Добірка наукової літератури з теми "Сплави алюмінію"

До матеріалів, які працюють в умовах високих температур та агресивних середовищ, пред’являють такі вимоги: вони повинні мати високі температури плавлення, окалиностійкість і термостійкість та задовільні ливарні властивості. Найбільш перспективним і дешевим ливарним матеріалом для виготовлення жаростійких виробів будь-якого призначення є сплави на основі заліза, леговані хромом, алюмінієм, кремнієм, титаном тощо. Серед таких сплавів провідне місце посідають хромоалюмінієві сталі. Ці сплави повною мірою відповідають основним вимогам, які пред’являються до жаростійких матеріалів. Вони мають високі температури плавлення, корозійну стійкість в умовах високих (до 1300°С) температур, задовільні ливарні властивості, є дешевими і недефіцитними. Досвід експлуатації насадок пальників котлоагрегатів на теплових електростанціях України показує, що термін їх роботи становить 5,5…6,5 років, у той же час міжремонтний період експлуатації котлоагрегатів – 3,5…4,0 років. Отже перед експлуатаційниками постає дилема: при проведенні капітальних ремонтів залишати деталі, які знаходяться ще в робочому стані, чи замінювати їх новими. Зрозуміло, що оптимальним був би такий варіант, при якому співпадали б термін експлуатації жаростійких деталей з міжремонтним періодом котлоагрегатів.Дослідженнями підтверджена доцільність використання хромоалюмінієвих сталей з вмістом 25...30% хрому; 1,2...3,0% алюмінію; 0,25...0,35% вуглецю та 0,25...0,60% титану для виготовлення жаростійких литих деталей, які працюють в умовах агресивних середовищ при температурах до 1300°С і мають високі технологічні властивості.Підвищення вмісту хрому і алюмінію в досліджених сталях супроводжується зниженням їх щільності, оскільки хром і алюміній мають меншу у порівнянні з залізом щільність. Щільність металу суттєво впливає на характеристики міцності виробів в умовах високих температур, особливо коли вони працюють як консолі. Зменшення щільності сприятиме зниженню рівня деформаційних процесів у таких виробах під час їх експлуатації.Установлено, що збільшення концентрації хрому значною мірою знижує опір розриванню всіх досліджених сталей через зростання кількості шкідливих домішок і карбідів та їх коагуляції. В структурі металу (рис. 1) з’являються колонії крупних карбідів хрому, які мають гострокутну форму, що сприяє збільшенню концентраторів напружин. Кількість алюмінію в хромистій сталі необхідно визначати з урахуванням дії навантажень на виріб під час його експлуатації. Відомо, що сталі, які містять значну кількість легувальних елементів (хрому, алюмінію, кремнію) мають грубозернинну феритну структуру, яку не можна змінити ніякими режимами термічного оброблення. Поліпшити властивості таких сталей можна тільки додатковим обробленням карбідо- або нітридоутворювальними елементами, а також елементами, які сприяють дисперсійному твердненню металу у формі.Механічні і експлуатаційні властивості сплавів визначаються, перш за все, їх структурою. а – 13,8% Cr; б – 22,3% Cr; в – 30,7%Рисунок 1 – Структура хромоалюмінієвої сталі (0,4% С; 1,0% Al) залежно від вмісту в ній хрому (×100)Установлено, що суттєвим недоліком сталей з хромом та алюмінієм є їх низька пластичність. Підвищення концентрації хрому та алюмінію зменшує ударну в’язкість досліджених сталей. Під час дослідження міцності та ударної в’язкості за зламами зразків виявлено їх крихке руйнування, а тому відносне подовження всіх досліджених сплавів не перевищує 1%.