Разработка методов количественного фазового анализа для исследования и контроля структурного состояния сплавов Al-Mg-Li-Sc и Al-Si-Ge тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.01, кандидат технических наук Бецофен, Максим Сергеевич

• Бецофен, Максим Сергеевич
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Бецофен, Максим Сергеевич

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1 Состояние вопроса.

1.1. Применение алюминиевых сплавов в современном самолетостроении.

1.2. Al-Mg сплавы, легированные скандием.

1.3. Структура, фазовый состав и особенности деформационного поведения сплавов с литием и скандием.

1.4. Текстура и анизотропия механических свойств сплавов с литием и скандием.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка методов количественного фазового анализа для исследования и контроля структурного состояния сплавов Al-Mg-Li-Sc и Al-Si-Ge»

Актуальность работы

Многочисленные исследования современных алюминиевых сплавов показали, что высокие эксплуатационные свойства этих сплавов достигаются с помощью усложнения их состава и технологии получения полуфабрикатов. Эти сложности дополняются необычным характером корреляций между составом, структурой, технологиями и служебными свойствами.

Для сплавов с литием и скандием эффекты охрупчивания при длительных эксплуатационных нагревах, анизотропии механических свойств, образования полос сдвига сложным образом связаны с химическим и фазовым составом, кристаллографической текстурой, а также концентрацией легирующих элементов в твердом растворе. Показано, что в сплавах с литием и скандием анизотропия механических свойств значительно выше, чем в сплавах других систем легирования, при этом текстура в них практически идентична. Для интерпретации этих особенностей сплавов с литием и скандием необходимо разработать количественные методы фазового анализа этих сплавов, а также теоретические методы оценки анизотропии механических свойств на основании экспериментальных данных о количественном соотношении и текстуре а-твердого раствора и 5-фазы.

Количественный фазовый анализ необходим практически для всех сплавов алюминия, поскольку позволяет придать объективный характер процессам оптимизации составов сплавов и технологии обработки. Тем не менее, в наибольшей степени количественный анализ состава фаз и их соотношения необходим при оптимизации состава припоев с контролируемой температурой расплавления — затвердевания, а также для сплавов, полученных быстрой закалкой из расплава. В последнем случае степень пересыщения твердого раствора легирующими элементами определяет количество интерметллидных фаз, соответственно механические свойства сплава, а также степень стабильности сплава при искусственном и естественном старении.

Для алюминиевых сплавов количественный фазовый анализ сопряжен с рядом принципиальных трудностей. В первую очередь это связано с тем, что в подавляющем большинстве объектов исследования присутствует текстура, что требует введения поправок в относительные величины интегральных интенсивностей фаз. Получение порошковых бестекстурных проб существенно осложняет процедуру анализа, а в случае деформационно-нестабильных сплавов принципиально недопустимо. Другой не менее важной проблемой является наличие в сплавах дисперсных фаз, дающих расширенные структурные рефлексы, интенсивности которых трудно измерить с необходимой точностью.

Поэтому представляется актуальным разработка универсального метода количественного фазового анализа для А1 сплавов и проведение исследований влияния соотношения фаз и текстуры а-твердого раствора и S'-фазы в сплаве системы Al-Mg-Li-Zn-Sc на анизотропию механических свойств листов сплава, а также влияния состава сплавов Al-Si-Ge на количественное соотношение и химический состав фаз с целью оптимизации состава припоев из сплавов этой системы легирования.

Цель работы состояла в разработке эффективных методов количественного фазового анализа для А1 сплавов и установлении влияния количественного соотношения фаз на анизотропию механических свойств сплавов на основе системы Al-Mg-Li и служебные характеристики припоев из сплавов системы Al-Si-Ge.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Разработать метод количественного фазового анализа на основе прецизионного измерения параметров решетки твердого раствора алюминия для сплавов систем Al-Mg-Li и Al-Si-Ge.

2. На основе количественного фазового анализа изучить влияние химического состава сплавов алюминия и технологии их обработки на объемные и линейные эффекты превращения при деформации и термической обработке.

3. Исследовать формирование текстуры а-твердого раствора и 5-фазы в различных сечениях листов сплава 1424 в зависимости от степени деформации при прокатке.

4. Установить влияние фазового состава и текстуры а- и 8'-фаз сплава 1424 на анизотропию механических свойств листовых полуфабрикатов.

5. Исследовать влияние состава сплавов Al-Si-Ge на количественное соотношение фаз и их химический состав для оптимизации состава припоев из этих сплавов.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Впервые для сплавов на основе системы Al-Mg-Li разработана методика расчета количества Si и 5'-фаз на основании экспериментального измерения параметров решетки а-твердого раствора, при этом содержание лития в твердом растворе служит в качестве варьируемого параметра, показано также, что информация о количественном соотношении интерметаллидных фаз позволяет оценить объемные и линейные изменения в сплавах при термообработке и пластической деформации

2. Развита и реализована модель расчета анизотропии предела текучести для сплавов системы Al-Li, учитывающая текстуру, объемное соотношение и относительную прочность а- твердого раствора и б'-фазы.

3. Экспериментально установлены закономерности формирования текстуры при прокатке сплава системы Al-Mg-Li-Sc, включающие аналогичный характер текстуры а- и 8'-фаз при теплой и холодной прокатке по всем сечениям листов.

