авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Обеспечение стабильности фазового состава и свойств износостойких латуней типа лмца для изготовления деталей автомобильного назначения

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи






Святкин Алексей Владимирович


Обеспечение стабильности фазового состава и свойств износостойких латуней типа ЛМцА для изготовления деталей автомобильного назначения

Специальность 05.02.01 – Материаловедение (машиностроение)




Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук













Самара – 2009

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Самарский государственный технический университет» на кафедре «Материаловедение и технология материалов» и управлении лабораторно-испытательных работ ОАО «АВТОВАЗ».

Научный руководитель – доктор технических наук, профессор

Муратов Владимир Сергеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

ВЫБОЙЩИК Михаил Александрович

кандидат технических наук, доцент

НОСОВА Екатерина Александровна

Ведущая организация – Ревдинский завод по обработке цветных сплавов

Защита диссертации состоится «11» декабря в 14 часов 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.217.02 ГОУ ВПО Самарский государственный технический университет по адресу: 443100, г. Самара, ул. Галактионовская, 141 (корпус №6), ауд. 28.

Отзывы по данной работе в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: Россия, 443100, Самара, ул. Молодогвардейская 244, Главный корпус на имя ученого секретаря диссертационного совета Д 212.217.02; факс: (846) 278-44-00.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Самарского государственного технического университета (ул. Первомайская, 18).

.

Автореферат разослан «___»______________2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

Д 212.217.02.

Доктор технических наук,

профессор Денисенко А.Ф.




ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ


Актуальность темы. До последнего времени сложнолегированные сплавы на основе меди с цинком крайне ограниченно использовались в отечественной промышленности. Для освоения массового производства проката из сложнолегированных антифрикционных латуней достаточно широкой номенклатуры, обеспечивающего потребность такого производства как ОАО «АВТОВАЗ», стал необходим ряд комплексных научно-исследовательских работ. Поскольку многие цветные сплавы, используемые в автомобилях LADA, были импортными, то в период экономического кризиса начала 1990-х остро встал вопрос о замене их на отечественные аналоги.



Внедрение отечественных цветных сплавов взамен импортных несколько затянулось. В частности, это касается внедрения сложнолегированных латуней повышенной износостойкости, применяемых в узлах автомобилей, работающих в условиях трения. Причинами этого можно назвать: недостаточную изученность кремнисто-марганцовистых латуней, несоответствие материалов, внедренных и стандартизованных в нашу промышленность, и сплавов, внедренных на АВТОВАЗе иностранными компаниями. При переходе на отечественные марки сплавов обозначился целый комплекс проблем, нестабильность свойств новых материалов на различных этапах изготовления и эксплуатации.

При изготовлении детали «втулка направляющая клапана» используются прутки из легированных латуней типа ЛМцА 58-2-1, разработанных институтом Гипроцветметобработка (г. Москва) на основе рекомендаций фирмы «PORSСHE». Однако технологические и потребительские свойства сплавов ЛМцА оказались неустойчивыми.

В процессе хранения на складах ОАО «АВТОВАЗ» часть прутков изготовленных из сплава ЛМцА утрачивала прямизну и круглость профиля. Прутки, которые первоначально были круглыми и прямолинейными оказывались неравномерно искривленными. Таким образом, это свидетельствовало о том, что прутки поставлялись на завод с недостаточно снятыми остаточными напряжениями, т.е. режим термообработки был выбран неверно и требовал корректировки. На всех стадиях обработки то получали чрезвычайно мелкую сыпучую стружку, которая пакетируется в стружечных канавках сверл и приводит к их преждевременному разрушению, то получали сливную стружку при точении, которая плохо удаляется из зоны резания. В период освоения сплава возникали проблемы в связи с низкой стойкостью режущего инструмента – резцов и сверл.

Для того чтобы оценить надежность и долговечность работы деталей из данных сплавов необходимо знать их механические, физические и технологические свойства. В настоящее время не существует научно обоснованных методов корректировки требований к химическому составу, учитывающих степень влияния каждого элемента сплава на фазовый состав. Методики прогнозирования фазового состава, в частности по методу коэффициентов Гийе, не учитывают варьирование химического состава сплава в пределах оговоренных техническими требованиями.

