Диссертация (Исследование параметров технологии производства, структуры, механических свойств прессованных полуфабрикатов из гранулированных магниевых сплавов МА2-1 и МА14)

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕУЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ«МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ(национальный исследовательский университет)»На правах рукописиАВДЮХИНА АНАСТАСИЯ АЛЕКСЕЕВНАИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА,СТРУКТУРЫ, МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПРЕССОВАННЫХПОЛУФАБРИКАТОВ ИЗ ГРАНУЛИРОВАННЫХ МАГНИЕВЫХСПЛАВОВ МА2-1 И МА14Специальность 05.16.01 - Металловедение и термическая обработка металловДИССЕРТАЦИЯна соискание ученой степени кандидата технических наукНаучный руководитель: доктор технических наук, профессорОсинцев Олег ЕвгеньевичМосква – 20172СодержаниеВведение……………………………………………………………………….

4Глава 1 Общая характеристика деформируемых магниевых сплавов……. 101.1 Магний как основа деформируемых магниевых сплавов....... 101.2 Деформируемые магниевые сплавы…………………………. 191.2.1 Сплавы средней и высокой прочности........................... 191.2.2Сплавы, легированные отдельными редкоземельнымиметаллами………………………………………………...

37Ультралегкие магниевые сплавы на основе системыMg-Li…………………………………………………….. 431.3 Быстрозакристаллизованные магниевые сплавы…………… 471.4 Текстура и анизотропия механических свойств…………….. 541.2.3Заключение…………………………………………………………………….. 59Материалы для исследование, способы их получения и методикаГлава 2 проведения эксперимента…………………………………………... 622.1 Материалы и изготовление полуфабрикатов……………....... 622.1.1 Получение литой заготовки методом гранулирования. 64Получение литой заготовки методомполунепрерывного литья……………………………..… 672.1.3 Получение прессованных полуфабрикатов…………… 692.1.22.2Методика изучения структуры и определения свойствсплавов………………………………………………………….. 722.2.1 Исследование структуры сплавов……………………… 722.2.2Методика определения механических свойствсплавов…………………………………………………… 732.2.3Исследование содержания газовых примесей вгранулах сплавов МА14 и МА2-1……………………...

732.3 Рентгеноструктурный анализ…………………………………. 752.3.1 Текстурный анализ, метод обратных полюсных фигур 73Исследование структуры литой заготовки и формированияГлава 3 оксидной пленки на поверхности гранул………………………….. 793.1 Исследование структуры литой заготовки…………………… 793.2Исследование механизма выделения газовых примесей изгранул сплавов МА14 и МА2-1……………………………….. 913Выводы по главе 3……………………………………………………………..

95Исследование механических свойств, структуры, текстурыГлава 4 прессованных полуфабрикатов из гранулированных сплавовМА2-1 и МА14………………………................................................. 97Особенности технологии прессования магниевых сплавов с4.1 использованиемзаготовокизслитковигранул……………........................................................................ 974.2 Механические свойства прессованных полуфабрикатов изслитков и гранул сплавов МА2-1 и МА14 …………………..

106Исследование формирования текстуры в прессованных4.3 полуфабрикатах из сплавов МА2-1 и МА14, полученных изслитков и гранул……………………………………………….. 110Выводы по главе 4……………………………………………………………... 117Глава 5Исследование текстуры и анизотропии механических свойствдеформированных полуфабрикатов из сплавов МА2-1 и МА14... 1195.1 Текстура и анизотропия механических свойствпрессованных прутков из сплавов МА14 и МА2-1………….. 119Исследование текстуры и анизотропии механических5.2 свойств труб из сплава МА14, полученных методомгранульной технологии………………………………………...

142Выводы по главе 5…………………………… .………………………………. 153Общие выводы…..……………………………………………...……………… 154Список литературы……………………………………………...…………….. 157Приложения……………………………………………………………………. 1694ВведениеАктуальность темы исследованияРазвитиеавиакосмическойтехники, приборостроения, автомобильнойпромышленности и других отраслей машиностроения требует использования вконструкциях качественно новых легких и высокопрочных материалов,отличающихсявысокимиэксплуатационнымисвойствами,иболеесовершенными технологиями получения из них полуфабрикатов и изделий.

Ктаким материалам относится деформируемые магниевые сплавы. Главнымдостоинством этих сплавов перед другими конструкционными материаламиявляется малая плотность магния, что позволяет облегчить металлическиеконструкции, в частности, в авиации, ракетной техники и на транспорте [1-3].Из деформируемых магниевых сплавов изготавливают детали автомобилей исамолётов, а в последние годы магниевые сплавы стали широко применятся вэлектронной промышленности и приборостроении.Однако, магниевые сплавы, как конструкционный материал, имеют рядсерьезных недостатков:— низкий предел текучести на сжатие вдоль направления вытяжкипрессованных профилей, что существенно ограничивает применение магниевыхсплавов в машиностроительных конструкциях;— относительно низкая технологическая пластичность, обусловленнаядефицитом легких систем скольжения [4-7], в этом отношении магниевыесплавы существенно уступают сплавам на основе других металлов с ГЦКрешеткой.Поэтому использование метода быстрой кристаллизации дает возможностьповышения механических свойств, в частности предела текучести на сжатие итехнологической пластичности для магниевых сплавов и является актуальнойзадачей.Как показал опыт работы с алюминиевыми, магниевыми и никелевымисплавами, добиться получения нового комплекса физико-механических свойств5полуфабрикатов позволяют высокие скорости охлаждения при кристаллизациилитой заготовки [8-12].