4. Показано, что особенности анизотропии механических свойств сплавов алюминия с литием определяются отличающимся от а-твердого раствора механизмом деформации упорядоченной по типу Ыг 8'-фазы.

Практическая значимость работы:

1. Показано, что разработанные методики количественного фазового анализа и определения объемных и линейных эффектов выделения интерметаллидных фаз могут быть эффективно использованы для контроля и оптимизации химического состава, технологий термической и термомеханической обработок литейных и деформируемых сплавов алюминия, в том числе и для сплавов на основе системы Al-Mg-Li.

2. Результаты количественного фазового анализа и определения химического состава фаз в сплавах Al-Si-Ge с различным содержанием легирующих компонентов использованы для контроля и оптимизации состава припоев из этих сплавов и условий получения их в равновесном состоянии.

Заключение диссертации по теме «Металловедение и термическая обработка металлов», Бецофен, Максим Сергеевич

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Для сплавов на основе системы Al-Mg-Li разработана методика расчета количества Si и б'-фаз на основании экспериментального измерения параметров решетки а-твердого раствора, при этом содержание лития в твердом растворе служит в качестве варьируемого параметра.

2. Показано, что разработанная методика может эффективно использоваться для количественной интерпретации результатов исследований влияния термической и термомеханической обработок на фазовый состав сплавов, а также при оптимизации составов сплавов на основе системы Al-Mg-Li.

3. На примере промышленных сплавов 1420 и 1424 показано, что информация о количественном соотношении интерметаллидных фаз позволяет оценить объемные и линейные изменения в сплавах при термообработке и пластической деформации

4. Показано, что текстура а-твердого раствора в среднем слое 8 мм листа характеризуется сильным {011}<211> компонентом и более слабым {135}<211> компонентом; в поверхностном слое преобладает компонент {113}<332> и по всему сечению присутствует кубический компонент {001}<100>.

5. Текстура б'-фазы характеризуется аналогичным изменением ориентировок по сечению как и для а-твердого раствора — средний слой имеет двухкомпонентную текстуру {011}<211>+{135}<211> с преобладанием первого компонента.

6. Увеличение суммарного обжатия при холодной прокатке приводит как для а-твердого раствора, так и для б'-фазы к усилению текстуры {011}<211> и распространению ее на все сечение листа.

7. Анизотропия механических свойств листов сплава характеризуется более высоким пределом текучести в долевом и поперечном направлениях и пониженной пластичностью по сравнению с 45° направлением.

8. Предложена модель расчета анизотропии предела текучести для сплавов системы Al-Li, учитывающая текстуру, объемное соотношение и относительную прочность а- твердого раствора и 5'-фазы.

9. Исследовали фазовый и химический состав сплавов системы Al-Si-Ge с целью разработки припоев с температурой ликвидуса ниже 570 °С. Применительно к сплавам этой системы разработаны методы количественного фазового анализа на основе экспериментального определения периодов решетки фаз и интенсивностей их рентгеновских дифракционных линий.

10. Результаты количественного фазового анализа и определения химического состава фаз в сплавах Al-Si-Ge с различным содержанием легирующих компонентов использовали для оптимизации состава припоев из этих сплавов и условий получения их в равновесном состоянии

- 142

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Бецофен, Максим Сергеевич, 2009 год

1. Starke Е.А., Csontos A.S. Aluminum alloys for aerospace applicatious. Aluminum alloys, vol.4, p 2077-2089, 1998.

2. Fridljander J.N., Sirjajava N.V., Ambarcumiun S.M. Dentsces Pat. №1519021, 1967, C.22c; 21/00

3. Елагин В.И., Захаров B.B. Металловедческие тенденции в развитии материалов на основе алюминиевых сплавов. В кн. Фундаментальные проблемы Российской металлургии на пороге XXI века. РАЕН, Отдел металлургии, Т2, М.: 1998, С.22-60.

4. Колачев Б.А., Елагин В.И., Ливанов В.А. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов. М.: МИСИС, 1999, 416 с.

5. Колобнев Н.И., Фридляндер И.Н. Алюминийлитиевые сплавы новый этап снижения массы летательных аппаратов. В сб. Авиационные материалы на рубеже XX-XXI веков. М.: ВИАМ, 1994, С.89-92.

6. Давыдов В.Г. Металловедческие и технологические исследования алюминиево-литтиевых сплавов на современном этапе. ТЛС, № 4, 1996. С. 15-25.

7. Елагин В.И. Основные направления развития высокопрочных алюминиевых сплавов на основе систем Al-Cu-Mg и Al-Zr-Mg-Cu для авиации, ТЛС, № 4, 1985, С.15.

8. Международный транслятор современных сталей и сплавов. Т.З./Под ред. Вс. Кершенбаума, М.: Наука и техника, 1999, 668 с.

9. Металловедение алюминия и его сплавов. Справ. изд./Отв. ред. И.Н. Фридляндер. М.: Металлургия, 1983, 280 с.

10. Елагин В.И. Развитие работ по легированию алюминиевых сплавов переходными металлами. ТЛС, № 9, 1989, С.5-14.

11. Елагин В.И. Легирование деформируемых алюминиевых сплавов переходными металлами. М. Металлургия. 1975. 248 с.12.