Исследование структуры и свойств деформированных полуфабрикатов из низколегированных сплавов системы al -РЗМ, полученных с использованием метода совмещенного литья и прокатки-прессования

Исследование структуры и свойств деформированных.

Сидепьников С.Б., Довженко H.H., ТрифоненковЛ.П. идр.

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

УДК 621.777:621.771.22

Сидельников С.Б., Довженко H.H., Трифоненков Л.П., Орелкина Т.А., Дроздова Т.Н., Баранов В.Н., Галиев Р.И., Ворошилов Д.С.

ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ДЕФОРМИРОВАННЫХ ПОЛУФАБРИКАТОВ ИЗ НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ СПЛАВОВ СИСТЕМЫ AL -РЗМ, ПОЛУЧЕННЫХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДА СОВМЕЩЕННОГО ЛИТЬЯ И ПРОКАТКИ-ПРЕССОВАНИЯ

В работе [1] были приведены результаты исследований структуры и свойств металла для сплавов алюминия с повышенным содержанием редкоземельных металлов (5,0 мас.% РЗМ). При этом получены высокие механические свойства полуфабрикатов из таких сплавов, однако, показатели удельного электросопротивления оказались достаточно высоки (0,0310,033 Ом-мм2/м). С целью снижения последних характеристик провели исследования по получению деформированных полуфабрикатов из сплавов системы Al - РЗМ с различным содержанием церия и лантана (0,5-4 мас.%), а также добавкой в эти сплавы никеля (до 0,2 мас.%). При приготовлении сплавов в качестве основных легирующих компонентов использовали сплавленные лигатуры Al-мишметалл (ММ) и Al-La голландского производства КВМ. Для проведения опытов по получению прутков и проволоки были получены литые заготовки из экспериментальных сплавов при температурах плавки 760°С, заливки - 750°С и времени выдержки - 10 мин. Плавка осуществлялась в печи ЛПЗ 67 с применением графитового тигля.

Далее получали прутки по отработанной технологии совмещенного литья и прокатки-прессования (СЛиПП) на установке совмещенной обработки [1, 2]. При этом слитки загружали в печь-миксер, нагревали до температуры 760°С, выдерживали при этой температуре и заливали расплав во вращающиеся валки установки диаметром 200 мм. Температурно-скоростные режимы деформации определяли с использованием методики, изложенной в работе [3]. На выходе из калибра валков устанавливали матрицу, которая была плотно поджата к валкам с помощью гидроприжима. Диаметр калибрующего отверстия матрицы был равен 9 мм. От полученных прутков отрезали образцы для испытаний на растяжение, по которым определяли временное сопротивление разрыву и относительное удлинение горячепрессованных и холоднокатанных изделий. Оставшиеся части прутков подвергали холодному волочению и получали проволоку диаметром 2 мм, при этом суммарная степень деформации достигала 62 %.

Для исследований механических свойств деформируемых полуфабрикатов использовали универсальную электромеханическую машину LFM 400 усилием

400 КН. Измерение удельного электросопротивления прутков после СЛиПП и проволоки после холодного волочения проводили с помощью миллиомметра «ВИТОК» в соответствии с ГОСТ 7229-76 на образцах с расчетной длиной 1 м. Свойства деформированных полуфабрикатов приведены в таблице.

Механические свойства и удельное электросопротивлениедеформированных полуфабрикатов из низколегированных сплавов системы Д1-РЗМ

Номер образца Содержание мишме-талла (ММ), % Механические свойства Удельное электросопротивление проволоки, Ом-мм2/м

прутка диаметром 9 мм проволоки диаметром 2 мм

Ств, МПа б,% СТв, МПа б,%

1 0,5 123,7 32,9 165,2 7,0 0,0282

2 1,5 124,0 32,7 188,4 6,0 0,0291

3 2,5 139,9 30,7 185,8 5,8 0,0297

4 4,0 158,3 23,2 198,6 5,6 0,0311

5 0,3+La 125,9 31,7 172,8 6,0 0,0281

6 1,0+La 134,5 23,6 185,3 5,1 0,0287

7 1,5+La 144,6 21,4 193,4 4,8 0,0303

8 2,5+La 144,8 17,8 219,2 4,5 0,0307

9 0,5+Ni 119,6 42,1 180,2 6,0 0,0282

10 1,5+Ni 132,8 32,0 186,4 5,0 0,0292

11 2,5+Ni 133,8 25,1 199,5 4,1 0,0300

Для анализа процессов, происходящих в металле при получении деформированных полуфабрикатов, проводили металлографические исследования на световом микроскопе Axio Obserber.Alm, Carl Zeiss и растровом электронном сканирующем микроскопе «EVO 50», Carl Zeiss с энергодисперсионным микроанализатором Inca Energy 350.

