CC BY
12
_ МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ
Научный редактор раздела докт. техн. наук В.В. Захаров
УДК 669.716
DOI: 10.24412/0321-4664-2023-3-21-25
НЕОДНОРОДНОСТЬ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПРЕССОВАННЫХ ТРУБ ИЗ СПЛАВА АМг6
Юрий Николаевич Логинов1'2, докт. техн. наук, профессор, Александр Викторович Разинкин3, канд. техн. наук, Людмила Викторовна Антоненко3
1Уральский Федеральный университет, Екатеринбург, Россия, e-mail: [email protected] 2 Институт физики металлов имени М.Н. Михеева Уральского отделения РАН,
Екатеринбург, Россия
3 ОАО «Каменск-Уральский металлургический завод», Каменск-Уральский, Россия
Аннотация. Выполнено исследование распределения механических свойств в прессованных трубах из сплава АМг6 в тангенциальном направлении. На основе статистической обработки результатов измерений выявлено, что свойства распределяются неравномерно, при этом график этого распределения качественно согласуется с графиком распределения процентного содержания титана как модифицирующего металла. Сделан вывод о существенном влиянии модификатора на уровень механических свойств. Приведены литературные данные, подтверждающие выводы экспериментального исследования.
Ключевые слова: прессование; алюминиевые сплавы; прочностные свойства; пластические свойства; титан; модификатор
Heterogeneity of Mechanical Properties of AMg6 Alloy Pipes after Extrusion.
Dr. of Sci. (Eng.), Professor Yuri N. Loginov1'2, Cand. of Sci. (Eng.) Aleksandr V. Ra-zinkin3, Lyudmila V. Antonenko 3
1 Ural Federal University named after B.N. Yeltsin, the first President of Russia (UrFU), Ekaterinburg, Russia, e-mail: [email protected]
2 M.N. Mikheev Institute of Metal Physics of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences (IMP UB RAS), Ekaterinburg, Russia
3 JSC «KUMZ», Kamensk-Uralsky, Sverdlovsk region, Russia
Abstract. The distribution of mechanical properties in extruded AMg6 alloy pipes in the tangential direction was studied. Based on the statistical processing of the measurement results, it was revealed that the properties are distributed non-uniformly, while the diagram of this distribution is qualitatively consistent with the diagram of the percentage distribution of titanium used as a modifying metal. It is concluded that the modifier has a significant effect on the level of mechanical properties. Literature data confirming the conclusions of the experimental study are presented.
Keywords: extrusion; aluminum alloys; strength properties; plastic properties; titanium; modifier
Введение
Достижение равномерности распределения физико-механических свойств полуфа-
брикатов помогает изготовителям продукции иметь меньше проблем при финишной обработке металла. Это касается и полуфабрикатов, изготовляемых методом литья и после-
дующего прессования [1]. Вместе с тем в реальных промышленных условиях постоянно существуют технологические параметры и другие показатели производственного процесса, которые колеблются в определенных пределах, начиная с химического и фазового состава материала [2, 3] и кончая самими условиями термомеханической обработки [4]. Эти колебания могут вызывать нестабильность свойств готовых изделий. Поэтому желательно прогнозировать указанные выше связи.
Сплав алюминия с 6 % Мд несколько выделяется на фоне других алюминиевых сплавов тем, что ему не существует аналога в зарубежном производстве, но он в большой степени востребован в отечественной промышленности [5, 6]. Производству прессованных полуфабрикатов из этого сплава свойственны колебания характеристик, упомянутых выше [7].
Целью исследования является выяснение причин возможных колебаний свойств алюминиевого сплава АМг6.
