автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Разработка, исследование и освоение технологии производства изделий из коррозионно-стойких сплавов на основе алюминия методами пластического деформирования для микроэлектроники и электроники

: О ' Т^У

Ч О . - с) ^

АКАДЕМИЯ НАУК СССР

м • те

ИНСТИТУТ МЕТАЛЛУРГИИ имени А. А. БАЙКОВА

На правах рукописи УДК621.777:62.412

КУРБАНОВ Хайдар доцент, кандидат технических наук

РАЗРАБОТКА, ИССЛЕДОВАНИЕ И ОСВОЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ИЗДЕЛИЙ ИЗ КОРРОЗИОННО-СТОЙКИХ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ МЕТОДАМИ ПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ ДЛЯ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ И ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ

Специальность 05.16.05 — Обработка металлов давлением

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва 1991

Работа выполнена в институте металлургии АН СССР имени А. А. Байкова.

Научный консультант — профессор, д. т. н. ПИМЕНОВ А. Ф.

Официальные оппоненты: профессор, д. т. н. ЕРМАНОК М. 3., профессор, д. т. н. АРЕФЬЕВ Б. А., профессор, д. т. н. ОВЧИННИКОВ А. Г.

Ведущее предприятие — Московский завод по обработке цветных металлов

Защита состоится «7- » О/ 199?-г. в /о часов на

заседании специализированного совета инсти-

тута металлургии имени А. А. Байкова по адресу: 117334, Москва, Ленинский проспект, 49.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан « » 1991 г.

Справки по телефону: 135-96-29

Ученый секретарь специализированного совета

ЕФРЕМОВ Н. И.

ОБР'ДЯ УКРтт'.СРШ РАБОТУ

Актуальность темы. Дальнейшее развитие машиностроения, металлургии, транспорта, радиотехники, телевизионной техники, вычислительной техники я ряда других отраслей народного хозяйства связано с дальнейшим развитием электротехники, микроэлектроники, полупроводниковой техники, которое зависит от качества и себестоимости конструкционных электротехнических материалов и изделий.

В настоящее время разработан ряд новых материалов на основе алюминия технической /А5,Аб/, высокой /А995/ и особой /А9999/ чистоты, которые показали свою эффективность в микроэлектронике и электротехнике, главным образом как проводниковые материалы, т.к. они обеспечивают такие важнейшие требования как: дешевизна, легкость, технологичность, электропроводность, коррозионная стойкость, механическая прочность, теплопроводность, вибр.оустойчиво-стъ и др. свойства.

1"итюкое применение этих материалов сдергивается отсуствием разработанных и освоенных технологических процессов изготовления изделий, технологических режимов и особенностей пластической деформации метода»: обработки давлением, позволяющих получить качественные профили.

Решению этих задач и посвящена даниая работа.

Цель и- задачи исследования. На основе совместного теоретического и экспериментального исследований напряженно - деформированного состояния металла с учетом взаимодействия технологических режимов и граничных условий, создание новых и усовершенствование действующих технологических процессов и оснастки для производства изделий /мииени для лапнления поверхности подлоиек к гибпиднкм интегральным схемам микроэлекгтошшх аппаратов, подложки, проволока, фольга, трубы/ из серии новых ганке нед Нормированных, многокомпонент- ' ных, когрозяошю - стойких сплавов на основе алта.мния /таблица Т/; разработка технологических основ ¡нормирования при прокатке, прессовании и вллочении комплексов Личико - механических и коррозионных свойств изделл" с учетом химического состава и технологических режимов пластического деформирования спл.'-шов.

4

Таблица I.

Характеристика коррозионно - стойких сплэвое на основе алюминия

Основной ! Состав сплава /1,2,3? металл !

! Условное 'обозн.спл.

А5 А5 А5 А5 А5 А5 А5 А5 А5 А6 А6 Aß Aß Aß Aß

Aß -

Aß

Aß

A995

A9999

A9999

A9999

A995

A995

Прим.:

0,3/5-SV + 0,255^

+00,5$ / ¿Л 2,05?Mq + 0,05$/ bft.

3,o2M(j + 0,05$ Да + 3,5^ + 0,05!? /La. + 4,o$Mcj + 0,05$ Да +

1,0$Си + 0,2$Ce + AI 1,5$Си + 0,4$Ce + AI 2,0$Си + 0,6$Ce + AI 2,5%Cz + 0,8$Ce + Я I,0$Ce + AI Я Я

3,0%Си + 3,5$Си + 0,9$Ce + 4,0&Си + I,0$Ce +

1.00

Се / + Я 1.0

Ca / + Я I.I

Се / + Я 1.2

Се / + Я 1.3

Се / н Я 1.4

Се / + Я 1.5

Се / + Я 1.6

Се / + Я 1.7

O.IÄIcj + 0,02$Ca + 0,05??« + 0.02$Ce + Я - --- 0,3$№i + Я

2.1 2.2

2.3

2.4

2.5 2.ß 2.7 3.0

0,6%Щ + 0,05%ba-+ 0,03%Ce + 0,3$№i + Я 4.0 O.I^Mcj + '0,I$Mn + 0,05^Tt + 0,03%/Ь«+ Се/+Я 5.0 2$Ма + Я ß.O

3,OTcj + 0,I5$T£ + Я 7.0

4,0?Mo + 0,I5$Tc + Я 8.0

0,5$Sc + I,5ftfc + Я 9.0

1,5% Sc + 3,5$Си + Я 10.0

I, 2, 3 - автор, свид. СССР Ш: 1483968, 4388138, 1538534; Сплавн 6.0, 7.0, 8.0 - обозначаются еше АМг2, АМгЗТ, АМг4Т .соответственно

Для ■достижения втой цели поставлены следующие задачи: - применить метод лшгаА скольжения для исследования процессов прессования металла с различными граничными условиями с учетом взаимодействия технологических факторов;

