CC BY
10
УДК 669.713.017:538.9
ПРОЦЕСС СТАЦИОНАРНОЙ ПОЛЗУЧЕСТИ АЛЮМИНИЯ А85, ТИТАНА ВТ1-0, СВИНЦА С2
А. А. Серебрякова, Д. В. Загуляев, В. В. Шляров
Сибирский государственный индустриальный университет (Россия, 654007, Кемеровская обл. - Кузбасс, Новокузнецк, ул. Кирова, 42)
Аннотация. Рассмотрены цветные металлы: алюминий марки А85, титан марки ВТ1-0, свинец марки С2. Проведены механические испытания, исследованы процессы ползучести, получены характерные кривые процесса для каждогоиз этих цветных металлов. Проведен анализ скоростей ползучести алюминия, титана, свинца.
Ключевые слова: свинец С2, титан ВТ1-0, алюминий А85, стационарная ползучесть, пластическая деформация, скорость ползучести, механические свойства цветных металлов
Для цитирования. Серебрякова А.А., Загуляев Д.В., Шляров В.В. Процесс стационарной ползучести алюминия А85, титана ВТ1-0, свинца С2. // Вестник Сибирского государственного индустриального университета. 2021. № 3 (37). С. 27 - 30.
THE PROCESS OF STATIONARY CREEP FLOW OF A85 ALUMINUM, VT1-0
TITANIUM, C2 LEAD
A. A. Serebryakova, D.V. Zagulyaev, V. V. Shlyarov
Siberian State Industrial University (42 Kirova Str., Novokuznetsk, Kemerovo Region - Kuzbass 654007, Russian Federation)
Abstract. Mechanical tests of non-ferrous metals were carried out: aluminum (Al) of the A85 grade, titanium (Ti) of the BT1-0 grade, lead (Pb) of the C2 grade. The creep flow processes of these metals are investigated. The characteristic curves of the process for each non-ferrous metal are obtained. The creep rates of aluminum, titanium, and lead were analyzed.
Keywords: lead C2, titanium BT1-0, aluminum A85, stationary creep, plastic deformation, mechanical properties of non-ferrous metals
For citation: Serebryakova A.A., Zagulyaev D.V., Shlyarov V.V. The process of stationary creep flow of A85 aluminum, VT1-0 titanium, C2 lead. Bulletin of SibSIU. 2021, no. 3 (37), p. 27-30. (In Russ.).
Введение
Цветные металлы широко распространены во многих сферах промышленности [1]. В настоящей работе рассмотрены такие цветные металлы, как алюминий марки А85, титан марки ВТ1-0, свинец марки С2.
Использование алюминия весьма разнообразно и по своим масштабам занимает второе место после железа и его сплавов. Алюминий широко применяется в бытовой, ракето- и автомобилестроительной промышленности, что обусловлено его небольшой плотностью, коррозионной стойкостью и пластичностью в сравнении с другими металлическими материалами [2]. Ти-
тан является металлом «будущего» и находит применение в космической, авиационной, судостроительной, машиностроительной и нефтегазовой отраслях благодаря своим прочностным характеристикам [3]. Свинец из-за своих радиационных свойств, высокой плотности и пластичности используется в атомной, военной, строительной отраслях [4]. Таким образом, рассматриваемые металлы являются широко применяемыми во многих отраслях промышленности и нуждаются в подробном изучении пластических и механических свойств для их дальнейшей модификации. Цель исследования процесса ползучести свинца, титана и алюминия, прове-
денного в настоящей работе, состоит в наборе данных по процессу ползучести, необходимых для дальнейшего изучения поведения этих материалов при воздействии на них внешнего магнитного поля [5].
Методы и принципы исследования
В качестве исследуемых материалов использовали поликристаллические технически чистые свинец С2, титан ВТ1-0 и алюминий А85. Образцы свинца изготовлены из свинцовой проволоки марки С2 диам. 2 мм по ТУ 48-21-792 - 85. В исследуемых образцах содержание свинца составляло 99,88 %, содержание примесей не превышало 0,12 %. Материал для исследования алюминия А85 и титана ВТ1-0 представлял собой образцы цилиндрической формы, диаметром 1,8 мм. В исследуемых образцах содержание алюминия составляло 99,85 %, содержание титана - 99,70 %. Содержание примесей в образцах алюминия и титана находилось в пределах 0,15 и 0,30 % соответственно. Для приведения структуры свинца, алюминия и титана в равновесное состояние образцы подвергали предварительной пробоподготовке методом ре-кристаллизационного отжига при температуре 0,7Тпл в течение 2 ч, затем их охлаждали в течение 24 ч до комнатной температуры.
