Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ АВТОМОБІЛЬНО-ДОРОЖНІЙ
УНІВЕРСИТЕТ
ФЕДЧЕНКО НАТАЛІЯ АНАТОЛІЇВНА
УДК 621.9.044:669.017.620.192
ПІДВИЩЕННЯ ЯКОСТІ СПЛАВІВ НА ОСНОВІ АЛЮМІНІЮ ШЛЯХОМ
ВИКОРИСТАННЯ ЕЛЕКТРОГІДРОІМПУЛЬСНОЇ ОБРОБКИ
Спеціальність 05.02.01 –Матеріалознавство
АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Харків-----2002
Дисертація є рукопис
Работа виконана в Харківському національному автомобільно-дорожньому
університеті Міністерства освіти та науки України та Інституті імпульсних процесів та технологій НАН України, м. Миколаїв
Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Дяченко Світлана Степанівна,
Харківський національний автомобільно-дорожній університет, професор кафедри технології металів та матеріалознавства
Офіційні опоненти: доктор технічних наук ІльїнськийОлександр Іванович, завідувач кафедри “Металознавство і термічна обробка металів” Харківського національного політехнічного університету ХПИ, м. Харків;
Кандидат технічних наук Горєлкова Людмила Євгеніївна, доцент кафедри металевих та дерев`яних конструкцій Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури
Провідна установа: Національний аерокосмічний університет ім.. М.Є. Жуковського (ХАІ) , Міністерства освіти і науки. кафедра авіаційного матеріалознавства м.Харків
Захист відбудеться 21.03.2002 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.059.01 при Харківському національному автомобільно-дорожньому університеті за адресою: 61002, м. Харків, вул.. Петровського, 25
З дисертацією можно ознайомитись у бібліотеці університету
Автореферат розісланий 20.02.2002 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради Є.Д. Прусенко
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
В останні роки в усіх галузях промисловості спостерігається зростаючий попит на алюмінієві сплави. Динаміка розвитку кольорової металургії викликає необхідність більш широкого застосування вторинної сировини, що забезпечує досягнення великого економічного ефекту. Собівартість алюмінієвих сплавів, отриманих з вторинної сировини, на 30 % нижче, ніж із первинних металів. Однак, при цьому знижується їх якість, оскільки вторинна сировина містить вологу, масло, продукти корозії та ін. Збільшення забрудненості сплавів негативно впливає на їх властивості. Підвищення чистоти сплавів, а також формування в них надлишкових фаз певної морфології відносяться до задач, розв'язання яких забезпечить підвищення міцності і довговічночті конструкцій з алюмінієвих сплавів.
Актуальність теми полягає в тому, що для поліпшення властивостей алюмінієвих сплавів пропонується один з найбільш ефективних і дешевих методів позапічної обробки —электрогідроімпульсна обробка (ЕГІО), яка характеризується широким спектром частот, високою миттєвою потужністю, незначними питомими енерговитратами (до 2 кВтгод / т), екологічною частотою і забезпечує можливість отримати високі механічні характеристики металу, в тому числі з вторинної сировини, що має велике значення для народного господарства України.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота узагальнює дослідження, проведені в інституті імпульсних процесів і технологій (ІІПТ) НАН України, м. Миколаїв в рамках госпдоговірних і держбюджетних робіт відповідно напряму науково-дослідної роботи № 397/42 по темі “Провести дослідження ефективності впливу електрогідроімпульсної обробки на якість відливок з алюмінієвих сплавів і розробити нові екологічно обгрунтовані низькоенергоємні технічні рішення", затвердженій Національною академією наук України на 1997 —рр.( наказ № 37 від 13. 02. 97).
Мета і задачі дослідження. Метою роботи є аналіз впливу параметрів ЕГІО на процеси структуроутворення і властивості алюмінієвих сплавів, в тому числі виплавлених з використанням вторинної сировини.
—проаналізувавши існуючі методи поліпшення якості алюмінієвих сплавів, обгрунтувати можливість застосування з цією метою методу ЕГІО;
—створити технічні пристрої для ЕГІО рідкого металу і вивчити ефективність різних схем передачі коливань в розплав;
—на модельному сплаві визначити роль основних параметрів ЕГІО в управлінні якістю металу;
—виконати дослідження впливу ЕГІО на структурні характеристики і властивості промислових алюмінієвих сплавів різного складу, в тому числі одержаних з використанням вторинної сировини, і визначити оптимальні параметри їх обробки;
—провести промислове випробування отриманих в роботі результатів і рекомендувати їх для використання у виробництві.
