Технология получения композиционных материалов на основе алюминия, упрочненных дисперсными наночастицами ZrO2 и SiC в поле центробежных сил центрифуги
Диссертация
При кристаллизации удельный объем подавляющего большинства металлов и сплавов уменьшается (исключение составляют галлий, висмут, сурьма и полупроводники — кремний, германий и их сплавы). Уменьшение объема в период кристаллизации называется объемной усадкой кристаллизации. Ее определяют как выраженную в процентах разность удельных объемов жидкого сплава при температуре ликвидуса и твердого сплава… Читать ещё >
Содержание
- ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
- 1. 1. Теория активного энергетического воздействия на расплавы с 7 целью получения новых материалов
- 1. 2. Изменения в структуре и свойствах металлов и сплавов 11 протекающие при кристаллизации под давлением
- 1. 2. 1. Фазовые равновесия в сплавах при высоких давлениях
- 1. 2. 2. Влияние давления на параметры кристаллизации
- 1. 2. 3. Влияние давления на усадочные процессы в металлах и сплавах
- 1. 2. 4. Влияние давления на физические свойства металлов и сплавов
- 1. 3. Совместное влияние давления и вибрации на структуру и 23 свойства металлов и сплавов
- 1. 4. Влияние давления на структуру и свойства алюминия и сплавов 25 на его основе
- 1. 5. Механизм упрочнения материалов наночастицами
- 1. 6. Выводы, цель и задачи исследования
- ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
- 2. 1. Получение композиционных материалов на основе алюминия
- 2. 1. 1. Характеристики применяемых материалов
- 2. 1. 2. Характеристики и состав упрочняющих дисперсных частиц
- 2. 1. 3. Технология получения образцов
- 2. 1. 4. Оборудование для проведения центрифугирования
- 2. 1. 4. 1. Методика определения коэффициента гравитации
- 2. 1. 4. 2. Методика введения упрочняющих частиц в расплав
- 2. 1. Получение композиционных материалов на основе алюминия
- 2. 2. Определение физико-механических и эксплуатационных 47 свойств полученных композиционных материалов
- 2. 2. 1. Определение твердости и микротвердости
- 2. 2. 2. Определение прочности на растяжение, изгиб и ударную 49 вязкость
- 2. 2. 3. Испытания на коррозионную стойкость 5 О
- 2. 2. 4. Испытания на жаростойкость
- 2. 2. 5. Исследования износостойкости и трибологические испытания 53 2.3. Оборудование и методики изучения структуры
- 2. 3. 1. Микроструктурный анализ
- 2. 3. 2. Электронная микроскопия
- 2. 3. 3. Микрорентгеноспектральный анализ
- 2. 3. 4. Рентгеноструктурный анализ
- 3. 1. Влияние состава упрочняющих нанодобавок и их количества на 62 структуру и свойства композиционных материалов на основе алюминия
- 3. 2. Влияние режимов центрифугирования на структуру и свойства 72 композиционных материалов на основе алюминия упрочненных наночастицами
- 3. 3. Структура и состав композиционных материалов на основе 73 алюминия упрочненных наночастицами
- 3. 4. Выводы
- 4. 1. Механические свойства композиционных материалов на основе 85 алюминия упрочненных наночастицами
- 4. 1. 1. Твердость
- 4. 1. 2. Микротвердость
- 4. 1. 3. Прочность на растяжение
- 4. 1. 4. Прочность на изгиб
- 4. 1. 5. Ударная вязкость 90 4.2. Эксплуатационные свойства композиционных материалов на 93 основе алюминия упрочненных наночастицами
- 4. 2. 1. Литейные свойства
- 4. 2. 2. Жаростойкость
- 4. 2. 3. Коррозионная стойкость
- 4. 2. 4. Трещиностойкость
- 4. 2. 5. Трибологические свойства 103 4.3 Выводы
Список литературы
- Чернышова, Т. А. Взаимодействие металлических расплавов с армирующими наполнителями / Т. А. Чернышова, Л. И. Кобелева, П. Шебо,
- A.B. Панфилов. -М.: Наука, 1993. 272 с.
- Карпинос, Д.М. Новые композиционные материалы / Д. М. Карпинос, Л. И. Тучинский, Л. Р. Вишняков. — Киев.: Вища школа, 1977. 312 с.
- Тарнопольский, Ю.М. Пространственно-армированные композиционные материалы: справочник / Ю. М. Тарнопольский, И. Г. Жигун, В. А. Поляков.-М.: Машиностроение, 1987. — 244 с.