Низ трубы
Рис. 1. Схема отбора проб в отпрессованной трубе:
1, 2, 3, 4 - точки отбора проб
Схема обработки и измерений
Опытную партию труб из сплава АМг6 изготавливали по следующей технологии. Методом полунепрерывного литья получены полые заготовки наружным диаметром 377 мм, внутренним диаметром 90 мм, длиной более 4 м. После гомогенизации раскроенные на мерные длины заготовки обрабатывали резанием по наружному и внутреннему диаметру с получением заготовок под прессование наружным диаметром 362 мм, внутренним диаметром 105 мм и длиной 480 мм. Заготовки прессовали со смазкой из контейнера диаметром 370 мм с получением труб диаметром 100 мм с толщиной стенки 10 мм и коэффициентом вытяжки по контейнеру 36,2 (относительное обжатие 97 %). Применяли два варианта прессования -со смазкой втулки контейнера и без смазки. Образцы для испытаний на растяжение отбирали по окружности трубы в четырех точках, а также по длине пресс-изделия (рис. 1).
Результаты и их обработка
Получили выборку 72 величин механических свойств: временного сопротивления, условного предела текучести, относительного удлинения после разрыва.
На рис. 2 приведены частотные гистограммы полученных свойств, в данном случае здесь объединены все измерения независимо от того, для какой части трубы они определялись.
Как следует из рис. 2, диаграммы имеют вид нормального распределения, поэтому возможно применить приемы стандартного статистического анализа, его результаты приведены в таблице.
Из таблицы следует, что свойства соответствуют требованиям стандарта. Средние вели-
340 350 360 370 380 390 Временное сопротивление, МПа
140160180200220 240260 280 300 Предел текучести, МПа
36
6
П
24 26 28 30 32 34 Относительное удлинение, %
Рис. 2. Частотные диаграммы временного сопротивления, условного предела текучести, относительного удлинения после разрыва
Статистические характеристики свойств труб из сплава АМг6
Параметр Временное сопротивление, МПа Условный предел текучести, МПа Относительное удлинение, %
Среднее 364 167 29
Стандартная ошибка 1,369 1,930 0,345
Медиана 362 163 30
Стандартное отклонение 12 16 3
Дисперсия выборки 135 268 9
Выборка 72 72 72
Требования ГОСТ 18482 (не менее) 315 145 15,0
чины имеют небольшое расхождение с медианой, что говорит о приблизительной симметричности графика нормального распределения. Можно отметить превышение стандартного отклонения и дисперсии выборки условного предела текучести по отношению к соответствующим показателям временного сопротивления, хотя величина последнего заведомо выше условного предела текучести. Это можно объяснить меньшей точностью определения условного предела текучести, как точки на графике, и появляющегося в связи с этим рассевом данных.
Можно отметить, что в работе [8] приводились средние значения механических свойств в расширенной выборке для труб из сплава АМг6: временное сопротивление 354 МПа, условный предел текучести 174 МПа. Эти величины отличаются от измеренных на 3-4 %, что подтверждает достоверность определения этих свойств.
После первичного анализа вся выборка данных была разделена на 18 частей, каждая из которых содержала по 4 измерения механических свойств в зонах: вверху, справа, внизу, слева. После этого был выполнен статистический расчет для каждой зоны при частной выборке в 18 значений. Расчет средних значений показал, что максимальные значения прочностных характеристик достигаются в нижних точках (рис. 3, а, б). Здесь же выявлен минимум показателя пластичности (рис. 3, в).
Из указанных зон были отобраны пробы на химический состав. Их статистически обработали по описанной выше методике и получили графики распределения магния как основного легирующего элемента в сплаве (рис. 4, а) и титана как основного модифицирующего элемента (рис. 4, б).
Сравнение внешнего вида рис. 3 и 4 указывает на то, что если магний в диапазоне допустимых значений и оказывает влияние на механические свойства, то оно не столь велико, как влияние титана в качестве модификатора. Роль титана в формировании механических свойств алюминиевых сплавов обсуждалась в публикации [9], а применительно к алюминиево-магниевым сплавам в работах
Рис. 3. Распределение средних значений временного сопротивления, МПа (а), условного предела текучести, МПа (б) и относительного удлинения, % (в) труб в зависимости от места отбора проб:
1, 2, 3, 4 - вверху, справа, внизу, слева соответственно
Рис. 4. Распределение средних значений содержания (% мас.) магния (а) и титана (б) в зависимости от места отбора проб:
1, 2, 3, 4 - вверху, справа, внизу, слева соответственно
Выводы
Сравнение механических свойств отпрессованных труб из алюминиевого сплава АМг6 с локальным химическим составом показало, что существует связь между содержанием титана как модифицирующего элемента с прочностными и пластическими характеристиками. При увеличении содержания титана прочностные свойства повышаются.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
[10, 11] сообщается, что титан является вспомогательной добавкой или измельчителем зерна алюминиевого сплава, и он не оказывает большого влияния на фазообразование в алюминиевых сплавах. Сообщалось, что между Ti, Mg и Al происходит взаимная диффузия с образованием соединения Al18Ti2Mg3, которое имеет более высокие модуль Юнга, нанотвердость и коррозионный потенциал.