Об'єкт дослідження: сплави на основі алюмінію.
Предмет дослідження: оптимізація параметрів ЕГІО для поліпшення структури і властивостей алюмінієвих сплавів.
Методи дослідження
Методологія досліджень була направлена на встановлення зв'язку між параметрами ЕГІО і структурними змінами в металі для визначення фізичної сутності впливу на нього ЕГІО і вибору оптимальних параметрів обробки. Для вивчення структурних змін і розчинності елементів в матриці були використані методи металографічного, рентгеноструктурного і рентгеноспектрального аналізу. Службові характеристики оцінювали за механічними і технологічними властивостями.
Наукова новизна роботи
- на основі кластерної теорії будови рідкого металу сформульовані уявлення про вплив основних параметрів ЕГІО на структуроутворення в сплавах;
- обгрунтовано екстремальний хід залежностей структурних характеристик від параметрів ЄГІО;
- з точки зору впливу ЄГІО на вільну енергію сплаву пояснено зміну розчинності елементів в матриці і співвідношення структурних складових.
Практичне значення одержаних результатів
- вибрана найбільш ефективна схема ЕГІО;
- визначені оптимальні параметри ЕГІО, що забезпечують найкращі властивості;
- в сплавах з вторинної сировини досягнутий рівень властивостей, який регламентується ДСТУ;
- показана можливість додаткового поліпшення властивостей алюмінієвих сплавів при використанні комплексної схеми - обробка флюсом +ЕГІО.
Результати роботи випробувані на ВАТ "Завод мастильного і фільтрувального обладнання", м. Миколаїв. Впровадження ЕГІО для обробки алюмінієвих сплавів забезпечило річний економічний ефект близько 80 тис. грн.
Особистий внесок здобувача. Всі експериментальні результати дисертаційної роботи одержані автором самостійно. Виконано дослідження кількох схем обробки металу методом ЕГІО і вибрана оптимальна схема, що забезпечує найкращий вплив на рідкий метал [5]; удосконалена конструкція волнлводу[3,4]; проалізований вміст заліза в розплаві в залежності від часу обробки [1]; встановлено зв'язок між параметрами ЕГІО, структурою і властивостями металу і вибрані оптимальні параметри обробки [2,6-12]; здійснено промислове випробування одержаних в роботі результатів [9,10].
Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи проходили апробацію на науково-технічних конференціях і семінарах ІІПТ НАН України в 1997, 1999, 2001 рр, щорічних науково-технічних конференціях і семінарах.ХНАДУ, на міжнародній науково-технічній конференції (м. Запоріжжя, 1995 р), на науково-технічній конференції по впровадженню імпульсних методів обробки (м. Миколаїв, 1996 р).
Публікації. По темі дисертації опубліковано 12 робіт і отримано 2 авторських свідоцтва на винахід.
Структура та обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, п'яти розділів, загальних висновків, списку використаних джерел з найменувань і двох додатків. Робота містить сторінок, у тому числі сторінок основного тексту, рисунків, таблиць.
ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі обгрунтована актуальність обраного напрямку роботи, сформульовані мета і задачі дослідження, наукова новизна, практична цінність отриманих результатів, їх реалізація в промисловості.
У першому розділі розглянуті вимоги до промислових сплавів на основі алюмінію, їх будова, фактори, які негативно впливають на властивості сплавів. Приведений аналіз літературних даних щодо сучасних уявлень про будову рідкого металу. Розглянуті основні методи підвищення якості алюмінієвих сплавів (модифікування, адсорбційні і неадсорбційні методи рафінування, фізичні методи впливу на метал). Особливу увагу приділено передпосилкам використання екологічно чистого і економічного методу електрогідроімпульсної обробки (ЕГІО). Зроблено висновок про перспективність цього методу. На цій підставі сформульовано мету і задачі дослідження.
У другому розділі розглянуті технологічні схеми ЕГІО і обладнання, яке було створене для проведення експериментів. Були випробуваі три схеми ЕГІО: обробка в ковші зануреним хвилеводом (рис. 1, а); обробка в ковші при впливі на метал через бокову стінку ковша (рис.1, б); вплив на метал через бокову стінку кокіля (рис. 1, в).