- исследовать напряженно - деформированное состояние металла при: пластическом срезе пуансоном дефектного слоя с поверхности отверстия; двустороннем прессовании и обратном выдавливании центробеж-нолитой полой заготовки с учетом силы трения на поверхности контакта д«нормируемого металла о инструментом для различных стадии процессов прессования;

- разработать методику построения:распределения напряжений в очаге деформации при прессовании трубных изделий из полых заготовок; непрерывных кинематических полей скоростей течения металла с учетом различных условий деформирования на контактной поерхности металла и инструмента;

- установить условие, необходимое для осуществления процесса удаления дефектного слоя о поверхности полой заготовки методом пластического среза;

- установить критическую толщину дна стакаяа, образуекогооиз срезанного дефектного слоя заготовки;

- разработать оптимальные технологические режимы обработки давлением коррозионно - стойких алюминиевых сплавов, обеспечивающие получение качественных изделий;

- разработать методику получения заготовок, обеспечивахшей производство изделий высокого качества;

- разработать методику исследования влияния пластической деформации и термомеханкческой обработки на коррозионные свойства алюминиевых сплавов, позволяшей установить оптимальный режим обработки, обеспечивающий повышение стойкости металла против коррозии в нейтральных и кислых средах;

- внедрить результаты исследований в производство.

Научная новизна, работы состоит в: разработке метода-построения распределения напряжений и пелей скоростей течения металла, учитывающих взаимодействие различных граничных условий, геометрических параметров заготовки и инструмента, коэффициента трения на поверхности контакта деформируемого металла с инструментом при прессовании, вылавливании и пластическом срезе полых заготовок;

- теоретическом и ркспериментальном обосновании: условий возможности осуществления псопесса пластического среза пуансоном дефектного слоя с поверхности отверстия полой заготовки; критической толщины дна стакана; . .

- методики получения заготовок для исследования деформируемости коррозконно - стойких алюминиевых сплавов и изделия из них методам! обработки давлением;

- методики исследования коррозионной стойкости алюминиевых сплавов в кислых и нейтральных средах;

- инженерные зависимости, позволяющие установить характер изменения силовых параметров деформации алюминиевых сплавов от технологических факторов;

- аналитические зависимости, позволявшие определить удельные усилия на-пуансоне и усилий прессования металла для различных положении инструмента;

- инженерные зависимости от технологических факторов, позволяющие установить характер изменения свойств изделий из коррозионно-стойких алюминиевых сплавов.

На защиту выносятся: результаты: исследования процессов прессования центробеаснолитых полых заготовок, позволяющие установить: хспактер распределения напряжений и скоростей течения металла на повярхности контакта деформируемого металла с инструментом; изменения силовых условий деформации мет&тла в зависимости от толщины стенки заготовки, коэффициента трения, толпганы дефектного слоя , геометрических параметров инстрг/мента; аналитические зависимости для расчета удельных усилий, среднего давления на боковой поверхности пуансона и усип лий деформации для начальной, промежуточной и конечной стадий процессов пластического среза, двустороннего прессования и обратного выдавливания металла; условия, необходимое для выполнения процесса пластического среза и критичесой высоты дна стакана; определения оптимальных технологических режимов пластической деформации 24 ранее недетормированных коррозионно - стойких сплавов на основе алюминия методами: ковки, прессования, прокатки, волочения, ротационного обжатия, выдавливания; методики получе-• ния заготовок из алюминиевых сплавов для депормирования и исследования коррозионной стоукости сплавов в кислых и нейтральных средах; влияния пластической деформации, термомеханической и термической обработки на (Тизико - механические и коррозионные свойства изделия, полученных вышеприведенными методам обработ--. ки давлением из указанных сплавов; внедрения результатов исследований ь производство.

Реатизадия результатов работы. Новая технология мтамповки

мишеней для напыления поверхности подложек из особочистого алюминия марки ОСЧ 18-4 /осч -особочистый, IS - число элементов, содержание которых в металле равно 4 - число 9 после запятая, т.е. 99,9999/»А1/ внедре-

на в производство - на экспериментальном производственном предприятии особочкстых веществ /г.Дуыанбе/, которая позволила сок-ратить:себестоимость одного изделия на 312 руб., расход энергии на 50 - 60$ получить экономию в расчете на программу завода в размере 936000 руб. в год; технология прессования труб из полых заготовок внедрена в ппоизводство - на Кулябском опытном заводе технологической оснастки, которая позволила повысить производительность труда в 3 - 5 раз, сократить расход инструментальных материалов в 2 - 3 раза, получить экономию в расчете на программ му завода в размере 329000 руб. в год; технология прокатки подложек из сплавов на основе особочистого алюмчния /АМг2," АМгЗГ, А&4Т/ освоена в условиях «кет им. А.А.Байкова и передана заказчику. - институту Химии АН республики Таджикистан - для внедрения в производство - на Шнский радиозавод. Применение подложек из этих сплавов позволяет, снизить расходы дорогостоящих электротехнических материалов, повысить надежность работы телевизоров серии "ГСУРИЯОНГ"; технология изготовления проводниковой пров -оки из коррозиошю - стойких алюминиевых сплавов освоена в условиях Икет им. A.A.EaiiKOBa и передана заводу Тадликкабель - для внедрения в производство• Коррозионно - стойкие проволочные проводники позволяют повысить надежность работы выводов микроэлектронных аппаратов и жидкостных электротехнических конденсаторов типа КС-35 при их эксплуатации в условиях коррозионной среды, повышают электропроводность изделий; технология изготовления проводниковой Фольги из алюминиевых сплавов ося<?ена в условиях Икет им. A.A. Багкова и передана Таджикскому алюминиевому заводу для внедрения в производство.

Внедрение разработанных технологии изготовления изделий позволяют промышленности освоить серия новых материалов.'