В настоящей работе была применена технологиягранульнойметаллургии,диспергированиекотораяструктуры,позволяетповышениеобеспечитьпредельнойсущественноерастворимостилегирующих компонентов в твердом растворе, изменение морфологииструктурных составляющих и получение новых метастабильных фаз за счетувеличения скорости охлаждения при кристаллизации до 103÷105 К/с [9-14].Вкачествеобъектаисследованиябыливыбраныдваширокоприменяющихся в промышленности деформируемых магниевых сплава [1-3]:сплав средней прочности МА2-1 (Mg-Al-Zn-Mn) и высокопрочный сплав МА14(Mg-Zn-Zr). К достоинствам этих сплавов так же относится то, что они несодержат дефицитных и дорогих редкоземельных металлов (РЗМ), а такжепереходных металлов IIIА группы (скандий, иттрий).Цель работы:Сиспользованиемразличныхметодовбыстройкристаллизацииипроведения всесторонних исследований структуры и свойств, включаярентгеноструктурный анализ с построением полюсных фигур, разработатьопытно-промышленную технологию получения прессованных полуфабрикатовиз быстрозакристаллизованных магниевых сплавов МА2-1 и МА14.Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие задачи:1.На основе анализа литературных данных и предварительныхэкспериментов выбрать оптимальные параметры технологии получения гранул изсплавов МА2-1 и МА14, включающие охлаждающие среды и режимы дегазации.2.Разработать технологии прессования полуфабрикатов (прутков,полос, труб) сплавов МА2-1 и МА14 с определением температурно-скоростныхрежимов деформации и режимов упрочняющей термообработки (для сплаваМА14).3.Провести сравнительные механические испытания на растяжение исжатие в долевом и поперечном направлениях прутков из сплавов МА2-1 и6МА14, а также труб из сплава МА14, оценить уровень прочностных свойств и иханизотропию для полуфабрикатов, полученных из гранул и слитков.4.Исследовать текстуру полуфабрикатов сплавов МА2-1 и МА14 спостроением количественных обратных полюсных фигур, рассчитать изтекстурныхданныхпроанализироватьфакторыособенностиШмидадляанизотропиибазисногоскольжениямеханическихисвойствполуфабрикатов на основе текстурных характеристик анизотропии.Научная новизна1.На основании изучения кинетики выделения газовых примесей придегазации гранул из магниевых сплавов МА2-1 и МА14 установлено, чтоповерхностный водород наиболее интенсивно выделяется в трех температурныхинтервалах и на этом основании рекомендуется использовать ступенчатыйнагрев при дегазации с выдержками при температурах наиболее интенсивноговыделения водорода.2.Впервые для получения гранул из сплава МА14 в качествеохлаждающей среды использовали газообразнный гелий, который благодаряболее высокой теплопроводности по сравнению с жидким азотом обеспечилболее высокую скорость кристаллизации, что способствовало диспергированиюструктуры: размера дендритного параметра и частиц интерметаллидных фаз награницах дендритных ячеек.3.Показано, что в деформированных из гранул полуфабрикатах изсплавов МА2-1 и МА14 интенсивность призматической текстуры существеннониже, чем в прутках из слитка из-за того, что между гранулами на начальныхстадиях формоизменения отсутствует жесткое сцепление, в результате чегоснижается доля энергии деформации, идущей на текстурообразование.4.Установлено,чтоослаблениепризматическойтекстурывпрессованных из гранул полуфабрикатах из сплавов МА2-1 и МА14способствует повышению предела текучести на сжатие в осевом направлениипрутков, а пониженное сцепление между гранулами по сравнению с зернами в7слитке приводит к снижению прочности на растяжение в поперечномнаправлении прутков.5.Предложенаметодикаколичественнойоценкивкладакристаллографической и механической текстуры в анизотропию свойствмагниевых полуфабрикатов с помощью коэффициентов «текстурной» и«прочностной» анизотропии.Теоретическая и практическая значимость:1.На сновании анализа теплофизических свойств охлаждающих средпри получении гранул произведена замена охлаждения литой заготовки вжидком азоте на охлаждение в газообразном гелии и разработана на этой основетехнология получения гранулированных прессованных полуфабрикатов изсплавов МА2-1 и МА14.2.В результате установления закономерностей и механизма процессадегазации гранул вместо традиционного дегазационного отжига с длительнойвыдержкой предложен более экономичный режим отжига со ступенчатымнагревом с кратковременными выдержками при трех температурах 75, 250 и400°С, при которых наиболее интенсивно удаляется поверхностный водород изметалла.3.Показана возможность изготовления прессованных полуфабрикатовиз гранул по упрощенной и более экономичной технологии: прессованиемнепосредственно из насыпанных в контейнер гранул, минуя операциикомпактирования и дегазации (бескапсульное прессование).4.Показано, что предел текучести при сжатии в осевом направлениидля полуфабрикатов из гранул значительно выше, чем для изделий из слитка,что связано со снижением интенсивности призматической текстуры прутков изгранул по сравнению с прутками, полученными из слитка: для сплава МА2-1:114 МПа для прутка из слитка и 168 МПа для гранулированного сплава; длясплава МА14 соответственно 162 и 268 МПа, последний показатель являетсярекордным для магниевых сплавов.8Методология и методы исследованияМетодологической основой исследования послужили работы ведущихроссийских и зарубежных ученых, государственные стандарты РФ.Привыполненииисследования:работыбылииспользованыметаллографический,современныерентгеноструктурныйиметодымасс-спектрометрический анализы, испытания на растяжение, сжатие и ударнуювязкость.Положения, выносимые на защиту:1.