Определение режимов прокатки листового материала из сплава системы "Al-Mg-Li", сопровождаемых периодическим преобразованием структуры при переходе границ температурного интервала Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Stepanov Boris Alekseevich, doctor of technical sciences, professor, sba40@yandex. ru, Russia, Moscow, Moscow Polytechnic University,

Bach Wu Chong, postgraduate, hvktbachagmail. com, Russia, Moscow, Moscow Polytechnic University

УДК 621.833

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕЖИМОВ ПРОКАТКИ ЛИСТОВОГО МАТЕРИАЛА ИЗ СПЛАВА СИСТЕМЫ «АЬ-МС-Ь1», СОПРОВОЖДАЕМЫХ ПЕРИОДИЧЕСКИМ ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ СТРУКТУРЫ ПРИ ПЕРЕХОДЕ ГРАНИЦ ТЕМПЕРАТУРНОГО

ИНТЕРВАЛА

Д.В. Агафонова, В. А. Михеев

Выполнен оптимальный подбор значений указанных параметров, обеспечивающих цикличность пластической деформации при холодной прокатке образца. Результаты исследований включают минимальную степень обжатия прохода, скорость прокатки, температуру и время выдержки ИДС нагрева.

Ключевые слова: система «А1-М^-Ы», сплав 1420, температура, скорость прокатки, степень обжатия, время нагрева, ИДС, пластичность.

Создание авиационной техники с меньшей массой - главная задача развития аэрокосмической отрасли на сегодняшний день. Наиболее перспективным материалом с этой точки зрения являются сплавы систем «А1-М^-Ы» (1420) и «А1-Ь1-Си-М£» (1441). Они являются аналогами, но система «А1-М£-Ы» (1420) является наиболее технологичной по пластичности среди алюминий-литиевых сплавов при холодной прокатке и уже разработана технология получения листов толщиной до 0,3 мм. Сплав 1420 перспективный авиакосмический материал (оригинальный сплав 1420 -самый лёгкий (плотность 2,47 г/см 3[1]), коррозионностойкий), который за счёт сочетания высоких удельной прочности и удельного модуля упругости, способен обеспечивать высокие эксплуатационные характеристики авиакосмических узлов. Они определили переход к новому технологическому укладу в области интеллектуальных металлополимерных композиционных материалов, алюмостеклопластики.

Для дальнейшего рассмотрения было проведено исследование структуры и механических свойств листов из алюминий-литиевых сплавов 1420 различных состояний поставки.

Исследовали карточки из алюминий-литиевого сплава 1420 стандартного химического состава. Карточки отобраны от листов и плит, произведенных по стандартной промышленной технологии. Листы тоньше 6 мм получены холодной прокаткой, листы толщиной 6 мм и более - горячей прокаткой. Состояние после окончательной термообработки и исходные размеры карточек указаны в табл. 1.

235

Исследовали микроструктуру карточек методами оптической микроскопии в поляризованном свете на шлифах в долевом сечении после электрополирования шлифов во фтороборном электролите состава: борная кислота - 11 г; фтористоводородная кислота - 30 мл; вода дистиллированная - 2200 мл.

Таблица 1

Размеры и исходное состояние _исследуемых карточек_

№ Марка сплава Состояние поставки Толщина, мм Размеры в плане, мм

1 1420 Т 1,8 210х700

2 1420 Т 4,8 210х700

3 1420 г/к 7,3 210х700

Примечания: Т - закалка, естественное старение; Б - технологическая плакировка.

Структура листов сплава 1420 после горячей прокатки и закалки преимущественно нерекристаллизованная (рис. 1). После холодной прокатки рекристаллизация проходит тем легче, чем выше степень холодной деформации, т.е. чем меньше толщина листа.

Механические свойства листов из алюминий-литиевого сплава 1420 толщин 1,8, 4,8 и 7,3 мм определяли в трех направлениях: вдоль, поперек и под углом 45° к направлению прокатки. Отбирали по 2 - 3 образца в каждом направлении. Испытания на растяжение образцов сплава проводились по ГОСТ 1497 на пропорциональных плоских образцах [2]. Начальная расчетная длина составляла: 10 = 11,3''Б0. Для определения показателей анизотропии производился замер удлинения и сужения образцов, вырезанных вдоль, поперек и под углом 45° к направлению прокатки. Удлинение при растяжении образцов № 1, 2 и 3 составляло 13, 3, 10 % соответственно.