Апробация работы: основное содержа- те работы опубликовано •в более 45 статьях; получены 4 пьт. свзд. на изобретение; доложено на двух всесоняных научных конференциях

- "Новые исследования по защите металлов от коррозии" /г. Барнаул, 1989/, "Совершенствование технологии производства поковок" /г. Новокузнецк, 19В4/; на республиканских научных конференциях -"Совераенствоваяие уровня технологии и автоматизации в машиностроения" /г Душанбе, 1988/, "Новые исследования в области технологии машиностроения Тадкикистана /г.Душанбе, 1986/, на коллоквиумах лаборатории № 15 Имет им. А.А.Байкова /Москва, 1990, 1991/, на техническом совете ГШИЧЕРМЕГ имени И.П.Бардина /Москва, 1991/, на кафедре ОРД Моостанкина /Москва, 1991/.

Объем работы: работа состоит из 322 страниц машинописного текста, включает 117 илл., 30 таблиц, 25 фото., списка использованной литературы 186 наименвании и приложения.

СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПИ1МЕНЕНИЯ АЛЮМИНИЯ И ЕГО ' СПЛАВОВ В ШКГОБЛЕКТРОНИКЕ И 5ЛИСГРОТ1ХНИКЕ

В результате анализа теоретичес <ого обоснования оценки алюминия и его сплавов как электротехнических материалов установлено, что: применения алюминия и его сплавов для изготовления подложек к гибридным интегральным схемам кикроэлектронкых аппаратов, многослойных полупроводниковых структур, тонкопленочных и тонкопроволочных проводников значительно сокращает расход таких дорогостоящих электротехнических материалов как золото, серебро, медь , никель и др.; уменьшает массу проводников и изделий; введение в алюминий добавки титана, магния, меди, скандия, циркония, марганца повышают прочностные свойства проводников, благодаря образованию.твердых растворов с алюминием и друг с другом, обеспечивающие увеличение надежности работы микроэлектронных аппаратов в условиях воздействии переменных'нагрузок, напряжений, вибрации при их эксплуатации в морских судах, самолетах, автомобилях. Добавки же редкоземельных /лантан, ц'ерий/ и щелочноземельного /кальцяй/ Металлов в алюминий приводит к повышению коррозионной стойкости изделий в агрессивных средах, благодаря образования дополнительных защитных, тугоплавких соединений с алюминием, которые защищают металл от преждевременного разрушения под действием коррозионной среды и приводит к повышению надежности контактов в электрических узлах, обеспечиваю хорошую электропроводности выводов.

Установлено, что: существующая технология изготовления шеней из особочистогб алюминия марки ОСЧ 18 - 4 связана с большой трудоемкостью и себестоимостью и расходом энергии; технологии изготовления алюминиевой проводниковой проволоки и Фольги имеют существенны? недостаток, связанный с имеющим место нарушения сплол-ности металла заготовок при прокатке из - за неподготовлешшости ллтой структур» слитков к немедленному деформировании сразу посла литья; технологические процессы изготовления алюминиевых трубных изделий методами прессования и прокатки связаны с большой трудоемкостью подготовки заготовки сплошного сечения к деформированию, удораживаотие процессы.

Установлено, что основными требованиям, предъявляемыми условиями эксплуатации к электротехническим материалам и изделиям, являются: уменьшение массы, достаточная механическая прочность, дешевизна, хорошая электропроводность, высокая коррозионная стойкость, теплоустойчивость при токовых нагревов, виброустойчивость, демпфирующие свойства, технологичность и др.

Алюминий и его сплавы с этих позиций являются весьма перспективными, т.к. отвечают многим вышеперечисленным требованиям. Однако алюминий технической чистоты и сплавы на его основе под воздействием хлорсодертатах сред, т.е. в атмосфере соляного тукана, кислых, нейтральных, щелочных средах, подвержены различным видам коррозии, что снижает прочность проводников, электропроводность и надежность работы приборов-и аппаратов. Алюминий же высокой и особой чистоты весьма мягкий и дорогостоящий материал, поэтому его применение не всегда является экономически выгодным.

РАЗРАБОТКА TEXFOT0ТШ ВСЮТ ПРОЦЕССОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЩШИЙ ИЗ КОРРЮМОННО - СТОЙКИХ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ

Новая технология изготовления мипенеи из алюминия особой чистоты включает в себя следушие операции: литье в вакууме в гранитовой йюрме полуфабриката размером ICO х 28 мм, имеющего гТ.отжу, близкую к Тормз готового изделия; гомогенизация заготовки пои температуре РП0°С в течение 14 ч. в х.«уум.ной печи; охлаждение заготовки в вазелиновом г'гсхв марки ВГЫ; нагрев заготовки в электрпчоско" гечи при температуре в течение 5 ч.; горя-

чая калибровка заготовки в штампе на гидравлическом пресое до получения размера 194 х 24 мм; осветление поковки в водном растворе плавиковой кислоты, травление в растворе царской водки и отделочная обработка.

Технологический процесс изготовления подложек из сплавов АМг2, АМгЗТ, АМг4Т включает в себя следующие операции: литье слябов размером ГО х 10 х НО км в графитовой форме прямоугольного сечения в вакууме; отжиг слябов при температуре 300°С в течении 6 ч.; фрезеровка слябов со всех сторон на глубину 1,0 мм; отжиг слябов при температуре 300°С в течение 2 ч.; прокатка слябов на стане ДУО - "320" с использованием температуры отжига в три прохода до высоты 2 мм; отжиг лент при температуре 250°С в течение

2 ч.; прокатка лент на стане кварто - "ПО" до высоты 1,8 мг.<; реЗка лент на карты / подложки / размером 47 х 1,8 х 55 мм; осветление, травление и отделка карт.

" Технологический процесс изготовления фольги толщиной от 0,2 до 0,025 мм из алюминия ОСЧ 18 -'4, сплавов 1.00, 1.0, I.I, 1.4, 1.5, 2.1, 2.2, 3.0, 4.0, 5.0, 6.0 - 10.0 включает в себя следующие операции: ковка литых образцов прямоугольного сечения размв- . ром 17 х 27 х 90 мм на плоских бойках о целью проработки литой структуры металла на 20 - 25$; фрезеровка заготовок со всех сторон на глубину 1,0 - 1,5 мм; отжиг заготовок при температуре 300°С в течение 2 ч. ; прокатка заготовок на стане дуо до высоты

3 мм за несколько проходов; отжиг полоо при температуре 250°С в течение 2 ч.; прокатка полос на стане кварто до высоты 1,0 мм за четыре прохода и окончательная прокатка полос на этом стане по схеме: 1,0 - 0,8 - 0,6 - 0,4 - 0,2 - 0,1 - 0,075 - 0,050 - 0,025 мм; .отжиг готовой фольги при температуре 300°С в течение 3 ч.

