РАЗДЕЛ 2
Материал и методика исследований
2.1. Материалы исследования
Обобщая приведенные литературные данные, следует подчеркнуть, что на
сегодняшний день еще недостаточно изучены вопросы затвердевания сплавов на
основе Al. Кроме того, не изучены вопросы влияния температурно-временных
параметров на структуру и свойства сплавов типа АМг6. Все это усложняет
определение срока эксплуатации изделий со сварными соединениями, их
механических и технологических свойств, а также усложняет совершенствование
технологий производства изделий из сплавов на основе Al.
В работе исследовали термически не упрочняемый сплав системы Al – Mg – АМг6 и
термически упрочняемый сплав системы Al – Li. Химические составы исследованных
сплавов приведены в табл. 2.1.
Таблица 2.1
Химический состав исследуемых сплавов
п/п
Al
Mg
Li
Si
Fe
Cu
Sc
Zr
%, ( по массе)
основа
5,6…6,3
0,4…0,6
0,5…0,7
0,2…0,5
основа
0,20
1,90
0,02
0,04
3,20
0,07
0,10
2.2. Методы исследования
Для проведения исследований фазовых и структурных превращений в лабораторных
условиях были выплавлены опытные образцы на установке
«стоп-закалки» из исходного сплава АМг6 и сплава системы Al – Li, химические
составы которых приведены в табл. 2.1. Термокинетическая схема эксперимента 1
для сплава АМг6 и для сплава системы Al – Li представлена на рис. 2.1. Образцы
закаливали в 10 % соляном растворе.
Рисунок 2.1. Термокинетическая схема эксперимента 1 для сплава АМг6
Методика исследования заключалась в проведении металлографического,
фрактографического, рентгеноспектрального и рентгеноструктурного анализов.
Изучение фазовых превращений при нагреве алюминиевых сплавов осуществляли с
помощью экспериментальной установки (рис. 2.2, 2.3), применение которой
определялось необходимой скоростью нагрева.
В условиях нагрева формирование структуры изучали с помощью установки
«стоп-закалки», используемой в работах Е.П. Калинушкина и Ю.Н. Тарана для
исследования процессов затвердевания.
Основным элементом указанной установки является вакуумная печь с закалочной
емкостью, позволяющей методически строго фиксировать
Рисунок 2.2. Общий вид установки стоп - закалки
закалкой высокотемпературное состояние образца в охлажденном 10 % растворе
поваренной соли, который постоянно охлаждается проточной водой. Образец
представлял собой навеску алюминиевого сплава массой около 1 г, которую
помещали в плоский тонкостенный алундовый тигель. Одна из основных особенностей
устройства рабочего пространства печи - возможность создать вокруг образца и
измерительной термопары тепловое поле высокой степени однородности и устранить,
таким образом, градиентные явления в образце при его нагреве или охлаждении.
Точность измерения температуры образца определялась погрешностью термопары ВР
5/20 и составляла ± 4 °С. Скорости охлаждения в печи 0,5...300 К/мин., если
необходимо подстуживание закалочной ванне – 2500...6000 К/с.
Все плавки проводили в среде проточного аргона высокой чистоты, который
напускался в рабочий объем печи после его откачки до остаточного давления 5 х
10-5 мм рт. ст. Для выполнения задачи данной работы в конструкцию установки,
приведенной в [72, 73], были внесены следующие изменения:
1) массу навески уменьшили до 0,5 г;
Рисунок 2.3. Схема рабочего пространства установки стоп – закалки
1 – коаксиальный защитный экран; 2 – нагреватели; 3 – жаропрочные тигли на
подкладке; 4 – специальный зазор для сбрасывания образцов в закалочную яму; 5 –
образец; 6 – молибденовый эталон; 7 – термопара обратной связи с нагревателем;
8 – узел удерживателя образцов; 9 – толкатель; 10 – шахтная печь; 11 –
закалочная ванна; 12 – измерительная термопара эталона; 13 – защитный экран,
который предотвращает нагревание образцов.
2) увеличили скорость охлаждения материала при его движении из печи в
закалочную жидкость, за счет применения электрической схемы;
3) управление теплозащитными заслонками, обеспечивающими инерционность системы
менее чем 10 мс;
4) в момент сброса образца в закалочную ванну в камере кратковременно
устанавливалось давление 300 Па холодного инертного газа.
Указанные усовершенствования позволили значительно уменьшить инерционность печи
и время сбрасывания образца в закалочную ванну.
Для получения образцов сплава, закристаллизованных со скоростью 106 К/с, был
использован метод закалки на быстро вращающийся диск. Термокинетическая схема
эксперимента 2 представлена на рис. 2.4. Закалку проводили на специальной
установке (рис. 2.5, а), которая была использована в работах Е.П. Калинушкина и
Ю.Н. Тарана для исследования процессов затвердевания.
Рисунок 2.4. Термокинетическая схема эксперимента 2 для сплава АМг6.
Установка представляет собой вакуумную печь вертикального типа с ленточным
молибденовым нагревателем. Последний расположен коаксиально по отношению к
коническому алундовому тиглю с образцом (рис. 2.5, б). В нижней части тигля
просверливали отверстие диаметром 1…3 мм, через которое расплавленный металл
“выстреливался” струей аргона на анодированный медный кристаллизатор.
В исходном состоянии, до подачи аргона высокого давления, капля жидкого металла
надежно удерживалась силами поверхностного натяжения на краях отверстия и вниз
не проваливалась.
Кристаллизатор представлял собой массивный медный диск фигурного профиля
диаметром 0,2 м, насаженный на ротор электродвигателя (рис. 2.5, в). Частоту
вращения диска (ее максимальное значение составляло 200 с–1) регулировали путем
изменения питающего напряжения. Скор