По результатам микроструктурного анализа установлено, что технология получения прутков методом СЛиПП из исследуемых сплавов привела к значительным изменениям макро- и микроструктуры по сравнению с литым состоянием. На образцах наблюдается макронеоднородность в виде полос, ориентированных в направлении оси деформации, состоящих из эвтектических колоний строения. В малолегированных сплавах проявляется макронеоднодность по сечению прутка,

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

характеризующаяся зонами с повышенным количеством эвтектических составляющих, вытянутых в строчки, и зонами с единичными выделениями эвтектических кристаллов (рис. 1, а, б). Причем, области, обогащенные эвтектическими выделениями, формируются в центральной части прутка, периферийная часть практически не содержит фаз А14Ме (Л1пМе3), А13№.

Увеличение концентрации легирующих элементов усиливает макро- и микронеоднородность в структуре прутков. Значительное легирование ~ 4 % мишметаллом (рис. 1, в, г, рис. 2, а, б) приводит к грубой строчечной структуре по всему сечению прутка.

а б

у

В Г

Рис. 1. Микроструктура прутков из сплавов с различным содержанием мишметалла: а, б - образец №1 с 0,5% ММ; в, г - образец №4 с 4% ММ; а, в - х200; б, г - х1000

^¿г ' у> : V /.V

а б

ГЩ^тГ -"4

в г

Рис. 2. Микроструктура прутков из сплавов, легированных лантаном, образец №8 (а, б), и никелем, образец №11 (в, г); а, в - х200; б, г - х1000

Волочение проволоки из исследованных прутков не устранило макро- и микронеоднородности исходных заготовок. Структура проволоки подобна структуре прутков тех же составов.

В проволоке малолегированных сплавов (рис. 3, а, б) присутствует незначительная макронеоднородность в виде 1-2 строчек избыточных фаз вдоль направления деформации. Строчечность в структуре проволоки возрастает с повышением легированности сплава РЗМ. В зонах строчечности структуры образцов, легированных лантаном, наблюдаются значительные неоднородные области, представленные в виде скоплений эвтектических кристаллов (рис. 3, в, г, рис. 4). Эвтектика при волочении сохранила пластинчатое строение.

Анализ результатов исследований механических и электрических свойств полуфабрикатов (см. таблицу) показал, что с увеличением содержания церия растет временное сопротивление разрыву и удельное электросопротивление, что согласуется с данными, приведенными в работе [1]. Добавление в сплав лантана приводит к аналогичным последствиям и подтверждает установленные закономерности. Однако следует отметить, что в этом случае процесс деформации заготовок протекал с повышенными энергозатратами и характеризовался достаточно высокой трудоемкостью обработки.

Установлено также, что добавки никеля в сплав повышают технологичность обработки, при этом достигаются высокие прочностные свойства и сохраняются указанные выше закономерности, в соответствии с которыми при увеличении содержания в сплаве церия и никеля растет электросопротивление металла.

Пластичность прутков и проволоки сплавов разных систем легирования уменьшается с повышением содержания Се, Ьа, N1. В прутках сплавов системы А1-ММ-Ьа выявляется пониженная пластичность. Микрорентгено-спектральным анализом установлено, что в слитках сплавов системы А1-ММ-Ьа в составе фаз содержание лантана превышает содержание церия, это подтверждает иной фазовый состав эвтектических включений в отличие от сплавов системы А1-ММ и А1-ММ-№. Никель в сплавах системы А1-ММ-№ является микродобавкой, не существенно влияющей на структуру. Вследствие этого, можно предположить, что установленное понижение пластичности связано с формированием в структуре иных труднодеформируемых фаз, в составе которых повышено содержание лантана по сравнению со сплавами системы А1-ММ, А1-ММ-М.

Таким образом, в результате проведенных исследований выявлено влияние содержания мишметалла, а также мишметалла с добавками лантана и никеля на свойства и структуру пресс-изделий из низколегированных сплавов системы А1-РЗМ. Установлено, что добавки лантана снижают, а добавки никеля повышают технологичность обработки. При заданном содержании мишметалла значения удельного электросопротивления у исследуемых сплавов ниже по сравнению с высоколегированными сплавами [1] в среднем на 10-12%.