Технология изготовления проводниковой проволоки из сплавов 1.00, 1.0, I.I, 2.1, -2.2, 3.0, 5.0, 7.0 диаметром от 3 до 1,2 мм • включает в себя следующие операции: ковка образцов размером 24 х 155 мм на вырезных бойках на'20 - 25$; отжиг образцов при теше-ратуре 300°С в течение 3 ч. ; холодная прокатка образцов на стане дуо за 7 проходов в квадратных калибрах до получения катанки квад- ' ратного сечения со стороной квадрата 5 мм; кратковременный отжиг катанки в пламени npiтодного газа ; ротационная.ковка катанки за четыре прохода до получения прутков диаметром 3,2 мм; холодное волочение прутков на горизонтальном волочильном стане по схеме:

3,2 - 3 - 2,6 - 2,4 - 2,2 - 2 - 1,8 - 1,6 - 1,4 - 1,2 мм; отжиг готовой проволоки при температуре 300°С в течение 3 ч.

Новая технология изготовления труб из сплава 2%Си + 0,6$Со + 97,4$ А6, включает в себя следующие операции: нагрев полой заготовки до температуры В00°С, удаление дефектного слоя с поверхности отверстия заготовки пуансоном на прессе методом пластического среза, с использованием срезанного дефектного слоя для образования дна стакана; протяжка стакана с опргвкой через ряд уменьшающихся в диаметре кольцевых матриц с целью проработки металла стенки стакана; сквозная прошивка дна поковки, состоящего из дефектных материалов в отход.

Новая технология изготовления труб из центробежнолитых заготовок из сплава 2,{$Си + 0,8$Се +- 96,7$ А6 включает в себя: одновременный пластический срез дефектного слоя с поверхности отверстия заготовки, раздача отверстия последней,двустороннее прессование с "рубашкой" металла заготовки за один ход комбинированного пуансона.

Новая технология изготовления двустенных трубных изделий типа экситрон из центробежнолитых заготовок включает в себя нагрев и обратное выдавливание заготовки за один ход полого пуансона-матрицы.

' ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА МАТЭДШОВ И РАЗРАБОТКА ИЕГОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ

В результате исследования механизма взаимодействия алюминия. с малыми добавками лантана, церия, кальция /до 0,05$/ установлено, что эти элементы с алюминием образуют дополнительные защитные окислы, защищающие металл от дальнейшего разрушения в коррозионной среде, а добавки переходных металлов /титан, марганец, магний, медь, скандий, цирконий/ образуя-с алюминием тугоплавкие твердые растворы типа И^2А13 , СиА12 , Тс А13 ,21А14 , ША14 , повышают механическую прочность алюминия , не снижая электропроводность и коррозионную стойкость металла; разработаны серки новых коррозионно - стойких сплавов на основе алюмншя марок: А5.А6, А995, А9999 /таблица I/ и предназначены в качестве проводниковых материалов для применения в микроэлектронике и электротехнике.

Выбор этих спллвов для исследования продиктован тек, что в настоящее время они не внедрены в промышленность из - за от-

сутствия разработанных и освоенных технологических процессов получения изделий из них методами пластического деЬорг.мрования.

^азработан^ новая методика получения заготовок для исследования деформируемости и изготовления изделий из указанных алюминиевых сплавов методами обработки давлением. Принцип методики заключается в следующем: алюминиевая чушка массой 15 кг, разрубается на мелкие куски размером 70 х 100 мм, расплавляется в печи при температуре 800°С, расплав рафинируется молотым гексахлэр-этаном, в металл в последнею очередь вводятся порции измельченных заранее легирующих добавок, расплав перемешивается, ставится вновь в печь для подогрева и полного растворения легнрущих компонентов , удаляется шлак с поверхности ванны и металл заливается в специальные гранитовые формы, имеющие прямоугольную, круглую, квадратную форму полости или в форму цонтробеянолитьевой машине.

Готовые отливки либо подвергаются обточке и разрезке на мерные.длины для исследования деформируемости сплавов открытой осадкой, либо подвергаются ковке методом протяжки в горячем или холодной состояниях с целью проработки литой структуры металла и ее подготовки к дальнейшему деформированию методами прессования . ■ и прокатки во избежание нарушения сплошности металла и получения качественных изделий. '

Разработана новая методика исследования влияния пластической деформации, термомеханической и термической обработки на коррозионное поведение алюминиевых сплавов в нейтральной /Ж/VaCl/ и кислой /0, Б^Н^О^/ средах. Принцип методики заключается в следующем: литая заготовка первоначально подвергается либо пластической деформации методом протяжки на 20 - 30%, либо отжигается, обтачивается на диаметр 10 мм, либо подвергается териомеханичес-кой обработке по .схеме: закалка с'520°С в холодной воде + холодная деформация + искусственное старение при температурах 150 -250°С в течение 4 - 24 ч. + отжиг при температурах 100 - 400°С в течение 2 - 4 ч., обтачивается на диаметр 10 мм; на 60$ еысоты заключается в полиэтиленовую "рубашку" во избежание соприкосновения с электролитом, торец зачищается и илифуется и подвергается коррозионному испытанию. Эта методика позволяет получить образцы для исследования коррозионной стойкости алюминиевых сплавов и установить характер изменения анодных диаграмм, расшифровка которых дает представление о стойкости металла в исследуемой среде.

