Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка технологии производства нового поколения экономнолегированных высокопрочных наноструктурированных алюминиевых сплавов, производимых с использованием алюминия, получаемого по технологии электролиза с инертным анодом

Докладчик: Белов Николай Александрович

Должность: профессор, Директор инжинирингового центра

Цель проекта:
Цель проекта - разработка технологии производства нового вида материалов – высокопрочных экономнолегированных (от 0,5 до 1,5 %Fe) алюминиевых сплавов (ЭЛАС) для применения в виде легких конструкционных изделий, изготовляемых из недорогих полуфабрикатов, получаемых с использованием алюминия, производимого по технологии электролиза с инертным анодом. Новые сплавы должны сочетать высокий уровень эксплуатационных, технологических и экономических показателей, что принципиально отличает их от существующих марочных сплавов. Одновременно будет обоснована возможность использования алюминия, производимого по технологии электролиза с инертными анодами, для получения определенных групп марочных сплавов при сохранении требуемых характеристик последних.

Основные планируемые результаты проекта:
Разработанные в ходе выполнения ПНИ новые высокопрочные ЭЛАС будут предназначаться для создания и последующего серийного производства конкурентоспособных на мировом рынке изделий в виде отливок и деформированных полуфабрикатов, предназначенных для широкого применения, включая автомобилестроение, авиастроение, судостроение, строительство и др. , При этом разрабатываемые характеристики экспериментальных образцов обеспечат их конкурентоспособность с существующими отечественными и зарубежными аналогами, а полученные результаты и разработанные методы будут ориентированы на промышленные предприятия, занимающихся производством алюминиевых сплавов и изделий на их основе.
Решение проблемы эффективного использования алюминия, производимого по технологии электролиза с инертным анодом, будет осуществляться посредством разработки новых составов экономнолегированных алюминиевых сплавов в виде фасонных отливок и деформированных полуфабрикатов применительно к существующему и действующему оборудованию на металлургических предприятиях.
В результате выполнения ПНИ должны быть достигнуты следующие свойства экспериментальных образцов высокопрочных ЭЛАС, содержащих от 0,5 до 1,5 масс. % железа, получаемых с использованием алюминия, производимого по технологии электролиза с инертным анодом.
В настоящем комплексном проекте впервые будут разработаны экономнолегированные высокопрочные алюминиевые сплавы, которые будут производиться из сырья с повышенным содержанием железа, в том числе с использованием алюминия, производимого по технологии электролиза с инертными анодами. В основе оптимизации составов этих сплавов будет количественный анализ многокомпонентных систем.
Высокопрочный ЭЛАС в виде фасонных отливок:
временное сопротивление при Т=20 °С не менее 500 МПа, Предел текучести при Т=20 °С не менее 450 МПа, относительное удлинение при Т=20 °С не менее 5 %, возможность свариваемости аргонодуговой сваркой с сохранением уровня прочностных свойств (от временного сопротивления) не менее 90 %, плотность не более 2,85 г/см3, температура солидуса не менее 560 °С.
Высокопрочный ЭЛАС в виде деформированных полуфабрикатов:
временное сопротивление при Т=20 °С не менее 600 МПа, предел текучести при Т=20 °С не менее 550 МПа, относительное удлинение при Т=20 °С не менее 5 %, возможность свариваемости аргонодуговой сваркой с сохранением уровня прочностных свойств (от временного сопротивления) не менее 80 %, плотность не более 2,85 г/см3, температура солидуса не менее 560 °С.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Результаты Проекта будут использованы, главным образом для создания принципиально новой продукции (материалов, технологий, видов услуг) – новых экономнолегированных литейных и деформируемых алюминиевых сплавов. Результаты Проекта возможно использовать для усиления конкурентных позиций отечественной науки и бизнеса при внедрении принципиально новой экологически чистой технологии электролиза алюминия с использованием инертных анодов. Алюминий, получаемый по такой технологии (с повышенным содержанием примесей Fe, Cu, Ni по сравнению с алюминием, полученным по традиционной технологии) планируется использовать как для получения известных стандартных алюминиевых сплавов с повышенным содержанием железа (от 0,5 масс.%), так и широкого спектра новых экономнолегированных литейных и деформируемых сплавов, имеющих высокие потребительские свойства. В перспективе, объем производства таких сплавов на предприятиях ОК РУСАЛ оценивается на уровне 300 тыс. тонн/год. Применение разработанных решений по использованию алюминия с повышенным содержанием примесей для изделий из стандартных (марочных) литейных и деформируемых сплавов и высокопрочных экономнолегированных алюминиевых сплавов в виде фасонных отливок и деформированных полуфабрикатов, получаемых, в том числе с использованием алюминия, производимого по технологии электролиза с инертными анодами, должно приводить к снижению себестоимости продукции из алюминия не менее 10 %. Среди перспективных областей применения следует выделить:авиапром, автопром, железнодорожные транспорт, строительство, спортиндустрия, оборонпром, судостроение, космическая техника.