Крім того вуглець у хромоалюмінієвій сталі утворює міцні карбіди з хромом та залізом, коефіцієнт термічного розширення яких нижчий, ніж легованого алюмінієм фериту.Установлено, що зміна вмісту титану від 0,25 до 0,60% зменшує схильність сталей до утворення гарячих тріщин, що пов’язано із додатковим мікролегування хромоалюмінієвого фериту титаном і очищення меж зерен від шкідливих домішок.Найбільш гомогенну структуру має сталь, попередньо розкиснена алюмінієм. Така структура забезпечує високі механічні і, особливо, експлуатаційні властивості виробів. Алюміній сприяє очищенню меж зерен, покращанню властивостей легованого хромом фериту, а титан справляє зміцнювальну дію внаслідок утворення великої кількості карбонітридів, які є додатковими центрами кристалізації і подрібнюють первинне зерно.Суттєву зміну структури сталі під дією титану можна пояснити утворенням високотемпературних сполук (TiO2, Ti2O3, TiO, TiN, TiC), які є додатковими центрами кристалізації, сприяють її прискоренню і подрібненню первинного зерна.Отже комплексне дослідження впливу хрому та алюмінію на властивості вуглецевих сталей дає можливість зробити важливий висновок: для виготовлення високоякісних виливків із жаростійких сталей з урахуванням ливарних та механічних характеристик, останні повинні мати в своєму складі 28…32% хрому та 1,2…2,2 % алюмінію. Для виготовлення виливків простої конфігурації вміст алюмінію може бути збільшеним до 3,0%.

Тепер у науковому світі матеріалознавців багато уваги приділяється матеріалам на основі легких сплавів. У цьому відношенні перспективними є сплави на основі алюмінію, які знаходять широке застосування у різноманітних галузях науки і техніки як конструкційні, електротехнічного призначення, жаростійкі, стійкі до впливу агресивних середовищ тощо. Особлива увага приділяється розробці матеріалів триботехнічного призначення. Головною структурною складовою в алюмінієвих сплавах, яка забезпечує високу зносостійкість є дисперсні включення інтерметалідів. Отримання яких передбачає термічну обробку – старіння. Однак такий підхід обмежений певним інтервалом температур оскільки термічна дія спричиняє зворотнє розчинення легувальних компонентів в алюмінії та знеміцнення сплаву. Отримати стабільну структуру вдається під час застосування заліза як легувального елементу. За рахунок низької розчинності в алюмінії вдається зберігати отриману структуру як за кімнатних так і за підвищених температури. Проте, класичні методи литва не дозволяють отримати дрібні, рівномірно розподілені включення інтерметалідних фах. Отримання комплексу фізико-механічних характеристик таких матеріалів з наперед заданими властивостями можливо під час застосування методів порошкової металургії. Де вихідні компоненти і їх структурні складові знаходяться в дисперсному стані. В роботі вивчено вплив температури спікання та складу вихідної шихти на стійкість проти абразивного зношування порошкових сплавів Аl+15 мас.% Fe, Аl+15 мас.% Fe + 1-3 мас.% С компактованих з порошків отриманих методом механічного диспергування розплавів. Показано, що стійкість проти абразивного зношування збільшується зі збільшенням температури спікання від 600 до 800 °С, що зумовлено збільшенням розміру їх структурної складової Al3Fe. Стійкість проти абразивного зношування збільшується зі збільшенням вмісту графіту, що зумовлено його змащувальною дією.