ТЕЖУЮГРЯНЖЕ РШГЫ И ОСОБЕННОСТЕЙ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДВЮРГШШИ КО^РОЗИОРНО - СТОЙКИХ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ АОТШЙ

В результате экспериментального исследования деформируемости алюминиевых сплавов установлены оптимальные технологические режимы и особенностей пластической деформации методами ковки, прокатки, прессования, выдавливания, ротационного обжатия, волочения,

Потверггдено, что выбор температуры начала пластической деформации исследованных сплавов во многом зависит от содержания легирующих элементов и легкоплавких эвтектик в них и их поведения при нагреве перед обработкой давлением. Так, например, пластичность /деформируемость/сплавов Т.О - 1.7, 3.0, 4.0, о.О - 8.0 зависит от содержания магния, т.е. при введении магния более 0,5 - 1,0% их пластичность при температурах свыше 300°С снижается, а прочностные свойства возрастают. 5то объясняется тем, что при таких температурах легкоплавкая эвтектика сплавов /А1-1;!д А1д/ начинает плавится, а сам магний - окислятся, о чем свидетельствует потемнение поверхности металла и его ггрежд сверенное хрупкое разрушение при осаживании, поэтому сплавы, содержащие более 0,5 - 1,0% магния целесообразно, перед деформированием нагревать не более чем до 300 - 325°С. У высокопрочных алюминиевых сплавов 2.1 - 2.7, 5.0, 9.0, 10.0 наибольшая пластичность наступает при , температурах-450 - 500°С, что создает хорошие условия для протекания пластической деформации.

Эксперименты показали, что при выборе температуры начала пластической деформации алюминиевых сплавов следует учесть также и естественное повышение температуры металла при деформировании его, которое также повышает пластичность, алюминия и его сплавов.

Установлено, что при открытой ос,<дке самую высокую пластичность обладают при всех температурах испытаний от 20 до 500°С ■ алюминий технической /А5,Ай/, высокой /А?95/ я особой /А9999/ чистоты - вплоть до Исключение составляют только образцы, которые имеют дефекты литейного происхождения.

При увеличении содержания магния бол*.а 25? -металл становится хрупким, т.к. магнит" говыиает твердость алюмиийя. Поскольку содержание лантана и иерия в сплав системы Я - Ш -¿а- Се мало

Таблица 2.

Режимы протяжки сплавов AI-M^-ha. - Се и А1-Си-Се

Сплав ! Д0,км! Вк,мм!]£,мм!^,мм! / ! KL ,% y.\LH,m\ Нк,ш! 9

1.0 22 18,1 121 157 0,73 .1,14. 139 18,2 7,3

I.I 22 16,0 126 153 - 0,27 1,19 151 16,1 5,4

1.2 22 18,3 138 155 0,16 1,12 151 18,4 10,0

2.1 22 16,6 132 146 0,24 1,11 170 17,0 5,4

2.2 22 16,7 127 155 0,24 1,11 167 13,0 5,2

2.3- ' 22 16,2 123 145 0,26 1,17 ' 141 17,0 2,8

Прим.: До- ¿к./ . к. .¿к , Hr ' - начальный диа-

метр, начальная и конечная длины, коэффициент относительного ушнрения, коэффициент укова, коэффициент относительного удлинения, коэффициент относительного сужения, конечная ширина заготовки, относительная подача, соответственно.

Таблица 3.

Режимы горячей и холодной прокатки сплава АМгЗТ

VAkJ £,/!?к,!вр/ВкМА,! £,% ! Р.НЫ! A !ZP„_

мы Ям Ем к мм мм т 1 Ш

6,2 220

4,1 ~300

4,1 300

3,3 400

3.3 400

2.4 600 2,4 500

1,71 1»

1,71 650

46 2,1 80 1,6 300 48~~

46 0,8 100 0,9 300 49

49 0,85 100 0,8 300 4?,е

49,8 0,-75 150 2,2 -

52 52

0,67 ПО 1,0

34 18 18,3 21

19,5 32,4 11,8 59

27.2 39.6 11,7 68,7 30,5 9,47 6,4 28,3

28.3 8,8 6,0 28,2

1,5 850 . 52,5

Прим. :/]а, h^% £а , €ы , в0, вк,4А, лё , A¿ , £ ,% ! Р , -¿ , • 21РСр. ~ иачальные и конечные размеры заготовки по высоте, длине ■и ширине, относительные: сужения, удлинения и уиирения, степень обжатия, усилие прокатки, iq - длина дуги ч захвата, среднее усилие прокатки, соответственно.

Режимы холодной прокатки катанаки

Таблица 4.

Сплав ! Размеры, мм

I-

.!<£, % мм ! п

| заготовки

катании

\ €в ! А ! £к !

1.0 20 223 5 3440 75 3218 7

2.Г 20 224 5 3440 75 3217 8

2.2 20 . 224 5 3440 75 3217 8

5.0 20 223 5 3440 75 3218 8

7.0 20 223 5 3440 75 3218 8

Таблица 5.

Режимы холодного волочения катанки

Сплав ! Д0,мм! Дк.мм ! 4 >мм ! £к,т \£ & \&€.,т ,м/мин.

1.0-1 .1 3,2 3,0 4000 4593 6,3 139 - 2

2.1-2 .2 3,0 2,8 . 4593 5228 12,5 689 - 2

5.0,7.0 2,8 2,6 5228 5835 17,2 607 - 2

2,в 2,4 4835 «562 22 727 - 2

2,4 2,2 Р562 6841 23,4 279 - 2

2,2 2,0 Р84Г 7428 26,5 587 - 2

2,0 ' 1,8 7428 10248 37,5- 2812 4 2 •

1,8 1,6 10248 126 52 44 2410 - 2

1.6 1.4

1.4 1,2

Таблица 6.

Режимы прессования центробежнолитых заготовок из сплава А1 - Си - Се

Размеры

мм

К

г*

\{;°С ! Метод, прес.! ,м/м "» ? !