Для визначення ефективних схем ЕГІО і оптимальних умов обробки був використаний модельний сплав Розе евтектичного складу ( 53 % Bi, 32% Pb, 15 % Sn). Низька температура плавлення (96С)і простота механічної обробки дозволили з меншими витратами провести великий обсяг експериментів.
Основним об'єктом дослідження були сплави на основі алюмінію, хімічний склад яких наведений в таблиці 1.
СХЕМА А
ca
dd
ca
Більшість експериментів виконано на ливарних сплавах системи Al - Si, які не піддають подальшій деформації, внаслідок чого роль ЕГІО можна було виявити найбільш повно. Використані сплави з різним вмістом кремнію (доевтектичні АЛ 9 та АЛ 4, евтектичний АЛ 30 і заевтектичний АЛ 36), що дозволило узагальнити результати на всі сплави системи Al - Si. Окремі дослідження проведені на сплаві АК 4 - 1 (табл. 1), який відноситься до тих, що деформують.
Таблиця 1
Хімічний склад сплавів, які досліджувалися
|
Марка |
Масова доля елемента, % |
|
Сплаву |
Si |
Mg |
Mn |
Cu |
Fe |
Zn |
Pb |
Ni |
|
АЛ 9 |
6-8 |
0,2-0,4 |
0,5 |
0,2 |
0,6-1,5 |
0,2 |
0,05 |
0,5 |
|
АЛ 4 |
8-9,25 |
0,17-0,3 |
0,2-0,5 |
0,1 |
0,9 |
0,2 |
0,05 |
0,5 |
|
АЛ 30 |
11-13 |
0,8-1,3 |
0,2 |
0,8-1,5 |
0,7 |
0,2 |
0,05 |
0,8-1,3 |
|
АЛ 36 |
20 |
0,2-0,5 |
3,5-5 |
1,3 |
0,2 |
0,5 |
- |
0,5 |
|
АК 4-1 |
0,35 |
1,2-1,8 |
0,2 |
1,9-2,7 |
0,8-1,4 |
0,3 |
- |
0,8-1,4 |
Для дослідження мікроструктури, фазового складу, пористості, розчинності елементів в матриці використані методи металографічного, рентгеноструктурного і рентгеноспектрального аналізу. Службові характеристики оцінювали за механічними і технологічними властивостями.
В процесі дослідження варіювали запасену енергію W за рахунок зміни напруги U і ємності C (), частоту подачі імпульсів f, час обробки .
Третій розділ присвячений вивченню впливу параметрів і схем ЕГІО на технологічні і структурні характеристики модельного сплаву. Дослідження показали, що головний вплив на структуру і пористість справляє запасена енергія. Оскільки з технологічних причин ємність можна змінювати в обмеженому інтервалі (0,5...1,5 мкФ), головним фактором, від якого залежать характеристики структури і пористість, є напруга. Залежність розміру макро- і мікрозерна і пористості від напруги має екстремальний характер з мінімумом при U = 50 кВ. За таким же законом ці характеристики змінюються і від ємності, досягаючи мінімальних значень при С = 1 мкФ. Таким чином, для сплаву Розе оптимальна запасена енергія W = 1,25 кДж.
Частота подачі імпульсів і час обробки мало впливають на зеренну структуру. В той же час характеристики пористості (загальна пористість, глибина усадочної раковини, глибина підусадочної рихлості) від частоти подачі імпульсів змінюється за екстремальними залежностями, досягаючи найкращих значень при f ~ 3 ...5 імп / с. З подальшим підвищенням f пористість різко зростає - має місце ефект спінювання. Такий же характер зміни рідкотекучості: при f ~ 3...5 імп / с вона збільшується приблизно на 20 %, а потім різко зменшується.
Співставлення різних схем підводу енергії показало, що найкращі і найбільш стабільні результати досягаються при зануренні хвилевода в рідкий метал (рис. 1, схема А). Ця схема була використана в подальших експериментах.
У четвертому розділі розглянуто вплив ЕГІО на структуру і властивості сплавів на основі алюмінію. Оскільки температура розплаву Тр може впливати на структурні характеристики, для кожного сплаву вибирали оптимальну температуру Тр у відповідності з літературними даними і виконаними в нашій роботі експериментами.
