Разработка новых составов алюминиевых сплавов и технологии бесслитковой прокатки-прессования прутков для изготовления проводниковой проволоки с повышенным уровнем термостойкости, механических свойств и электропроводимости
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. - , 2023. - (Проведение инициативных исследований молодыми учеными ; 22-79-00108). - Б. ц. - Текст : непосредственный.
Аннотация:1. Для достижения свойств проводниковой проволоки стабильных после длительного нагрева 180-300°С рекомендованы сплавы Al-1.30(Fe-Ce-La-Zr) [1], Al-2.40(Fe-Ce-La-Zr) [2], Al-0.29(Fe)-1.20(Hf-Zr-Ce-La) [3], Al-1.00(Fe-Hf-Zr) [4], Al-1.00(Fe-Zr) [5], Al-1.20(Fe-Сe-La-Zr) [6], Al-1.40(Fe-Zr) [7], Al-0.60(Fe-Y) [8], Al-0.60(Fe-Yb) [9], Al-0.60(Fe-Er) [10]. 2. Изготовлены литые пробы и опытные партии катанки методом холодной сортовой прокатки (ХСП) сплавов [1] – [5], а также проволоки методами бесслитковой прокатки-прессования (БПП), волочения и ступенчатого отжига сплавов [6] – [10]. Определен химический и фазовый состав литых проб, исследована структура строения зерна и изменение свойств сплавов после литья, деформации и отжига 300-450°C, 50 ч. 3. Для сплавов [1] – [5] рассчитаны рациональные параметры процесса ХСП на сортовом прокатном стане AMBIFILO VELOCE ROSEN 180 с температурой литья слитков – 840-850ºС, валков и заготовки – 25ºС; скоростью прокатки – 12.5 м/мин; количеством проходов – 14; относительным обжатием – 93%; коэффициентом вытяжки – 14.3. 4. На основе данных по пределу текучести сплавов [6] – [10] и компьютерной модели в Deform 3D определены рациональные параметры изготовления прутков методом БПП: диаметр валка с выступом – 214 мм, с ручьем калибра – 165 мм; ширина калибра валка с ручьем – 15 мм; высота кристаллизованной заготовки перед прокаткой – 38 мм; минимальная высота в зоне прокатки – 7 мм; высота зеркала матрицы – 20 мм; диаметр прутка – 5 мм; температура заливки расплава в калибр валков – 840–850ºС, подогрева валков – 150ºС; частота вращения валков – 4 об/мин; обжатие в зоне прокатки – 50%; вытяжка в зоне прессования – 14.3. 5. Предложены рациональные технологические схемы совмещенной деформационно-термической обработки сплавов для обеспечения хорошего сочетания термостойкости, механических свойств и электропроводности: 5.1. Для сплавов [1] – [5] схема [Т1]: ХСП с обжатием 93% → ступенчатый отжиг 300, 400, 450°С, 50 ч. → волочение. 5.2. Для сплавов [6], [7] схема [Т2]: БПП с вытяжкой 14.3 → волочение с обжатием 10–20% → ступенчатый отжиг 300, 400, 450°С, 50–80 ч. → волочение проволоки с обжатием 94–97%. 5.2. Для сплавов [8] – [10] схема [Т3]: БПП с вытяжкой 14.3 → волочение. 6. Схема обработки [Т1] сплавов [1], [2] обеспечивает прочность катанки 105-135 МПа, относительное удлинение 27-23% и электросопротивление 0.0288-0.0297 Ом‧мм2/м. Остаточное напряжение после нагрева 450°C, 10 ч. – 56 и 69%. В деформированном состоянии без отжига прочность катанки 189-194 МПа при относительном удлинении 1.9-2.3% и электросопротивлении 0.0340 Ом‧мм2/м. Структура сплавов [1] и [2] в литом состоянии состоит из дендритов пересыщенного Zr твердого раствора и эвтектических интерметаллидных многокомпонентных фаз Al(Ce,La)FeSi по границам дендритных ячеек. В сплаве [2] с более высоким содержанием Fe, Ce, La, Zr объемная доля интерметаллидных фаз выше (⁓7,8 %) по сравнению со сплавом [1] (⁓6,1 %). После ХСП сплавов интерметаллидные фазы Al(Ce,La)FeSi раздроблены и вытянуты в направлении деформации. В поляризованном свете структура тонковолокнистая. После ХСП и отжига сплава [1] структура частично рекристаллизована, но ориентированность зерен в направлении деформаций сохраняется. В катанке из сплава [2] структура зерна практически не изменяется, что говорит о высокой термостойкости. 