Изучение процесса ползучести проводили на испытательной установке для растяжения, разработанной и изготовленной в ФГБОУ ВО «Сибирский государственный индустриальный университет» [6]. Установка состоит из жесткого металлического каркаса, измерительной аппаратуры, датчика движения. Датчик движения позволяет зафиксировать удлинение образца во время испытания. Значения времени и удлинения передаются на ПК в виде текстового документа, далее по полученным данным с использованием средств программы Microsoft Excel строятся кривые ползучести и выполняется анализ линейной стадии процесса, в частности, определяется скорость ползучести. Растягивающее напряжение в процессе испытаний на ползучесть было подобрано экспериментальным путем, исходя из индивидуальных свойств металлов.
Процесс ползучести в структуре свинца при прочих равных условиях наступает при меньших значениях приложенного растягивающего напряжения, чем в алюминии и титане, в связи с большей пластичностью этого металла. В процессе испытаний технически чистого поликристаллического свинца постоянное растягивающее напряжение oPb составляло 5,57 МПа (предел прочности на растяжение ов составляет 12 МПа). Титан имеет наиболее прочную струк-
туру, поэтому процесс ползучести наступает при самом большом растягивающем напряжении: оТ1 = = 217 МПа (ов = 420 МПа). Для технически чистого поликристаллического алюминия оА1 = = 65 МПа (ов = 70 МПа). Дифференцированные кривые скорости процесса получены в программе Or1g1nPro 8. Испытания всех материалов проводили при комнатной температуре.
Основные результаты
В ходе исследований стационарной ползучести получены характерные кривые процесса для титана ВТ0-1, алюминия А85 и свинца С2 (рис. 1).
Полученные кривые отражают процесс пластической деформации в трех стадиях: логарифмической, установившейся, ускоренной. Выявление установившейся стадии ползучести позволило вычислить скорость ползучести поликристаллических технически чистых цветных материалов. Расчет скорости ползучести осуществляли на линейном участке установившейся стадии путем отнесения значения деформации к времени на участке. Выявлены скорости ползучести для титана, алюминия и свинца, которые составляют порядка 2,4, 3,8 и 0,8 %/ч соответственно. Дифференцирование кривых ползучести показывает зависимость скорости ползучести от времени эксперимента. Кривые процесса ползучести цветных металлов представлены на рис. 2.
По представленным графикам дифференцированных кривых можно сделать вывод о том, что наибольшая длительность линейной (установившейся) стадии ползучести наблюдается при исследовании на ползучесть титана (1) и составляет 10 ч. Наименьшее время пребывания образца в стадии установившейся ползучести обнаружено при исследовании алюминия (2) и составляет 3 ч. Согласно кривым (рис. 2) свинец (3) пребывает в линейной стадии 3,3 ч. Данные особенности процесса связаны с разностью структурных характеристик материалов и различной способностью материалов к пластической деформации.
Выводы
Исследованы процессы пластической деформации поликристаллических технически чистых цветных металлов: алюминия марки А85, титана марки ВТ1-0, свинца марки С2. Получены характерные кривые процесса ползучести, отражающие все стадии процесса: логарифмическую, установившуюся и ускоренную. Проведено дифференцирование кривых ползучести, что позволило получить зависимости скорости ползучести от времени эксперимента. Скорости пол-
Рис. 1. Кривые ползучести поликристаллических технически чистых титана (а), алюминия (б), и свинца (в) Fig. 1. Creep curves of polycrystalline technically pure titanium (a), aluminum (б), and lead (в)
зучести титана, алюминия и свинца составили порядка 2,4, 3,8 и 0,8 %/ч соответственно. Выполненные исследования позволили набрать данные о характере пластической деформации цветных металлов (титан, алюминий, свинец) в исходном состоянии, что составит фундамент для исследований металлов в дальнейшем при воздействии на них внешнего магнитного поля.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Галевский Г.В., Руднева В.В. Производство цветных металлов. М.: Флинта, 2017. 258 с.
