Анотація до роботи:

Могилатенко В.Г. Наукові та технологічні засади модифікування ливарних алюмінієвих сплавів азотом і азотовмісними дисперсними тугоплавкими частинками. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.16.04 - Ливарне виробництво. - Фізико-технологічний інститут металів і сплавів НАН України, . - Київ, 2004.

Дисертацію присвячено створенню теоретичних та технологічних засад модифікування та зміцнення азотом і дисперсними тугоплавкими азотовмісними сполуками ливарних алюмінієвих сплавів.

Встановлено, що азот здатний дифундувати в алюмінії і його сплавах і вперше одержано температурно-концентраційні залежності коефіцієнту дифузії азоту в алюмінії та його бінарних сплавах з Si, Cu, Mn і Ti в інтервалі температур 1023-1223 К.

Визначено оптимальні межі вмісту азоту в сплавах при введенні його з газової фази та оптимальні кількості синтетичних нітридів у сплавах. Встановлено, що вплив нітридів на кінетику кристалізації алюмінію та його сплавів полягає в зміні розмірів продуктів первинної кристалізації, евтектик і внутрішньої будови зерен. Встановлено механізм подрібнення фазових і структурних складових силумінів дисперсними азотовмісними частинками.

Визначено вплив азоту і дисперсних нітридів на механічні властивості силумінів та взаємоз’язок структурних змін з механічними властивостями сплавів у литому та термообробленому стані. Показано, що дисперсні нітриди в сплавах постають як універсальний модифікатор, дисперсний зміцнювач, антикоагулятор структурних складових сплавів.

Наслідком модифікування стало значне підвищення механічних властивостей литва особливо з алюмінієвих сплавів забруднених залізом.

В результаті проведених досліджень з теоретичних і практичних аспектів взаємодії азоту і дисперсних тугоплавких азотовмісних частинок з ливарними алюмінієвими сплавами на стадіях рідкого металу, при формуванні структури сплавів під час кристалізації та в литому і термообробленому стані виявлені закономірності формування структури та механічних властивостей цих сплавів, а саме:

1. Встановлено, що при при взаємодії рідкого алюмінію з азото-водневою атмосферою при низьких значеннях парціального тиску водню у газовій суміші і при контактному куті змочування нітриду алюмінію розплавом більше 90^о, процес абсорбції азоту рідким алюмінієм є оборотний, а нітриди алюмінію утворюються при кристалізації та охолодженні металу. Розроблена методика дослідження взаємодії рідких сплавів на основі алюмінію з азотом азото-водневої суміші.

2. Вперше капілярним методом в інтервалі температур 1023...1223 К вивчена дифузія азоту в рідкому алюмінії та його сплавах з кремнієм, міддю, титаном і марганцем. Встановлено, що поверхневі процеси взаємодії азоту з алюмінієм не лімітують проникнення азоту скрізь розплав, а сам атом дифундує по розпорядкованій зоні розплаву. Температурні зміни коефіцієнта дифузії азоту носять експоненційний характер, що вказує на перевагу активаційного механізму дифузії азоту. Отримано аналітичні температурні залежності коефіцієнта дифузії азоту в рідких сплавах систем Al-Sі, Al-Cu, Al - Mn і Al - Tі.

3. Встановлено як умови виходу твердих частинок на поверхню поділу фаз, так і їх стабілізації в потоці рідкого металу, в залежності від фізичних, геометричних і фізико-хімічних властивостей частинки та розплаву, що дозволяє визначати технологічні параметри одержання будь-яких сплавів, зміцнених дисперсними частинками, що не змочуються розплавом.

4. Встановлено, що нітриди в рідкому алюмінії прискорюють гетерогенне зародкоутворення при кристалізації, а обробка нітридами за- і доевтектичних силумінів приводить до збільшення об'ємної частки евтектик і зменшення кількості первинних виділень a-фази чи кремнію при модифікуванні. Термін і температурні інтервали виділення фазових і структурних складових сплаву змінюються.

5. Встановлено універсальний характер впливу тугоплавких частинок на формування структури алюмінієвих сплавів, який полягає в зміні розмірів продуктів первинної кристалізації, евтектик і внутрішньої будови зерен. Подрібнення фазових і структурних складових силумінів дисперсними частинками нітридів пов'язане з обмеженням росту первинних фаз і евтектичного кремнію, виключенням можливості двійникування кремнію та прискоренням гетерогенного зародкоутворення при кристалізації складних залізовмісних евтектик. Введення нітридів приводить до перерозподілу домішок між фазовими складовими металу і збільшення дефектів структури.

