойкие сплавы. -М.: Металлургия, 1973, -232с.

69. Ганиев И.Н., Пархутик П.А., Вахобов А.В., Купрянова И.Ю. Модифицирование силуминов стронцием. -Минск.: Наука и техника, 1985, -143с.

70. Мельцев М.В., Барсуков Т.А., Борин Ф.А. Металлография цветных металлов и сплавов (с приложением атласа микро и макроструктур). -М.: Метал-лургиздат, 1960, -372с.

71. Мельцев М.В. Металлография промышленных цветных металлов и сплавов. -М.: Металлургия, 1970, -364с.

72. Хакдодов М.М. Экспериментальная установка для исследования акусто-демпфирующих свойств материалов Инф. листок. №78. Душанбе. Тадж. НПИ Центр, 2001,-Зс.

73. Сангов М.М., Ганиев Н.Н., Назаров Х.М. Звукопоглощающие материалы на основе сплава АК 12, модифицированного РЗМ и ЩЗМ Доклады АН Республики Таджикистан, -2002, №11-12, с.48-54.• »