3 ' ! 4

_

50 50

30 30

20 20

22 22

150 150

1Р0 1ГО

500 500

протяхка протяжка

1-2 1-2

В

Продолжение таблицы 6

I ! 2 ! 3 ' ! 4 ! " 5 ! 6 ! 7 ! 8 ! 9

76 60 20 30 50 150 500 пресс. 1-5

76 60 20 30 50 150 500 пресс. 1-5

40 40/34 гг. ■ "-. 14/18 40 70 ' 500 выдав. 1-2

40 40/34 12 14/18 40 70 500 вьщав. 1-2

Прим. : цифры в числителе диаметр наружной трубы, цифры в зна-

менателе - диаметр внутренней трубы изделия.

Таблица 7.

Режимы холодной прокатки фольги из коррозионно-стойких алюминиевых сплавов на стане кварго-"П0"

Сплав

Размеры, мм

£,% \&Ь,т\й5,т \йС,мм

К 1 /»к ! 6а ! 1 1

2,5 2,1 37 38 65 300 16 0,4 1,0 135

2,1 1.7 38 38,5 300 375 19 0,4 1.5 500

1,7 1.3 38,5 39 375 1200 23,5 0,4 0,5 400

1,3 1,0 39 39,5 1200 1600 23.7 0,3 0,5 400

1.0 0,075 39,5 39.8 1600 2000

0,075 0,050

0,050 0,025

0,7 0,4 51.5 52,3 400 800 43 0,3 0,8 400

0,4 0.2 52.3 55 800 1100 50 0,2 2,7 350

0,2 о,г 55 56 1100. 1220 50 0,1 1.0 120

0СЧ18-4

1.0 1.1 1.3 1.5 2.1 2.2 3.0 4.05.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0

0,1 0,09

0,09 0.075

0,075 0,060 0,060 0,050 0,050 0,040 0.040 0,030 0,030 0,025

/до 0,05#/, то их влияние на пластичность сплава незначительно.

Образцы из сплава системы AI - Си - Се, при увеличении содержания меди более 2% и церия более 0,4-0,6$ обладает пониженную пластичность /рис. I/.

Снижение пластичности сплавов системы AI - l'q -La,-Се и AI - Си - Ce с ростом содержания магния, меди и церия объясняется образованием тугплавких соединений с ачюминпем и друг с другом, легирующих элементов, которые повышают прочностные свойства алюминия.

Поскольку содержание магния г сплаве 5.0 мало /всего ü,I%/ поэтому он на снижение пластичности сплава существенного влияния не оказывает. Церий также неоказывает влияние на тег.яературъ' начала дсФотэмации этого сплава.

Достаточно высокую пластичность обладают образцы из сплавов 9.0 и 10.0.

Образцы из сплавов 6.0 к 7.0 имеют достаточно хороиую пластичность и деформируемость при прокатке после предварительного отжига при температуре 300°С ч течение 3 ч. Их пластичность еще больше возрастает в случае использования температуры отжига для прокатки.

Образцы из алюминия 0СЧ 18 - 4 и сплава №2 и 3.0 после холодной прокатки почти полностью разупрочняются.

Образцы из сплавов 1.00 - 1.4, 2.1 - 2.3, 4.0 - 10.0 /кроме сплава 8.0/ при прокатке имеют достаточно высокую пластичность.

Образцы из сплавов Aí?r4T, 2.4 - 2.7, 1.5 - 1.7 при прокатке в холодном состоянии, без предварительного отжига обладают невысокую пластичность. Изделия /ленты и полосы/, полученные из них имели дефекты в виде трешкн и разрывов.

В результате пповеденных исследований установлены оптимальные режимы и особенностей де^оонании исследоьанных сплавов, позволяющие получить ленты, полосы, отамповки, .трубы, ми тени,' подложки, фольги и проволоки хорошего качества методами обработки давлением.

ИССЛБДОЗАЧИЕ ПРОЦЕССОВ ПРЕССОВАНИЯ ПИ?Г?0БЕЕН0Л!ТНХ ЗАГОТОВОК ГО СПЛАВА СИСТЕМЫ AI - СИ - СЕ

I. В резул^тггге исследования напряженно - деформированного состояния металла при прессовании центробежполптнх полых загото-

' , О О,S 1.0 t.S го 2,S 10 3.S у,О

' ' • ■ t Щ,Си

Рис. I. Зависимости пластических свойств сплавов AI-Си-Се и AI-Mo- La- Се от содержания MqhCh:I-U.2-V 3-<Г HB -Си. ^ V

Рис. 3. Поле лини* скольжения для конечной стадий двустороннего прессования /а/ и годограф скоростей течения металла /б/

товок методом линий скольжения установлено следуицее: процесо пластического среза дефектного слоя с поверхности отверстия полой заготовки пуансоном на прессе является нестационарным, т.е. в каядкй момент времени напряженное состояние металла изменяется и поэтому рассматривается толькэ три характерных стадии процесса: начальная, промежуточная и конечная.

Поле линий скольжения для начальной стадии процесса пластического среза решается на основании краевых яадач^ , удовлетворяющих уравнения:/,:

ъ<5> _ 21<со5&л Ок _ гмспгл -=о-эх- э.у

221 = /I/

Ок. _ +

эх -оу , з ^ з эх

э/х + ЭУу

-ЭХ зу - •

и граничны« условиям для напряжений вдоль контакта металла заго-тоеки с пуансоном:

Г„ = /2/

где К = /уЗ ~ пластическая постоянная, Оу - предел текучести материала заготовка.

При анализе качатьной стадии процесса пластического среза принимается .поле линий скольжения, предложенное для прессования через абсолютно шероховатую матрицу. Предяологается, что <3^ и Т^ на контактной поверхности распределены равномерно. По полученному полю напряжений определяется поля скоростей. Из условия отсутствия нагрузки на верхчи» конец заготовки определяется гидростатическое давление в точке сопряжения 00, которое равно:

Ал где0 = _ 0,745, 0 = - 0,993, ¿= - 0,325 -/е»о ->гп

давление во вое" пластической области рявко: -3.0.'

Удельное усилие на контактной поверхности пуансона и металла заготовки равно: .