6. Встановлено ектремальне зростання механічних властивостей сплавів в залежності від кількості азоту або нітридів у розплаві, що пов’язано з подрібненням a-фази і кремнію, евтектик і залізовмісних фаз, зв'язуванням домішки заліза в дрібні рівновісьні частинки і очищенням кремнієвої фази від домішок заліза, кисню, вуглецю та азоту.

7. Встановлено, що при вводі азоту чи синтетичних тугоплавких частинок суттєво підвищується тимчасовий опір розриву, відносне подовження і твердість сплавів в литому та термообробленому стані, знижується вміст водню в силумінах. В залежності від типу частинок, способу їх вводу в розплав, термообробки і способу лиття s_в зростає на 10-45 %, d - в 1,3-2,5 рази і твердість – на 3-30%.

8. Вперше за рахунок відсутності коагуляції кремнію при нагріві до евтектичної температури обгрунтовано застосоватно гартування та старіння сплаву АЛ2 для одержання підвищених механічних властивостей (відносне подовження - 19-21,5 %, що відповідає збільшенню в 2,1-2,4 раза по відношенню до вихідного матеріалу, при підвищенні тимчасового опору на 70-75 % і незмінній твердості на рівні литого матеріалу).

9. Розроблено способи введення тугоплавких частинок у рідкі розплави з високим ступенем їх засвоєння та склади нітридовміщуючих модифікаторів, а також визначені особливості їх застосування в залежності від переважного впливу розміру зерна або розміру і форми евтектичних фаз на механічні властивості литва.

10. Проведено дослідно-промислові випробування технології модифікування нітридами сплавів АК12, АК7, АК12М2МгН (АЛ25) та АМ4,5Кд з метою підвищення їх службових характеристик.

11. Результати проведеної роботи впроваджені в навчальний процес і використовуються при читанні курсу "Фізичні властивості металевих і шлакових розплавів" і "Литі композиційні матеріали".

Основний зміст дисертації опубліковано в наступних роботах:

1. Новые технологии упрочнения алюминиевых сплавов / Чернега Д.Ф., Могилатенко В.Г., Дятлов А.П., Коробко Б.П. // Киев. -УкрНИИНТИ. - 1989. - 40 с.

2. Диффузия и растворимость азота в жидком алюминии / Чернега Д.Ф., Дятлов А.П., Могилатенко В.Г.// Изв. вузов. Цветная металлургия. -1985. -№ 6.-С. 31-34.

3. Диффузия азота в жидких силуминах / Чернега Д.Ф., Дятлов А.П., Могилатенко В.Г. // Изв. вузов. Цветная металлургия. - 1986. - № 6. - С. 114-116.

4. Влияние ультрадисперсных частиц нитридов на механические свойства сплава АЛ9 / Чернега Д.Ф., Дятлов А.П., Качуро М.Ю., Малышенко А.А., Могилатенко В.Г., Смолянюк В.В.//Изв. вузов. Цветная металлургия. -1989. -№ 6. -С. 95 -99.

5. Модифицирование вторичных литейных алюминиевых сплавов частицами нитрида титана / Михаленков К.В., Могилатенко В.Г. // Прогрессивные литейные технологии и материалы: Сб. научн. трудов. Ред. Ю.З. Бабаскина. ИПЛ АН УССР. - Киев. - 1990. - С. 69-73.

6. Перераспределение елементов при термической обработке сплава АК7, содержащего ультрадисперсные нитриды / Чернега Д.Ф., Могилатенко В.Г., Шепелева Л.В. // МиТОМ. - 1991. - С. 37-38.

7. Свойства вторичных алюминиевых сплавов, модифицированных нитридом титана / Чернега Д.Ф., Бондарек З., Михаленков К.В., Могилатенко В.Г. // Литейное производство. - 1991. - № 3. - С. 6-7.

8. Взаимодействие тугоплавких включений с макротоками жидкого металла при выплавке алюминиевых сплавов / Могилатенко В.Г. // Процессы литья. - 1993. - № 2. - С. 53-63.