Дослідження показали, що для всіх алюмінієвих сплавів, як і для модельного, залежність структурних характеристик від параметрів ЕГІО (W, f, ) якісно однакова, що свідчить про загальність виявлених закономірностей. Найбільший вплив справляє запасена енергія, від якої макро- і мікроструктура змінюються за екстремальним законом (рис.2, а, б). Мінімальний розмір зерна досягається при W = 1,25 ...2,5 кДж.
Такий характер кривих можна пояснити, виходячи з моделі кластерної будови рідкого металу. Як відомо, до певної температури в розплаві зберігається ближній порядок. ЕГІО приводить до зменшення топологічного порядку в розташуванні атомів компонентів, які входять в сплав, і більш рівномірного їх розподілу в розчині. Якісно це аналогічно підвищенню температури розплаву.
Зі збільшенням W розміри кластерів, в межах яких зберігається ближній порядок і які є найбільш імовірними місцями утворення зародків при кристалізації, зменшуються. Перетворенню цих ембріонів в самовільно зростаючі зародки сприяє підвищення енергії окремих атомів під впливом ЕГІО, тобто збільшення флуктуацій енергії. Це компенсує енергетичний програш, пов'язаний з поверхневою енергією кристалика твердого тіла при його виникненні в рідкому металі. Все це приводить до подрібнення зерна як на макро-, так і на мікрорівні. Цьому етапу відповідає низхідний відрізок кривих на рис 2, а, б. Однак при певній енергії відбувається руйнування ближнього порядку, у зв'язку з чим утворення зародка утруднюється, його критичний розмір збільшується і зерно росте.
Залежність пористості від частоти подачі імпульсів також екстремальна з мінімумом при 10 імп /с (рис. 2, в). Збільшення частоти призводить до спінювання металу, що призводить до підвищення пористості.
Як і для сплаву Розе, зеренна структура в меншій мірі залежить від частоти подачі імпульсів і часу обробки. Вплив ЕГІО на метал такий потужний, що вже перші імпульси при оптимальній енергії викликають максимальне подрібнення зерна. Тому оптимальну частоту слід вибирати з точки зору досягнення мінімальної пористості (f = 10 імп / с), а час - з технологічних міркувань, враховуючи масу оброблюваного металу.
ЕГІО позитивно впливає на структурні характеристики і сплаву АК 4 - 1: подрібнюється макро- і мікрозерно, збільшується кількість фази FeNiAl9, яка зміцнює сплав. При цьому вона подрібнюється, що зменшує окрихчення сплаву. Це приводить до суттєвого підвищення властивостей сплаву у литому стані: в збільшується від 70 МПа в металі без ЕГІО до 130 МПа після ЕГІО, - від 2,2 до 3,8 %. Це сприятиме підвищенню технологічної пластичності сплаву. Звичайно, подальша деформація і термічна обробка забезпечують значно більше зміцнення і нівелюють роль ЕГІО. Але ці експерименти демонструють, що ефект покращення властивостей під дією ЕГІО характерний не тільки для сплавів системи Al - Si, а має загальне характер.
Після ЕГІО реєструється підвищення розчинності Si в Al, наслідком чого є зменшення кількості евтектичної складової в доевтектичних сплавах і кристалів первинного кремнію в заевтектичному сплаві. Для пояснення цього ефекту використаний термодинамічний аналіз зміни вільної енергії системи Al - Si в процесі кристалізації для рівноважного (без ЕГІО) і метастабільного стану (після ЕГІО).
П'ятий розділ присвячений результатам промислової апробації методу ЕГІО в умовах цеху алюмінієвого литва ВАТ "Завод мастильного і фільтрувального обладнання" (м. Миколаїв). Випробування показали, що оптимальні параметри ЕГІО (W, f), встановлені лабораторними експериментами при обробці малих об'ємів металу, можуть бути розповсюджені на значні маси (до 200 кг). Час обробки при зростанні маси необхідно збільшувати, але він не повинен перевищувати 120 с, щоб запобігти спінювання.
На реальних деталях насоса низького тиску ("кришка" і "стакан") досягнуто поліпшення рідкотекучості і заповнення форми. Пористість зменшилася з 3...4 до 0...1 балу, усунена транскристалізація, підвищена гідрощільність.
