CC BY
28
УДК 621.983.3
ВЛИЯНИЕ ПОВТОРНОГО НАГРЕВА НА МЕХАНИЧЕСКИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЛИСТОВОГО АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА С ПОВЫШЕННЫМ СОДЕРЖАНИЕМ МАГНИЯ
© 2003 В. В. Уваров1, Е. А. Носова2, В. С. Уварова1
'Самарский государственный аэрокосмический университет 2Волжский филиал института металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова РАН
Проведено комплексное изучение механических и технологических свойств листовых полуфабрикатов из деформируемого алюминиевого высокомагниевого сплава. Дана оценка возможности его использования при производстве изделий авиационного и автомобильного назначений.
В качестве деформируемого высокопрочного и достаточно пластичного сплава в данной работе исследован опытный сплав системы А1-]У^ с содержанием магния около 10 % и добавками циркония, титана, кобальта и бора (условное обозначение - сплав типа АмгЮ). Листовые полуфабрикаты из опытных партий этого сплава показали уровень свойств, близких к хорошо штампуемой кузовной стали 08ГСЮТ(Ф), применяемой в автомобилестроении [1]. Однако в процессе изготовления деталей автомобильных конструкций из сплава типа АМгЮ и их эксплуатации возможным является повторный нагрев, например, при окраске и сушке. Такой нагрев является термическим воздействием на сплав, где после закалки зафиксирован пересыщенный а-твердый раствор при его быстром охлаждении.
Этот процесс может быть классифицирован как искусственное старение, т. е. термическое воздействие, при котором в сплаве, подвергнутом закалке без полиморфного превращения, главным при последующем нагреве является распад пересыщенного твердого раствора. В общем случае из пересыщенного твердого раствора выделяется фаза, отличающаяся от матрицы химическим составом и структурой. Согласно современным представлениям [2], последовательность выделений в сплавах системы А1-1У^ с содержанием магния порядка 10 % с ростом температуры старения (при постоянной выдержке) определяется следующими стадиями распада: зоны ГП (Гинье-Престона)->
промежуточная (метастабильная) фаза (3'—» стабильная (3-фаза (А1,М£3)
Для оценки характера и последовательности структурных изменений применялись методы, основанные на изучении механических и технологических свойств в зависимости от температурных режимов повторных нагревов. Такое исследование дает возможность выявить области конкретного проявления эффекта старения в листовых полуфабрикатах сплава типа АМгЮ. С этой целью исследования включали определение стандартных характеристик при испытании образцов на растяжение ав, а02, 54,5р, у, а также оценку следующих технологических свойств:
г
п ____ пип
Ртп - <, - относительный радиус гибки ДО
образования трещины;
Да - угол пружинения;
Ьпих - максимальная глубина лунки при испытании на выдавливание сферической лунки; ц..- показатель анизотропии; кпр - предельный коэффициент вытяжки.
Температурный режим повторных нагревов определялся значениями Т,:=20оС, Т=120 °С, Т3=170 °С, Т4=200 °С, Т =250 °С, Т6=320 °С. Испытания на растяжение проводились на плоских образцах толщиной а0= 1 мм, шириной в()= 20 мм, выполненных в соответствии с ГОСТ 1.997-88. Испытывались продольные и поперечные образцы.
Для испытаний и оценки технологических свойств использовались пластинки с размерами, рекомендуемыми соответствующими стандартами.
Технические науки
В таблице 1 приведены основные механические и технологические свойства листовых полуфабрикатов в зависимости от температуры повторного нагрева.
В верхней строке таблицы приведены свойства продольных образцов, в нижней -поперечных.
Анализ результатов испытаний показывает, что при нагреве до температур порядка 170 °С не наблюдается значительного изменения прочностных и пластических характеристик при растяжении и свойств при технологических испытаниях. Очевидно, это связано с образованием зон ГП, которые сами по себе не вызывают значительного изменения свойств, тем более что, вероятно, они возникли еще в процессе закалки и со временем произошло их небольшое увеличение.
При температурах выше 170 °С прочностные свойства несколько возрастают при одновременном значительном снижении пластических характеристик и технологических свойств. При температуре в области
200...320 °С из пересыщенного твёрдого раствора выделяется промежуточная Р', а затем
и (3 стабильная фаза (А12М§3), значительно уменьшающая пластичность сплава. Такая динамика развития выделений и, соответственно, свойств позволяет выбрать температурный режим повторного нагрева без значительного снижения уровня технологической пластичности и изменения механических свойств, присущих свежезакаленному состоянию.
Проведенные исследования по изучению влияния повторных нагревов на свойства и структуру опытного сплава с содержанием магния 9... 10 % позволяют сделать следующие выводы.
1. Заметных изменений основных механических и технологических свойств не происходит до температур повторного нагрева порядка 170 °С и выдержке менее 30 минут.
