Библиографическое описание:Эволюция структуры высокопрочных алюминиевых сплавов системы Al-Zn-Mg (Ni, Fe, Ca), получаемых с использованием технологии электромагнитного литья : отчет о НИР. - , 2023. - (Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами ; 22-19-00128). - Б. ц. - Текст : непосредственный.
Аннотация:Исследования на 2 этапе выполнения проекта были начаты с оценки деформационных свойства сплавов НИКАЛИН и АЛЬЦИМАК в виде ЭМК прутков малых диаметров (8-16 мм), полученных по результатам 1-го года выполнения проекта. Результаты количественной металлографии показали, что метод ЭМК благодаря высокой скорости кристаллизации позволяет получать мелкодисперсную структуру с размером дендритной ячейки в интервале от 3 до 11 мкм (в зависимости от диаметра образца). Согласно известным закономерностям, размер дендритной ячейки в данном диапазоне соответствует скорости охлаждения в процессе кристаллизации в пределах от 2500 К/с и 5600 К/с. Оба сплава были подвергнуты гомогенизации по 2-ступенчатому режиму: 450 °C, 3 ч +500°С, 3 ч. Горячую прокатку (ГП) проводили при 450 °C, в результате были получены бездефектные полосы, толщиной 2 мм. Сплав НИКАЛИН также был подвергнут холодной прокатке до 0.5 мм. Сплав при холодной прокатке (ХП) оказался менее технологичен, что, вероятно, объясняется большим содержание в нем как магния, так и цинка (в сумме 12,3 % против 9,9 %). В процессе деформации произошло формирование структуры, характерной для композитов: равномерно распределенные в алюминиевой матрице глобулярные частицы Fe-содержащих фаз (Al9FeNi Al10CaFe2) субмикронного размера. Существенного различия в структуре горячекатаных и холоднокатаной полос выявлено не было. Поскольку железо практически не растворимо в (Al), то количество Fe-содержащих фаз после деформационно-термической обработки не изменилось. Для оценки степени упрочнения сплавов НИКАЛИН (ГП и ХП полосы) и АЛЬЦИМАК (ГП полосы) полосы подвергали закалке в воду с 450 °C (после 1-часовой выдержки) и последующему ступенчатому старению в интервале температур от 100 до 200 °C (с шагом 25 °C и 3-часовой выдержки на каждой ступени). Было установлено. что на всех 3-х образцах максимальное значение твердости примерно одинаковое (около 190 HV). При этом у НИКАЛИНа максимум достигается при 150 °C, а у АЛЬЦИМАКа при 125 °C (что можно объяснить большей концентрацией Zn и Mg в (Al) в последнем). Таким образом, по совокупности полученных результатов можно сделать предварительный вывод, что сочетание высокой твердости и деформационной пластичности сплавов предполагает достижение высоких механических свойств у экспериментальных сплавов. Это свидетельствует о перспективности технологии ЭМК к сплавам типа AZ6NF, содержащим более 1%Fe. Следующим этапом было получение проволоки из ЭМК прутков сплавов НИКАЛИН и АЛЬЦИМАК диаметром 14 мм и 16 мм соответственно. Предварительно оценивали свойства ЭМК прутков, как в исходном состоянии, так и после гомогенизации по 2 режимам: 1-ступенчатому (530 °C, 6ч) и 2-ступенчатому (450 °C, 3ч+500 °C, 3ч). Исходные (негомогенизированные) ЭМК прутки показали достаточно высокие для литого состояния свойства: у НИКАЛИНа σв = 430 МПа, δ= 6,0 %, у АЛЬЦИМАКа σв = 397 МПа, δ= 3,8 %. Гомогенизация по 2-ступенчатому режиму заметно повысила пластичность обоих сплавов (до 9,2 и 8,5% соответственно) при небольшом снижении прочности. Высокотемпературный нагрев по 1-ступенчатому режиму напротив привел к резкому снижению как пластичности, так и прочности у АЛЬЦИМАКа, что объясняется частичным пережогом (температура солидуса этого сплава ниже 530 °C). Проволока из гомогенизированных слитков была получена методом горячей сортовой прокатки до 3х3 мм (на сортовом прокатном стане AMBIFILO VELOCE ROSEN 180+200×Ø130) с последующим волочением до Ø1.2 мм. Сортовая прокатка осуществлялась в горячем виде в связи с тем, что при деформационной обработке в холодную у заготовок наблюдалось трещенообрабозование, что приводило к обрыву проволоки при последующем волочении. Волочение также осуществлялось с периодическими подогревами между проходами (450 °С, 10 мин). В связи с резким падением пластичности при нагревах выше 500 С у обоих сплавов АЛЬЦИМАК