CC BY
40
DETERMINA TION OF FRACTURE FACTOR A T STAMPING OF ALLOY VT6 A.I. Alimov, S.A. Evsyukov, I.E. Semenov
Data are given on the determination of the numerical values of the friction factor, which are necessary for the mathematical simulation of the processes of plastic form-forming of titanium alloys.
Key words: friction factor, microstructure, titanium alloys.
Evsyukov Sergey Aleksandrovich, doctor of technical sciences, professor, head of chair,MT6EVS@yandex. ru, Russia, Moscow, Moscow State Technical University,
Semenov Ivan Evgenievich, doctor of technical sciences, professor, MT6EVS@yandex. ru, Russia, Moscow, Moscow Bauman State Technical University,
Alimov Artem Igorevich, candidate of technical sciences, docent, MT6EVS@yandex. ru, Russia, Moscow, Moscow BaumanState Technical University
УДК 621.777
ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЛУФАБРИКАТОВ ИЗ АЛЮМИНИЕВО-СКАНДИЕВОГО
СПЛАВА
В.Н. Баранов, С.Б. Сидельников, Ю.А. Зенкин, А.И. Безруких, Р.Е. Соколов, И.Л. Константинов, Д.С. Ворошилов, И.Н. Белоконова, О.В. Якивьюк
Приведены результаты исследований механических свойств литых, деформированных и отожженных полуфабрикатов из экспериментального сплава системы Al-Mg, легированного скандием в количестве 0,10...0,14 %. Показана актуальность работ, направленных на создание таких сплавов и разработку технологий изготовления из них деформированных полуфабрикатов для нужд автомобиле- и судостроения. Приведены результаты определения прочностных и пластических свойств литых полуфабрикатов, полученных в промышленных условиях на Братском алюминиевом заводе.
Ключевые слова: алюминиевые сплавы, лигатура, скандий, магний, литье, плоские слитки, прокатка, деформированные и отожженные полуфабрикаты, механические свойства.
Комплексно легированные алюминиевые сплавы, основными легирующими элементами которых являются М^ и 8е, наряду с сохранением достоинств алюминия, обладают сочетанием удовлетворительной прочности, хорошей пластичности и литейных свойств, очень хорошей свариваемости и коррозионной стойкости [1 - 3]. Уровень прочности этих сплавов в значительной мере зависит от содержания в них основного легирующего компонента - магния.
В последние годы сотрудниками ОК РУСАЛ проведен ряд исследовательских и опытно-конструкторских работ, направленных на разработку технологии получения лигатуры Al-Sc собственного производства и новых сплавов с ее применением. В целях реализации разработанной технологии получения лигатуры Al-Sc принято решение разработать ряд новых сплавов системы Al-Mg, легированных добавками скандия и циркония. Исходя из мирового опыта, сплавы со скандием имеют высокий уровень механических свойств и повышенную коррозионную стойкость, кроме того сварные соединения этих сплавов характеризуются самой высокой прочностью. Применение сплавов со скандием в настоящее время сдерживается их сравнительно высокой стоимостью. Однако необходимость снижения массы и металлоемкости конструкций позволяет прогнозировать их широкое применение в недалеком будущем. Высокий уровень свойств сплавов со скандием делает их перспективным материалом для применения в авиа-и судостроении. В связи с этим актуальной задачей для развития этого направления в дальнейшем является получение сплавов с минимальным содержанием скандия, что позволит снизить себестоимость их производства и расширить рынок сбыта. Однако в настоящее время в научно-технической литературе данные по механическим свойствам таких сплавов практически отсутствуют, что делает невозможным практическую реализацию технологий получения из них деформированных полуфабрикатов различного назначения.