№3 (100:1)

Рис. 1. Микроструктура образцов №9 -11

Образцы сплава испытывали на растяжение с автоматическим определением коэффициентов анизотропии. Форма и размеры образцов -по БК 485-2. Результаты испытаний представлены в табл. 2.

Таблица 2

Результаты испытаний механических свойств алюминий-литиевого __сплава системы «А1 - М% - Ы»___

Сплав Направление отбора Толщина, мм <ср ив , МПа <уср °'2, МПа 5, % т

вдоль 1,829 404 262 13,1 0,38

45 град. 1,814 362 205 25,6 0,67

поперек 1,821 399 241 14,4 0,43

вдоль 4,840 478 419 3,4 0,45

1420 45 град. 4,843 449 340 11,9 0,64

поперек 4,855 486 377 7,9 0,41

вдоль 7,283 409 264 11,0 0,41

45 град. 7,285 378 236 17,7 0,63

поперек 7,301 412 266 14,7 0,37

Исследуемые образцы независимо от состояния поставки характеризуются значительной анизотропией механических свойств. Наибольшую пластичность имеют образцы, вырезанные под углом 45° к направлению прокатки.

Термоаналитические подходы предполагают осуществление контроля свойств материала, режима нагрева, требуют выполнения физических и физико-механических и других видов анализа, их проводят до или после нагрева. Такой эксперимент длителен по времени, его невозможно выполнить в процессе нагрева образца, не дает информации о характере распределения и изменения свойств образца. Универсальным параметром для контроля свойств может выступать характер распределения внутренней температуры материала образца по стадиям и скоростям внутренних физико-химических процессов. Предварительные лабораторные исследования характера температурных распределений в образцах разных составов и размеров дают возможность судить о том, что должно происходить с образцом внутри печи и какой необходим режим ИДС-нагрева.

Такое термоаналитическое сопровождение является инновационным и требует разработки соответствующих методов и нового приборного оснащения. Они должны предусматривать регистрацию и измерение непрерывных внешних воздействий и усредненных тепловых откликов. За основу выбран материаловедческий метод изотермического дискретного сканирования (ИДС) и использован для внутренних температурных распределений^]. Выбор метода ИДС в исследовании обусловлен тем, что с его помощью можно получить внутренние распределения любой характеристики свойства материала, независимо от сложности строения вещества.

В опытах с образцами фиксируются скорость изменения температуры и две переменные: температура и время. Каждая из них может изменяться независимым или согласованным образом, что дает разные виды нагрева. По методу дифференциального термического анализа (ДТА) из-

меняются температура и время, в методе ИДС температура и время всегда постоянны в каждом акте испытания. И они при этом могут быть заданы по условию эксперимента, чтобы служить ориентиром для выбора соответствующих параметров обработки образца для последующей прокатки [3].

Термоаналитическое устройство (термограф) с компьютерным управлением представлено на рис. 2.

Рис. 2. Термоаналитическое устройство (термограф) с компьютерным управлением (рабочее место ДТА и ИДС)

Оно используется практически во всех вариантах термического анализа. В большинстве случаев образец находится внутри контейнера или тигля, который, в свою очередь, находится в контакте с сенсором, измеряющим соответствующее свойство. При этом датчик фиксирует температуру в течение всего процесса в непосредственной близости от образца. Система датчиков с образцом (ячейка) находится внутри печи. Управление печью осуществляется с помощью программатора температур. В зависимости от требований экспериментатора температуру печи можно увеличивать, уменьшать или поддерживать постоянной. Зависимость измеренного свойства от температуры, записанная датчиками, после обработки выводится на экран компьютера и представляет собой термоаналитическую кривую или ряд тепловых откликов.

Метод ДТА предполагает осуществление контроля свойств материала, режима нагрева, требует выполнения физических и физико-механических и других видов анализа, их проводят до или после нагрева. Такой эксперимент длителен по времени, его невозможно выполнить в процессе нагрева образца, не дает информации о характере распределения и изменения свойств образца [4].

Метод изотермического дискретного сканирования (ИДС) приспособлен для получения внутренних температурных распределений в материале образца. Выбор метода ИДС в исследовании обусловлен тем, что с его помощью можно получить внутренние распределения практически любого свойства материала, независимо от сложности строения вещества.