Полученные количественные оценки свойств деформированных полуфабрикатов из исследуемых алюминиевых сплавов и закономерности их изменения использованы при создании конструкций оборудования и разработке технологических режимов получения длинномерных изделий электротехнического назначения.

Исследование структуры и свойств деформированных..

Сидельников С.Б., ДовженкоН.Н, ТрифоненковЛ.П. идр.

yMML.. .

Рис. 3. Микроструктура проволоки из сплавов с различным содержанием мишметалла: а, б - образец №1 с 0,5% ММ; в, г - образец №4 с 4% ММ; а, в - х200; б, г - х1000

1.

5г '- -5: 2.

.."- ___ . J.  Г.**»-'. ' ' 1 20 "" г

Рис. 4. Микроструктура проволоки из сплавов, легированных лантаном, образец №8 (а,б), и никелем, образец №11 (в, г);

а, в - х200; б, г - х1000

Исследования проведены при реализации государственной программы поддержки развития кооперации и использования субсидий ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет» и ООО «РУСАЛ ИТЦ», совместно участвующих в рамках договора №13.G25.31.0083 с Министерством образования и науки России в выполнении комплексного проекта по созда-нию высокотехнологичного производства по теме «Разработка технологии получения алюминиевых сплавов с редкоземельными, переходными металлами и высокоэффективного оборудования для производства электротехнической катанки ».

Список литературы

1. Исследование структуры металла и оценка свойств опытных образцов из сплава системы Al-РЗМ, полученных совмещенными методами литья и обработки давлением / Сидельников С.Б., Довженко Н.Н., Ворошилов Д.С. и др. // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. 2011. №2. С.23-28.

2. Сидельников С.Б., Довженко Н.Н., Загиров Н.Н. Комбинированные и совмещенные методы обработки цветных металлов и сплавов: монография. М.:МАКС Пресс, 2005. 344 с.

3. Повышение эффективности производства профилей из алюминиевых сплавов на основе управления тепловыми условиями процесса прессования / Беляев С.В., Довженко Н.Н., Сидельников С.Б. и др. // Журнал Сиб. фед. ун-та. 2009. №4. С. 418-426.

Bibliography

Sidelnikov, S.B., Dovzhenko, N.N., Voroshilov D.S., etc., The study of metal structure and assessment of the test samples properties of Al-REM alloys obtained by combined methods of casting and forming. Bulletin of the Magnitogorsk State Technical University under the name of G.I. Nosov, vol.2, 2011, pp 23-28.

Sidelnikov S.B., Dovjenko N.N., Zagirov N.N. Combined and complex methods of forming of non-ferrous metals and alloys: monograph. // M.:MAX Press, 2005. - 344 p. Belyaev S.V., Dovjenko N.N., Sidelnikov S.B. etc. Increasing production efficiency of profiles made of aluminum alloys based on control the termal conditions of extruding process. Magazine of Siberian Federal University, №4, 2009, pp 418-426.

УДК 620.1:669.1

Гадалов В.Н., Афанасьев A.A., Романенко Д.Н., Болдырев Ю.В., Рагулина Л.Г., Шеставина C.B.

АБРАЗИВНАЯ ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ С ЦЕМЕНТИТОСОДЕРЖАЩИМИ СТРУКТУРАМИ

Абразивное изнашивание заключается в отделении частиц металла от изнашиваемой поверхности абразивными телами, которые под действием нор -мальной нагрузки внедряются в поверхность металла и, при движении по этой поверхности, срезают с нее микростружку. По отношению к металлическим материалам абразивными телами являются частицы, имеющие более высокую твердость, чем металл. Такими абразивными телами могут являться природные частицы минерального происхождения: кварц, гранит,

глинозем и т.д. Их отличительная особенность - высокая твердость и высокая механическая прочность. Наиболее часто встречающийся в природе абразив -кварцевый песок, имеет твердость около 10000 МПа и прочность на сжатие 280 МПа.

Отделение продуктов износа с поверхности металла при абразивном изнашивании происходит в ре -зультате либо однократного, либо многократного воздействия абразивных тел на единичный объем метал -ла. В первом случае в зоне трения реализуются про-