Все вышеизложенное обуславливает актуальность работы направленной на получение стабильных свойств заготовок и изделий из сплавов типа ЛМцА.

Цель работы: разработка химического состава и режимов термической обработки латуней типа ЛМцА, обеспечивающих заданные фазовый состав и структуру, которые гарантируют получение стабильных технологических свойств заготовок.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

- изучить изменение фазового состава латуней в зависимости от возможного содержания легирующих элементов в пределах, оговоренных техническими требованиями, выявить наиболее значимые элементы;

- исследовать влияние термообработки латуни типа ЛМцА на уровень остаточных напряжений, фазовый состав, структуру и свойства;

- провести корректировку требований к химическому составу сплава и режимов термообработки, с целью обеспечения стабильных свойств заготовок и изделий;

- разработать рекомендации по изменению технических условий, обеспечивающих стабильность фазового состава и свойств сложнолегированных латуней типа ЛМцА;

- выполнить промышленную апробацию разработанных рекомендаций.


Научная новизна работы

  1. Выявлено, что соотношение количества - и ' – фаз в латунях типа ЛМцА определяется изменением содержания меди, цинка и алюминия; изменение содержания железа, марганца, кремния и других элементов не оказывает значимого влияния на фазовый состав. Разработана методика прогнозирования фазового состава для сплавов данного типа, учитывающая изменение содержания химических элементов в сплаве, в пределах оговоренных техническими требованиями.
  2. Определены коэффициенты корреляции содержания элементов, входящих в состав сплава, с количеством - фазы. Значимый коэффициент корреляции имеет содержание меди (0,67); алюминия (-0,64) и цинка (-0,36).
  3. Определены функциональные зависимости, описывающие изменение количества - фазы от содержания в сплаве меди, алюминия, а так же от совместного их содержания меди и алюминия.
  4. Установлены закономерности влияния режимов отжига на уровень остаточных напряжений, фазовый состав, структуру и механические свойства латуней типа ЛМцА.


Практическая значимость и реализация результатов работы

  1. Установлены требования к химическому составу сплава типа ЛМцА, обеспечивающие содержание -фазы, не превышающее 40% об.
  2. Разработан режим отжига, гарантирующий снятие остаточных напряжений при обеспечении требуемого уровня механических свойств.
  3. Предложен метод прогнозирования фазового состава латуни по интервалам химического состава.
  4. Выявлены основные элементы, влияние которых необходимо учитывать при корректировке требований к химическому составу сплава.
  5. Корректировка требований к химическому составу и режимам обработки сплава позволила получить стабильные технологические и эксплуатационные свойства, уйти от проблем с обрабатываемостью.

Акт научно-технической комиссии о реализации научных положений, результатов и выводов работы в виде рекомендаций для составления новых технических условий на поставку представлен в приложении диссертации.


На защиту выносятся:

  1. Метод прогнозирования фазового состава латуней типа ЛМцА при изменении химического состава в пределах технических требований.
  2. Установленные корреляционные связи содержания различных химических элементов с фазовым составом сплавов.
  3. Установленные закономерности влияния отжига на фазовый состав латуней типа ЛМцА.
  4. Закономерности влияния отжига на уровень остаточных напряжений и свойства латуней типа ЛМцА.
  5. Функциональные зависимости изменения количества -фазы от содержания меди, алюминия, а так же зависимость изменения количества -фазы от совместного изменения содержания этих элементов в сплаве.


Апробация работы. Основные результаты работы доложены на 9 конференциях, в том числе, на III конференции «Технические науки и современное производство» (Лутраки (Греция), 2005 г.); II научной конференции с международным участием «Приоритетные направления развития науки, технологий и техники» (Шарм-эль-шейх (Египет, 2006 г); международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы трибологии», (Самара, 2007 г); научной международной конференции “Современные наукоемкие технологии”, (о. Тенерифе (Испания), 2008 г); научной международной конференции «Технические науки и современное производство» (Пекин (Китай), 2008 г); международной конференции «Физика прочности и пластичности» (г. Самара, 2009 г); III научной международной конференции «Развитие научного потенциала высшей школы» (Дубай (ОАЭ), 2009 г); международной научной студенческой конференции «Научному прогрессу – творчество молодых» (г. Йошкар-Ола, 2009 г); V Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы и перспективы развития авиации, наземного транспорта и энергетики «АНТЭ-09»» (г. Казань, 2009 г).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 17 печатных работ, в том числе 3 статьи в издании, рекомендованном ВАК России. Без соавторов опубликовано 3 работы.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы из 136 наименований и восьми приложений. Общий объем диссертации составляет 165 страниц текста, из них 122 страницы машинописного текста, 24 таблицы, 72 рисунка и 8 приложений на 22 страницах.