Таким образом переходя к экспериментальной части, самое близкое значение толщины исходного листового материала системы «A1-Li-Mg» для прокатки образцов до тонких металлических листов 0,3...0,5 мм явля-

ется холоднокатаный лист системы «Л1-Ы-М£» толщиной 1,8 мм. Из него предварительно были вырезаны образцы шириной 30 мм и длиной 50 мм в количестве 28 штук для последующей холодной прокатки на лабораторном прокатном стане КВАРТО К220-75/300 (рис. 3). Перед прокаткой каждый образец был нагрет до определенной температуры по методу ИДС и выдержан в печи одну минуту.

Каждый образец после индивидуального нагрева по режиму метода ИДС был прокатан за четыре прохода с фиксированием значений толщины и усилия прокатки. Результаты сведены в четыре строки, соответствующие каждому проходу (табл. 3). По результатам табл. 3 были построены графики зависимости усилия прокатки от температуры ИДС (рисунки 4 - 7).

Рис. 3. Образцы из холоднокатаного листа сплава 1420

толщиной 1,8 мм

Таблица 3

Результаты холодной прокатки образцов за четыре прохода на лабораторном прокатном стане КВАРТО К220-75/300_

№ образца, исх. толщ. температура ИДС, 0 С Проход Толщина, мм Усилие, кН № образца, температура ИДС Проход Толщина, мм Усилие, кН