9. Модифицирование первичных выделений кремния в заэвтектическом силумине ультрадисперсными нитридами / Могилатенко В.Г. // Процессы литья. - 1993. - №3. - С. 55-61.

10. Применение новых флюсов для упрочняющей обработки алюминиевых сплавов / Чернега Д.Ф., Михаленков К.В., Могилатенко В.Г., Струина Т.А. // Процессы литья . - 1995. - № 3. - С. 82-88.

11. К вопросу об усваиваемости тугоплавких соединений жидкими алюминие-выми сплавами / Михаленков К.В., Чернега Д.Ф., Могилатенко В.Г., Моляр А.Г. // Процессы литья. - 1996. - № 1. - С. 3-10.

12. Получение дисперсноупрочненных и композиционных материалов на основе алюминия / Михаленков К.В., Могилатенко В.Г. // Процессы литья.-1996.- № 2.-С. 49-63.

13. Механизм модифицирования доэвтектических силуминов дисперсными тугоплавкими частицами нитрида титана / Могилатенко В.Г., Цветкова Л.В., Шепелев Д.В. // Процессы литья. - 1996. - № 3. - С. 25-29.

14. Новые аспекты в применении нитрида титана для упрочнения алюминиевых сплавов / Михаленков К.В., Могилатенко В.Г., Райф В. // Процессы литья. - 1997. - № 1. - С. 41-49.

15. Азотопроницаемость, коэффициент диффузии и растворимость азота в жидком алюминии и сплавах Al-Si / Могилатенко В.Г. // Процессы литья. - 1997. - № 3. - С. 24-33.

16. Плавлення і кристалізація алюмінію, модифікованого тугоплавкими частками / Могилатенко В.Г., Голуб Л.В., Кошелап А.В. // Металознавство та обробка металів. - 1998. - № 1-2. - С. 73-80.

17. Нитридные частицы как перспективный материал в технологии дис-персного упрочнения алюминиевых сплавов / Чернега Д.Ф., Михаленков К.В., Могилатенко В.Г., Прилуцкий М.И. // Теория и практика металлургии. – 1998. - № 2. – С. 50-54.

18. Технологія дисперсного зміцнення алюмінієвих сплавів нітридними частками / Чернега Д.Ф., Прилуцький М.І., Михаленков К.В., Могилатенко В.Г. // Наукові вісті. НТУУ “КПІ”. – 1998.- № 3.– С. 85-90.

19. Обработка низкотемпературной азотной плазмой силуминов АЛ2 и АК7 / Могилатенко В.Г. // Проблемы специальной електрометаллургии. – 1997. - №4. – С.27-31.

20. Некоторые технологические особенности получения отливок из сплава АМ4,5Кд / Михаленков К.В., Могилатенко В.Г., Чернега Д.Ф., Жаркая А.А. // Процессы литья. - 1999. - № 1. - С. 49-56.

21. Массоперенос азота в жидких сплавах алюминия с титаном и марганцем / Михаленков К.В., Могилатенко В.Г., Чернега Д.Ф. // Известия вузов. Черная метал- лургия. – 2001. - № 10. – С. 21-23.

22. Обработка плазмой тлеющего разряда жидкого алюминиевого сплава АК5М2 / Чернега Д.Ф., Могилатенко В.Г. // 5 konferencja naukowo-techniczna odlewnictwa metali niezelaznych “Nauka i technologia”. – Lucien. – 2002. – S. 38-42.

23. Влияние дисперсных тугоплавких частиц в расплаве на кристаллизацию алюминия и силумина / Чернега Д.Ф., Могилатенко В.Г. // Литейное производство (прилож. к журн.). – 2002. - № 12. – С. 6-8.

24.Термообработанные доэвтектические силумины, содержащие нитрид титана / Козлова З.Л., Могилатенко В.Г., Панкеева Л.А., Шепелева Л.В. // Процессы литья. - 1993. - № 2. - С. 111-116.

Додатково зміст дисертації опубліковано в роботах:

1. Обработка алюминиево-кремниевых сплавов низкотемпературной азотной плазмой / Чернега Д.Ф., Дятлов А.П., Могилатенко В.Г., Сабуров А.В. // Прогрессивн. технол. процессы в литейном произвве: Сб. научн. трудов. - Омск. - 1989. - С. 63-67.