В работе [10] было показано, что в сплаве Al—8 % Mg увеличение содержания лигатуры Al-5Ti-1B до малых 0,1 % мас. приводит к повышению временного сопротивления при растяжении (UTS) с 245 до 359 МПа, т. е. на 31 %. Влияние таких малых изменений химического состава на свойства можно объяснить сдвигом графиков на диаграмме структурного состояния сплава [12], в результате чего доля нерекристаллизованных зерен может оказаться больше, что повысит прочность сплава. Это явление должно быть подтверждено данными структурного анализа, что запланировано в дальнейшей работе.
Полученные результаты приводят к мысли, что в качестве рабочей гипотезы о причинах неоднородности распределения механических свойств в трубах из сплава АМг6 можно принять неравномерное распределение именно титана, который принудительно вводится в металл при разливке с целью уменьшения размера зерна. Если ставится задача выравнивания механических свойств в готовых трубах, то следует добиваться выравнивания содержания титана по объему заготовок.
1. Бережной В.Л. Обоснование и оценка подходов к дальнейшему развитию базовых технологий прессования // Технология легких сплавов. 2012. № 4. С. 81-91.
2. Ильин С.И., Корягин Ю.Д., Шабурова Н.А., Судариков М.В., Воробьев О.В., Иванова А.С., Семененко Е.О. Влияние характера и степени легирования на склонность к проявлению ликвации литых заготовок деформируемых алюминиевых сплавов // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия. 2018. Т. 18. № 4. С. 74-81.
3. Головкин П.А. О факторе количественного содержания интерметаллидных фаз в природе разрушения поковок из сплава АМг6 // Технология легких сплавов. 2022. № 2. С. 15-19.
4. Довженко Н.Н., Беляев С.В., Сидельников С.Б., Довженко И.Н., Лопатина Е.С., Галиев Р.И. Прессование алюминиевых сплавов. Моделирование и управление тепловыми условиями. Красноярск. СФУ. 2009. 255 с.
5. Добаткин С.В., Захаров В.В., Перевезен-цев В.Н., Ростова Т.Д., Копылов В.Н., Рааб Г.И. Механические свойства субмикрокристаллических сплавов Al-Mg (АМг6) и Al-Mg-Sc (01570) // Технология легких сплавов. 2010. № 1. С. 74-84.
6. Коновалов А.В., Смирнов А.С. Моделирование сопротивления деформации сплава АМг6 при температуре горячей деформации // Деформация и разрушение материалов. 2008. № 5. С. 33-36.
7. Логинов Ю.Н., Илларионов А.Г. Неравномерность структуры прессованных труб из алюминиевого сплава АМг6 // Известия высших учебных заведений. Цветная металлургия. 2013. № 6. С. 35-40.
8. Логинов Ю.Н., Антоненко Л.В. Влияние деформации на уровень механических характеристик прессованных заготовок из сплава АМг6 // Заготовительные производства в машиностроении. 2010. № 7. С. 14-19.
9. Sritharan T., Li H. Influence of titanium to boron ratio on the ability to grain refine aluminium-silicon alloys // Journal of Materials Processing Technology. 1997. Vol. 63. Iss. 1-3. P. 585-589.
10. Amerioon A., Emamy M., Ashuri Gh. Investigation the Effect of Al-5Ti-1B Grain Refiner and T6 Heat
Treatment on Tensile Properties of Al-8 %Mg // Procedia Materials Science. 2015. Vol. 11. P. 32-37.