7. Схема обработки [Т1] сплавов [3], [4] обеспечивает прочность катанки 123-153 МПа, относительное удлинение 20-15% и электросопротивление 0.0295-0.0290 Ом‧мм2/м. Остаточное напряжение после нагрева 450°C, 10 ч. – 76-96%. В деформированном состоянии без отжига прочность 162-163 МПа при относительном удлинении 5.3-2.4% и электросопротивлении 0.0341-0.0358 Ом‧мм2/м. Структура сплава [3] представляет собой пересыщенный Zr твердый раствор и эвтектические многокомпонентные фазы Al(Ce,La)FeSi по границам дендритных ячеек (объемная доля 2,1 %), а также первичные кристаллы Al3(Zr, Hf) размером до 10 мкм. Структура сплава [4] в литом состоянии состоит из пересыщенного Zr и Hf твердого раствора, эвтектических фаз AlFeSi (объемная доля 2,9 %) по границам зерен и дендритных ячеек, а также первичных кристаллов Al3(Zr, Hf) размером до 70 мкм. После ХСП сплавов [3], [4] избыточные интерметаллидные фазы раздроблены, вытянуты в направлении прокатки и равномерно распределены по сечению. В поляризованном свете микроструктура сплавов тонковолокнистая. После ХСП и отжига структура практически не изменяется, сохраняется волокнистое строение с единичными рекристаллизованными зернами, что говорит о высокой термостойкости сплавов. Термостойкость достигается за счет выделения из твердого раствора метастабильных нанодисперсных вторичных фаз Al3(Zr,Hf), а в сплаве [3] термостойкость дополнительно повышается за счет эвтектических фаз Al(Ce,La)FeSi. 8. Схема обработки [Т1] сплава [5] обеспечивает прочность катанки 134 МПа, относительное удлинение 16.5% и электросопротивление 0.0282 Ом‧мм2/м. Остаточное напряжение после нагрева 450°C, 10 ч. – 76%. В деформированном состоянии без отжига прочность 176 МПа при относительном удлинении 4.5% и электросопротивлении 0.0366 Ом‧мм2/м. Структура сплава [5] в литом состоянии состоит из пересыщенного Zr твердого раствора и расположенных по границам дендритных ячеек фаз AlFeSi (объемная составляет 3,1%). В микроструктуре присутствуют первичные кристаллы Al3Zr размером до 80 мкм. После ХСП интерметаллидные фазы раздроблены и вытянуты в направлении прокатки. В поляризованном свете микроструктура тонковолокнистая. После ХСП и отжига тонковолокнистая структура сохраняется. Высокая термостойкость достигается благодаря метастабильным нанодисперсным вторичным фазам Al3Zr. 9. Схема обработки [Т2] сплавов [6], [7] обеспечивает прочность проволоки 175-200 МПа, относительное удлинение 7.8-2.4% и электросопротивление 0.0294-0.0304 Ом‧мм2/м. Остаточное напряжение в после нагрева 450°C, 10 ч. – 86-78%. Структура сплава [6] в литом состоянии представляет собой твердый раствор и эвтектические фазы Al4(Се, La), Al(Се, La)Fe, AlFeSi по границам дендритных ячеек. Структура сплава [7] в литом состоянии состоит из пересыщенного цирконием твердого раствора и эвтектических фаз Al8Fe2Si и Al3Fe, расположенных по границам зерен и дендритных ячеек. После БПП эвтектические фазы в структуре прутков раздроблены и вытянуты в направлении деформации. В поляризованном свете структура прутков имеет волокнистое строение. После БПП, волочения и отжига сплавы имеют деформированное не рекритсллизованное строение, что говорит о высокой термостойкости. Термостойкость достигается за счет выделения метастабильных нанодисперсных фаз Al3Zr. Повышению термостойкости в сплаве [6] также способствует высокая объемная доля эвтектических фаз Al4(Се, La) и Al(Се, La)Fe, а в сплаве [7] за счет высокого содержания Fe достигается улучшенное сочетание механических свойств. 10. Схема обработки [Т3] сплавов [8] – [10] обеспечивает прочность прутков 123-125 МПа, относительное удлинение 22-30% и электросопротивление 0.0277-0.0278 Ом‧мм2/м. Волочение прутков позволяет повысить прочность до значений стандартов при отличной электропроводности. Структура литых слитков из сплавов [8] – [10] практически идентичная, состоит из алюминиевого твердого раствора и расположенных по границам дендритных ячеек многокомпонентных фаз состава AlYFeSi [8], AlYbFeSi [9] и AlErFeSi [10] (объемная доля ~ 1,5 %). После БПП эвтектические фазы раздроблены и равномерно распределены по сечению прутков. В поляризованном свете микроструктура тонковолокнистая. После БПП, волочения и отжига наблюдается полностью рекристаллизованная, мелкозернистая структура, что свидетельствует о не высокой термостойкости, по сравнению комплексными добавками Zr, Hf, Ce, La и Fe в Al, однако прутки имеют повышенный уровень электропроводности. Для повышения термической стабильности данных сплавов рекомендовано дополнительно вводить в сплав 0.15-0.20% Zr. Результаты исследования опубликованы на сайте «Научная Россия» https://scientificrussia.ru/articles/ucenye-sfu-ulucsili-kacestvo-provoloki-dla-aviacii-i-avtomobilestroenia и сайте ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет» https://news.sfu-kras.ru/node/28229
Год издания:2023
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
