СТАРЕНИЕ И ТЕРМОЦИКЛИРОВАНИЕ МАГНАЛИЕВ С ПОВЫШЕННЫМ СОДЕРЖАНИЕМ ПРИМЕСЕЙ

Юлбарсхон Набиевич Мансуров; Н.М. Обитов

Central Asian Research Journal For Interdisciplinary Studies (CARJIS)

www.carjis.org DOI: 10.24412/2181-2454-2022-8-56-64

СТАРЕНИЕ И ТЕРМОЦИКЛИРОВАНИЕ МАГНАЛИЕВ С ПОВЫШЕННЫМ СОДЕРЖАНИЕМ ПРИМЕСЕЙ

Юлбарсхон Набиевич Мансуров

Ташкентский государственный транспортный университет, д.т.н. Профессор.

Н.М. Обитов

Навоийский государственный горный, технологический университет, Старший

преподаватель

АННОТАЦИЯ

Термическая обработка является одним из инструментов повышения эксплуатационных свойств деталей, конструкций, изготовленных, в частности, из сплавов на основе алюминия. Современная классификация алюминиевых сплавов делит их на термически упрочняемые и не упрочняемые. Разница между двумя группами сплавов заключается в степени их упрочнения в закаленном состоянии. Более высокий уровень прочностных и коррозионных свойств, по-видимому, должен обеспечить двухступенчатый режим старения, при котором наблюдается более высокая плотность и однородность распределения выделений

Ключевые слова: сплавы алюминия, режим старения, эффекте старения, прирост твердости, двухступенчатый, контраст, упругость, структуры сплава.

ABSTRACT

Heat treatment is one of the tools to improve the performance properties of parts, structures made, in particular, from aluminum-based alloys. The modern classification of aluminum alloys divides them into heat-hardened and non-hardened. The difference between the two groups of alloys lies in the degree of their hardening in the hardened state. A higher level of strength and corrosion properties, apparently, should provide a two-stage aging regime, in which a higher density and uniformity of the distribution of precipitates are observed.

Keywords: aluminum alloys, aging mode, aging effect, hardness increase, two-stage, contrast, elasticity, alloy structures.

Central Asian Research Journal For Interdisciplinary Studies (CARJIS)

www.carjis.org DOI: 10.24412/2181-2454-2022-8-56-64

ВВЕДЕНИЕ

Известно [1-9], что сплавы алюминия и магния, содержащие в качестве основных легирующих элементов цинк, кремний, медь, существенно упрочняются при старении. В связи с этим, исследуемые сплавы, содержащие принеси меди и цинка в количестве 0,3-0,6% (каждой), решили подвергнуть старению с целью их дополнительного упрочнения.

Более высокий уровень прочностных и коррозионных свойств, по-видимому, должен обеспечить двухступенчатый режим старения, при котором наблюдается более высокая плотность и однородность распределения выделений .[11].

Для исследования старения на механические свойства были выбраны сплавы 3,6, 7-9 по табл.1. Сплавы отличаются друг от друга содержанием магния (4,6,8%Mg) при одинаковой концентрации примесей (сплавы 3,6,9). Чтобы выяснить, насколько эффект старения зависит от примесей (в частности цинка и меди), для сплава с 6%Mg определение механических свойств проводили на трех уровнях содержания примесей (сплавы 7-9 по табл.2). Старение проводили на закаленных по режиму 520°С, 10 ч сплавах.На основании анализа литературных данных по сплавам Al - Mg - Zn [12] старение на первой ступени проводили при 100°С 4ч. Режим второй ступени являлся объектом оптимизации. Об эффекте старения судили по приросту твердости HV в сравнении с закаленным состоянием.

На первом этапе были получены зависимости твердости сплавов от температуры Т старения при времени выдержки 2ч (рис. 1). У сплавов с 6 и 8%Mg максимальный прирост HV наблюдали при 160°С (рис.1), а у сплава с 4%Mg значения твердости после старения при различных температурах оставалась практически неизменными (~HV 95).

У сплавов Al + 6%Mg с разным уровнем содержания примесей наибольшая твердость была получена после старения при температуре второй ступени 140°С для сплава с 0,6%Si, Fe, Cu, Zn, Mn; 0,3%Sn и Pb; 0,5%Ni (верхний уровень) и при 160°С с примесями на нижнем и среднем уровнях.

На следующем этапе установили зависимость твердости от времени выдержки на второй ступени старения при 140°С и при 160°С (рис. 2-3).

Из анализа кривых старения (рис. 1-3) следует, что оптимальным режимом второй ступени является: температура 160°С, время выдержки 2ч. Такой режим обеспечивает прирост твердости AHV10...15.