1 2 3 4 5 6 7 8

1 1,59 10,1 Образец 15, 1,84 мм, 4250 С 1 1,58 10,6

Образец 1, 1,83 мм, 2 1,2 13,7 2 1,26 25,8

25 0 С 3 0,91 41,5 3 0,91 48

4 0,58 101,8 4 0,59 91,8

1 1,6 11,2 Образец 16, 1,84 мм, 4500 С 1 1,57 6

Образец 2, 1,84 мм, 2 1,27 15,2 2 1,26 29,3

50 0 С 3 0,93 52,4 3 0,9 55,4

4 0,59 101,2 4 0,57 92,6

1 1,6 15,5 Образец 17, 1,84 мм, 4750 С 1 1,57 11,1

Образец 3, 1,83 мм, 2 1,27 19,2 2 1,26 23,7

100 0 С 3 0,92 43,9 3 0,9 49,3

4 0,58 99,6 4 0,58 90,5

1 1,6 18,3 Образец 18, 1,85 мм, 5000 С 1 1,58 15,2

Образец 4, 1,85 мм, 2 1,27 11,8 2 1,26 29,8

150 0 С 3 0,92 48,4 3 0,9 54,6

4 0,57 95,3 4 0,56 91,5

Окончание табл. 3

1 2 3 4 5 6 7 8

Образец 5, 1,83 1 1,6 19,5 Образец 19, 1,84 мм, 525 С 1 1,57 15,2

2 1,28 17,2 2 1,26 27,3

0 С мм, 175 С 3 0,93 51,6 3 0,9 56,6

4 0,59 103,8 4 0,57 93

Образец 6, 1,84 1 1,59 13,4 Образец 20, 1,84 мм, 550 С 1 1,58 11,5

2 1,27 17,5 2 1,25 25,2

0 С мм, 200 С 3 0,92 48,8 3 0,89 49,4

4 0,52 102,3 4 0,55 87,2

Образец 7, 1,85 1 1,6 8,2 Образец 21, 1,84 мм, 575 С 1 1,58 6,3

2 1,28 21,3 2 1,25 21,1

0 С мм, 225 С 3 0,92 48,4 3 0,9 55

4 0,59 103,2 4 0,57 85,6

Образец 8, 1,83 1 1,59 17,3 Образец 22, 1,84 мм, 600 С 1 1,57 10,8

2 1,27 19,1 2 1,25 20,7

0 С мм, 250 С 3 0,91 50,5 3 0,9 58

4 0,59 102,8 4 0,57 93,3

Образец 9, 1,85 1 1,59 11,3 Образец 23, 1,83 мм, 625 С 1 1,6 15,5

2 1,26 24,2 2 1,27 27,1

0 С мм, 275 С 3 0,92 55,5 3 0,9 59

4 0,58 96,9 4 0,57 91,7

Образец 10, 1,83 1 1,58 7,3 Образец 24, 1,84 мм, 650 С 1 1,58 16,3

2 1,27 27,3 2 1,25 23,9

0 С мм, 300 С 3 0,92 57 3 0,91 60,3

4 0,58 94,6 4 0,57 89,3

Образец 11, 1,84 1 1,59 9,1 Образец 25, 1,85 мм, 675 С 1 1,6 17,2

2 1,27 24,4 2 1,26 34,7

0 С мм, 325 С 3 0,91 54,8 3 0,91 60,8

4 0,58 100,9 4 0,58 94,6

Образец 12, 1,83 1 1,59 12,7 Образец 26, 1,83 мм, 700 С 1 1,62 19,9

2 1,26 19,3 2 1,28 34,1

0 С мм, 350 С 3 0,9 53,1 3 0,92 64,4

4 0,58 86,6 4 0,57 92

1 1,57 14 Образец 27, 1,85 мм, 7250 С 1 1,57 12,2

Образец 13, 1,83 мм, 2 1,25 17,7 2 1,25 27,1

3750 С 3 0,9 52,3 3 0,9 58,2

4 0,57 85,6 4 0,57 88,6

1 1,57 18 Образец 28, 1,83 мм, 7500 С 1 1,57 13

Образец 14, 1,83 мм, 2 1,25 22 2 1,24 23,5

4000 С 3 0,9 43,3 3 0,89 53,6

4 0,56 85,3 4 0,57 89,1

Зависимость усилия (кН) от температуры (С") при проходе 1

Температура, С"

Рис. 4. Зависимость усилия прокатки образцов от температуры

ИДС (1-й проход)

240

120

100

т 80

,е

5 60

Ц

и 40

>

20

0

Зависимость усилия (кН) от температуры (С-) при проходе 2

27,1 34,7 34,1

13,715.2 12 -

271 23

0

127 Т27~ 100

-Т2-7—

200

300 400 500

Температура, С-

- Усилие, кН -Толщина, мм

5

Рис. 5. Зависимость усилия прокатки образцов от температуры

ИДС (2-й проход)

120

100

1 80

,е

Ц 60

¿г 40

20

0

Зависимость усилия (кН) от температуры (С-) при проходе 3

48,4 51,6 50,5 55,5 54,8

^64,458,2 53,6

"0,9 400

' 0,9 * ' 0*9 ^,89 ' 0,9

500 600

-089-

- Усилие, кН -Толщина, мм

Температура, С-

59 60,8

52,4

60,3

41,5

43,3

092

0

100

Рис. 6. Зависимость усилия прокатки образцов от температуры

ИДС (3-й проход)

120

100

г 80

1 60

£ 40

20

0

Зависимость усилия (кН) от температуры (С-) при проходе 4

101,8

103,8

101,2 95,3 102,3 96,9

03,2 102 8 100,9 ар. а *—

91,8

92,6 91,5 93,3 91,7 94,6 92

86,6 85,6

89,1

0,58"-0,59

0,58 1 0,59 100 200

~0,58 300

1 0 58 * ™0,5э " 400

Температура, С-

-1-0,^—0,55.—0,57"

500 600

0^7*

700

-0^7-

- Усилие, кН -Толщина, мм

800

0

Рис. 7. Зависимость усилия прокатки образцов от температуры

ИДС (4-й проход)

Стоит учесть, что число твердости довольно тесно связано с пределом прочности материала образца. Измерениям твердости в ряде случаев заменяют более трудоемкие испытания на разрыв. В нашем случае каждый образец после четвертого прохода прокатки был испытан на микротвердость вдавливанием индентора на приборе ПМТ-3. Желательно, чтобы глубина отпечатка пирамидки четырехугольной формы не превышала 1015 % толщины прокатанного образца. В этом случае была выбрана нагрузка на индентор порядка 100 грамм. Значения микротвердости были усреднены по четырем замерам, предпринятым для каждого образца. По результатам был построен график зависимости микротвердости от температуры ИДС (рис. 8).

Зависимость микротвердости от температуры

140 120

- 100

80 60

40 20

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 Температура, С"

- Микротвердость, кг/мм2

116

0

Рис. 8. Зависимость микротвердости от температуры ИДС образцов после четвертого прохода прокатки

Сформировалось предположение, что стимулируя структурные превращения материала при его переходе в процессе нагрева соответствующего образца через стационарные температуры, открывается дополнительный канал диссипации упругой энергии, демонстрирующий принцип цикличности пластической деформации при его прокатке. Это может служить ориентиром для выбора соответствующих температур и времени нормируемой тепловой активации и технологическими условиями прокатки листового материала сплава 1420 с привязкой к исходной толщине.