ЕГІО дозволяє довести металу, виплавленого з використанням вторинної сировини, до рівня, який регламентується ДСТУ. Так, в сплаві АЛ 9 з кількістю Fe, яка допускається ДСТУ (0,9 %), в = 150 МПа, = 1,5 %. При збільшенні вмісту Fe, яке є шкідливою домішкою, до 1,6 % (така кількість цього елементу може бути присутня в сплавах з вторинної сировини) в знижується до 88 МПа, а до 0,3 %. Той же сплав після ЕГІО має в = 147 МПа при = 1,5 %. Таким чином, застосування ЕГІО може значно поширити використання лому і відходів алюмінієвих сплавів для виготовлення виробів і знизити їх собівартість.
Співставлення ЕГІО з існуючими методами позапічної обробки алюмінієвих сплавів (використання флюсів, ультразвуковий вплив, вакуумування) показало, що ЕГІО є найбільш економічним методом обробки. Питомі витрати при використанні цього методу зменшуються у порівнянні з вакуумуванням більш ніж у 5 разів, з обробкою флюсом - у 3 разів, з обробкою ультразвуком - у 2,5 разів. При цьому рівень властивостей вищий, ніж після обробки ультразвуком і флюсом і наближається до того, який можна одержати після вакуумування.
Використання ЕГІО на ВАТ "Завод мастильного і фільтрувального обладнання" (м. Миколаїв) для виготовлення виробів різних категорій за рахунок зменшення браку дало річний економічний ефект близько 80 тис. грн.
ВИСНОВКИ
1. На підставі систематичних досліджень, виконаних на модельному сплаві і промислових сплавах на основі алюмінію, показана ефективність використання екологічно чистого і економічного методу ЕГІО для підвищення технологічних і експлуатаційних властивостей металу і конструкційної міцності виробів, в тому числі виплавлених з використанням вторинної сировини. Найкращою схемою вводу коливань є обробка у ковші безпосереднім зануренням хвилевода.
2. ЕГІО розплаву приводить до підвищення його рідкотекучості і рівномірності розподілу в ньому елементів, зменшення газонасиченості і пористості, подрібнення макро- і мікрозерна, більшої однорідності в розмірах зерен, підвищення дисперсності евтектики і її виділення в коралоподібній формі, зміни морфології інтерметалідів, які виділяються у компактній формі замість голчастої. Для заевтектичних сплавів має місце подрібнення кристалів первинного кремнію і зменшення його кількості, що аналогічно впливу модифікування. Всі ці фактори сприяють поліпшенню властивостей сплавів.
3. Встановлені загальні закономірності впливу параметррів ЕГІО на структурні характеристики сплавів. Найбільш визначним параметром є запасена енергія W, варіювання якої в інтервалі 0,5...3,75 кДж приводить до екстремальної зміні розмірів макро- і мікрозерна і пористості. Аналогічним чином на пористість впливає частота подачі імпульсів.
4. Екстремальний характер зміни розміру зерен від запасеної енергії W при ЕГІО пояснений з позицій сучасних уявлень про кластерну будову рідкого металу. До певного значення W відбувається подрібнення кластерів і вирівнювання розподілу елементів в розплаві, однак ближній порядок зберігається, що полегшує кристалізацію і сприяє формуванню дрібнозернистої мікроструктури. При подальшому збільшенні W ближній порядок порушується, аналогічно тому, як це відбувається при підвищенні температури, кристалізація утруднюється і зерно зростає.
5. Частота подачі імпульсів і час обробки в меншій мірі впливають на структурні характеристики сплавів, що пов'язано з дуже великою енергією імпульсу, яка відразу приводить до подрібнення зерен. Збільшення часу дії понад оптимальний практично не впливає на структурні характеристики сплавів, однак призводить до зростання пористості внаслідок ефекту спінювання. Оптимальний час дії обумовлюється масою оброблюваного металу.
6. ЕГІО дещо збільшує розчинність кремнію в алюмінії, що пояснено з позицій підвищення термодинамічного потенціалу розплаву при введенні в нього потужних електрогідроімпульсних коливань. Наслідком цього є зменшення кількості евтектичної складової в доевтектичних сплавах і кристалів первинного кремнію в заевтектичних.