Central Asian Research Journal For Interdisciplinary Studies (CARJIS)

www.carjis.org DOI: 10.24412/2181-2454-2022-8-56-64

Для доказательства того, что двухступенчатый режим старения дает больший прирост HV, чем одноступенчатый, была определена твердость сплавов состаренных по одноступенчатому режиму, обеспечивающим максимальную твердость: 160°С, 2ч. Значения твердости HV сплавов системы Al-Mg с различным уровнем примесей представлены в табл. 1

Зависимость твердости исследованных сплавов от температуры старения на второй ступени. Время старения 2ч.

Температура старения на II ступени °С

Температура старения на II ступени °С Рис 1 Зависимость твердости исследованных сплавов от температуры старения

на второй ступени. Время старения 2ч.

Central Asian Research Journal For Interdisciplinary Studies (CARJIS)

www.carjis.org DOI: 10.24412/2181-2454-2022-8-56-64

Рис.2.Зависимость твердости от времени старения на второй ступени.

Температура старения 1600С

Central Asian Research Journal For Interdisciplinary Studies (CARJIS)

www.carjis.org DOI: 10.24412/2181-2454-2022-8-56-64

а-сппаЬ ]

_I_I_I_I_

2 4 6 в

бремя старения на II степени, ч

Рис.З.Зависимость твердости от времени старения на второй ступени.

Температура старения 1400С.

Таблица 1

Твердость НУ сплавов, состаренных по одноступенчатому и двухступенчатому режимам

Сплав Уровень Режим старения Твердость HV

примесей

Al + 4%Mg средний одноступенчатый 89 ± 2

двухступенчатый 96 ± 3

Al + 6%Mg нижний одноступенчатый 89 ± 2

двухступенчатый 96 ± 2

Al + 6%Mg средний одноступенчатый 96 ± 2

двухступенчатый 103 ± 2

Al + 6%Mg верхний одноступенчатый 100 ± 2

двухступенчатый 110 ± 2

Al + 8%Mg средний одноступенчатый 103 ± 2

двухступенчатый 111 ± 2

Результаты исследования, представленные в табл.1 подтверждают, что для всех сплавов двухступенчатый режим старения оказался более эффективным.

Шли определены механические свойства при растяжении сплавов, состаренных по режиму 100°С, 4ч + 160°С, 4ч. Результаты испытаний представлены в табл.2. Как видно, эффект упрочения после старения невелик.

Таблица 2

Central Asian Research Journal For Interdisciplinary Studies (CARJIS)

www.carjis.org DOI: 10.24412/2181-2454-2022-8-56-64

Механические свойства исследованных сплавов после старения по

режиму: 1000С, 4ч + 1600С, 2ч

№ сплава по табл.4.1 Механические свойства

ов, МПа о0,2, МПа 5, % HV

3 260 ± 15 155 ± 10 6 ± 1 96 ± 3

6 253 ± 15 163 ± 10 4 ± 2 111 ± 2

7 280 ± 12 157 ± 10 6 ± 2 96 ± 2

8 302 ± 10 185 ± 10 4 ± 2 105 ± 3

9 290 ± 14 169 ± 10 5 ± 2 103 ± 2

Электронномикроскопические исследования сплава А1 + 6%М£ с наибольшим содержанием примесей (для более легкого обнаружения продуктов распада), состаренного по режиму 100°С, 4ч + 160°С, 2ч, не позволили обнаружить продукты распада, вероятно из-за их дисперсности и малой объемной доли.

Структура перестаренного сплава в течение 10ч при температуре второй ступени 160°С, которую изучали с целью обнаружения продуктов распада, показана на рис.4. Из сравнения тонкой структуры сплава в литом состоянии (рис.4.а) и в состаренном следует, что в сплаве, подвергнутом старению, на дислокациях видны гетерогенно зародившееся и уже грубые к этому времени старения частицы Р(А13М§) - фазы (рис.4 б). На рис. 4.в показаны толщинные контуры экстинции с продуктами распада. Контраст в этом случае получается из-за наличия сильного поля упругих напряжений вокруг выделяющихся мелких частиц [12]. Поле упругих напряжений сохраняется лишь вокруг когерентных или полуногерентных частиц [1]. Вокруг же грубых частиц они отсутствуют. Вероятно, в сплаве идет распад с образованием фазы-упрочнителя, объемная доля которой мала и, соответственно, она не оказывает заметного влияния на механические свойства. Идентифицировать эту фазу не удалось в виду малочисленности ее выделений.

Таким образом, старение сплавов системы А1 - М§ с повышенным содержанием примесей (в том числе меди и цинка до 0,6%) не оказывает существенного влияния на механические свойства исследованных сплавов.

Возможность применения термоциклической обработки с целью

Central Asian Research Journal For Interdisciplinary Studies (CARJIS)

www.carjis.org DOI: 10.24412/2181-2454-2022-8-56-64

получения ценной совокупности высоких прочностных свойств и повышенной пластичности исследовали на сплавах алюминия с 4,6,8%Mg и содержанием примесей на различных уровнях.