- Композиционные материалы: справочник / Л. Р. Вишняков и др. — Киев.: Наукова думка, 1985. 592 с.
- Алюминиевые и магниевые сплавы, армированные волокнами / B.C. Иванова и др. М.: Наука, 1974. 200 с.
- Портной, К.И. Дисперсно-упрочненные материалы / К. И. Портной, Б. Н. Бабич. М.: Металлургия, 1974. 200 с.
- В. В. Стацура. Перспективы создания литейных композиционных материалов типа AI А12 03*Si02 / В. В. Стацура, В. В. Леонов, Л. И. Мамина, Л. А. Оборин, А. И. Черепанов // Литейное производство. 2003. — № 2. — С. 11−12.
- Гаврилин И. В. Новое в технологии композиционного литья/ И.
- B.Гаврилин // Литейное производство. 1996. № 9. — С.4−5.
- Эскин Г. И. Устранение структурной неоднородности композитов на основе алюминиевых сплавов с целью повышения их качества / Г. И. Эскин, Б. И. Семенов, Д. Н. Лобков // Литейное производство. 2001, — № 9. С.2−8.
- Семенов Б. И. Освоение композитов путь к новому уровню качества материалов и отливок / Б. И. Семенов // Литейное производство. 2000.- № 8. -С. 6−9.
- Современные композиционные материалы / Под ред. Л. Браутмана и Р. Крока. М.: Мир, 1979. 671 с.
- Пат. 2 177 047 РФ, МКИ 7 С 22 С 1/02 Способ получения сплава на основе алюминия / В. А. Моисеев, В. В. Стацура, Ю. И. Гордеев, В. В. Летуновский РФ. Заявл. 18.07.2000- опубл. 20.12.2001. 3 с.
- Панфилов А. В. Литые композиционные материалы в машиностроении / А. В. Панфилов // Литейное производство. 1995. № 4−5. — С. 20.
- Панфилов А. В. Влияние технологических факторов на пористость и усадку литых композиционных материалов / А. В. Панфилов // Литейное производство. 1996, — № 9. С. 6−7.
- Гаврилин И. В. Новое в технологии композиционного литья / И. В. Гаврилин, А. В. Свердлин // Литейное производство. 1996. № 9. — С. 4−5.
- Затуловский С. С. Литые композиционные материалы / С. С. Затулов-ский, А. В. Косинская // Литейное производство. 1997. № 8−9. — С. 30−31.
- Крушенко Г. Г. Упрочнение частиц TiA13 в алюминиевом композиционном материале / Г. Г. Крушенко, Б. А. Балашов // Литейное производство. -1995.-№ 10.-С. 16−17.
- Семенов Б. И. Металломатричный шатун для двигателя внутреннего сгорания (ДВС) на основе алюминиевого сплава / Б. И. Семенов, Ким Сен Гук // Литейное производство. 1994. № 8.
- Пат. № 4 759 995 США, МКИ 3 / M. D. Skibo.- США, 1988.
- Laplante S. Extrusion of thixocast semi-solid A356−15SiCp cylindrical sections / S Laplante., N Legros // 4th Inf. Conference of Processing Semi-Solid Alloys and composites. Sheffild, 1996. P. 301−305.
- Пат. № 6 015 526 США/R. S. Bruski. 2000.
- Гаврилин И. В. Проблемы теории и практики литых композиционных материалов с алюминиевой матрицей / И. В. Гаврилин, H. Н. Белоусов // Тез. докл. на 26-й сессии Научного совета: Композиционные материалы и опыт их применения. Киев, 1990.
- Гаврилин И. В. Разработка теории и технологии композиционного литья // Автореф. дисс. д-ра техн. наук, / Л., 1991.
- Панфилов А. В. Повышение свойств литейных алюминиевых сплавов / А. В. Панфилов, И. В. Гаврилин // Тез. межресп. науч.-практ. конф. Чебоксары, 1989.-С. 89−90.
- Борисов В. Г. Получение литейных композитов на металлической основе /
- B. Г. Борисов // Литейное производство, — 1992, — № 6. С. 16−17.
- Шумихин В. С. Композиционные сплавы на основе алюминия / В. С. Шумихин, А. К. Билецкий, А. А. Щерецкий // Литейное производство. 1992. -№ 9.-С. 13−14.