7. З врахуванням особливостей технологічного процесу виплавлення металу в реальних умовах, можливостей обладнання і впливу параметрів ЕГІО на характеристики структури для сплавів на алюмінієвій основі рекомендовані такі оптимальні режими обробки: W = 1,25...2,5 кДж; f = 10 імп / с; від 10 до 120 с в залежності від маси оброблюваного металу.
8. При оптимальних умовах обробки макрозерно зменшується практично вдвічи, мікрозерно на 1...2 бали, пористість знижується на 20...40 % , покращується заповнюваність форми, підвищується гідрощільність деталей. При цьому в підвищується ~ на 10 %, на 20...40 %. Це дозволяє одержати в сплавах властивості, які перевищують вимоги ДСТУ. Використання комплексної обробки (флюс + ЕГІО) додатково покращує механічні властивості, особливо пластичність ( ~ на 25 %).
9. ЕГІО ефективно покращує властивості сплавів, виплавлених з використанням вторинної сировини. Так, при значно більшому вмісті Fe (!,6 % у порівнянні з 0,9 %, яке регламентується ДСТУ ) ЕГІО практично забезпечує рівень властивостей, що відповідають ДСТУ. Таким чином, впровадження ЕГІО може значно поширити використання лому і відходів алюмінієвих сплавів для виготовлення виробів і знизити їх собівартість.
10. Співставлення ЕГІО з існуючими методами обробки алюмінієвих сплавів (використання флюсів, вакуумування, ультразвукова дія) показало, що ЕГІО є найбільш економічним методом позапічної обробки, який забезпечує таку ж пористість і пластичність, як після вакуумування, і тимчасовий опір, що перевищує досягяємий після ультразвукової обробки і обробки флюсом. При цьому ЕГІО є екологічно чистим методом.
11. Промислове випробування повністю підтвердило лабораторні дослідження. Спосіб випробуваний на ВАТ " Завод мастильного і фільтрувального обладнання" (м. Миколаїв) і рекомендований до впровадження . Брак, в залежності від деталей, що виготовляються, зменшився на 33...50 %. Річний економічний ефект складає близько 80 тис. грн.
СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ
Публікації в наукових спеціальних виданнях:
1. Грабовый В.М., Бескаравайный Н.М., Федченко Н.А. Массоперенос от границы раздела стальной волновод - алюминиевый расплав // Процессы литья. - К.: ФТИМС. - 2001. - № 2. - с. 33 -40.
2. Эффективность электрогидроимпульсной обработки вторичных алюминиевых сплавов / В.Ю. Шейгам, А.И. Семенченко, В.М. Грабовый, Н.А.Федченко // Процессы литья. - К. : ФТИМС. - 2002. - № 1. - с.
3. Установка для виброимпульсной обработки расплавленного металла. А.с. № 1476728. CCCР. МКИ В22D27 / 08 / Бутаков Б.И., Амлиев Э.Л., Ульянов В.А., Федченко Н.А., Ващенко В.И. - № 4229652 / 31 - 02; заявлено 0.03.1987; опубл.3.01.1989. Бюл. № 12-2 с.: ил.
4. Устройство для виброимпульсной обработки расплава. А.с.№ 1427703. СССР. МКИ В 22 D 27 / 08./ Бутаков Б.И., Ризун А.Р., Шевченко Е.Т.. Федченко Н.А., Некрасов В.Н., Ульянов В.А. № 4187476 / 31 - 02; заявлено 28.12.1987; опубл.1.06.1988. Бюл. № 3 - 3с.: ил.
Додаткові публікації
5. Грабовый В.М., Сысоев В.Г., Федченко Н.А. Электрогидроимпульсная обработка цветных металлов. – Николаев, 1997.-61 с. (Препр / НАН Украины, ИИПТ : 31
6. Грабовый В.М., Федченко Н.А. Электрогидроимпульсная обработка сплава АЛ 4 // Теория, эксперимент, практика электроразрядных технологий. - К. -1995.- Вып. 3. - с. 116 - 117.
7. Дьяченко С.С., Федченко Н.А.Влияние электрогидроимпульсной обработки (ЭГИО) на растворимость в алюминии элементов, входящих в сплав АЛ 9 // Импульсные процессы в механике сплошных сред . Материалы 4 - ой международной школы - семинара.- Николаев: Атолл, 2001. - с.102.