Второе значение толщины исходного листового материала системы «А1-Ы-М£» для прокатки образцов является холоднокатаный лист сплава 1420 толщиной 4.8 мм. Из него также предварительно были вырезаны образцы шириной 30 мм и длиной 50 мм в количестве 18 штук для последующей холодной прокатки на лабораторном прокатном стане КВАРТО К220-75/300. Перед прокаткой данная группа была разбита на две партии: 10 штук и 8 штук. В каждой подгруппе был апробирован индивидуальный режим ИДС со своими значениями температур и времени выдержки в термографе две или три минуты. Значения обжатий по переходам равно 0,380. Скорость прокатки составляла 1,0 м/мин.

Результат по второму значению исходной толщины материала позволил установить явная периодичность зависимости усилия прокатки образцов от их температуры ИДС, которые хорошо согласуются с периодичностью относительно ряда (2.1) стационарных температур (Тп). Некоторые значения стационарных температур попали в температурный ряд индивидуального нагрева каждого образца по режиму метода ИДС, например: для образцов толщиной 1,8 мм: 171,5; 514,5 °С; для образцов толщиной 4,8 мм: 514,5; 857,5 °С.

Третье значение толщины исходного листового материала стало 7,3 мм горячекатаного листового материала сплава 1420. Было произведено деление на четыре отдельные партии.

Первая партия образцов в количестве десяти штук предварительно были нагреты до определенной температуры по методу ИДС: 180, 340, 505, 525 и 680 °С по два образца и выдержаны в печи две минуты. Прокат-

242

ка на стане была выполнена в различных скоростных режимах. Два первых прохода при малой скорости прокатки (рис. 9): первый образец 0,1 м/мин и второй образец 1,0 м/мин, в последующих проходах перешли на большую скорость прокатки: первый образец 10 м/мин и второй образец 20 м/мин (рис. 10). Значения обжатий по переходам: для двух первых проход с малой скорости прокатки - 0,213, а для последующих проходов с большей скоростью прокатки - 0,106.

Однако основным критерием остается значение усилия прокатки, которое также имеет характер периодичности относительно стационарных температур ряда.

Для всех образцов с первого номера по пятый номер после перехода на высокую скорость прокатки наблюдается монотонное уменьшение усилия по проходам. Однако чувствительность в зависимости от первоначальной температуры нагрева ИДС выше при скорости прокатки 20 м/мин. Несмотря на то, что образцы после четырех проходов имеют разрушение, но характер разрушения разный и более располагающая температура нагрева ИДС равна 525 °С. Однако окончательная толщина прокатки равна 1,569 мм, а усилие прокатки монотонно падает и на 11-м проходе составляет всего 31,7 кН.

0,1 м/мин

10 м'шш

ч- Образец 1 180С"

-■-Образец 2- 340С"

Образец 3- 505С"

Образец4 525С"

-*- Образец 5- 680С*

•4567 Номер прохода прокатки

Рис. 9. Графики изменения усилия при малой скорости 0,1 м/мин на первых двух проходах прокатки, при большой скорости 10 м/мин на последующих проходах прокатки в зависимости от температуры

нагрева ИДС образца

140

120 х ЮО о 80 | 60 £ 40 2й

1 м/мин

20 м/мин

Г 1 Г Р Г 1 Т [

-*- Образец 1 - 180С"

— Образец 2 - 340С

Образец 3 505С*

- Образец 4- 525С*

• Образец 5 680С'

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Номер прохода прокатки

Рис. 10. Графики изменения усилия при малой скорости 1,0 м/мин на первых двух проходах прокатки, при большой скорости 20 м/мин на последующих проходах прокатки в зависимости от температуры

нагрева ИДС образца

243

Вторая партия образцов в количестве пяти штук предварительно была нагрета до температуры 525 °С по методу ИДС с различной временной выдержкой: 1, 2, 3, 4 и 5 мин. Обжатия по переходам составляют 0,213. Графики изменения усилия от номера прохода в зависимости от времени выдержки нагрева ИДС образца приведены на рис. 11.

Рис. 11. Графики изменения усилия от номера прохода прокатки в зависимости от времени выдержки нагрева ИДС образца

до температуры 525 0С

Третья партия образцов в количестве четырех штук предварительно были нагрета до температуры 525 °С по методу ИДС с различной временной выдержкой: 7, 10, 12 и 15 мин. Прокатка на стане КВАРТО К220-75/300 была выполнена при скорости 20 м/мин.