Усилие, которое птаходится на пуансон и отнесенное к пластической постоянной р;п=но:

где ¿п , (1*.. , , - диаметры пуансона и контейнера, толщина стенки заготовки, диаметр отверстия заготовки, длина контактной линии, соответственно.

Для промежуточной стадии процесса среза гидростатическое давление на жестко ■*■ пластической границе равно: = - К. Давлв-. ние^доль линии контакта АД разно: = - 2,071.

Удельное усилив внедрения пуансона в металл заготовки равно:

%/т- - о,у/, ш

Усилие, котррое приходится на пуансон равно:

а*/2К= Ыы • № (<**'¿к )*] /4/-

Третья - заключительная стадия процесса среза заканчивается образованием дна стакана из срезанного дефектного слоя заготовки /рио. 3/ для к стопой усилие деформирования равно:

®у**г¡* /5/

гда^ -'толщина стенки стакана, АЕ - линия контакта.

Установлено, что необходимым условием осуществления процео-са пластического ореза дефектного слоя с поверхности отверстия полой заготовки пуансоном' на прессе является превышение усилия среза над усилием осевой осадки заготовки, т.е. чтобы

у ю /6/

где - окружное сечение заготовки под головкой пуаноона.

Проверка условий /б/ показала, что для всех трех стадии процесса среза она выполняется оледувдим образом:

- для начальной стадии 0-1 /¿К?/ = 1.095 1,0

- для промежуточно? стадии 1,065 1.0

- для конечной стадии (Эд/«2/№3 = 1.545 1,0

Таким образом, можно заключить, что процесс среза теоретически осуществим. • .

В результате анализа скоростей течения металла найдена формула для определения скорости увеличения толщины стенки заготовки за счет срезаемого и вдавливаемого под головкой пуансона дефектного слоя, которая равна /рис. 4/:

\Г - - А а2 ф' ■ ¡п/

где I -л- 2Ь 7 Мп-и^Л^^и

-Со- 4с. гй-&1 '

процесса пластического среза

V

*

Л

У 7

_ V. /

к а 26 и 1Г~ ЯГ- а ы

ч А

Рис. 4. Распределение скоростей течения металла при пластическом срезе по ходу пуансона

где высота дна стакана , /?« - начальная толщина стенки заготовки, {.с- длина заготовки, АС - приращение длины заготовки, и - скорости течения металла при начальном и промежуточном стадиях процесса среза.

Объемы металла, вытесненного пуансоном со скоростью ^ равно: /8/

Объзм металла, вытесненного со скоростью равно:

Объем металла, вытеоненного со скоростью равно:

и/ю/

Анализ конечной стадии процесса среза позволил установить, что критическая высота дна стакана равна Н^ дна = 2,82 Нрмм.

При превышении этого значения дно стакана из срезанного дефектного слоя полностью не образуется; а при уменьшении этого значения дефектный материал выходит на стенку стакана и загрязняет металл.

Сравнение расчетных и экспериментальных зависимостей силовых параметров пластического среза позволило установить, что они почти совпадают, что свидетелствует о правильности ведения процео-са среза.

2. Результаты исследования напряженно - деформированного состояния металла при двустороннем прессовании полой заготовки позволили установить, что процесс прессования является установившимся и поэтому рассмотрено напряженное состояние металла только • для. конца процесса прессования. Здесь как и в предидущем случае рассматривались только три стадии процесса прессования полой заготовки: начала прессования, промежуточный момент прессования и конец прессования, для которых общее обжатие, определялось по Формуле: £ =1 _ А,/ н - ¿¿/н

, которое составила 59%. "где н , />1 , толщина:металла в контейнере, "рубашки" и стенки трубы, мм. •

На контактных поверхностях инструмента с деформируемым моталг лом граничные условия задавались по закону ПРАВДТЛЯ:

„ ^г */& со?Сеэ-<4),

где © и У - углы между нормалью к поверхности контакта и осью X.

Анализ напряженного состояния металла проводился при коэф-фшшенте трения, равно» нулю 0/, для которого построены поля напряжений и скоростей течения металла /рис. 2/.

В результате исследования найдена формула, позволяющая определить удельное усилие прессования металла, которая ргшно:

Р!/2,<-_ ЪМКН'.г /п/

Проверка показала, что соотношение /II/ для всех случаев прессования составляет:

- для начала прессования ч/2.К = 2,96

- для промежуточного момента прессования ^¿ц =2,48

- для конца прессования ^/¿К = 2,08.

По распределениям напряжений определено удельное давление на боковой поверхности пуансона, которое равно:

где у - длина боковой поверхности контакта пуансона с металлом. Удельное давление для Есех трах случаев прессования составила:

- для начала прессования = 2,03

- для промежуточного момента прессования 1.51

- для конца прессования

^=1,37.

Полученные формулы позволили рассчитывать значения удельных усилий и давлений и построить закономерности распределения напряжений вдоль жестко - пластической границы и удельных давлений на боковой поверхности пуансона для всех трех стадии процесса двустороннего прессования полой заготовки.

3. При исследовании напряженно - деформированного состояния металла при обратном выдавливании полой заготовки считалось, что' процесс является установившиеся и поэтому напряженное состояние рассматривалось только для конца процесса при значениях коэффициента трения равное^Ус.= 0,_у*с = 0,25,_у&= 0,5.

Для всех трех случаев построены поля напряжений и скороо-тей течения металла в пластической области /рио. 5/.

Гидростатическое давление в пплстической области для случая кохда/ь = 0 будет: О/^ + 6>0, г &00 /тз/;

^,57 — «

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

Рис. 5. поле линий скольжения для конечной стадии обратного выдавливания приу£/гр /а/, годограф скоростей течения металла /б/ и зависимость удельного давления от коэффициента трения

Гидростатическое давление в точке сопряжения 00 будет:

^офк- - с, ? (е0, - ©вв> 2, о? /14/

Удельное усилив на пуансоне равно:

г <й/гк = <?оо/г1< = //2 Ч) /15/

При^ = 0,25: гидростатическое давление в точках 01 и 00 будут равны:

^/¿к- <й1/гк+ &21- /к/

Оо1 (й К - 6>о, -О0о = - 2,42. /17/

Удельное усилив вдоль контакта пуаноона с металлом заготовки равно:

*СР(&оо- <У>- Р, Я? /18/

где /? -

Vs-л---л*/

радиуо пуансона,мм.

