Тема: ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ СИСТЕМЫ Mg-Al-Si И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ОТЛИВОК ЛИТЬЕМ ПОД ДАВЛЕНИЕМ
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
📋 Содержание
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
ПУБЛИКАЦИИ
📖 Введение
В настоящее время почти 90 % выпускаемых магниевых сплавов потребляется автомобильной промышленностью. Причем, в течение последних 15 лет ежегодный рост потребления составлял в среднем 12 %. Если указанная тенденция не изменится, то в ближайшем будущем автомобильная промышленность по объему использования магния выйдет на первое место. Повышенный интерес к магниевым сплавам вызван стремлением автомобилестроителей уменьшить массу выпускаемых автомобилей за счет применения более легких конструкционных материалов.
Из всех частей автомобиля двигатель и трансмиссия являются наиболее перспективными и самыми проблемными узлами для применения сплавов на основе магния. В настоящий момент для литья под давлением, являющимся основным способом массового производства магниевых автокомпонентов, используется очень небольшая номенклатура стандартных сплавов систем Мд-А1-/п (Л291, МЛ5) и Мд-А1 (АМ60, АМ50). Свойства данных сплавов не соответствуют требованиям автомобилестроения, предъявляемым к свойствам материалов литых деталей двигателя и трансмиссии, работающих при повышенных температурах. Низкое сопротивление ползучести сплавов систем Мд-А1-2п и Мд-А1 при температуре эксплуатации до 150 оС приводит к ослаблению болтовых соединений корпусных деталей, что в свою очередь приводит к утечке смазочных материалов, появлению шума и вибрации.
Для повышения сопротивления ползучести в состав магниевых сплавов вводят тугоплавкие и редкоземельные легирующие элементы. Известные жаропрочные и теплостойкие сплавы, разработанные для авиационной промышленности, являются дорогими и нетехнологичными для литья под давлением.
Одной из наиболее перспективных систем для разработки сплавов, обладающих большим сопротивлением ползучести, чем сплавы систем Мд-А1-2п, Мд-А1 и пригодных для литья под давлением является система Мд-А1-81. Сегодня известны два недорогих зарубежных сплава данной системы А841 и А821. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки. Сплав А821 обладает хорошим сопротивлением ползучести, но низкими литейными свойствами. Сплав А841 наоборот - хорошими литейными свойствами и невысоким сопротивлением ползучести. Выявленные недостатки сплавов ограничивают их применение в производстве крупногабаритных деталей трансмиссии, таких как картер коробки передач и картер сцепления. Для изготовления данных деталей требуются магниевые сплавы, сочетающие хорошие литейные свойства и приемлемый уровень сопротивления ползучести при температуре до 150 оС.
Необходимо отметить, что особенности формирования структуры и свойств сплавов системы Мд-А1-81 при литье под давлением исследованы недостаточно. Установленный факт повышенной теплостойкости данных сплавов не имеет убедительного теоретического подтверждения. В литературе не освещены вопросы о технологии приготовления магниевых сплавов, легированных кремнием.
Недостаток вышеуказанных данных и большая потребность автомобильной промышленности в новых теплостойких магниевых сплавах для литья под давлением, имеющих невысокую стоимость обуславливают важность и актуальность проблемы в области создания новых композиций сплавов системы Мд-А1-81 для нужд автомобилестроения.
Цель работы.Изучение закономерностей изменения структуры и свойств магниевых сплавов системы Мд-А1-81, предназначенных для литья под давлением крупногабаритных отливок деталей и обладающих повышенным сопротивлением ползучести при температуре до 150 оС. Разработка технологии получения магниевых сплавов системы Мд-А1-81 с заданными свойствами.
Основное внимание было уделено решению следующих задач:
- обоснованному выбору состава нового теплостойкого сплава системы Мд-А1-81 для литья крупногабаритных отливок на основе анализа теплофизических и других свойств с учетом современных достижений в области технологии литья под давлением;
- построению политермических, изотермических разрезов тройной диаграммы состояния Mg-Al-Si в области концентраций основных компонентов нового сплава с целью изучения процесса кристаллизации при литье под давлением;
- исследованию формирования структуры и основных свойств нового сплава;
- изучению роли легирующих элементов и температуры испытания на изменение механических свойств магния при повышенных температурах;
- созданию ресурсосберегающей технологии приготовления сплавов системы Mg-Al-Si.
Научная новизна работы.
1. Построены политермические разрезы тройной диаграммы состояния Mg-Al-Si в области магниевого угла при постоянном содержании кремния 1 % и алюминия 3 %, а также изотермические разрезы при температурах 600, 450 и 300 оС.
2. Установлены и расширены представления о механизме формирования микроструктуры и свойств отливок из магниевых сплавов системы Mg-Al-Si в условиях литья под давлением.
3. Установлены условия обеспечения повышенного сопротивления ползучести отливок из сплавов системы Mg-Al-Si при повышенных температурах эксплуатации.
Практическая значимость.
1. Разработан новый сплав AS31HP системы Mg-Al-Si для изготовления круп-ногабаритных отливок деталей трансмиссии автомобиля литьем под давлением, обладающий хорошими литейными свойствами и повышенным сопротивлением ползучести при температуре эксплуатации до 150 оС. Химический состав сплава AS31HP и способ его приготовления защищен патентами РФ и США.