Однако значение обжатий по переходам приняли постоянным и равным 0,045. Такое обжатие позволило удерживать верхнюю «планку» значения усилия в интервале 30...40 кН. Это обеспечивает релаксационный эффект, проявляемый в периодичности изменения усилия, а также к монотонному снижению усилий во второй половине проходов до значений в интервале 10.15 кН. Графики изменения усилия от номера прохода после нагрева ИДС образца 525 °С по методу ИДС с различной временной выдержкой: 7 мин (а), 10 мин (б), 12 мин (в) и 15 мин (г) приведены на рис. 12.

Наиболее благоприятным вариантом стал образец 5 с временной выдержкой 15 мин при температуре нагрева 525 °С ИДС, который имел на 44-м проходе окончательную толщину 0,855 мм. На графиках наблюдается релаксационный эффект, проявляемый в периодичности изменения усилия и в монотонном снижении усилия до значения 10.15 кН во второй половине проходов. Это указывает на адаптивную совместимость, связанную с динамической релаксацией материала образца.

Четвертая партия образцов в количестве пяти штук (рис. 13) предварительно была нагрета до температуры 525 °С по методу ИДС с различной временной выдержкой: 15, 20 и 30 мин. Образец №1 - ИДС-нагрев 30 мин + ИДС-нагрев 30 мин, образец №2 - ИДС-нагрев 20 мин + ИДС-нагрев 20 мин, образец №3 - ИДС-нагрев 15 мин + ИДС-нагрев 15 мин, образец №4 - ИДС-нагрев 15 мин, образец №5 - ИДС-нагрев 15 мин + ИДС-нагрев 15 мин + ИДС-нагрев 30 мин. В результате получены прокатанные образцы толщиной 0,5 мм с предварительным 525 °С ИДС-

нагревом и временной выдержкой - 15 минут и с двумя промежуточными 525 °С ИДС-нагревами и временной выдержкой - 15 и 30 мин (графики представлены на рис. 13 - 17). Также, помимо того, установлена периодическая связь дискретного ряда температурного анализа Тп с условием мультипликативности пластической деформации, представленной виде периодического ряда дискретных обжатий по проходам при прокатке образцов горячекатаной заготовки сплава системы «А1 - М^ - Ы» с толщины 7,3 мм до нужной толщины 0,5 мм.

а

б

в

№т ш - |-«-D5pj3Hj i,SSC'-7im|

171 ЖЧ »-*232 17о uq tl но 17,3'V м 7

-23 .V?j>l6j7,9- 11 Д'4^-^. г

^ 11,4 яГ*3.4 ¡'1 W « Й}

1 3 5 7 9 II 13 15 17 13 21 В 25 И 39 31 33 Ж 37 39 <1 43 Номер пршда прешки

* «

£.36

IIS 513

343

« «В.* vi ,n 3,^1

,| ОбрвецЗ.бЖ'-Юни.

Щ n 6,7 fi.jp 0,1

I 3 5 7 9 И 13 15 17 19 21 23 36 27 23 31 33 35 37 33 43

HüUCD ПНХЫВ ГЦilKilTM

Коцер npjvnjj про»:аткк

* 4Q

I за

о

Pbrs JN | —^ ОВрззец 5 555C" -15 мни |

зз fi

23,1 / 37,5 33,3 37j\ 58.5 Щ

Щ^Ш Vr1 KJ ,|

■ ш т^щщ^Щцг^т

ID.7 10.19.3 3,1 '9.6 '

3 5 7 3 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 33 41 43

Номер прохода прокатки

Рис. 12. Графики изменения усилия от номера прохода прокатки после нагрева ИДС образца 525 0С по методу ИДС с различной временной выдержкой: 7мин (а), 10 мин (б), 12 мин (в) и 15 мин (г)

г

47 4B.5

3M/"4^ ___зз/ д2 4ijf 41.Э * «tä '-^-Tf - ■ lUt я .

