Разработка новых составов алюминиевых сплавов и технологии бесслитковой прокатки-прессования прутков для изготовления проводниковой проволоки с повышенным уровнем термостойкости, механических свойств и электропроводимости : отчет о НИР
Библиографическое описание:Разработка новых составов алюминиевых сплавов и технологии бесслитковой прокатки-прессования прутков для изготовления проводниковой проволоки с повышенным уровнем термостойкости, механических свойств и электропроводимости : отчет о НИР. - , 2022. - (Проведение инициативных исследований молодыми учеными ; 22-79-00108). - Б. ц. - Текст : непосредственный.
Аннотация:1. Для достижения эксплуатационных свойств проводниковой проволоки стабильных после нагрева 180-300°С рекомендованы сплавы Al-0.3Zr-0.2Fe [1], Al-0.2Zr-0.5Fe [2], Al-0.2Zr-1.0Fe [3], Al-0.2Zr-0.5Ce-0.2Fe [4] и Al-0.1Zr-0.6Ce-0.7Fe [5] 2. Анализ микроструктуры и механических свойств литых проб сплавов [1-5] показал, что для получения твердого раствора Al без образования первичных интерметаллидных фаз Al3Zr с равномерным распределением фаз Al4(Ce, La), Al(Ce, La)Fe и AlFeSi необходимо перегревать расплав до 820-850°С перед заливкой. Временное сопротивление разрыву сплавов [1], [4] в литом состоянии составляет 60-70 МПа, а повышение содержания железа до 0.5-1% в сплавах [2], [3], [5] увеличивает прочность до 90-110 МПа. 3. Для достижения полного усвоения лигатуры, стабильной деформации и достаточного уровня упрочнения прутков в процессе БПП целесообразно осуществлять заливку расплава в калибр валков при температурах 820-850°С, подогреве валков 100°С, температуре матрицы 25°С, частоте вращения валков 0.42 рад/с, относительном обжатии в зоне прокатки 50% и коэффициенте вытяжки в зоне прессования 4.4-14.3. 4. Бесслитковая прокатка-прессование (БПП) сплава [1] с коэффициентом вытяжки 4.4-14.3 позволяет изготовить прутки с временным сопротивлением разрыву 130-140 МПа, относительным удлинением 30-25% и электросопротивлением 0.0328-0.0330 Ом∙мм2/м при сокращении количества технологических операции до 3 в сравнении с традиционной технологией непрерывного литья и сортовой прокатки катанки (ЛПА), включающей 20 операций и обеспечивающей сопоставимый уровень прочности 125-140 МПа, электросопротивления 0.0310-0.0330 Ом∙мм2/м, но меньшую пластичность 12-20%. Упрочнение после БПП с меньшей в 6 раз вытяжкой по сравнению с ЛПА обусловлено возникновением дополнительной сдвиговой знакопеременной деформации и неравномерного всестороннего сжатия в зоне распрессовки и прессования. 5. Проводниковая проволока из сплава [1], изготовленная методами БПП с вытяжкой 14.3, ступенчатого отжига 350°С, 40 ч. - 450°С, 20 ч. и волочения с относительным обжатием 96%, имеет прочность 180 МПа, удельное электрическое сопротивление 0.0291 Ом∙мм2/м и относительное удлинение 3%. Электропроводность сплава повышается после отжига из-за распада твердого раствора Al с Zr и выведения наноразмерных фаз Al3Zr, причем чем выше коэффициент вытяжки БПП, тем равномернее распределение фаз Al3Zr, выше термостойкость и меньше электросопротивление. Комплекс свойств проволоки после такого режима совмещенной обработки соответствует типу АТ3 по международной классификации. 6. Микроструктура проволоки из сплава [1] состоит из более мелких и раздробленных частиц избыточных фаз AlFeSi и кристаллов Al3Zr по сравнению с прутками, обработанными методом БПП. В деформированном состоянии проволока имеет волокнистое строение и частично рекристаллизованные зерна после ступенчатого отжига 350°С, 40 ч. - 450°С, 20 ч, при этом повышение коэффициента вытяжки БПП приводит к меньшей степени рекристаллизации и размеру зерна в структуре отожжённой проволоки. 7. Повышение Fe в сплаве [2] до 0.5% при уменьшенном до 0.2% содержании Zr, БПП с вытяжкой 14.3 и обжатие волочением 96% обеспечивают уровень временного сопротивления разрыву проволоки 224 МПа, электрическое сопротивление 0.0336 Ом∙мм2/м и относительное удлинение 2.5%, а ступенчатый отжиг 350°С, 40 ч. - 450°С, 20 ч. после волочения с обжатием 48% и повторное обжатие 96% позволяет снизить электросопротивление проволоки до 0.0291 Ом∙мм2/м при достижении уровня прочности 172-176 МПа и относительного удлинения 1.5-2.5%, что также удовлетворяет требованиям проволоки типа АТ3. 