Анотація. Матеріалом дослідження були алюмінієві сплави АЛ9, АЛ4, АЛ4С, АЛ4Д системи Al-Si. Метою роботи є розробка технології модифікування сплаву АЛ9. Об’єктом дослідження було обрано «корпус» із литого алюмінієвого сплаву. У ході роботи досліджено будову та властивості литих алюмінієвих сплавів. Досліджено діаграму стану Al-Si, фізико-механічні властивості карбіду кремнію. Для виготовлення корпусу насоса обрано сплав АЛ9, запропоновано модифікацію сплаву з метою покращення механічних властивостей. Досліджено структуру та механічні властивості модифікованого сплаву. Комплекс проведених досліджень підтвердив модифікуючу дію карбіду кремнію в розплаві Al, відпрацьовану технологію введення в розплав SiC, оптимізовано кількість SiC. У модифікованих заготовках досягнуто подрібнення зерна та покращення властивостей сплаву. Для алюмінієвого сплаву АЛ9 вибір SiC як мікролегуючого та модифікуючого елемента обґрунтований з точки зору відповідності його фізико-хімічної природи властивостям сплавів на основі алюмінію. Вибраним модифікатором алюмінієвого сплаву АЛ9 слугував порошок карбіду кремнію з фракцією до 100 нм. Дослідженнями встановлено подрібнення зерен і структурних компонентів модифікованого сплаву в порівнянні з вихідним. За допомогою металографічного аналізу досліджено процеси під час модифікації. Встановлення технології введення в розплав карбіду кремнію та температурно-часових параметрів термообробки заготовок дозволило отримати дисперсну структуру та високий комплекс механічних властивостей литого алюмінієвого сплаву АЛ9. Запропоновано та теоретично обґрунтовано використання нанодисперсних композицій SiC та ZrC розміром до 100 нм як модифікаторів литих алюмінієвих сплавів системи Al-Si. Встановлено відповідність кристало-геометричної структури наномодифікаторів класу карбідів відносно матриці алюмінієвого сплаву. Проведений аналіз показав, що модифікатори класу карбіду SiC мають гранецентровану кубічну гратку відповідно до гранецентрованої кубічної гратки алюмінієвих сплавів. Це відповідає основним вимогам при виборі модифікаторів.

Дослідженнями ливарних, механічних і спеціальних властивостей сталей з високим вмістом хрому та алюмінію, установлено, що такі матеріали здатні працювати тривалий час в умовах надвисоких температур і агресивних середовищ, тобто в екстремальних умовах, і можуть бути використані для виготовлення жаростійких деталей методами лиття. Сплави з високим вмістом хрому та алюмінію повною мірою відповідають вимогам, які до них пред’являють: мають високі температури плавлення та жаростійкість, задовільні ливарні властивості, є недорогими та недефіцитними. Відкритим залишається питання щодо з’ясування впливу процесів мікролегування та модифікування на властивості сталей цієї групи, оскільки ці процеси за літературними даними спроможні підвищувати характеристики сплавів на основі заліза. Проте інформація відносно впливу процесів мікролегування та модифікування на властивості сплавів з високим вмістом хрому та алюмінію практично відсутня. Отже дослідження в цьому напрямку є завданням досить актуальним у теперішній час.Метою роботи є вивчення впливу процесів мікролегування та модифікування жаростійких сталей з високим вмістом хрому та алюмінію й вибір оптимального хімічного складу сталей для виробництва литих деталей, що працюють в екстремальних умовах. Об’єктом дослідження є процеси мікролегування та модифікування жаростійких сталей з високим вмістом хрому та алюмінію. Предметом дослідження є хімічний склад, ливарні, механічні та спеціальні властивості й структура жаростійких сталей з різним вмістом хрому та алюмінію.У виробничих умовах використовують три способи покращання властивостей сплавів на основі заліза: легування, мікролегування та модифікування.Легування – це додавання в розплав, розчинення або розплавлення в ньому легувальних елементів для одержання сплаву заданого хімічного складу, який забезпечує високі фізико-хімічні та механічні властивості металу у виробах.