ÄS. . • * 4M • 4' - ' • ^•'■♦i.M 23,4 Уя^ 40.1 ""„ "^

k ■* + W m ^»»^Г^^Жы 1M ' f»

Iff3 17 .. ..Л -n.,153

1 3 4 7 9 11 13 14 17 19 Я 23 Я 21 » И 33 34 М (1 43 45 49 51 63

ПийхоД нафклн1|

Рис. 13. График изменения усилия от номера прохода прокатки после нагрева ИДС образца 525 0С по методу ИДС с временной выдержкой

15 мин

245

ба я> 5 «о

I*

ь

ts о

Ï'

»J

Ï7.: ; ' VA * ** "Я/

м* V м

'«Jï.T Vv ♦ f Щ

M" У.* ъ

1 1 з * * t ? в и юн и 1 !ч ims 1; л ?i ÎJÎJ » Jfi ïrrt л эи л ы й Us я ÏT ВЯН JS

Ihivnaj ЩИНИШИ

Рис. 14. График изменения усилия от номера прохода прокатки после нагрева ИДС образца 525 0С по методу ИДС с временной выдержкой 15 мин и с промежуточным нагревом 525 0С по методу ИДС с временной выдержкой 15 мин

M 1

«п-

X

h

с ■ М-

> ю ■

0 J

** «.I * . Л1Ш

H.t ■ "" ÎÏJ9 • _

V МЛ ltv.t

Q,t

14ПНИН|| НИ

Рис. 15. График изменения усилия от номера прохода прокатки после нагрева ИДС образца 525 0С по методу ИДС с временной выдержкой 30 минут и с промежуточным нагревом 525 0С по методу ИДС с временной выдержкой 30 мин

во

Ï 40 Ы

= 30

fl.T

ÏV* л

P F I T—T-Г—T—T—4—T-T Г 1 f »-Г—rH н +T* îojs * э.т

20 !0 о

t 1 ТЬ.'ПШПМ мм

0,s

Рис. 16. График изменения усилия от номера прохода прокатки после нагрева ИДС образца 525 0С по методу ИДС с временной выдержкой 20 минут и с промежуточным нагревом 525 0С по методу ИДС с временной выдержкой 20 мин

60 50 : 40 г зо I 20 ' 10 О

52,/ » 47 46.1 48

1

44,4 42,5 42 7 28,6 25,6 щ 9 25,8

£^14,5 17.7 150

,,, +--+ ™ c 23 24,4 25,6 25.3 ÎA »8 8 .^vll.22'6

15 6 * ♦ V in-, 14,2 17'1 , , , п^г п ,1H................

1 3

11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 Проход прокатки

Рис. 17. График изменения усилия от номера прохода прокатки после нагрева ИДС образца 525 0С по методу ИДС с временной выдержкой 15 минут и с двумя промежуточными нагревами 525 0С по методу ИДС с временной выдержкой 15 и 30 мин

соответственно 246

Лучший результат имеет образец №5 с временной выдержкой 15 мин при предварительном ИДС нагрева 525 0С и с двумя промежуточными нагревами 525 0С по методу ИДС с временной выдержкой 15 и 30 мин соответственно, который имел на 47-м проходе окончательную толщину 0,516 мм, хотя все образцы данной партии были прокатаны до нужной толщины порядка 0,5 мм.

Таким образом, получены результаты по данным регистрации тепловых эффектов с применением приложения теории температурного анализа для исследования процессов деформирования лёгких металлов и сплавов.

д

Рис. 18. Фото прокатанного образца №1 (а), №2 (б), №3 (в), №4 (г), №5 (д)

Определена минимальная степень деформации при одном проходе холодной прокатки образцов сплава 1420 холоднокатаных и закаленных толщиной 1,8 и 4,8 мм, горячекатаной заготовки сплава 1420 толщиной 7,3 мм с предварительным ИДС-нагревом и с промежуточными ИДС-нагревами.

Результаты исследований включают минимальную степень обжатия прохода, скорость прокатки, температуру и время нагрева ИДС. Выявлена периодичность изменения усилия прокатки и микротвердости

247

прокатанных образцов относительно стационарных температур. Получено благоприятное сочетание значений указанных параметров, обеспечивающее цикличность пластической деформации при его прокатке.

В результате при прокатке образцов горячекатаной заготовки сплава системы «Al - Mg - Li» толщиной 7,3 мм были получены прокатанные образцы толщиной 0,5 мм с предварительным 525 0С ИДС-нагревом и временной выдержкой 15 мин и с двумя промежуточными 525 0С ИДС нагревами и временной выдержке соответственно 15 и 30 мин. Цикличность пластической деформации при прокатке образцов послужило ориентиром для выбора соответствующих температур и времени нормируемой тепловой активации и технологическими условиями прокатки листового материала сплава 1420 с привязкой к исходной толщине. Действие тепловых энергий в структурах сплава 1420 вызывает дополнительную фрагментацию и даёт возможность выйти за предел деформируемости. Это подтвердилось для образца №5 со смещением назад места первого промежуточного ИДС-нагрева, что позволило ему прокатываться с большей интенсивностью за счет ротационной пластичности до толщины 0,5 мм.