11. Razazi Hossein Alizadeh, Paidar Moslem, Ojo Olatunji Oladimeji. Effect of Mn and Cr on structure and mechanical properties of Al-10 % Mg-0,1 % Ti alloy // Vacuum. 2018. Vol. 155. P. 619-630.
12. Вайнблат Ю.М., Ланцман П.Ш., Шаршагин Н.А.
Диаграммы структурных состояний горячеде-формированных алюминиевых сплавов // Известия вузов. Цветная металлургия. 1974. № 1. С.155-160.
REFERENCES
1. Berezhnoy V.L. Obosnovaniye i otsenka podkhodov k dal'neyshemu razvitiyu bazovykh tekhnologiy pressovaniya // Tekhnologiya lyogkikh splavov. 2012. № 4. S. 81-91.
2. Il'in S.I., Koryagin Yu.D., Shaburova N.A., Sudarikov M.V., Vorob'yev O.V., Ivanova A.S., Se-menenko Ye.O. Vliyaniye kharaktera i stepeni legi-rovaniya na sklonnost' k proyavleniyu likvatsii litykh zagotovok deformiruyemykh alyuminiyevykh splavov // Vestnik Yuzhno-Ural'skogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Metallurgiya. 2018. T. 18. № 4. S. 74-81.
3. Golovkin P.A. O faktore kolichestvennogo soder-zhaniya intermetallidnykh faz v prirode razrusheniya pokovok iz splava AMg6 // Tekhnologiya lyogkikh splavov. 2022. № 2. S. 15-19.
4. Dovzhenko N.N., Belyayev S.V., Sidel'nikov S.B., Dovzhenko I.N., Lopatina Ye.S., Galiyev R.I. Pressovaniye alyuminiyevykh splavov. Modelirova-niye i upravleniye teplovymi usloviyami. Krasnoyarsk. SFU. 2009. 255 s.
5. Dobatkin S.V., Zakharov V.V., Perevezent-sev V.N., Rostova T.D., Kopylov V.N., Raab G.I. Mekhanicheskiye svoystva submikrokristallicheskikh splavov Al-Mg (AMg6) i Al-Mg-Sc (01570) // Tekhnologiya lyogkikh splavov. 2010. № 1. S. 74-84.
6. Konovalov A.V., Smirnov A.S. Modelirovaniye so-protivleniya deformatsii splava AMg6 pri temperature
goryachey deformatsii // Deformatsiya i razrusheniye materialov. 2008. № 5. S. 33-36.
7. Loginov Yu.N., Illarionov A.G. Neravnomernost' struktury pressovannykh trub iz alyuminiyevogo spla-va AMg6 // Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Tsvetnaya metallurgiya. 2013. № 6. S. 35-40.
8. Loginov Yu.N., Antonenko L.V. Vliyaniye defor-matsii na uroven' mekhanicheskikh kharakteris-tik pressovannykh zagotovok iz splava AMg6 // Zagotovitel'nyye proizvodstva v mashinostroyenii. 2010. № 7. S. 14-19.
9. Sritharan T., Li H. Influence of titanium to boron ratio on the ability to grain refine aluminium-silicon alloys // Journal of Materials Processing Technology. 1997. Vol. 63. Iss. 1-3. P. 585-589.
10. Amerioon A., Emamy M., Ashuri Gh. Investigation the Effect of Al-5Ti-1B Grain Refiner and T6 Heat Treatment on Tensile Properties of Al-8 % Mg // Procedia Materials Science. 2015. Vol. 11. P. 32-37.
11. Razazi Hossein Alizadeh, Paidar Moslem, Ojo Olatunji Oladimeji. Effect of Mn and Cr on structure and mechanical properties of Al-10 % Mg-0,1 % Ti alloy // Vacuum. 2018. Vol. 155. P. 619-630.
12. Vaynblat Yu.M., Lantsman P. Sh., Sharshagin N.A. Diagrammy strukturnykh sostoyaniy goryachede-formirovannykh alyuminiyevykh splavov // Izvestiya vu-zov. Tsvetnaya metallurgiya. 1974. № 1. S. 155-160.