Вместе с тем, известно, что эти сплавы применяются в таких отраслях, как судостроение, автомобилестроение, химическая, нефтяная, газовая и оборонная промышленность, для изготовления каркасных конструкций, автомобильных и железнодорожных цистерн, различных емкостей, сосудов, работающих под давлением, трубных конструкций и т.п.Из них производят все виды деформированных полуфабрикатов: поковки, листоштампованные и прессованные изделия (прутки, профили, панели, трубы), а такжелистовой прокат и проволоку (заклепочную и сварочную). Особое значение для авиа- и судостроения имеют изделия в виде листов и плит, получаемые по технологии горячей и холодной прокатки.
Учеными Сибирского федерального университета совместносот-рудникамиОК РУСАЛ проведен ряд исследовательских и опытно-конструкторских работ, направленных на разработку новых сплавов системы Al-Mg с различным содержанием скандия, редкоземельных, переходных металлов и технологий их обработки. В результате получены деформированные полуфабрикаты из сплавов системы с содержанием скандия 0,10...0,14 % и изучены их структура и свойства [4, 5].
В промышленных условиях Братского алюминиевого завода были отлиты плоские слитки размерами 560*1360x4520 мм из опытного алюминиевого сплава, в котором содержание скандия варьировалось в пределах
148
0,10...0,14 %. От слитков отрезали темплеты, из которых были изготовлены образцы для испытаний механических свойств литого металла и заготовки с фрезерованными гранями для прокатки размерами 40*120*200 мм.
Литые образцы подвергали испытаниям на разрыв при различных температурах нагрева с помощью универсальной испытательной машины ЬБМ-400. Изменение прочностных (предела текучести о02 и временного сопротивления разрыву ов) и пластических свойств металла (относительного удлинения 5) приведены в табл. 1.
Закономерности изменения усредненных значений прочностных свойств металла приведены на рисунке. Видно, что с увеличением температуры нагрева образцов временное сопротивление разрыву и предел текучести металла снижаются, выравниваются при температурах порядка 460.480 оС и составляют 73.76 МПа. Значения относительного удлинения увеличиваются и достигают при этих температурах значений 20. 21 %. В связи с этим температуру нагрева заготовок перед деформацией рекомендуется выбирать в диапазоне 450.480 оС.
Методика проведения экспериментальных исследований заключалась в следующем. Литые заготовки подвергали гомогенизации по следующему режиму. Нагрев образцов производился с печью при скорости 1,16 оС в минуту до 350 оС. Затем осуществлялась выдержка при этой температуре в течение 11 часов. Далее проводился повторный нагрев до температуры 425 оС со скоростью 1,25 оС в минуту и выдержка при этой температуре в течение 8 часов. Окончательно слитки охлаждались на воздухе. Поверхности образцов, подвергаемые прокатке, фрезеровали на глубину 1 мм с каждой стороны.
Таблица 1
Механические свойства литых образцов из опытного сплава
Образец №1 Образец №2
Т, °С о0,2, МПа ов, МПа 5, % о0,2, МПа ов, МПа 5, %
250 191 253 9,8 178 235 10,1
280 172 205 10,2 174 211 10,6
310 168 192 12,8 172 202 11,3
340 158 172 14,6 167 190 15,6
370 151 160 15,8 148 156 18,1
400 125 126 16,5 126 131 19,2
430 104 105 17,4 98 99 20,0
460 76 76,5 19,8 76 76,5 20,1
480 73 73,5 20,1 74 74,5 21,0
300
Б 0
О ■!---------------
250 280 310 340 370 400 430 460 450
ЪХ
Изменение прочностных свойств литых образцов из опытного сплава в зависимости от температуры нагрева металла
Горячую прокатку гомогенизированных заготовок проводили на стане ДУО 330 (табл. 2) до толщины 10 мм, и полученную полосу прокатывали до толщины 3 мм в холодном состоянии. По ходу прокатки отбирали образцы для механических испытаний и определяли для них временное сопротивление разрыву, предел текучести и относительное удлинение. Полученные полосы толщиной 3 мм отжигали при температуре 350 °С и времени выдержки 3 час.
