CC BY
93
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВДАВЛЕНИЕМ
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
УДК 669.715
ВЛИЯНИЕ РЕЖИМОВ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ И НАНЕСЕНИЯ ДЕКОРАТИВНО-ЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И СТРУКТУРУ ДИСКОВ АВТОМОБИЛЬНЫХ КОЛЕС ИЗ СПЛАВА АК7ПЧ
Богданова Т.А.1, Довженко H.H.2, Меркулова Г.А.2, Гильманшина Т.Р.2, Латыпов Ф.Р.3
1 ООО «КиК», г. Красноярск, Россия
2 Сибирский федеральный университет, г. Красноярск, Россия
3 Уфимский государственный авиационный технический университет, Башкортостан
Аннотация. Изучено влияние режимов закалки, искусственного старения и нанесения декоративно-защитного покрытия на механические свойства и структуру дисков автомобильных колес из сплава АК7пч. Установлено, что формирование мелкодисперсной структуры при литье под низким давлением гарантирует более вы -сокие механические свойства (временное сопротивление разрыву и относительное удлинение) колес после их термообработки.
Ключевые слова: алюминиевый сплав, литье под низким давлением, термическая обработка, декоративно-защитное покрытие, механические свойства, микроструктура.
Введение
Автомобильные колеса при эксплуатации находятся в экстремальных условиях и подвергаются высоким механическим нагрузкам: при торможении возможен разогрев диска до 180°С; в зимнее время на колеса воздействуют реагенты для обработки дорожного покрытия. Для снижения влияния внешних факторов и получения привлекательного вида на автомобильные колеса наносят декоративно-защитные полимерные покрытия (покраску), которые должны обладать стойкостью к механическим воздействиям и агрессивной среде, повышенной адгезией, обеспечивать высокую антикоррозионную устойчивость. Использование покрытий позволяет продлить срок службы колес, улучшить их внешний вид, повысить объем продаж.
Известно, что эксплуатационные свойства изделий связаны с уровнем механических характеристик материала в соответствии с требованиями ГОСТ Р 50511. Поэтому контроль чистоты расплава проводят на этапе его приготовления методом индекса плотности [1], а качества термической обработки - на готовых отливках. В случае отклонений устранение брака на данном технологическом этапе возможно без больших затрат.
Методы исследования
Целью данной работы, выполненной специа-
листами* предприятия ООО «КиК» совместно с ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет», г. Красноярск, является исследование связи механических свойств колес из сплава АК7пч, относящегося к системе Al-Si-Mg и являющегося термоупрочняемым, с параметрами структуры, полученной после литья под низким давлением и термической обработки.
Для изучения взаимосвязи механических свойств и структурных факторов образцы отбирали из разных зон колеса: обод, спица и ступица.
Исследование структуры показало отличие в значениях дендритного параметра, обусловленное условиями кристаллизации различных зон колеса, зависящими от скорости охлаждения зоны (рис. 1). В зоне обода зафиксирован дендритный параметр, равный 20±5 мкм; 40±5 мкм соответствует зоне спицы и 60±5 мкм - зоне ступицы. Полученные значения дендритного параметра можно объяснить следующим образом. Сечение обода является наиболее тонкой частью отливки (размер сечения до 10 мм), которая заполняется расплавом и кристаллизуется в первую очередь. Размер сечения зоны спицы составляет ~50 мм. Зона ступицы (размер сечения до 100 мм), в свою очередь, заполняется и кристаллизуется последней.
* Термическая обработка выполнена при участии инженера ООО «КиК» М.В. Кырмаковой.
Влияние режимов термической обработки.
Богданова Т.А., Довженко Н.Н., Меркулова Г.А. и др.
Исследовали влияние режимов термообработки (Т6) иа механические свойства различных зон колес (рис. 2, 3): время выдержки перед закалкой с 5380С составляло 6 и 8 ч; температура искусственного старения равна 150, 160 и 170оС, выдержка в течение 3- и 4-х ч. Установлено, что с
увеличением температуры старения повышаются прочностные свойства и наблюдается снижение пластичности. При этом «отзывчивость» на режимы термической обработки зоны обода выше, чем в зоне ступицы. Это связано с различной дисперсностью структуры каждой зоны колеса.