Верхний предел температурного цикла - 500°С - выбирали для обеспечения максимальной растворимости избыточных фаз при одновременном выполнении требования не допустить пережога. Нижняя температура цикла варьировалась: 200,100,20°С. Число циклов также варьировали от 5 до 10. Максимальное время выдержки при температуре цикла было выбрано из технологических соображений.

Тонкая структура сплава Al + 6%Mg с примесями на верхнем уровне

Рис.4. а - дислокационная структура в литом состоянии х18000 б,в - тонкая структура в состаренном состоянии х34000

Таблица 3.

Механические свойства литейных магналиев в зависимости от режима термоциклической обработки

Основа Уровень Режим ТЦО Механические свойства

сплава примесей Тв/Тм К-во Время Ов, О0,2, 5,

0С циклов выдержки МПа МПа %

Al + средний 500/200 10 15 270±15 161±15 6±1

6%Mg 500/100 10 15 264±15 163±15 5±1

500/20 10 15 243±15 155±15 5±1

Al + нижний 500/200 10 15 253±10 149±10 6±1

6%Mg верхний 500/200 10 15 263±10 176±10 4±1

Al + средний 500/200 10 15 228±10 119±10 6,5±1

4%Mg

Al + средний 500/200 10 15 251±10 177±10 3±1

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

8%Mg

Механические свойства исследованных сплавов (табл.3) по уровню

Central Asian Research Journal For Interdisciplinary Studies (CARJIS)

www.carjis.org DOI: 10.24412/2181-2454-2022-8-56-64

соответствуют аналогичным свойствам сплавов в закаленном состоянии после высокотемпературной гемогенизации.

Учитывая сложность технологической операции по ТЦО (особенно для массивных отливок), необходимо отметить существенное преимущество для данной группы сплавов высокотемпературной закалки по сравнению с термоциклической обработкой.

ЛИТЕРАТУРА.

1. Металловедение алюминия и его сплавов. Справ. изд.(А. И. Беляев, А.И.Вочвар, Н.Н.Буйнов и др.) - М. :Металлургия,1983, 280с.

2. Рафиков В.З. Закономерности старения и оптимизация режимов термической обработки силуминов. - Дисс. на соискание ученойстепени канд. техн. наук. М.:МИСиС,1983,221 с.

3. Подзоров Б.Н., Смагинский М.Е. - В сб.: Термоциклическая обработка металлических материалов (Материалы конференции) Исследование закономерностей изменения свойств алюминиевых сплавов при ТЦО. - Л.: Наука, 1980, с.83

4. Трошина А.В., Трахтенберг Б.Ф. - В сб.:Термоциклическаяобработка металлических материалов (Материалы конференции) Применение циклических закалок в технологии термообработки сплавов на алюминиевой основе. -Л.:Наука, 1980, с.87

5. Кайгородова А.И., Буйнов Н.Н., Комарова М.Ф. - Исследование влияния ТЦО на структуру и свойства алюминиево магниевых сплавов. - ШМ, 1984, т.57, вып.2, с.362-368.

6. Васильева А.А., Малашеноко Л.М., Муосхранов Ю.М. и др.Термоциклическая обработка сплава АМг5. - МиТОМ, 1983,№ 12, с.19-22

7. Федгокин В.К. Метод термоциклической обработки металлов. Л.:ЛГУ, 1984, 190с.

8. Биронт B.C., Заиграйкина B.C. - В сб.:Термоциклическая обработка металлических изделий. Роль фазовых взаимодействий в термоциклической обработке сплавов. - Л.:Наука:1982, с.10-11.

9. Кенис М.С., Трахтенберг В.Ф., Трошина Л.В., Гольдер Ю.Г.-В сб.: Термоциклическая обработка металлических изделий. Перераспределение легирующих элементов в литом сплаве Д16при термоциклировании. - Л.:Наука, 1982, с.95 11.Баранов А.А.

Central Asian Research Journal For Interdisciplinary Studies (CARJIS)

www.carjis.org DOI: 10.24412/2181-2454-2022-8-56-64

Структурные изменения при термоциклической обработке металлов. - МиТОМ, № 12, 1983, с.2-10

12.Галицкал Е.Г. и др. Теория обучения машин. Лабораторный практикум. М.МИСиС,1993,132 с.

СТАРЕНИЕ И ТЕРМОЦИКЛИРОВАНИЕ МАГНАЛИЕВ С ПОВЫШЕННЫМ СОДЕРЖАНИЕМ ПРИМЕСЕЙ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Юлбарсхон Набиевич Мансуров, Н М. Обитов

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Юлбарсхон Набиевич Мансуров, Н М. Обитов

Текст научной работы на тему «СТАРЕНИЕ И ТЕРМОЦИКЛИРОВАНИЕ МАГНАЛИЕВ С ПОВЫШЕННЫМ СОДЕРЖАНИЕМ ПРИМЕСЕЙ»