8. Электрогидроимпульсная обработка вторичного сплава АК5М2 / В.Ю.Шейгам, Г.П. Борисов, А.И. Семенченко, А.Г. Вернидуб, В.М.Грабовый, Н.А. Федченко // Импульсные процессы в механике сплошных сред. Материалы 4 - ой международной школы - семинара. - Николаев: Атолл, 2001. - с. 115.
9. Федченко Н.А., Грабовый В.М., Медведь А.И. Электорогидроимпульсная обработка алюминиевых сплавов / Тез докл. 5 -я научно - техническая конф. "Электрический разряд и его применение в промышленности". Николаев, 8 - 10 сент. 1992. - с. 134.
10. Грабовый В.М., Федченко Н.А. Электрогидроимпульсная обработка алюминиевого сплава / Тез. докл. 6 - я междунар.науч. - технич. конф. " Новые конструкционные стали и сплавы и методы их обработки для повышения надежности и долговечности изделий", Запорожье, Запорожский государственный технический университет, Запорожье, 27 - 29 сент. 1995. - с. 51.
11. Федченко Н.А. Изменения в структуре алюминиевых сплавов, подвергнутых электрогидроимпульсной обработке // Импульсные процессы в механике сплошных сред. Материалы 2 - ой международнлй школы - семинара . Николаев: Атолл, 1998. - с.222.
12. Федченко Н.А. Влияние электрогидроимпульсной обработки на структуру и свойства сложнолегированного многокомпонентного алюминиевого сплава / Импульсные процессы в механике сплошных сред. Материалы 3 -ей международной научной школы - семинара, Николаев: Атолл, 2000. - с. 131.
АНОТАЦІЯ
Федченко Н.А. Підвищення якості сплавів на основі алюмінію шляхом використання електрогідроімпульсної обробки. - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.01 - матеріалознавство. Харківський національний автомобільно-дорожній університет, Харків, 2002 р.
Дисертація присвячена вирішенню важливої народно-господарчої задачі - дослідженню можливості використання екологічно чистого і мало витратного методу електрогідроімпульсної обробки (ЕГІО) для поліпшення технологічних властивостей і підвищення механічних характеристик сплавів на основі Al, в тому числі виплавлених з використанням вторинної речовини. Показано, що ЕГІО підвищує рідкотекучість, приводить до більш рівномірного розподілу елементів в сплаві, зменшує газонасиченість і пористість, подрібнює макро- і мікрозерно, збільшує дисперсність евтектики, сприятливо впливає на її морфологію і форму надлишкових фаз. Встановлені загальні закономірності впливу параметрів ЕГІО на структурні характеристики сплавів. Найбільш значущим є запасена енергія W, варіювання якої викликає зміну розмірів макро- і мікрозерна за екстремальним законом з мінімумом при W = 1,25...2,5 кДж. Аналогічно на пористість впливає частота подачі імпульсів f. Екстремальний характер зміни розмірів зерна від W пояснено з позицій сучасних уявлень про кластерну будову рідкого металу. Час обробки і f менше впливають на структурні характеристики сплавів. Визначені оптимальні параметри обробки, при яких забезпечуються найкращі властивості: пористість зменшується на 20...40 %, одночасно підвищується міцність (~ на 10 %) і пластичність (~ на 25...40 %).
Ключові слова: хвилевід, конструкційна міцність, пластичність, мікроструктура, інтерметалід, кластер, розчинність, вільна енергія.
АННОТАЦИЯ
Федченко Н.А. Повышение качества сплавов на основе алюминия путем использования электрогидроимпульсной обработки. – Рукопись
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.02.01 – материаловедение. – Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет, Харьков, 2002 г.
Диссертация посвящена решению важной народно-хозяйственной задачи – исследованию возможности применения экологически чистого и малозатратного метода электорогидроимпульсной обработки (ЭГИО) для улучшения технологических свойств и повышения механических характеристик сплавов на основе алюминия, в том числе выплавленных с использованием вторичного сырья.
