ВВЕДЕНИЕ 3
1 Структура, особенности свойства алюминия и его сплавов 5
1.1 Строение атома и кристаллической решетки алюминия 5
1.2 Свойства алюминия 6
1.3 Структурные свойства алюминия 7
1.4 Алюминиевые сплавы 7
1.4.1 Сплавы системы Al-Mg 8
2 Свойства и способы упрочнения сплавов алюминий-магний 11
2.1 Механические свойства сплавов 11
2.2 Способы упрочнения сплавов алюминий-магний 14
2.2.1 Отжиг сплавов 14
2.2.2 Деформационное упрочнение 14
2.2.3 Легирование 16
2.2.4 Упрочнение посредством модифицирования 17
3 Виды и методы получения композиционных материалов 20
3.1 Композиционные материалы 20
3.2 Виды и классификация композиционных материалов 20
3.2.1 Металломатричные композиты 21
3.3 Методы получения металломатричных композитов 22
3.3.1 Жидкофазный метод 23
3.3.2 Твердофазный метод 24
3.3.3 Метод осаждения 24
4 Современные исследования в области модифицирования композиционных
материалов 26
Заключение 36
ЛИТЕРАТУРА 37
В настоящее время алюминий и его сплавы актуальное направление для исследования. Актуальность обусловлена ориентированностью машиностроительных, авиастроительных и ракетостроительных компаний в сторону замены тяжеловесных материалов (сталь и др.) на легкие и сверхлегкие материалы, при этом отвечающие всем критериям надежности. Сплавы алюминия имеют плотность в 3 раза ниже чем у стали, поэтому это можно использовать для повышение грузоперевозочной эффективности, либо использовать для повышения мобильности и снижения, сокращения топливопотребления, что положительно скажется на экономическую составляющую и экологическую.
Помимо сравнительной малой плотности, алюминий отличается высокой удельной прочностью, хорошими литейными свойствами и высокой стойкостью к внешним химическим воздействиям. Продукты алюминиевой индустрии широко применятся во всех промышленных сферах. Согласно информации Алюминиевой Ассоциации, спрос алюминия в России будет расти с каждым годом и увеличится до 6.5 млн. тонн в 2035 году. Такой высокий спрос алюминиевой продукции обусловлен широким ассортиментом, что позволяет изготовить практически любую конструкцию.
На данный момент перспективными представляется сплавы системы алюминий-магний АМг5, АМг7 и др., с добавлением других элементов (Zn, Sc, Er, Si, Ti, B и т.д). Модификация структуры сплавов Al-Mg позволяет получать высокие физико-механические свойства конечных изделий. Свариваемость сплава Al-Mg практически не отличается от технически чистого алюминия. При увеличении процентного содержания магния в сплаве увеличиваются прочностные характеристики. Однако, при увеличении содержания магния снижается пластичность, ухудшается свариваемость, приводящее к увеличению пористости сварного соединения.
В качестве упрочнения сплава Al-Mg, возможно применение различных наночастиц и частиц оксидов, боридов и др. Введение этих тугоплавких частиц приводит к ухудшению свариваемости сплава. За счет введение наночастиц к примеру, алмаза, при высоких его механических свойств, возможно нивелировать процесс плохого сваривания листов сплава.
Цель работы. Изучение структуры и механических свойств сплава АМг5 с добавлением микроразмерных частиц древесного угля, полученного с применением механической и вибрационной обработки.
Основные задачи. Подготовка металлографических шлифов с использованием шлифовальной машины. Электрохимическое травление для получения оксидной плёнки на поверхности шлифа, пригодного для исследования на оптическом микроскопе. Обработка изображений, полученных с оптического микроскопа на специальном ПО. Расчёт среднего размера зерна методом случайных секущих. Анализ полученных данных и построение графиков.
В ходе выполнения ВКР были получены образцы исходного сплава АМг5 и сплава, модифицированного частицами углерода. В итоге исследования экспериментальных данных образцов установлено, что:
• Частицы углерода носят бимодальный характер распределения по размерам. Гистограмма распределения имеет два пика 16 мкм и 170 мкм.
• Введение углерода позволило увеличить пердел текучести с 40 до 46 Мпа (повысился до 15%), предел прочности от 150 до 170 Мпа (повысился до 13%), относительное удлинение с 14,5 до 17% (повысилось до 17%).
• Испытания на твердость по методу Бринелля показали, что значения твердости увеличилось с 48 НВ до 60 НВ (повысилось на 25%).
• Введение углерода позволило увеличить количество зёрн и уменьшить средний размер зёрна с 104,7 мкм до 78,4 мкм (уменьшился 25%).