2. Белецкий В.М., Кривов Г.А. Алюминиевые сплавы (состав, свойства, технология, применение). Справочник. КОМИНТЕХ, 2005.
3. Тарасов А.В. Металлургия титана. М.: Академкнига, 2003.328 с.
4. Романтеев Ю.П., Быстров В.П. Металлургия тяжелых цветных металлов. Свинец. Цинк. Кадмий. М.: изд. МИСИС, 2010. 374 а
5. Ковешников С.С., Балахнина Е.Е. Явление ползучести и релаксации. В кн.: Сборник
научных трудов по материалам II Международной научно-практической конференции. Смоленск: Изд-во МНИЦ «Наукосфера», 2019. С.54-57.
6. Коновалов С.В., Данилов В.И., Зуев Л.Б. и др. Автоматизированная установка для регистрации и анализа ползучести металлов и сплавов // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2007. Т. 73. С. 64- 66.
REFERENCES
1. Galevskii G.V., Rudneva V.V. Production of non-ferrous metals. Moscow: Flinta, 2017, 258 p. (In Russ.).
2. Beletskii V.M., Krivov G.A. Aluminum alloys (composition, properties, technology, application). Guide. KOMINTEKh, 2005. (In Russ.).
3. Tarasov A.V. Titanium metallurgy. Moscow: 2003, 328 p. (In Russ.).
4. Romanteev Yu.P., Bystrov V.P. Metallurgy of heavy non-ferrous metals. Lead. Zinc. Cadmium. Moscow: izd. MISIS, 2010, 374 p. (In Russ.).
dp %
~dt ч
£
7 —
6
5 -
4 -
3
2
1
0
Pb (C2)
1
2
3
4
5 t, ч
Рис. 2. Зависимости скорости ползучести от времени испытания для металлов: 1 - титан BT1-0; 2 - алюминий A85; 3 - свинец C2 Fig. 2. Dependences of the creep rate on the test time for metals: 1 - titanium BT1-0; 2 - aluminum A85; 3 - lead C2
5. Koveshnikov S.S., Balakhnina E.E. The phenomenon of creep and relaxation. In: Collection of scientific papers based on the materials of the II International Scientific and Practical Conference. Smolensk: Izd-vo MNITs «Naukosfera», 2019, pp. 54-57. (In Russ.).
6. Konovalov S.V., Danilov V.I., Zuev L.B. etc. Automated installation for recording and analyzing the creep of metals and alloys. Zavodskaya laboratoriya. Diagnostika materialov. 2007, vol. 73, pp. 64- 66. (In Russ.).
Сведения об авторах
Серебрякова Анна Александровна, аспирант кафедры естественнонаучных дисциплин имени профессора В.М. Финкеля, Сибирский государственный индустриальный университет Е-mail: aserebrakova87@gmail.com
Загуляев Дмитрий Валерьевич, кандидат технических наук, доцент кафедры естественнонаучных дисциплин имени профессора В.М. Финке-ля, Сибирский государственный индустриальный университет
Е-mail: zagulyaev_dv@physics.sibsiu.ru
Шляров Виталий Владиславович, аспирант кафедры естественнонаучных дисциплин имени профессора В.М. Финкеля, Сибирский государственный индустриальный университет E-mail: ShlyarovVitaly@yandex.ru
Information about the authors
Anna A. Serebryakova, Postgraduate of the Chair of Science named after V.M. Finkel', Siberian State Industrial University E-mail: aserebrakova87@gmail.com
Dmitry V. Zagulyaev, Cand. Sci. (Eng.), Assist. Prof. of the Chair of Science named after V.M. Finkel', Siberian State Industrial University
E-mail: zagulyaev_dv@physics.sibsiu.ru
Vitaly V. Shlyarov, Postgraduate of the Chair of Science named after V.M. Finkel', Siberian State Industrial University E-mail: ShlyarovVitaly@yandex.ru
© 2021 г. А.А. Серебрякова, Д.В. Загуляев,
В.В. Шляров Поступила в редакцию 30.06.2021 г.
в
