Анотація до роботи:

Федченко Н.А. Підвищення якості сплавів на основі алюмінію шляхом використання електрогідроімпульсної обробки. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.01 - матеріалознавство. Харківський національний автомобільно-дорожній університет, Харків, 2002 р.

Дисертація присвячена вирішенню важливої народно-господарчої задачі - дослідженню можливості використання екологічно чистого і мало витратного методу електрогідроімпульсної обробки (ЕГІО) для поліпшення технологічних властивостей і підвищення механічних характеристик сплавів на основі Al, в тому числі виплавлених з використанням вторинної речовини. Показано, що ЕГІО підвищує рідкотекучість, приводить до більш рівномірного розподілу елементів в сплаві, зменшує газонасиченість і пористість, подрібнює макро- і мікрозерно, збільшує дисперсність евтектики, сприятливо впливає на її морфологію і форму надлишкових фаз. Встановлені загальні закономірності впливу параметрів ЕГІО на структурні характеристики сплавів. Найбільш значущим є запасена енергія W, варіювання якої викликає зміну розмірів макро- і мікрозерна за екстремальним законом з мінімумом при W = 1,25...2,5 кДж. Аналогічно на пористість впливає частота подачі імпульсів f. Екстремальний характер зміни розмірів зерна від W пояснено з позицій сучасних уявлень про кластерну будову рідкого металу. Час обробки і f менше впливають на структурні характеристики сплавів. Визначені оптимальні параметри обробки, при яких забезпечуються найкращі властивості: пористість зменшується на 20...40 %, одночасно підвищується міцність (~ на 10 %) і пластичність (~ на 25...40 %).

1. На підставі систематичних досліджень, виконаних на модельному сплаві і промислових сплавах на основі алюмінію, показана ефективність використання екологічно чистого і економічного методу ЕГІО для підвищення технологічних і експлуатаційних властивостей металу і конструкційної міцності виробів, в тому числі виплавлених з використанням вторинної сировини. Найкращою схемою вводу коливань є обробка у ковші безпосереднім зануренням хвилевода.

2. ЕГІО розплаву приводить до підвищення його рідкотекучості і рівномірності розподілу в ньому елементів, зменшення газонасиченості і пористості, подрібнення макро- і мікрозерна, більшої однорідності в розмірах зерен, підвищення дисперсності евтектики і її виділення в коралоподібній формі, зміни морфології інтерметалідів, які виділяються у компактній формі замість голчастої. Для заевтектичних сплавів має місце подрібнення кристалів первинного кремнію і зменшення його кількості, що аналогічно впливу модифікування. Всі ці фактори сприяють поліпшенню властивостей сплавів.

3. Встановлені загальні закономірності впливу параметррів ЕГІО на структурні характеристики сплавів. Найбільш визначним параметром є запасена енергія W, варіювання якої в інтервалі 0,5...3,75 кДж приводить до екстремальної зміні розмірів макро- і мікрозерна і пористості. Аналогічним чином на пористість впливає частота подачі імпульсів.

4. Екстремальний характер зміни розміру зерен від запасеної енергії W при ЕГІО пояснений з позицій сучасних уявлень про кластерну будову рідкого металу. До певного значення W відбувається подрібнення кластерів і вирівнювання розподілу елементів в розплаві, однак ближній порядок зберігається, що полегшує кристалізацію і сприяє формуванню дрібнозернистої мікроструктури. При подальшому збільшенні W ближній порядок порушується, аналогічно тому, як це відбувається при підвищенні температури, кристалізація утруднюється і зерно зростає.

5. Частота подачі імпульсів і час обробки в меншій мірі впливають на структурні характеристики сплавів, що пов'язано з дуже великою енергією імпульсу, яка відразу приводить до подрібнення зерен. Збільшення часу дії понад оптимальний практично не впливає на структурні характеристики сплавів, однак призводить до зростання пористості внаслідок ефекту спінювання. Оптимальний час дії обумовлюється масою оброблюваного металу.

6. ЕГІО дещо збільшує розчинність кремнію в алюмінії, що пояснено з позицій підвищення термодинамічного потенціалу розплаву при введенні в нього потужних електрогідроімпульсних коливань. Наслідком цього є зменшення кількості евтектичної складової в доевтектичних сплавах і кристалів первинного кремнію в заевтектичних.

7. З врахуванням особливостей технологічного процесу виплавлення металу в реальних умовах, можливостей обладнання і впливу параметрів ЕГІО на характеристики структури для сплавів на алюмінієвій основі рекомендовані такі оптимальні режими обробки: W = 1,25...2,5 кДж; f = 10 імп / с; t від 10 до 120 с в залежності від маси оброблюваного металу.

8. При оптимальних умовах обробки макрозерно зменшується практично вдвічи, мікрозерно на 1...2 бали, пористість знижується на 20...40 % , покращується заповнюваність форми, підвищується гідрощільність деталей. При цьому s_в підвищується ~ на 10 %, d на 20...40 %. Це дозволяє одержати в сплавах властивості, які перевищують вимоги ДСТУ. Використання комплексної обробки (флюс + ЕГІО) додатково покращує механічні властивості, особливо пластичність ( ~ на 25 %).