Данные по механическим свойствам полуфабрикатов из опытного сплава в горячедеформированном, холоднодеформированном и отожженном состоянияхв сравнении со сплавом-аналогом 5083, не содержащим скандий, приведены в табл. 3.
Таблица 2
Технические характеристики листопрокатного стана
ДУО 330
Наименование параметра Величина
Мощность электродвигателя, кВт 90
Напряжение питания сети трехфазное, В 380
Частота тока, Гц 50
Ширина бочки валков, мм 520
Диаметр валков, мм 330
Максимальный развод валков, мм 70
Частота вращения валков, об/мин 10
Максимальное усилие прокатки, МН 1,55
Максимальный момент прокатки, МН- м 0,82
Они показали, что временное сопротивление разрыву для деформированных полуфабрикатов увеличилось в среднем на 17 %, предел текучести металла - на 29 % а отожженных соответственно на 29 и 49,8 % . Анализ изменения величины относительного удлинения показал, что с увеличением степени деформации при прокатке опытного сплава его величина падает с 17 до 5 %, однако применение отжига при температуре 350 оС и времени выдержки 3 часа позволяет восстановить пластические свойства до 14 %.
Таблица 3
Прочностные свойства образцов листового проката из опытных сплавов
Тол- Прочностные свойства, МПа
Номер щи- Состояние сплав 5083 опытный сплав
образца на, мм ^0,2, МПа ОБ, МПа 5, % о0,2, МПа Об, МПа 5, %
1 10 Горячедеф. 196 297 24 266 369 17
2 8 Горячедеф. 217 305 15 280 372 15
3 6 Горячедеф. 213 318 12 312 387 12
4 3 Холоднодеф. 373 394 5 429 453 5
5 3 Отожжен. 139 277 25 277 390 14
Таким образом, проведенные исследования позволили разработать режимы литья, прокатки и отжига для получения полуфабрикатов из нового сплава системы Л1-М£, содержащего скандий в сравнительно небольших количествах (0,10.0,14 %), и получить данные по уровню и закономерностям изменения механических свойств в зависимости от температуры и степени деформации при получении листового проката в различном состоянии (горяче-, холоднодеформированном и отожженном). Применение таких сплавов даст возможность снизить себестоимость продукции, сохранив при этом высокие эксплуатационные характеристики и требуемые прочностные свойства металла. Эти данные будут использоваться при освоении технологий литья и обработки этих сплавов в промышленных условиях.
Публикация подготовлена с использованием результатов работ, выполненных в ходе проекта 03.G25.31.0265 «Разработка экономнолегиро-ванных высокопрочных Л1-8е сплавов для применения в автомобильном транспорте и судоходстве» в рамках Программы реализации комплексных проектов по созданию высокотехнологичного производства, утвержденных постановлением Правительства РФ от 9 апреля 2010 г. №218.
Список литературы
1. Горбунов Ю.А. Роль и перспективы редкоземельных металлов в развитии физико-механических характеристик и областей применения деформируемых алюминиевых сплавов // Журнал Сибирского федерального университета. Сер.«Техникаитехнологии». 2015. Т. 8. № 5. С. 636 - 645.
2. MalopheyevS., KulitskiyV., KaibyshevR. Deformation structures and strengthening mechanisms in an Al-Mg-Sc-Zr alloy // Journal of Alloys and Compounds. 2017. 698. P. 957-966.
3. Effects of homogenization treatments on the microstructure evolution, microhardness and electrical conductivity of dilute Al-Sc-Zr-Er alloys / H.Y.W. Kang. S.X.Li. Y.Zhao. C.L.Han. G. Ma.Yang// Journal of Alloys and Compounds. 2017. Vol. 704. P. 683-692.
4. Исследованиетехнологичности обработки и свойств проката из алюминиевых сплавов системы Al-Mg, экономно легированных скандием / О.В. Якивьюк, С.Б. Сидельников, Н.Н. Довженко, В.Ф. Фролов, А.Ю. Кро-хин, А.И. Безруких, В. А. Фролов // Цветные металлы и минералы - 2016: сб. тезисов. Красноярск, 2016. С. 262 - 263.