Рассмотрены три схемы ввода колебаний в расплав: погружаемым в ковш волноводом, через боковую стенку ковша и через боковую стенку кокиля. Эксперименты проведены на модельном сплаве Розе эвтектического состава (53% Bi, 32 % Pb, 15 % Sn) и промышленных сплавах на основе Al, как литейных (системы Al – Si), так и деформируемых – АК 4 – 1. Низкая температура модельного сплава (96о С) и простота механической обработки позволили осуществить большой объем исследований при минимальных затратах.
В процессе эксперимента варьировали запасенную энергию W, частоту следования импульсов f и время обработки . Наилучшей схемой ввода колебаний является обработка волноводом в ковше.
Показано, что ЭГИО повышает жидкотекучесть и равномерность распределения элементов в сплаве, приводит к уменьшению газонасыщенности и пористости, измельчению макро- и микрозерна, увеличению дисперсности эвтектики и изменению ее морфологии. Под воздействием ЭГИО уменьшается количество охрупчивающей - фазы.
Наиболее значимым параметром является запасенная энергия W, варьирование которой в интервале 0,5…3,5 кДж приводит к изменению размера зерна и пористости по экстремальному закону с минимумом при 1,25…2,5 кДж. Аналогичным образом на пористость влияет и частота следования импульсов: до f = 10 имп / с пористость снижается, при дальнейшем повышении f пористость возрастает из-за эффекта вспенивания.
Экстремальный характер изменения размера зерна объяснен с позиций современных представлений о кластерном строении жидкого металла. До определенного значения W, несмотря на выравнивание распределения элементов в расплаве и измельчение кластеров, ближний порядок сохраняется, что облегчает кристаллизацию и способствует формированию мелкозернистой структуры. Этим процессам соответствует нисходящий участок кривых зависимости размера зерна от запасенной энергии. При дальнейшем повышении энергии ближний порядок нарушается, кристаллизация затрудняется и зерно укрупняется (восходящий участок кривых).
Время обработки и частота следования импульсов в меньшей мере влияют на структурные характеристики сплавов. Влияние ЭГИО на металл настолько мощное, что уже первые импульсы приводят к максимальному измельчению зерна. Поэтому оптимальную частоту подачи импульсов следует выбирать с точки зрения достижения минимальной пористости (f = 10 имп / с), а время – из технологических соображений с учетом массы металла.
ЭГИО вызывает повышение растворимости Si в матрице сплава, следствием чего является уменьшение количества эвтектики в доэвтектических сплавах и кристаллов первичного кремния в заэвтектических. Для объяснения этого эффекта привлечен термодинамический анализ изменения свободной энергии системы вследствие ее выведения из равновесия под воздействием ЭГИО.
Определены оптимальные параметры обработки W и f, при которых обеспечивается получение наилучших технологических и эксплуатационных характеристик: пористость снижается ~ на 20…40 %., прочность возрастает на 10 % и одновременно повышается пластичность ~ на 25…40 %.
Ключевые слова: волновод, конструкционная прочность, пластичность, микроструктура, интерметаллические соединения, кластер, свободная энергия.
ABSTRACT
Fedchenko N.A. Improvement of aluminium-based alloys quality using electrohydropulse treatment - Manuscript.
Thesis for degree of candidate of technical sciences. - The Kharkov National Automobile and Highway University, Kharkov, 2002.
This thesis is dedicated to the solution of an important national - economic problem connected with using the ecologically pure and low expensive method of electrohydropulse treatment (EHPT) for improving technological properties and mechanical characteristics of alloys based on aluminium, including melted from recovered raw materials. It has been shown that EHPT increases flow ability, causes more uniform distribution of elements in an alloy, reduces gas saturation, porosity, macro- and micrograin size, increases eutectic dispersity, favourably changes its morphology and intermetallic compounds form. The generalities of EHPT parameters effect on the structural characteristics of alloys are established. The most significant parameter is stored energy W which variation results in an extremum character dependence of macro- and micrograin size and porosity with the minimum at 1,25…2,5kJ. Pulse following frequency f effects similarly on porosity. Extremum character of grain size change vs W is explained using the modern ideas about clastic structure of liquid metal. Treatment time and f have a less influence on alloys structural characteristics. The optimum treatment parameters which ensure the best properties have been determined. As a result after EHPT the porosity decreases to 20…40 %, strength u increases ~ to 10 % and simultaneously increases ~ to 25…40 %.
Key words: waveguide, structural strength, ductility, microstructure, intermetallic compound, clastic, solubility, free energy.