и НИКАЛИН (при температуре гомогенизации 530 °C и времени выдержки 6 ч наблюдается падение относительного удлинения до 2,7 и 5,6% соответственно), для последующего получения проволоки был выбран 2-х ступенчатый режим гомогенизации ЭМК прутков с температурами не превышающими данный предел. Вышеуказанный режим получения Ø1.2 мм проволоки, включающий горячую деформацию, позволяет сохранить достаточную пластичность для последующего волочения (8,4% у АЛЬЦИМАКа (табл. 5) и 13,2% после отжига 450 °C, 10 мин у НИКАЛИНа). Прутки, полученные в ходе сортовой прокатки до 3х3 мм и проволока волоченная до Ø1.2 мм были подвергнуты термообработке по следующему режиму: закалка в воду с температуры 450 °С при нагреве в течении 1 часа с последующим старением при температуре 150 °С в течении 3-х часов (старение проводилось спустя сутки после закалки). Механические свойства закаленных и состаренных прутков 3х3 мм составили: 1) НИКАЛИН: σв = 550 - 570 МПа, δ = 4,5 %; 2) АЛЬЦИМАК: σв = 400 - 410 МПа, δ = 1-2 %. Механические свойства Ø1,2 мм проволоки составили: 1) НИКАЛИН: σв = 380 - 400 МПа, δ = 1-2 %; 2) АЛЬЦИМАК: σв = 500 МПа, δ = 1 %. Анализ структуры подвергнутых РСП Ø 10 мм прутков показал, что в ходе обработки была сформирована структура, характерная для композитов: частицы Fe-содержащих фаз глобулярной формы с равномерным распределением в матрице алюминиевого твердого раствора. Наличие волокнистой структуры обнаружено только в центре прутков в продольном направлении, что характерно для процесса РСП. Анализ механических свойств после закалки в воду с 450 °C (1 час) и старения при 150 °C (6 часов) показал достаточно высокую прочность при удовлетворительной пластичности. Механические свойства закаленных и состаренных подвергнутых РСП Ø 10 мм прутков составили: 1)НИКАЛИН: σв =620 МПа, σв = 590 МПа, δ= 1,9 % 2)АЛЬЦИМАК: σв =600 МПа, σв = 560 МПа, δ= 5,1 %, Оценку коррозионной стойкости прутков проводили по ускоренной методике, определяя потерю массы после суточной выдержки в водном растворе, содержащем 58%NaCl+10%H2O2. Как ожидалось лучшую коррозионную стойкость показал АЛЬЦИМАК, которого потеря массы составила всего 0,06% (против 1,24% у НИКАЛИНа). У марочного высокопрочного сплава В96ц3 потеря массы составила 1,34%. Новой особенностью, выявленной благодаря устранению ряда допущений численного моделирования, принятых в ранних работах по исследованию процесса литья в ЭМК, стало то, что фактически допустимая скорость вытягивания слитка находится в сравнительно узком диапазоне и выход за его пределы приводит не только к ухудшению качества слитка, а также к развитию аварийных ситуаций. Таким образом были найдены оптимальные режимы литья слитков диаметром 25-32 мм из условия достижения максимальных производительности и скорости охлаждения за счет стабилизации фронта кристаллизации на центральной линии индуктора. Полученные режимы сведены в обобщенную диаграмму и сопоставлены с соответствующим ожидаемым дендроидным параметром. Выдвинуто предположение, что по допустимой величине дендритного параметра, задаваемой требованиями к конечно продукции, вся технология литья ElmaCast® сводится к одному конкретному диаметру, являющемуся оптимальным для данных условий. Выполнена доработка, созданной на первом этапе проекта математической модели, на предмет учета динамики поведения микродисперсных частиц в расплаве за счет применения подхода Эйлера-Лагранжа (метод Discrete Phase Model). Применение модели позволяет исследователь эффект фильтрации неметаллических включений при литье в ЭМК и найти закономерности и технологические параметры, позволяющие управлять данным процессом. В результате выполнения расчетов с использованием предложенной модели частиц в выявленных ранее режимах стабильного литья определено, что эффект фильтрации достигает 76%, 76%, 92% и 100% частиц размером 5, 10, 20 и 50 мкм, соответственно. Вместе с тем, показан непосредственно механизм развития эффекта фильтрации, заключающийся в формирующейся картине МГД-течений расплава с последующим непосредственным электромагнитным удалением частиц через внешнюю поверхность.
Год издания:2023
Количество экземпляров:
Твёрдая копия издания отсутствует в фонде библиотеки