5. Research of rolling regimes and mechanical properties of cold-rolled, annealed and welded semi-finished products from experimental alloys of Al-Mg system, economically alloyed by scandium /V.N.Baranov, S.B.Sidelnikov, A.I.Bezrukikh, E.Y.Zenkin// TsvetnyeMetally. 2017. No. 9. P. 83-88.
Баранов Владимир Николаевич, канд. техн. наук, доц., директор института, sbs2 70359@yandex. ru,Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет,
Сидельников Сергей Борисович, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, sbs2 70359@yandex. ru, Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет,
Зенкин Евгений Юрьевич, управляющий директор, sbs2 70359ayandex. ru, Россия, Братск, Братский алюминиевый завод,
Безруких Александр Иннокентьевича, канд. техн. наук, доц., ahezrukikh a sfu-kras.ru, Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет,
Константинов Игорь Лазаревич, канд. техн. наук, доц., sbs270359a yandex.ru, Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет,
Соколов Руслан Евгеньевич, канд. техн. наук, доц., sbs270359ayandex.ru, Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет,
Ворошилов Денис Сергеевич канд. техн. наук, доц., sbs270359a yandex.ru, Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет,
Белоконова Ирина Николаевна, студентка, sbs2 70359ayandex. ru, Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет,
Якивьюк Ольга Викторовна, асп., sbs270359@yandex.ru,Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет
RESEARCH MECHANICAL PROPERTIES OF SEMI-FINISHED PRODUCTS FROM
AL UMINIUM-SCANDIUM ALLOY
V.N. Baranov, S.B. Sidelnikov, E. Y. Zenkin, A.I. Bezrukikh, RE. Sokolov, I.L. Konstantinov, D.S. Voroshilov, I.N. Belokonova, O.V. Yakivyuk
Results of research mechanical properties cast, deformed and annealed semifinished products from experimental alloy system Al-Mg, alloyed by scandium in the amount of 0,10 - 0,14 % represented. The results of determining the strength and plastic properties of cast semi-finished products obtained under industrial conditions at the Bratsk Aluminum Smelter are given.
Key words: aluminum alloys, ligature, scandium, magnesium, casting, flat ingots, rolling, deformed and annealed semi-finished products, mechanical properties.
Baranov Vladimir Nikolaevich, candidate of technical science, director of institute, sbs2 70359@yandex. ru,Russia, Krasnoyarsk, Siberian Federal University,
Sidelnikov Sergey Borisovich, doctor of technical sciences, professor, head of chair, sbs2 70359@yandex. ru, Russia, Krasnoyarsk, Siberian Federal University,
Zenkin Evgeniy Yuryevich, managing director, sbs2 70359@yandex. ru, Russia, Bratsk, RUSAL Bratsk Aluminium Smelter,
Bezrukikh Aleksandr Innokentyevich, candidate of technical sciences, docent, abe-zrukikh@,sfu-kras. ru, Russia, Krasnoyarsk, Siberian Federal University,
Sokolov Ruslan Evgenyevich, candidate of technical sciences, docent, sbs2 70359@ yandex. ru, Russia, Krasnoyarsk, Siberian federal university,
Konstantinov Igor Lazarevich, candidate of technical sciences, docent, sbs2 70359@yandex. ru, Russia, Krasnoyarsk, Siberian Federal University,
Voroshilov Denis Sergeevich, candidate of technical sciences, docent, sbs2 70359@yandex. ru, Russia, Krasnoyarsk, Siberian federal university,
Belokonova Irina Nikolaevna, student, sbs2 70359@yandex. ru, Russia, Krasnoyarsk, Siberian Federal University,
Yakivyuk Olga Viktorovna, student, sbs2 70359@yandex. ru, Russia, Krasnoyarsk, Siberian Federal University