9. ЕГІО ефективно покращує властивості сплавів, виплавлених з використанням вторинної сировини. Так, при значно більшому вмісті Fe (!,6 % у порівнянні з 0,9 %, яке регламентується ДСТУ ) ЕГІО практично забезпечує рівень властивостей, що відповідають ДСТУ. Таким чином, впровадження ЕГІО може значно поширити використання лому і відходів алюмінієвих сплавів для виготовлення виробів і знизити їх собівартість.

10. Співставлення ЕГІО з існуючими методами обробки алюмінієвих сплавів (використання флюсів, вакуумування, ультразвукова дія) показало, що ЕГІО є найбільш економічним методом позапічної обробки, який забезпечує таку ж пористість і пластичність, як після вакуумування, і тимчасовий опір, що перевищує досягяємий після ультразвукової обробки і обробки флюсом. При цьому ЕГІО є екологічно чистим методом.

11. Промислове випробування повністю підтвердило лабораторні дослідження. Спосіб випробуваний на ВАТ " Завод мастильного і фільтрувального обладнання" (м. Миколаїв) і рекомендований до впровадження . Брак, в залежності від деталей, що виготовляються, зменшився на 33...50 %. Річний економічний ефект складає близько 80 тис. грн.

Публікації автора:

Публікації в наукових спеціальних виданнях:

1. Грабовый В.М., Бескаравайный Н.М., Федченко Н.А. Массоперенос от границы раздела стальной волновод - алюминиевый расплав // Процессы литья. - К.: ФТИМС. - 2001. - № 2. - с. 33 -40.

2. Эффективность электрогидроимпульсной обработки вторичных алюминиевых сплавов / В.Ю. Шейгам, А.И. Семенченко, В.М. Грабовый, Н.А.Федченко // Процессы литья. - К. : ФТИМС. - 2002. - № 1. - с.

3. Установка для виброимпульсной обработки расплавленного металла. А.с. № 1476728. CCCР. МКИ В22D27 / 08 / Бутаков Б.И., Амлиев Э.Л., Ульянов В.А., Федченко Н.А., Ващенко В.И. - № 4229652 / 31 - 02; заявлено 0.03.1987; опубл.3.01.1989. Бюл. № 12-2 с.: ил.

4. Устройство для виброимпульсной обработки расплава. А.с.№ 1427703. СССР. МКИ В 22 D 27 / 08./ Бутаков Б.И., Ризун А.Р., Шевченко Е.Т.. Федченко Н.А., Некрасов В.Н., Ульянов В.А. № 4187476 / 31 - 02; заявлено 28.12.1987; опубл.1.06.1988. Бюл. № 3 - 3с.: ил.

Додаткові публікації

5. Грабовый В.М., Сысоев В.Г., Федченко Н.А. Электрогидроимпульсная обработка цветных металлов. – Николаев, 1997.-61 с. (Препр / НАН Украины, ИИПТ : 31

6. Грабовый В.М., Федченко Н.А. Электрогидроимпульсная обработка сплава АЛ 4 // Теория, эксперимент, практика электроразрядных технологий. - К. -1995.- Вып. 3. - с. 116 - 117.

7. Дьяченко С.С., Федченко Н.А.Влияние электрогидроимпульсной обработки (ЭГИО) на растворимость в алюминии элементов, входящих в сплав АЛ 9 // Импульсные процессы в механике сплошных сред . Материалы 4 - ой международной школы - семинара.- Николаев: Атолл, 2001. - с.102.

8. Электрогидроимпульсная обработка вторичного сплава АК5М2 / В.Ю.Шейгам, Г.П. Борисов, А.И. Семенченко, А.Г. Вернидуб, В.М.Грабовый, Н.А. Федченко // Импульсные процессы в механике сплошных сред. Материалы 4 - ой международной школы - семинара. - Николаев: Атолл, 2001. - с. 115.

9. Федченко Н.А., Грабовый В.М., Медведь А.И. Электорогидроимпульсная обработка алюминиевых сплавов / Тез докл. 5 -я научно - техническая конф. "Электрический разряд и его применение в промышленности". Николаев, 8 - 10 сент. 1992. - с. 134.

10. Грабовый В.М., Федченко Н.А. Электрогидроимпульсная обработка алюминиевого сплава / Тез. докл. 6 - я междунар.науч. - технич. конф. " Новые конструкционные стали и сплавы и методы их обработки для повышения надежности и долговечности изделий", Запорожье, Запорожский государственный технический университет, Запорожье, 27 - 29 сент. 1995. - с. 51.

11. Федченко Н.А. Изменения в структуре алюминиевых сплавов, подвергнутых электрогидроимпульсной обработке // Импульсные процессы в механике сплошных сред. Материалы 2 - ой международнлй школы - семинара . Николаев: Атолл, 1998. - с.222.

12. Федченко Н.А. Влияние электрогидроимпульсной обработки на структуру и свойства сложнолегированного многокомпонентного алюминиевого сплава / Импульсные процессы в механике сплошных сред. Материалы 3 -ей международной научной школы - семинара, Николаев: Атолл, 2000. - с. 131.