Список литературы

1. Фридляндер И.Н. Алюминиевые сплавы. Промышленные деформируемые, спеченные и литейные алюминиевые сплавы: справочное руководство. М.: Металлургия, 1972. 552 с.

2. Фридляндер И.Н., Шамрай В.Ф., Ширяева Н.В. Открытие эффекта старения и создание Al - Li сплава 1420 // Изв. АН СССР. 1965. №2.

3. Дорошко, Г.П. Введение в температурный анализ свойств материала. Самара: Самарск. гос. арх.-строит. ун-т., 2007. 396 с.

4. Дорошко Г.П. Новый подход к определению предельных температур эксплуатации тугоплавких материалов // Огнеупоры и техническая керамика. №4-5. 2009. С. 85 - 90.

5. Дорошко Г.П. Условие совместимости металлов за пределом деформирования // 11-я Международная научно-техническая конференция. СПб., 2015. С. 560 - 570.

Агафонова Дарья Викторовна, аспирант, Dafna_Agafonova@mail. ru, Россия, Самара, Самарский национально-исследовательский университет имени С.П. Королёва,

Михеев Владимир Александрович, д-р техн. наук, профессор, Dafna_Agafonova@mail. ru, Россия, Самара, Самарский национально-исследовательский университет имени С.П. Королёва

DETERMINA TION OF ROLLING MODES OF SHEETMA TERIAL FROM THE AL-MG-LI

ALLOYSYSTEM, ACCOMPANIED BYPERIODIC TRANSFORMATIONOF THE STRUCTURE WHENCROSSING THEBOUNDARIES OF THE TEMPERATURERANGE

D. V. Agafonova, V.A. Mikheev 248

The optimal selection of the values parameters, ensuring the cyclicity of plastic deformation during cold rolling of the sample. The results of the studies include the minimum degree of compression of the passage, the rolling speed, the temperature and the holding time of the heating IDS.

Key words: System Al-Mg-Li, Alloy 1420, temperature, rolling speed, compression ratio, heating time, IDS, plasticity.

Agafonova Darya Victorovna, postgraduate, Dafna Agafonovaamail.ru, Russia, Samara, Samara National Research University named after S.P. Korolov,

Mikheev Vladimir Aleksandrovich, doctor of technical sciences, professor, Daf-na Agafonovaa mail.ru, Russia, Samara, Samara National Research University named after SP Korolyov

УДК 621.77.014

ИССЛЕДОВАНИЕ ШТАМПОВКИ ТОЛСТОЛИСТОВОГО

МАТЕРИАЛА И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ДЕТАЛИ «ЗАДВИЖКА»

Ю.К. Филиппов, С. А. Типалин, А.В. Рагулин, Ю.Г. Калпин

Исследован процесс вытяжки толстостенного листового материала (толщина 10мм) Проанализированы деформационные и силовые параметры возникающие в ходе вытяжки из листовой заготовки толщиной 10 мм. Предложен технологический процесс получение готовой детали предусматривающий минимальное утонение материала.

Ключевые слова: ресурсосберегающая технология, минимальная разнотолщин-ность, толстолистовой материал, вытяжка с фланцем, оптимизация процесса, моделирование.

В современных условиях все большую актуальность имеют тенденции, направленные на получение изделий с оптимальными параметрами при наименьшей себестоимости изготовления. Это явление относится практически ко всем технологическим процессам и, в частности, к процессам обработки материалов давлением. Снижение веса выпускаемых изделий при обеспечении надежности конструкции с минимизацией затрат на изготовление заставляет производителей искать и внедрять новые технологии [1 - 4].

Вытяжка листового материала является одной из распространённых операций. Однако большинство исследований относится к тонколистовому материалу. Исследованиям деформации толстолистовых заготовок (толщиной 8мм и более) уделялось относительно небольшое внимание. Но при производстве деталей методом холодной листовой штамповки возникает ряд вопросов, решение которых позволит прогнозировать поведение

249