а б
Рис. 1. Микроструктура диска автомобильного колеса из сплава АК7пч в зоне обода (а), спицы (б) и ступицы (в), *500
а б
Рис. 2. Зависимость временного сопротивления разрыву (а) и относительного удлинения (б) образцов колес от режимов термообработки. Режим закалки: 538°С / 8 ч. Зоны колеса: Н - обод; П - спица; Н - ступица
а б
Рис. 3. Зависимость временного сопротивления разрыву (а) и относительного удлинения (б) образцов колес от режимов термообработки. Режим закалки: 538°С / 6 ч. Зоны колеса: Н - обод; П - спица; Н - ступица
м/м/м/. vestnik. тадШ. ги
41
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
Одной из наиболее ресурсозатратных операций производства литых колес является операция покраски. Контроль качества на этом этапе исключает возможность передела и значительно увеличивает затраты производства. Процесс покраски состоит из этапов последовательного нанесения и сушки грунта, краски и лака. Суммарное время нахождения колес на линии покраски составляет около 1 ч, максимальная температура в печи достигает 190°С, что можно считать второй ступенью искусственного старения для сплава АК7пч [2-4], в связи с чем при проектировании колес и технологии их изготовления необходимо учитывать возможные изменения свойств на этом технологическом переделе.
В ходе проведения испытаний было установлено, что термическое воздействие в процессе нанесения и сушки покрытия приводит к повышению прочности и снижению пластичности колес.
Учитывая объемы производства и 100% уровень контроля термообработки отливок колес, требовалось разработать практические рекомендации по изменению доли механических свойств после термического воздействия в процессе нанесения и сушки покрытия (см. таблицу).
Доля изменения механических свойств колес из сплава АК7пч (%) после термического воздействия при нанесении декоративно-защитного покрытия при 190°С
Примечание. «+» - изменение свойств в сторону увеличения, «-» - в сторону понижения. В числителе даны значения по изменению временного сопротивления разрыву (ств), в знаменателе - по изменению относительного удлинения (8).
Анализируя данные, представленные в таблице, можно прогнозировать получение механических свойств после комплексной термообработки (закалка + старение + покраска). Установлено, что термическое воздействие при покраске оказывает
наиболее существенное влияние на пластичность. Доля изменения временного сопротивления разрыву составляет от 1 до 10%, а доля изменений относительного удлинения - от 10 до 30%.
Использование режима закалки 5380С/8 ч привело к повышению пластических характеристик колес, связанному с более эффективным процессом растворения кремния в эвтектике. Применение четырехчасовой выдержки при искусственном старении после закалки показало, что повышение температуры старения до 170 °С приводит к увеличению ов в зоне ступицы и спицы, а в зоне обода к понижению. Для мелкодисперсной структуры обода старение при 170°С + термическое воздействие при покраске привели к увеличению относительного удлинения на 10-15%, что характерно для процесса перестари-вания сплава и режима термообработки Т7. Полученные результаты можно объяснить различием в скорости прохождения диффузионных процессов в различных зонах колеса. Можно предположить, что увеличение пластичности связано также с уменьшением концентрации дефектов кристаллической решетки. Это подтверждается ранее проведенными экспериментами [2]. Применение режима 5380С/8 ч + 170°С в результате комплексной термообработки (с термическим воздействием при нанесении покрытия) приводит к разупрочнению колеса в зоне обода и повышению анизотропии свойств (см. таблицу).
Заключение
Таким образом, проведенные исследования показали, что при разработке технологии изготовления колес необходимо учитывать влияние структуры на механические свойства. Установлено, что уровень механических свойств в значительной степени зависит от размера дендритного параметра. В зоне обода уровень прочностных свойств в среднем на 10%, а пластичность -на 20% выше, чем в зоне спицы и ступицы. «Отзывчивость» на термическую обработку в зоне спицы и ступицы повышается только с увеличением времени выдержки перед закалкой до 8 чи требует увеличения затрат на более длительный режим термообработки. Для разработки энергосберегающих технологий термообработки следует особое внимание уделить режимам литья, обеспечивающим получение наиболее мелкодисперсной структуры во всех зонах колеса. Формирование такой структуры позволит снизить общее время термообработки и прямые производственные затраты. Влияние режимов термического воздействия при покраске на свойства готовых колес снижается при увеличении температуры искусственного старения до 170°С.
Режим термообработки
Выдержка (ч) перед закалкой в воду с 538°С Старение
Температура, °С Время,ч
3 1 4
зона колеса
обод спица ступица обод спица ступица
6 150 3 -23 5 -28 10 -31 2 -30 3 -25 7 -25
160 1 -13 4 -22 4 -26 1 -15 1 -20 3 -18
170 0 -6 -3 -20 -3 -21 -1 -12 -2 -17 1 -16
8 150 4 -36 2 -24 2 -30 5 -30 2 -18 -3 -25
160 -2 -14 -1 -15 -4 -20 -5 -27 -2 -14 -8 -22
170 -2 10 -1 -12 0 -15 -1 15 -6 -10 -13 -10
Влияние режимов термической обработки.
Богданова Т.А., Довженко H.H., Меркулова Г.А. и др.