2. В интервале температур повторного нагрева 170...250 °С наблюдается существенное повышение прочностных свойств (ав от
390...400 до 433...478 МПа, ст02 от 193...200 до 233...234 МПа) и падение пластических свойств (5 от 35...36 до 15... 16 %, у от 45...47 до 29...30 %).
Таблица 1
Механические и технологические свойства листового материала из алюминиевого сплава типа АМгЮ при различных температурах повторного нагрева
Механические и технологические свойства Температура нагрева, Т °С
20 120 170 200 250 320
Предел прочности, ав МПа 398 397 404 424 437 426
396 395 398 430 422 422
Условный предел текучести, ст02 МПа 204 202 203 213 232 206
193 191 201 217 224 207
Полное относительное удлинение, 5 % 36,1 35,8 35,1 30,1 16,3 12,7
35,7 35,4 34,0 29,0 15,4 12,3
Равномерное относительное удлинение, 5Р % 30,0 30,1 27,7 24,0 12,1 9,7
29,3 29,0 26,2 23,2 11,8 9,5
Относительное сужение, \\1 % 46,1 45,5 43,3 34,3 29,6 28,5
46,0 45,0 43,0 33,8 28,0 27,4
Относительный минимальный радиус гиба, ртщ мм 0,75 0,75 1,00 1,25 1,5 2,00
1,00 1,00 1,25 1,5 2,00 2,50
Угол пружинения, Да град 3,9 3,9 3,95 4,25 4,9 4,8
Показатели анизотропии цу 0,446 0,443 0,470 0,445 0,450 0,445
0,420 0,420 0,417 0,420 0,430 0,430
Глубина лунки при выдавливании, Ьтах мм 9,6 9,55 9,45 9,40 9,40 9,20
Предельный коэффициент вытяжки, кпр 2,20 2,19 2,12 2,07 2,02 2,02
3. Дальнейшее повышение температур повторного нагрева выше 250 °С сопровождается резким падением пластических свойств и, соответственно, технологических показателей пластичности.
4. Установлено, что значение минимального радиуса гиба и угла пружинения в температурном интервале 20... 170 °С остаются практически постоянными и их значения находятся на уровне гт.п/зо=0,875 и Аа=4,25°. При более высоких температурах нагрева (200...320 °С) происходит заметное ухудшение технологических свойств до значений г . /э =2,24 и Да=5,25°.
пмп 0 ’ ’
5. Испытания на выдавливание сферической лунки показали, что при повышении температуры повторного нагрева Ь снижается от 9,4...9,6 мм до 9,2...9,3 мм во всем рассматриваемом интервале температур .
6. При определении предельного коэффициента вытяжки образцов, подвергнутых повторным нагревам до различных температур, было обнаружено, что до 175 °С снижение значений к незначительно (от 2,25 при
пред 4 7 Г
20 °С до 2,17 при 175 °С). Дальнейшее повышение температуры приводит к снижению к до значения 2,12.
пред
7. Изменения механических и технологических свойств вызваны структурными превращениями, протекающими в сплаве. Так,
при нагреве до температур порядка 170 °С наблюдается небольшое увеличение выделений (3-фазы из твердого раствора. Дальнейшее повышение температуры повторного нагрева приводит к увеличению количества и размеров выделившейся второй фазы.
8. Испытания по оценке анизотропии листового материала показали, что коэффициенты поперечной деформации лежат в пределах ц21=0,46...0,47, ц12=0,42...0,43 и ц1=0,44...0,45, что соответствует показателям, характерным для стандартных алюминиевых сплавов системы А1-М§.
В процессе производства изделий из сплава АМгЮ гибкой и штамповкой не рекомендуется подвергать свежезакалённый сплав АМгЮ нагревам до температур выше 170 °С при продолжительности выдержки более 30 минут.
Список литературы
1. Ф. В. Гречников, В. В. Уваров, Г. В. Черепок, Е. А. Носова. Перспективы промышленного производства высокомагниевого алюминиевого деформируемого сплава. Известия Самарского научного центра РАН, том 2, № 1, 2000.
2. И. И. Новиков. Теория термической обработки металлов. Изд.З-е. М.: Металлургия, 1978.-302 с.
INFLUENCE OF REPEATED HEATING ON MECHANICAL AND TECHNOLOGICAL PROPERTIES OF SHEET ALUMINIUM ALLOY WITH A HIGH CONTENT OF MAGNESIUM
© 2003 V. V. Uvarov1, Y. A. Nosova2, V. S. Uvarova1
'Samara State Aerospace University 2Volga Branch of A. A. Baikov Institute of Metallurgy of Russian Academy of Science
A complex study of mechanical and technological properties of sheet items of deformable high-magnesium aluminium alloy is carried out. The possibility of its use for manufacturing aircraft and automobile products is estimated.