- Белоусов Н. Н. Литье с кристаллизацией под давлением композитов на алюминиевой основе / Н. Н. Белоусов // Литейное производство. 1992. № 6. -С. 14−16.
- Батышев К. А. Затвердевание отливок из композиционных материалов с металлической матрицей / К. А. Батышев // Литейное производство. 1994. -№ 4.-С. 22−23.
- Панфилов А. В. Литые композиционные материалы, армированные тугоплавкими дисперсными частицами / А. В. Панфилов // Литейное производство. 1993. -№ 6. -С. 15−18.
- Борисов В. Г. Новые композиционные материалы на алюминиевой основе для машиностроения / В. Г. Борисов, А. А. Казаков // Цветные металлы. -1997.-№ 4. -С. 71−73.
- Калужский Н. А. О новом методе синтеза алюминиевых сплавов и композиционных материалов на их основе / Н. А. Калужский, В. Г. Борисов // Технология легких сплавов. 1990. -№ 12.-С. 9−11.
- Затуловский А. С. Триботехнические композиционные материалы / А.
- C.Затуловский // Литейное производство. 1997. № 8−9. — С. 27−29.
- Гаврилин И. В. Литые композиционные материалы / И. В. Гаврилин // Литейное производство. 1995. № 4−5. — С. 19−20.
- Термоциклическая обработка композиционных материалов на алюминиевой основе / А. В. Панфилов // Литейное производство. 1997. № 5. -С. 35.
- Чернышева Т. А. Структурная самоорганизация металлокомпозитов в условиях трения / Т. А. Чернышева, JI. И. Кобелева, А. В. Панфилов // Литейное производство. 1997. № 5. — С. 45.
- А. В. Панфилов. Дисперсно-наполненные износостойкие и антифрикционные композиционные материалы на основе алюминиевых сплавов / А. В. Панфилов, И. К. Каллиопин, Ю. Г. Корогодов, А. А. Панфилов // Литейное производство. 1997. № 5. -С. 33−34.
- Беляевский Г. И. Получение биметаллических отливок с вкладышами из дисперсно-упрочненных композитов / Г. И. Беляевский, Е. П. Шалунов // Литейное производство. -1991. № 3. С. 15−16.
- Приборы и методы физического металловедения: Пер. с англ. / Под ред. Ф. Вейнберга. М.: Мир, 1973.
- Temperature, Its Measurment and Control in Science and Industry, Vol. 3, ed. By Herzfeld C.M. (Part 1 ed. By Brickweed F.G.). Reinhold. 1962, P. 561 735.
- Forsythe W. E. Temperature, Its Measurment and Control in Science and Industry, Vol. 1, ed. by Brickweed F.G.). Reinhold- New York, 1941, P. 11 151 131.
- Kostkowski H. J., Lee R.D. // Temperature, Its Measurment and Control in Science and Industry, Vol. 3, ed. By Herzfeld C.M. (Part 1 ed. By Brickweed F.G.).-Reinhold, 1962.-P. 449−481.
- Lovejoy D.R. Temperature, Its Measurment and Control in Science and Industry, Vol. 3, ed. By Herzfeld C.M. (Part 1 ed. By Brickweed F.G.). Reinhold, 1962.-P. 487−506.
- Harrison T. R. Radiation Pyrometry and Its Underlying Principles of Radiant Heat Transfer / T. R. Harrison. New York, 1960.
- Temperature, Its Measurment and Control in Science and Industry, Vol. 3, ed. By Herzfeld C.M. (Part 2 ed. by Dahl A.L.).- Reinhold, New York, 1962. P. 407 433.
- Золотаревский В. С. Структура и прочность литых алюминиевых сплавов /В. С. Золотаревский. М.: Металлургия, 1981.
- Кристаллография, рентгенография и электронная микроскопия /Я. С. Уманский, Ю. А. Скаков, А. Н. Иванов, JI. Н. Расторгуев. М.: Металлургия, 1982.
- Золотаревский В. С. Механические свойства металлов. М.: Металлургия, 1983.-352 с.
- В. В. Стацура. Ультрадисперсные порошки в литейном производстве / В. В. Стацура, JI. А. Оборин, А. И. Черепанов и др. // Ультрадисперсные порошки, наноструктуры, материалы: Материалы всерос. науч.- техн. конф. Красноярск, — октябрь 2003. С. 263.
- Меткалф А. Поверхности раздела в металлических композитах. М.: Мир.-1978. С. 79−80.
- Композиционные материалы: сб. докладов IV Всесоюзной конференции по композиционным материалам. — М. 1981. — 304 с.