2. Разработана и внедрена на предприятии ОАО «Корпорация ВСМПО - АВИСМА» технология приготовления нового сплава AS31HP с использованием специальной лигатуры Al-Si-Mn. Сплав AS31HP успешно апробирован и внедрен в производство отливок картеров автоматических коробок передач методом литья под давлением автомобилестроительной компанией DaimlerChrysler.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на семинаре «Состояние и перспективы производства магния и магниевых сплавов в России», г. Березники, 2001г.; Международной научно - технической конференции молодых специалистов и ученых алюминиевой, магниевой и электродной промышленности, г. Санкт - Петербург, 2002 г.; областной научной конференции молодых ученых, студентов и аспирантов, г. Пермь, 2002 г.; ежегодных (2002 - 2009 г.г.) отчетных научно - технических советах ОАО «Корпорация ВСМПО - АВИСМА».
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 10 научных статей и тезисов докладов, в том числе 3 статьи в изданиях, входящих в перечень ВАК РФ, получено 2 патента.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов по работе, библиографического списка из 115 наименований, изложена на 135 страницах машинописного текста, содержит 23 таблицы, 39 рисунков.
✅ Заключение
2. Для изучения процесса кристаллизации и формирования фазового состава сплавов системы Mg-Al-Si путем анализа тройной диаграммы состояния Mg-Al-Si впервые построены политермические разрезы данной диаграммы при постоянном содержании кремния 1 % и алюминия 3 %, а также изотермические разрезы при температурах 600, 450 и 300 оС. Теоретически установлено и экспериментально подтверждено, что при литье под давлением в отливках из сплавов системы Mg-Al-Si формируется специфическая структура, характеризующаяся образованием непрерывного “каркаса”, состоящего из двойной эвтектики (Mg)+Mg2Si вокруг зерен твердого раствора на основе магния и изолированных включений тройной эвтектики (Mg)+Mg2Si+y-Mg17Al12.
3. В результате анализа свойств фаз и структурных составляющих микроструктуры сплавов системы Mg-Al-Si установлено, что повышенное сопротивление ползучести данных сплавов при температурах 140 - 170 оС обусловлено наличием в их микроструктуре теплостойкого непрерывного “каркаса” из двойной эвтектики (Mg)+Mg2Si с температурой плавления 638 оС.
4. В результате механических испытаний образцов сплава AS31HP при температурах 20, 150 и 250 оС в литом состоянии (литье под давлением) и после отжига (1 час - 150 оС; 30 мин. - 250 оС) установлено, что различное содержание легирующих компонентов Al, Si, Zn и Mn в пределах границ сплава существенно не влияет на его прочностные свойства: у = 200... 206 МПа; у =150..155 МПа; у 80...88 МПа; у002=148.155 МПа; УВ5°=104.114 МПа; у = 66.72 МПа.
Сравнительный анализ механических свойств образцов сплавов AS21, AS31HP, AS41 и AZ91, а также типа AS31HP с содержанием кремния 0,44 %, изготовленных литьем под давлением и испытанных при температурах 20, 150 и 250 оС показал, что чем меньше содержится алюминия и больше кремния в сплаве, тем в меньшей степени он разупрочняется при повышении температуры испытаний.
5. С целью оценки теплостойкости нового сплава в условиях эксплуатации корпусных деталей трансмиссии автомобиля провели ряд сравнительных испытаний на ползучесть образцов, отлитых под давлением из сплавов AS21, AS41, AZ91 и AS31HP. Установлено, что при температуре 150 оС, нагрузке 35 МПа и времени испытаний в интервале 25 - 100 часов сплав AS31HP, имеющий деформацию 8100 ч = 0,15 % превосходит по сопротивлению ползучести сплавы AZ91 (8100 ч = 0,26 %), AS41 (8100 ч = 0,18 %) и уступает по данному показателю сплаву AS21 (8100 ч = 0,13 %). Деформация образцов сплавов AS21, AS31HP и AS41 с течением времени затухает. Вид экспериментальных кривых указанных сплавов совпадают по характеру с теоретической кривой низкотемпературной ползучести. В результате обработки экспериментальных данных установлена закономерность ползучести сплава AS31HP, которая имеет вид: б = 3,57* ln t - 3,4.
Также в результате испытаний выявлено, что деформация ползучести сплавов AS21, AS41, AZ91 и AS31HP при повышении величины приложенного напряжения в диапазоне 35 - 55 МПа при температуре 150 оС в течение 100 часов увеличивается. Причем, чем меньше алюминия и больше кремния содержится в сплаве, тем в меньшей степени он деформируется при увеличении нагрузки.
6. В ходе оценки литейных свойств экспериментально установлено, что сплав AS31HP имеет меньшую жидкотекучесть (длина спирали L= 324 мм), чем сплавы AZ91 (L = 394 мм) и AS41 (L = 342 мм), но большую, чем сплав AS21 (L = 285 мм). Это объясняется тем, что при литье под давлением, чем больше содержание алюминия в сплаве, тем выше его жидкотекучесть. Сплав AS31HP более стоек к горячим трещинам, чем сплавы AZ91 и AS21. Наличие достаточного количества легкоплавкой тройной эвтектики в сплаве способствует залечиванию горячих трещин в отливках, несмотря на низкое содержание алюминия.
7. По результатам экспериментальных исследований разработана и освоена в промышленном масштабе технология приготовления сплава AS31HP с введением легирующих компонентов в расплав с помощью специальной лигатуры Al-Si-Mn следующего состава: Al - основа; Si 20,9 - 23,6 %; Mn 6,6 - 9,4 %. Даная технология обеспечивает хорошее качество сплава и относительно высокую степень усвоения кремния до 92,5 %, марганца до 73,3 %. Промышленное испытание сплава AS 31 HP успешно проведено в Германии в цехе литья под давлением автомобильного концерна DaimlerChrysler. Из сплава изготовлена партия отливок картеров автоматической коробки передач.