2. The Refining of secondary alloy АК7 by ultradispersion nitride powder / Chernega D.F., Diatlov A.P., Mogilatenko V.G. // Problems in design and opera-tion of heavy duty machines and vehicles: Prace Naukowe Instytutu Konstrukcij i Eksploatacyi Masczyn. Seria Wspolpraca. - Wroclaw. - 1991. - № 62. - S. 86-91.

3. Наследственное влияние УДП при модифицировании алюминиевых сплавов / Чернега Д.Ф., Могилатенко В.Г. // Наследственность в литых сплавах: Материалы V научн.-технич. конфер. - Самара. - 1993. - С. 75-79.

4. Механизм модифицирования силуминов ультрадисперсными нитридами / Могилатенко В.Г., Шепелева Л.В. // Наследственность в литых сплавах: Материалы V научн.-технич. конфер. с междунар. участием. - Самара. - 1993. - С. 122-124.

5. Модифицирование алюминиевых сплавов тугоплавкими дисперсными порошками нитридов / Могилатенко В.Г., Чернега Д.Ф., Дятлов А.П., Михаленков К.В., Прилуцкий М.И.//Сб. научн. и методич. трудов КПИ. Часть I.- К.-1994.- С. 129 -131.

6. Применение флюсов для упрочняющей обработки алюминиевых сплавов / Чернега Д.Ф., Михаленков К.В., Могилатенко В.Г. // Ультрадисперсные порошки, материалы и наноструктуры. Получение, свойства, применение: Материалы межрегиональн. конфер. с междунар. участием. - Красноярск. - 1996. - С. 175 - 178.

7. New aspects of using titanium nitride for hardening aluminium alloys / Mikhalenkov K.V., Mogilatenko V.G.// Casting processes. – 1997. – Vol. 6. - № 1. – C. 29-34.

8. Нитридные частицы как перспективный материал в технологии упрочнения алюминиевых сплавов / Чернега Д.Ф., Михаленков К.В., Могилатенко В.Г. // Неметаллические включения и газы в литейных сплавах. Сборник научн. трудов VIII научн.-технич. конфер. - Запорожье: ЗГТУ.- 1997. - С. 179-181.

9. Азотопроницаемость, коэффициент диффузии и растворимость азота в жидком алюминии и силуминах / Чернега Д.Ф., Михаленков К.В., Могилатенко В.Г. // Неметаллические включения и газы в литейных сплавах. Сборник научн. трудов VIII научн.-технич. конфер. - Запорожье: ЗГТУ. - 1997. - С. 196-198.

10. Структурообразование в модифицированных нитридами литейных алюминиевых сплавах / Чернега Д.Ф., Михаленков К.В., Могилатенко В.Г. // 5 vedeckа konferencia s medzinаrodnou ъcast’ou “COMATTECH ’97”. - Trnava: Slovenskа technickа univerzita v Bratislave. - 1997. - S. 207-214.

11. Массоперенос азота в жидких сплавах алюминия с титаном и марганцем /Чернега Д.Ф.,Могилатенко В.Г.,Михаленков К.В.//Процессы литья.-1999.-№4.-С. 11-15.

12. Движение неметаллических включений с потоками жидкого металла / Могилатенко В.Г. // Производство стали в ХХІ веке. Прогноз, процессы, технология, экология. Материалы международн. научн.-техн. конфер.–Киев.– 2000. – С. 219-222.

13. Обработка плазмой тлеющего разряда жидкого алюминиевого сплава АК5М2 / Могилатенко В.Г. // Специальная металлургия: вчера, сегодня, завтра. Материалы международн. научн.-техн. конфер. 8-9 октабря 2002 г. – Киев. – 2002. – С. 119-122.

14. Растворимость азота в жидких двойных сплавах алюминия с кремнием и медью / Чернега Д.Ф., Могилатенко В.Г. // Производство стали в ХХІ веке. Прогноз, процессы, технология, экология. Материалы международн. научн.-техн. конфер. – Киев. – 2000. – С. 249-254.

15. Формирование структуры алюминия, содержащего дисперсные частицы нитрида титана / Михаленков К.В., Могилатенко В.Г., Лысенко С.И. // Процессы литья. - 2001. - № 1. - С. 40-47.

16. -27. Авторські свідоцтва на винахід №№: 1240069, 1255846, 1352964, 1374805, 1383812, 1387482, 1388450, 1415796, 1515744, 1561533, 1614508, 1719452.