- Сб. тезисов докладов Московской международной конференции по композитам. Москва, 1990. Часть I — 294 е.- Часть II — 288 с.
- Крейдер, К. Композиционные материалы с металлической матрицей / под ред. К. Крейдера. -М.: Машиностроение, 1978. Т.4. 503 с.
- Браутман, JI. Композиционные материалы: в 8-ми т. / под ред. JI. Браутмана, Р. Крока. М.: Машиностроение. 1978. — Т.4 — Композиционные материалы с мелаллической матрицей. — 504 с.
- Kryachek, V.M. Friction composites: Traditions and new solutions (review). II. Composite materials / V.M. Kryachek // Powder metallurgy and metal ceramics. 2005. -№ 44. P. 5−16.
- Das, S. Development of aluminium alloy composites for engineering application / S. Das // Trans. Indian Inst. Met. 2004. № 57. — P. 325−334.
- Kevorkijan, V. Functionally graded aluminium-matrix composites / V. Kevorkijan // American Ceramic Society Bulletin. 2003. № 82. — P. 33−37.
- Ramesh, K.C. Fabrication of metal matrix composite automotive parts / K.C. Ramesh, R. Sagar // Journal of Advanced Manufacturing Technology. — 1999. -№ 15.-P. 114−118.
- Purohit, R. Fabrication of cam using metal matrix composites / R. Purohit, R. Sagar // Journal of Advanced Manufacturing Technology. — 2001. № 17. P. 644 648.
- Ranganath, S. A review on particulate — reinforced titanium matrix composites / S. Ranganath // Journal of Materials Science. 1997. № 32. — P. 1−16.
- Keiner, K.U. Die Partikeln und die Fasern fiir Metall Matrix Verb undwerkstoffe / K.U. Keiner // Metallishe Verbundwerkstoffe. Wien: DGM Verlag. 1993. S. 43−58.
- Чернышева, Т.А. Дискретно армированные композиционные материалы с матрицами из алюминиевых сплавов и их трибологические свойства / Т. А. Чернышева, Л. И. Кобелева, Л. К. Болотова // Металлы. 2001. № 6. — С. 85−98.
- Буше, Н.А., Миронов А. Е., Маркова Т. Ф., Новые алюминиевые сплавы взамен традиционных материалов / Н. А. Буше, А. Е. Миронов, Т. Ф. Маркова // Приводная Техника. — 2003. № 5. — С. 57−62.
- Чернышова, Т.А. Дисперсно-наполненные композиционные материалы на базе антифрикционного силумина для узлов трения скольжения / Т. А. Чернышова, Л. И. Кобелева, Т. В. Лемешева // Перспективные материалы. — 2004. № 3.-С. 69−75.
- Hosking, F.M. Composites of aluminum alloys: fabrication and wear behaviour / F.M. Hosking et. al. // Journal of Materials Science 1982. № 17 — P. 477 498.
- Thakur, S.K. The influence of interfacial characteristics between SiCp and Mg/Al metal matrix on wear, coefficient of friction and microhardness / S.K. Thakur, B.K. Dhindaw // Wear. 2001. № 247. -P. 191−201.
- Feest, E.A. Interfacial phenomena in metal-matrix composites / E.A. Feest // Composites. 1994. V. 25, № 2. — P. 75−86.
- Lloyd, D.J. Aspects of fracture in particulate reinforced metal matrix composites / D.J. Lloyd // Acta Metallurgica et Materialia 1991. № 39 — P. 59−71.
- Kennedy, A.R. Characterizing particle-matrix interfacial bonding in particulate Al-TiC MMCs produced by different methods / A.R. Kennedy, S.M. Wyatt // Composites: Part A. 2001. № 32. — P. 555−559.
- Kennedy, A.R. The microstructure and mechanical properties of TiC and TiB2 reinforced cast metal matrix composites / A.R. Kennedy, A.E. Karantzalis, S.M. Wyatt // Journal of Materials Science 1999. № 34. — P. 933−940.
- Karantzalis, A.E. The mechanical properties of Al-TiC metal matrix composites fabricated by a flux casting technique / A.E. Karantzalis, S.M. Wyatt, A.R. Kennedy // Materials Science and Engineering A. 1997. № 237. -P. 200−206.
- Shipway, P.H. Sliding wear behavior of aluminium-based metal matrix composites produced by a novel liquid route / P.H. Shipway, A.R. Kennedy, A.J. Wilkes//Wear. 1998. № 216. — P. 160−171.
