Search academic texts

Registration Number

0525U000339, Doctoral dissertation

Status

Доктор технічних наук, 05.16.04, Ливарне виробництво

Date

11-09-2025

popup.evolution

o

Title

Aluminum alloys with elevated high-temperature strength for responsible application parts and processes of their production

Author

Mykhailo M. Voron, Кандидат технічних наук

popup.advisor Anatoliy V. Narivskiy
popup.opponent Valeriy V. Naumyk
popup.opponent Mykhailo M. Yamshynskyi
popup.opponent Vadym Y. Selivorstov

Description

В роботі розглянуто актуальність та проблематику розробки ливарних жароміцних алюмінієвих сплавів з підвищеним рівнем механічних властивостей та експлуатаційних характеристик. Показано, що протягом тривалого часу постійно існує потреба у підвищені температурного порогу експлуатації алюмінієвих сплавів в середньому на 30…40 % – з 180…250 °С до 300…350 °С при теоретичній температурній межі жароміцності алюмінієвих сплавів 425 °С. Вирішення описаної задачі дозволяє суттєво підвищити надійність і довговічність деталей машин і механізмів, зменшити їх масу і підвищити енергетичну ефективність існуючих зразків автомобільної та військової техніки, енергетичних установок, тощо. Представлені дослідження направлені на встановлення закономірностей структуро- та фазоутворення серійних жароміцних сплавів системи Al-Si-Cu після комплексного модифікування та мікролегування, а також у дослідженні їх механічних властивостей за звичайних умов та при високих температурах. В якості модифікаторів було обрано Co, Cr, Mo, V, Zr, Ti та La, а в якості мікролегуючих добавок – Ni та Mg. Інша частина досліджень була присвячена розробці та дослідженню нових жароміцних сплавів на основі систем Al-Ni-La та Al-Fe-Mn-Ni, для яких в якості основних модифікаторів було обрано Ti, Zr та V, а в якості основних мікролегуючих добавок – Si, Cu, Mg, Mn та Li. Для забезпечення ефективного модифікування алюмінієвих сплавів, особливо – тугоплавкими компонентами, було розроблено нову ефективну технологію електронно-променевої виплавки лігатур на основі алюмінію з високим (5…15 % мас.) вмістом високореакційних і тугоплавких металів. За її допомогою в литих лігатурах вдається досягти зміни морфології деяких інтерметалідів з голчастої або пластинчастої на кубічну та одержати надзвичайно високу дисперсність модифікуючих фаз, що переважає показники промислових аналогів у 10-250 разів. Досліджено особливості та ефективність засвоєння лігатур електронно-променевої виплавки. Визначено особливості впливу багатокомпонентного модифікування біляевтектичних жароміцних силумінів системи Al-Si-Cu на прикладі сплаву А380 (AlSi9Cu3) кобальтом, хромом, ванадієм, молібденом, титаном, цирконієм і лантаном. Показано доцільність комплексного модифікування без застосування хрому та встановлено, що це призводить до підвищення міцності сплавів на 10…25% при кімнатних температурах на 10…40% та при 300 °С без зміни пластичності, що складає 145 та 110 МПа та 2 і 3% відповідно. Розроблено нові жароміцні сплави на основі системи Al-Ni-La з нанорозмірними волокнистими фазами в складі евтектики. Встановлено, що найбільш перспективні сплави системи Al-Ni-La містять 2-5% мас. нікелю та 10-12% мас. лантану. Додавання до їх складу Cu, Mg, Mn та Si забезпечує твердорозчинне зміцнення сплавів, а також стабілізує евтектичні складові, що дозволяє забезпечити майже незмінну міцність на рівні 140 МПа та пластичність близько 2% в інтервалі температур до 300 °С. Встановлено, що розроблені підходи легування сплавів майже не змінюють температури солідус та ліквідус у порівнянні з нелегованим евтектичним сплавом Al-5Ni-12La (% мас.). При цьому, також встановлено, що технологія їх приготування вимагає перегріву розплаву вище 800 °С. Було розроблено склади сплавів на основі системи Al-Fe-Mn-Ni, які демонструють структурну стабільність та міцність на рівні 150 МПа за звичайних умов та 80…120 МПа при 300 °С. При цьому їхня пластичність варіюється в межах 1…12% при кімнатних температурах та 1,4…19% при 300 °С, залежно від хімічного складу сплаву. Найкращий комплекс механічних властивостей належав сплаву Al-1,5Fe-1,1Mn-1,1Ni, який було додатково леговано хромом, магнієм та міддю. В литому стані його міцність перевищувала 150 МПа, а пластичність – 10%. Сплав добре піддавався деформаційній та термічній обробкам, тому за їх допомогою в ньому було досягнуто значень міцності на рівні 200…230 МПа при пластичності 5…8% за звичайних умов і 85…120 МПа та пластичності 7…13% при 300 °С. Для всіх експериментальних сплавів розроблено технологічні режими приготування їх розплавів, визначено температури солідус та ліквідус, а також інтервали кристалізації. Досліджено рідкоплинність та тріщиностійкість при литті всіх найбільш перспективних сплавів і визначено їхні температурні коефіцієнти лінійного розширення до 400 °С. Зі сплавів також виготовлено промислові зразки виробів відповідального призначення, які потребують високого рівня стабільності структурно-фазових характеристик та механічних властивостей в широкому інтервалі температур до 300 °С.

Registration Date

2025-08-07

popup.nrat_date

2025-08-07