СОДЕРЖАНИЕ


Во введении обоснована актуальность темы, охарактеризованы научная новизна и практическая значимость результатов, изложены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе проведен анализ работ, связанных с изучением кремнисто-марганцовистых латуней и особенностями их производства. Глава является аналитическим обзором литературы и содержит сведения о классификации латуней, используемых для изготовления антифрикционных деталей, анализ фазовых составляющих, их химический состав. Особая роль отведена изучению химического состава силицидов входящих в состав латуней данного класса. Оценивается существующий метод прогнозирования фазового состава на основе коэффициентов Гийе и его недостатки. На основе анализа проведенных ранее исследований и существующих проблем сформулированы цель и задачи работы

Вторая глава посвящена обоснованию выбора исследуемых сплавов, образцов, реактивов, оборудования, а так же методов испытаний и исследований.





Количественную оценку структурных составляющих сплавов выполняли с помощью микроскопа Polivar-Met (ф. Reichert, Австрия) и цифровой видеосистемы. Автоматический подсчет фаз выполнялся в программной среде «SIAMS 600» ф. Siams г. Екатиринбург. Анализировали поля зрения, содержащие 200 - 500 участков и фаз, силицидных частиц, что позволило определять объемную долю фаз с абсолютной ошибкой не более 2 %, а размер частиц – с относительной ошибкой не более 10 % от измеряемой величины при доверительной вероятности 0,95.

Определение объемной доли фазы и силицидов при ручном подсчете доли фаз осуществлялось по точечному методу А.А.Глаголева.

Количество измерений, отбор проб, подготовку экспериментов проводили в соответствии с рекомендациями и указаниями ГОСТ 25086 «Цветные металлы. Общие требования к методам анализа», ГОСТ 21073.0 «Металлы цветные. Определение величины зерна. Общие требования», ГОСТ 21073.1 «Металлы цветные. Определение величины зерна методом сравнивания со шкалой микроструктур».

Напряжения рассчитывали по следующей методике. От партии прутков отбирали прутки и проводили замеры уровня остаточных напряжений. Для чего проводили распил прутка на длину равную десяти диаметрам, напряжения рассчитывали в зависимости от ширины раскрытия распила по формуле (Макаревич С.С.):

, где d – диаметр прутка, h – раскрытие прутка на торце за вычетом ширины фрезы, Е – модуль упругости, l – длина распила, – коэффициент Пуансона.

Для анализа макроструктуры, использовали микроскоп стереоскопический SM-XX (ф. Carl Zeiss, Германия). Для изучения и анализа микроструктуры сплава использовались микроскоп металлографический LEICA DM LM/P (ф. Leica, Германия), для изучения и фотографирования структуры фотомикроскоп Polivar-Met (ф. Reichert, Австрия). Для измерения твердости по методу Виккерса использовали микротвердомер Wilkers мод.536, (ф. Karl Frank, США), по методу Бринелля твердомер бривископ ХПО-250, СССР, по методу Роквелла твердомер ТКС, СССР. При проведении испытаний на растяжении использовали универсальную разрывную машину EU 40 производства ГДР. Термообработку проводили в муфельных электропечах производства СССР.

При проведении рентгеноструктурного анализа, а так же в качестве электронного микроскопа использовали микроанализатор «CAMEBAX» ф. Cameca (Франция). Так же использовали электронный сканирующий микроскоп Leo 1455VP ф. Zeiss, Германия.

Для получения фотоизображений использовали видеокамеру (входящую в состав комплекса оборудования для количественного анализа изображений ф. Siams, Россия), цифровой фотоаппарат ф. Canon мод. S51S.