Текущие результаты проекта:
Проведен анализ научно-технической литературы, нормативно-технической документации и других материалов, относящихся к разрабатываемой теме. Проведен выбор и обоснование направления исследования, методов и средств изучения структуры и свойств. Разработаны требования, предъявляемые к алюминию, получаемого по технологии электролиза с инертным анодом. Теоретически обоснованы технологические режимы плавки, литья и термической обработки марочных и новых алюминиевых сплавов, полученных из алюминия, производимого по технологии электролиза с инертным анодом. Разработана программа и методика исследовательских испытаний по изучению структуры и определения комплекса физико-механических свойств высокопрочных ЭЛАС в виде фасонных отливок и деформированных полуфабрикатов. Частично выполнены экспериментальные работы по получению алюминия по технологии электролиза с инертным анодом, включая определение физико-механических свойств и анализа химического состава алюминия, полученного по технологии инертного анода. Частично выполнены экспериментальные исследования по обоснованию выбора граничных концентраций легирующих элементов экспериментальных сплавов, полученных на основе алюминия, производимого по технологии электролиза с инертным анодом. Проведение теоретических (с использованием расчетных методов) и экспериментальных исследований по изучению структуры и фазового состава. Проведены патентные исследования в соответствии с ГОСТ Р 15.011-96.
Основные экспериментальные результаты:
Показано, что концентрации никеля и железа соответствующие фазовой области (Al)+Al9FeNi, являются оптимальными для создания новых алюминиевых сплавов (с повышенным содержанием железа) с использованием алюминия, производимого по технологии электролиза с инертным анодом, что обусловлено следующим:
1) концентрация никеля должна быть минимальной, а железа, наоборот, максимальной. Этому требованию отвечает фазовая граница (Al)+Al9FeNi/(Al)+Al9FeNi+Al3Fe. Но поскольку фаза Al3Fe, которая характеризуется игольчатой формой, нежелательна, эту границу следует рассматривать в качестве предельно допустимых концентраций Fe и Ni.
2) появление пластин первичных интерметаллидов Al3Fe при 1 % Ni следует ожидать, начиная с 1 % Fe. Дальнейшее выделение грубых пластин железистой фазы по перетектическим и эвтектическим реакциям должно быть подавлено в процессе затвердевания. В противном случае, необходимо некоторое превышение концентрации никеля над железом (Ni/Fe) в 1.2 раза.
3) добавки никеля и железа к сплаву системы Al-Zn-Mg-Сu при концентрации меди свыше 1% приводит к образованию множество избыточных фаз: (Al7Cu2Fe, Al9FeNi, Al3Ni, Al3(Ni,Cu)2, Al7Cu4Ni, Al2Cu, S(Al2CuMg), Al3Fe). При незначительном содержании меди фазовый состав сплавов системы Al-Zn-Mg-(Cu)-Fe-Ni выше температуры сольвуса фаз T и M, но ниже солидуса практически не отличаются от соответствующих разрезов тройной системы Al–Fe–Ni в области алюминиевого угла, и характеризуются наличием только трех избыточных фаз Al3Fe, Al9FeNi и Al3Ni.