- Unlu, B.S. Investigation of tribological and mechanical properties of AI203-SiC reinforced A1 composites manufactured by casting or P/M method /B.S. Unlu // Materials and Design. 2008. № 29. — P. 2002−2008.
- Synthesis of TiC/Al composites in liquid aluminium / Jiang W.H. et. al. // Materials Letters. 1997. № 32. — P. 63−65.
- Tong, X.C. Al-TiC composites in-situ-processed by ingot metallurgy and rapid solidification technology: Part I. Microstructural evolution / X.C. Tong, H.S. Fang // Metallurgical Materials Transactions A. 1998. № 29. — P. 875−891.
- Merzhanov, A.G. Self-propagating high temperature synthesis: Twenty years of search and findings / Eds. Z.A. Munir et. al. // Combustion and plasma synthesis of high temperature materials. -N.Y.: VCHPubl. 1990. P. 1−53.
- Поведение при сухом трении скольжения дисперсно наполненных композиционных материалов на базе алюминиевых сплавов с различным уровнем прочности / Т. А. Чернышова и др. // Перспективные материалы. 2005. -№ 3. С. 38−44.
- Гусев, С.С. Использование методов центробежного литья для получения изделий из композиционных материалов с упрочненной поверхностью / С. С. Гусев, Д. Н. Лобков, С. С. Казачков // Материаловедение. 1999. -№ 5.-С. 50−53.
- Семенов, А.П. Методы и средства упрочнения поверхностей деталей машин концентрированными потоками энергии / А. П. Семенов. — М. Наука, 1992.-352 с.
- Влияние тугоплавких наночастиц на модификацию структуры металломатричных композитов / Т. А. Чернышова и др. // Металлы. 2007. -№ 3. С. 79−84.
- A.c. 1 210 469 (СССР) МКИ6, С 22 cl/Об. Способ получения алюминиевых сплавов. / Золотухин В. А., Катышев Г. И., Боргояков М. П. и др. № 3 670 041/02, Заявлено 7.12.83 Опубл. 9.06.95. Бюл. 16.
- A.c. 1 663 039 (СССР) МКИ5, С 22 cl/02. Способ получения алюминиевых сплавов. / Шаповалова О. М., Геращенко И. И., Нагорный В. М. и др. № 4 398 109/02, Заявлено 23.03.88 Опубл. 15.07.91. Бюл. 26.
- Цзя, Ц. Способы повышения усвоения легирующих элементов алюминиевыми сплавами / Ц. Цзя, П. Ли, Ю. Чень // Литейное производство. 1990. -№ 11. С. 30−31.
- Уваров, В.В. Об использовании легирующих таблеток при выплавке алюминиевых сплавов / В. В. Уваров, H.A. Дроздов // Сб. научных трудов Всероссийского совещания материаловедов России // Ульяновск.: типография УлГТУ. 2006. С. 81−85.
- Рыжиков А. А., Марков В. В. // Литейное производство 1966. — № 8. — С. 11 — 14.
- Касум зеде Н. Г. Изменение структуры и свойств стали под влиянием физико — химических факторов, действующих при разливке. — Баку: Азнефтеиздут, 1957.-147 с.
- Вейник А. И. Расчет отливки. М.: Машиностроение, 1964. — 187 с.
- Белоусов Н. Н. Модифицирование силуминов. Киев: Изд. ИПЛ АН УССР, 1970.-230 с.
- Contribution of Orowan strengthening effect in particulate-reinforced metal matrix nanocomposites // Materials Science and Engineering A A, In Press, Corrected Proof, Available online 10 May 2007, Z. Zhang and D.L. Chen- P. 140 144.
- Белоусов H. H., Варич H. И., Щербаков Г. И. Теплофизика в литейном производстве. Минск, изд. АН БССР, 1963. — 195 с.
- Методика определения экономической эффективности использования в народном хозяйстве новой техники, изобретений и рационализаторских предложений. М.:Экономика, 1977 — 44 с.
- Косевич М. В. Структура межкристаллитных и межфазных границ. М.: Мир, 1980. — 245 с.
- Орлов А. Н. Геометрические и энергетические аспекты атомной структуры межзеренных границ. В кн.: Атомная структура межзеренных границ. -М.: Металлургия, 1980. 186 с.
- Шиняев А. Я. Фазовые превращения и свойства сплавов при высоком давлении. М.: Наука, 1973. — 274 с.