Мікролегування – це процес введення в металевий розплав невеликих (до 0,1%) присадок легувальних елементів для зміни властивостей металу в рідкому стані та у виробах, оскільки ефективно впливає, перш за все, на чистоту меж зерен та зменшує шкідливий вплив легкоплавких домішок.Модифікування у сучасному сталеливарному виробництві відіграє надзвичайну роль, оскільки значною мірою визначає характер кристалізації сталі, ступінь її гранулярності, що дуже важливо для високолегованих сталей, і комплекс їх механічних і спеціальних властивостей.Виплавляння досліджуваних сталей здійснювали методом переплавлення недефіцитних шихтових матеріалів і феросплавів в індукційній печі ІСТ-0,06 з основною футеровкою місткістю тигля 60 кг. Для визначення ливарних і механічних властивостей, структури, кінетики окиснення жаростійких металів та їх окалиностійкості використано сучасні методики. Металографічні дослідження сплавів виконували на мікроскопі МІМ – 8 з персональним комп’ютером.Досліджено вплив РЗМ на ливарні, механічні й спеціальні властивості жаростійкої хромоалюмінієвої сталі 30Х30Ю2ТЛ. Установлено, що присадка до 0,25% РЗМ у хромоалюмінієву сталь помітно підвищує її рідкотекучість внаслідок дегазації, дефосфорації й десульфурації розплаву, при цьому РЗМ переводять неметалеві вкраплини з гострокутної форми в глобулярну. Присадка РЗМ у межах 0,25…0,35% позитивно впливає на лінійну усадку й тріщиностійкість.Як мікролегувальні присадки та такі, що модифікують, досліджено: ітрій – до 0,6%; кальцій – до 0,1%; ванадій і цирконій – до 0,3%.Найкращий комплекс ливарних, механічних й експлуатаційних властивостей хромоалюмінієва сталь набуває після оброблення її ітрієм у кількості 0,10...0,25% (за присадкою): рідкотекучість сталі підвищується на 35...40%, лінійна усадка знижується з 2,20 до 1,84%, а тимчасовий опір розриванню підвищується з 340 до 440 МПа Окалиностійкість сталі підвищується після присадки ітрію у всьому дослідженому діапазоні, але найефективніша його дія у цьому напрямку – до 0,35%.Кальцій у кількості до 0,1% сприяє збільшенню рідкотекучості, міцності й зниженню лінійної усадки. Маючи високу спорідненість до кисню, сірки й азоту, кальцій значною мірою змінює кількість, форму й морфологію неметалевих вкраплин, що покращує структуру металу й підвищує міцність і термостійкість виробів. Присадки до 0,2% ванадію трохи підвищують рідкотекучість хромоалюмінієвої сталі, а до 0,1% – знижують лінійну усадку, істотно підвищують тимчасовий опір розриванню й термостійкість, а також трохи підвищують окалиностійкість металу. Позитивний вплив на рідкотекучість, міцність й експлуатаційні характеристики хромоалюмінієвої сталі справляють присадки цирконію в кількості до 0,2%.Отже можна зробити висновок, що серед вивчених мікролегувальних і модифікувальних присадок найпозитивніше впливає на властивості хромоалюмінієвих сталей ітрій, оптимальною присадкою якого має бути 0,15…0,25%.Дослідженнями установлено, що найкращий комплекс технологічних і спеціальних властивостей має жаростійкий сплав на основі заліза із вмістом 25...32% хрому й 1,5...3,0% алюмінію. Вміст вуглецю має не перевищувати 0,25%. Шкідливий вплив вуглецю на окалиностійкість частково або повністю можна усунути легуванням сталі титаном у кількості 0,25...0,60%,У тих випадках, коли необхідно виготовляти вироби нескладної конфігурації, які працюють в умовах високих температур (до 1200 °С) заданий проміжок часу, можна скористатися результатами досліджень і рекомендаціями й використати сталь іншого хімічного складу, з іншими діапазонами концентрацій елементів, %: С = 0,25...0,35; Cr = 24…32; Al = 1,0…3,0; Ti = 0,25…0,60;Для виготовлення складних за геометрією литих деталей із жаростійких сталей їх доцільно мікролегувати і модифікувати ітрієм, ванадієм, і кальцієм у вказаних вище діапазонах концентрацій.Отримані експериментальні дані щодо ливарних, механічних і спеціальних властивостей жаростійких сталей із хромом та алюмінієм дали можливість запропонувати як ливарний матеріал для виготовлення тонкостінних великогабаритних литих деталей, що працюють за температур до 1300 °С, сталь 30Х30Ю2ТЛ, а для виготовлення простих за конфігурацією литих деталей, які працюють за температур до 1150…1250 °С – сталь 25Х24Ю3ТЛ.