Для подготовки образцов и шлифов использовали отрезной станок DISCOTOM-2 ф. Struers, Дания. Пресс для заливки образцов PRESTOPRESS. Комплекс шлифприготовительного оборудования METASINEX и полировальный станок ф. «Buhler», Австрия.

В третьей главе проводится разработка методики прогнозирования фазового состава сплава на основе химического состава для латуней данного класса, а так же приводится методика изучения влияния отдельных элементов на фазовый состав.

Используя диаграмму состояния Cu – Zn можно определить фазовый состав латуни:

  1. при Zn < 35,5% - одна фаза - (100% состава).
  2. при Zn > 45,8% - одна фаза - (100% состава).
  3. при 35,5% < Zn < 45,8% - латунь двухфазового состава.

Указаные пределы определяют равновесный фазовый состав, соответствующий диаграмме состояния Cu – Zn при температуре 200° С. В этом случае процентное содержание фаз можно легко рассчитать по «правилу отрезков». В общем случае, формулы определяют равновесный фазовый состав сплава после рекристаллизационного отжига с последующим медленным охлаждением, что соответствует диаграмме состояния Cu – Zn при температуре 200° С. Однако, в процессе производства фиксируется состав фаз отличный от равновесного. Из опыта наблюдения за промышленными партиями металла известно, что сразу после горячего прессования с последующим естественным остыванием формируется неравновесный фазовый состав, который соответствует на диаграмме температуре около 600° С:

Для достаточно точного описания фазового состава сложнолегированных латуней по диаграмме Cu – Zn обычно пользуются коэффициентами Гийе. Однако в латунях типа ЛМцА некоторые легирующие элементы (Fe, Ni, Mn, Si) полностью или частично входят в состав силицидов (Mn,Fe)5Si3, а свинец вообще практически полностью находится в свободном состоянии. Таким образом, входящие в формулу концентрации отдельных элементов в матрице легированного сплава могут существенно отличаться от химического состава латуни оговоренном в нормативной документации, в то же время свинец следует исключить из расчета цинкового эквивалента целиком.

При этом не составит труда оценить объемную долю элементарного свинца в структуре легированной латуни (Котов Д.А., Мысик Р.К. и др.):

где латуни = 8,2…8,4 кг/дм3; свинца = 11,3 кг/дм3 – плотность соответственно латуни и свинца.

Кроме того, из расчета цинкового эквивалента для легированных кремнисто-марганцовистых латуней так же следует исключить элементы, входящие в состав силицидов. Помимо кремния в состав силицидов входят железо, марганец и – в отдельных случаях – никель. Атомы данных металлов при определенных условиях могут взаимно замещать друг друга. В этой связи говорят о силицидах переменного химического состава, который в общем случае отвечает приближенной стехиометрической формуле Mе5Si3.

Содержание силицидов в латуни может быть рассчитано по формуле (Котов Д.А., Мысик Р.К. и др.):

где Me5Si3 6,0 кг/дм3 – средняя плотность силицидов железа и марганца.

Итого, когда в структуре сложнолегированной латуни кроме - и -фаз присутствуют силициды и свинец, необходимо осуществлять пересчет на суммарный состав по следующим отношениям:

= k·; = k·', объемн. %

где k – поправочный коэффициент и рассчитывается по формуле:

Для прогнозирования разброса химического состава легированных латуней при серийной в индукционной печи выплавке в производственных условиях использовали метод случайных реализаций Монте-Карло. Исходя из того, что требования нормативной документации к химическому составу в общем случае оговаривают:

    • двухсторонние допустимые интервалы содержания основных элементов, например для i-го элемента Imin I Imax
    • односторонние допустимые интервалы содержания примесей, например для j-й примеси J< Jmax.

Процентное содержание в латуни элемента типа I или J является случайной величиной и подчиняется нормальному закону распределения. Если не действует никаких внутризаводских ограничений либо дополнительных регламентирующих соображений по химическому составу, то математическое ожидание этой величины () совпадает с серединой допустимого интервала. Среднеквадратичное отклонение () подчиняется «правилу трех сигм»: максимально и минимально допустимые содержания равны среднему значению плюс-минус три среднеквадратичных отклонения.



Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.