Список литературы
1. Перспективный метод экспресс-контроля Al-сплавов / Богданова Т.А., Мельников C.B., Довженко H.H., Падалка В.А., Орелкина Т.А., Гильманшина Т.Р. // Металлургия машиностроения. 2014. № 2. С. 12-15.
2. Аристова H.A., Колобнев И.Ф. Термическая обработка литей-ныхалюминиевыхсплавов. М.: Металлургия, 1977. 144 с.
3. Влияние температуры нагрева при покраске на структуру и свойства дисков автомобильных колес из сплава АК12 / Богданова Т.А., Меркулова Г.А., Дубинин П.С., Бурылова Т.В. // Цветные металлы 2013: сб. докладов пятого междунар. конгресса (Красноярск, 4-6 сент. 2013 г.). Красноярск, 2013. С. 535-539.
4. Алюминий: свойства и физическое металловедение: справ. изд.: пер. с англ. / под ред. Хэтча Дж. Е. М.: Металлургия, 1989. 422 с.
INFORMATION ABOUT THE PAPER IN ENGLISH
INFLUENCE OF HEAT TREATMENT MODES AND APPLICATION OF A DECORATIVE PROTECTIVE COATING ON MECHANICAL PROPERTIES AND THE STRUCTURE OF AUTOMOBILE WHEEL DISKS OF AK7PCH ALLOY
Bogdanova Tatyana Alexandrovna - Head of the Metallurgical Department, LLC K&K, Krasnoyarsk, Russia. Email: [email protected].
Dovzhenko Nikolay Nikolayevich - D.Sc. (Eng.), Professor, Director of the Oil and Gas Institute, Siberian Federal University, Krasnoyarsk, Russia. E-mail: [email protected]
Merkulova Galina Alexandrovna - Ph.D. (Eng.), Associate Professor, Siberian Federal University, Krasnoyarsk, Russia. E-mail: gam1602@ mail.ru.
Gilmanshina Tatyana Rinatovna - Ph.D. (Eng.), Associate Professor, Siberian Federal University, Krasnoyarsk, Russia. E-mail: [email protected]
Latypov Farit Rafgatovich - Ph.D. (Eng.), Associate Professor, Ufa State Aviation Technical University, Bashkortostan. E-mail: [email protected].
Abstract. The influence of modes of hardening and artificial ageing, application of a decorative protective coating on mechanical properties and the structure of automobile wheel disks of AK7pch alloy is studied. It is established that formation of a finely dispersed structure during low-pressure casting guarantees higher mechanical properties (rupture strength and percentage elongation) of wheels after heat treatment.
Keywords: aluminum alloy, low-pressure casting, heat treatment, decorative protective coating, mechanical properties, microstructure.
References
1. Bogdanova T.A., Melnikov S.V., Dovzhenko N.N., Padalka V.A., Orel-kina T.A., Gilmanshina T.R. Prospective method of Al-alloys express-control. Perspektivnyj metod ehkspress-kontrolya Al-splavov [Metallurgy of mechanical process engineering]. 2014, no. 2, pp. 12-15.
2. Aristova N.A., Kolobnev I.F. Termicheskaya obrabotka litejnykh alyuminievykh splavov [Cast aluminium alloys heat treatment]. Moscow: Metallugiya, 1977, 144 p.
3. Bogdanova T.A., Merkulova G.A., Dubinin P.S., Burylova T.V. The influence of heating temperature during coating process on properties and structure of wheel disks made of AK12 alloy. Tsvetnye metally 2013 [Non-ferrous metals 2013]. Krasnoyarsk, 2013, pp. 535-539.
4. Aluminium: properties and physical metallurgy. Handbook. Translated from English. Ed. by Hatch J.E. Moscow: Metallugiya, 1989, 422 p.
УДК 669.017:620.186
ДЕФОРМАЦИОННОЕ СТАРЕНИЕ ТРУБНОЙ СТАЛИ С ФЕРРИТОБЕЙНИТНОЙ СТРУКТУРОЙ
Варнак О.В.1, Ильин С.И.2, Пышминцев И.Ю.1, Смирнов М.А.2, Тетеркин С.Н.3
1 ОАО «Российский научно-исследовательский институт трубной промышленности», г. Челябинск, Россия
2 ФГБОУ ВПО «Южно-Уральский государственный университет» (НИУ), г. Челябинск, Россия
3 ОАО «Челябинский металлургический комбинат», Россия
Аннотация. Установлено, что сталь 06Р2ФБ с феррнтобейннтной структурой обладает заметной склонностью к деформационному старению. Развитие деформационного старения сопровождается значительным ростом прочности, заметным снижением равномерного относительного удлинения, скорости деформационного упрочнения и повышением температуры вязкохрупкого перехода.
Ключевые слова: низкоуглеродистая трубная сталь, деформационное старение, феррит, бейнит, механические свойства.
www. vestnik. magtu. ru
43
