РАЗДЕЛ 2
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Обоснование методов исследований
Основная цель настоящей работы заключалась в исследовании и разработке методов
повышения конструктивной прочности алюминиевых сплавов, полученных на основе
вторичных шихтовых материалов.
Конструктивной прочностью материала принято называть комплекс свойств, которые
в наиболее полном объеме характеризуют пригодность материала к различным
условиям эксплуатации и находятся в наибольшей корреляции с массой, надежностью
и долговечностью данного изделия. Тушинский Л.И. в монографии «Структурная
теория конструктивной прочности материалов» (г.Новосибирск, 2004г.) указывает,
что под конструктивной прочностью понимается некоторый набор механических
характеристик, наиболее полно отражающих условия службы изделий из выбранного
материала. При этом конструктивная прочность материала оценивается: критериями,
от которых зависит уровень напряжений и масса изделий (пределы текучести и
прочности); критериями, определяющими надежность материалов против внезапных
хрупких разрушений: пластичностью, ударной вязкостью, хладостойкостью,
трещиностойкостью и др.; критериями, определяющими долговечность материала:
мало- и многоцикловой выносливостью, коррозионной и кавитационной стойкостью,
износостойкостью и др.
Для конкретных условий работы изделий устанавливаются лишь те виды испытаний,
которые соответствуют условиям его эксплуатации. В связи с этим в данной
работе, кроме стандартных методов анализа микроструктуры на оптических и
электронных микроскопах, определения прочности и испытаний на растяжение,
ударный изгиб и на твердость, проводили испытания на малоцикловую усталость, на
усталость при высоких частотах нагружения (0,3…44,0 кГц), на коррозионную и
кавитационную стойкость. Для объяснения механизмов упрочнения и разрушения с
применением положений линейной механики разрушения рассчитывали коэффициенты
концентрации напряжений и прочность алюминиевых сплавов с различной формой
интерметаллидных фаз.
2.2. Оборудование и технология получения экспериментальных сплавов
В работе были исследованы вторичные промышленные сплавы АК9М2, АК8М3, АЛ25, АВ,
АК4, при производстве которых использовали следующее технологическое
оборудование.
Исследование влияния количества вторичных шихтовых материалов на структуру и
свойства сплава АК9М2 проводили на лабораторных плавках, которые осуществляли в
индукционной печи ИТП-10 емкостью 10 кг.
Получение сплава АЛ25 путем переплава его стружки осуществляли в промышленной
индукционной печи UAT-6 емкостью 600 кг.
При выплавке синтетической интерметаллидной фазы Al5SiFe использовали вакуумную
индукционную печь ОКБ-862 емкостью 10 кг.
Промышленные плавки сплавов АК9М2, АК8М3, АВ, АК4 проводили в пламенных
двухкамерных печах отражательного типа EHW5000 номинальной емкостью 5,5 т в
комплекте с камерой дожигания BS 3316; расчетная скорость плавления составляла
1250 кг/час.
При выпуске металла из печи использовали разливочную конвейерную машину GA150
для чушек массой 6,0 кг с производительностью 4 т/час (11 слитков в минуту).
Технологический процесс производства алюминиевых сплавов согласно заводской
(традиционной) технологии включал в себя проведение плавок под покровным флюсом
состава 33%KCl, 67% NaCl, с последующей обработкой расплава универсальным
рафинирующим флюсом - 15%KCl, 45% NaCl,
40% AlF3.
Экспериментальные технологии получения сплавов предусматривали использование
покровного флюса выше указанного состава с последующим применением
разработанных рафинирующе-модифицирующих комплексов в сочетании с различными
транспортными агентами (воздух, азот). Проводили исследования металла в литом
состоянии и после термообработки по режиму Т5. При термообработке применяли
двухступенчатый нагрев под закалку с загрузкой в печь при комнатной
температуре: нагрев до 515±5°С, выдержка 4 ч, нагрев до 525±5°С, выдержка 8ч,
охлаждение в воде при 20°С, старение при 160±5°С в течение 8 ч, охлаждение на
воздухе. Использование двухступенчатого режима нагрева при термической
обработке силуминов обеспечивает устранение пережога, получение оптимальных
механических свойств и значительное сокращение времени обработки [25].
2.3. Определение химического состава
Контроль химического состава проводили непрерывно на всех стадиях
технологического процесса получения алюминиевых сплавов. Определение
химического состава осуществляли спектральным анализом на искровом спектрометре
“SPECTROLAB” (Германия) по 22 химическим элементам таблицы Д.И. Менделеева с
точностью (±0,0001) масс.%.
При сортировке лома с целью определения марки сплава использовали метод
капельного опробования, заключающийся в том, что капля определенного реактива
помещалась на зачищенную поверхность детали, вступала в химическую реакцию с
отдельными компонентами сплава, образуя при этом соединения с характерной
окраской.
2.4. Металлографический и фрактографический анализы
Металлографический анализ структуры алюминиевых сплавов выполняли на
микроскопах МИМ-7 и МИМ-8 при увеличении 100…400 раз, а также методом
металлографии высокого разрешения на растровом электронном микроскопе “ISM
T-300” японской фирмы JEOL при ускоряющем напряжении 20…25 кВ и диаметре
электронного зонда до 1Ч10-9м.
Микроструктуру сплавов изучали на шлифах без травления, а также после травления
реактивом состава: 12,5 мл HF, 25 мл HNO3, 50 мл HCl,
12,5 мл H2O.
Фрактографический анализ проводили на изломах образцов при использовании
электронного сканирующего микроскопа «JSM-5610LV» фирмы JEOL.
2.5. Структурно-фазовый анализ
Фазовый анализ структурных составляющих алюминиевых
- Київ+380960830922