8. Проволока из сплава [5] с 0.6% Ce, 0.7% Fe и пониженным до 0.1% содержанием Zr имеет прочность 174 МПа, относительное удлинение 1.5% и электросопротивление 0.0294 Ом∙мм2/м после БПП с вытяжкой 14.3, обжатия волочением 48%, ступенчатого отжига 350°С, 40 ч. - 450°С, 20 ч. и повторного обжатия 96%. Поскольку лигатура Al-Zr в 4-6 раз дороже, чем Al-Ce и Al-Fe целесообразно замещение части Zr в сплавах [1], [2] добавками Ce и Fe. 9. Повышение содержания Fe в сплаве [3] до 1% при содержании 0.2% циркония, вытяжка 14.3 при БПП и обжатие волочением 96% обеспечивают прочность проволоки 260 МПа, электрическое сопротивление 0.0328 Ом∙мм2/м и относительное удлинение 1.5%. Комплекс свойств проволоки данного сплава близок к типу АТ2 по международной классификации. На следующем этапе будут подробнее исследованы режимы обработки данного сплава для достижения требуемого уровня термостойкости и электропроводности. 10. Определены реологические свойства сплава [4], температурно-скоростные, деформационные параметры при обработки его методом БПП с температурой заливки 850°С, вытяжкой 14.3 и частотой вращения валков 0.42 рад/с в программе Deform 3D. Изменение температуры металла в зоне обжатия при прокатке уменьшается с 620ºС до 285ºС из-за контакта с валками, затем в зоне прессования при выдавливании прутка через матрицу растет до 350ºС за счет деформационного разогрева. Скорость перемещения металла в зоне прокатки составляет 69 мм/с, в зоне распрессовки снижается до 20 мм/с и в зоне выдавливания возрастает до 240 мм/с Скорость деформации изменяется в пределах от 1 до 2 1/с в зоне прокатки и растет до 25 1/с в зоне выдавливания прутка. Интенсивность напряжений в зоне захвата металла валками составляет 69 МПа, в зоне распрессовки и прессования растет до 113 МПа, временное сопротивление разрыву прутков после охлаждения составляет 136 МПа. 11. Исследовано течение металла в момент сдвига при БПП сплава [4] методом построения сетки Лагранжа в Deform 3D и металлографического анализа структуры пресс-остатков. Течение металла в пластической зоне прессования с вытяжкой 14.3 и частотой вращения валков 0.42 рад/с характеризуется наличием, слоев неравномерной сдвиговой деформации, менее выраженной в близи к оси прессования и более существенной в периферийных слоях течения металла на контактной поверхности с валками, зоны затрудненного течения металла на контакте с зеркалом матрицы. Результаты расчета сетки в Deform 3D хорошо согласуются с изображением структуры зерна пресс-остатков в продольном сечении, выявленной оксидированием в реактиве Баркера, что позволяет использовать компьютерную модель для прогнозирования течения сплавов с аналогичным составом. 12. Временное сопротивление разрыву прутков из сплава [4] после БПП с вытяжкой 14.3 составляет 136 МПа, относительное удлинение 29%, удельное электрическое сопротивление 0.0330 Ом∙мм2/м. Волочение прутка с обжатием 19% и ступенчатый отжиг 300°С - 400°С - 450°С, 50 ч. снижают электросопротивление до 0.0283 Ом∙мм2/м при уровне прочности 120 МПа и относительного удлинения 17%. Сплав демонстрирует хороший уровень свойств после деформации БПП и промежуточного отжига проволоки, поэтому оценка влияния повторного холодного волочения будет дополнительно исследована на следующем этапе.
Год издания:2022
Количество экземпляров:
Твёрдая копия издания отсутствует в фонде библиотеки
Ключевые слова:алюминиевые сплавы, цирконий, церий, поведение при деформации, прокатка, экструзия, бесслитковая прокатка-прессование, свойства при высокой температуре, микроструктура, термическая стабильность, жаропрочность, моделирование влияния температуры, интерметаллиды, временное сопротивление разрыву, электропроводность