ПриА = 0,5: Q = - 3,45, Q = - 3,63, <?„ = <?„ • *' "О/ ioo Мер. '¿ср.

4. Результаты экспериментального определения зависимости силовых условий дНормирования полых заготовок ст различных технологических Факторов позволили установить, что: с увеличением длины хода пуансона, толщины срезаемого дефектного слоя, повышения степени обжатия, снижения температуры металла, уменьшения толщины пресс - остатка резко повышается усилие прессования; при протяжке стакана, пик усилия образуется при прохождении его дна через матрицу, что связано с увеличением степени обжатия вследствие того, что дно стакана имеет сплошное сечение; при протяжке стакана одновременно через две матрицы образуется два пика усилия, образование которых объясняется одновременным деформированием донной части поковки через обе матрицы. В случае пресыщения скорости движения оправки над скоростью тхэталкиван^м заготовки через матрицу происходит отрыв донной части поковки и поэтому процесс протяжки невыполняется. Оптимальным углом конусности входящего пояска матрицы является угол, равный 13-20°; оптимальным углом конусности образующей пуансона - 6°, которые позволяют умень-

щить потребное усилие протяжки заготовки на 20 - 30$.

; ИССЛЕДОВАНИЕ КОРРОЗИОННЫХ СВОЙСТВ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ В НЕЙТРАЛЬНОЙ И КИСЛОЙ СРЕДАХ

Результаты исследования влияния пластической деформации, термомеханической и термической обработки на коррозионное поведение алюминиевых сплавов в среде л'аС! и 0,Н^У 04 позволили установить следующее: алюминий и его сплавы благодаря наличию на поверхности защитной пленки /А12 О3/, имеющей хорошую сцепля-екость с металлом,' обладают высоким сопротивлением против коррозии в атмосфере, морской воде, растворах многих солей и химикатов, в кислых, основных и нейтральных средах. На коррозионное поведение алюминиевых сплавов влияют их состав, технология изготовления изделий, которые определяют микроструктуру, от которой зависит локализация коррозии и характер поражения металла. Однако алюминиевые сплавы корродируют под влиянием погодных условий. При этом на их поверхности появляются значительная шероховатость вследствии неглубоких плттингозых поражений.

Различают следугсщие виды коррозии алюминия: местная, питтин-говая, щелевая, гальваническая, межкристаллитная, под напряжением, расслаивающая и др., которые вызывают преждевременное разрузение изделий из этого материала. Алюминий высокой /А995/ и особой /А9999/ степеней чистоты имеет достаточно высокую стойкость против коррозии, однако он очень дорогой металл. Алюминий технической чистоты имеет значительно пониженную коррозионную стойкость, поэтому применяется в менее ответственных случаях. Сплавы алюминия с магнием и медью, марганцем, железом, никелем, цинком широко применяются в качестве конструкционных материалов в промышленности. Однако они обладая высокой механической прочностью, имеют пониженную коорозионную стойкость во многих средах.

Совместное влияние добавок редкоземельных /лантан и церий/, щелочноземельного /кальций/, переходных / титан, марганец, медь, скандий, шрконий, магний/ металлов повышает не только механическую прочность алюминия, но положительно влияет на его коррозионную стойкость в кислых и нейтральных средах, не снижая электропроводности; получены машинные анодные потеншодкнамические диаграммы в координатах "потенциал пассивации - плотность тока пассшзаг-ции", расыи^ровка которых позволила определить: значения парамет-

ров коррозии, степень влияния различных видов термомеханической обработки и пластической десРюрмации на коррозионную стойкость исследованных алюминиевых сплазов. Анализ анодных диаграмм и полученные значения коррозионных параметров позволил установить, что: наиболее оптимальными схемами обработки сплавов системы AI - Си - Се являются схемы, включающие в себя операции: "отжиг при температурах ТОО - 400°С в течение 2 - 3 ч.; "искусственное старение при температурах 150 - 250°С в течение 4 - 24 ч. + отжиг при температурах ТОО - 200°С в течение 1,5 - 2 ч.", при которых плотность тока пассивации уменьшается в 3 - 4 раза против плотности тока пассивации нелегированного технического алюминия марки А5, которая равна L - 0,11 мА/см2, т.е. стойкость сплава против копрозии повышается.

Все другие схемы термомеханической обработки на уменьшение значения плотности тока пассивами сплавов существенного влияния не оказывают; пластическая деформация резко повышает значения плотности тока пассивации, т.е. ухудшает коррозионную стойкость алюминия и его сплавов.

Только для сплава AI - - Mi - T¿ -La.- Се все виды обработки приводят к резкому снижению плотности тока пассивации - до 0,007 мА/см2, т.е. в 16 раз меньше, чем плотность тока пассивации алюминия марки А5, что свидетельствует о высокой коррозионной стойкости этого сплава в среде 3¡£/VaCI; рост степени деформации снижает коррозионную стойкость сплавов АХ — М^ — Са -ii-ce и AI — Ы^ — Мл -Ьа,- Се; коррозионная стойкость сплавов системы AJI - Си - Се в слабокислой среде /0,5^Н2^04 / в 8 - II раз выше, чем стойкость алюминия марки А5.

Кривые потенциалов паосивации от плотности тока пассивации сплавов^ в кислой среде не имеют области активного растворения /рис.б/, что дает основания заключить, что все сплавы в кислой среде имеют достаточно высокую коррозионную стойкость, что объясняется присуствием лантана, церия, калышя, которые с алюминием образуют тугоплавкие защитные пленки на поверхности металла.

Понижение плотности тока пассивации у сплава 5.0, повышение ее у сплавов AI - Си - Се, 3.0, 4.0, 7.0, т.е. усиление общей коррозии в результате пластической деформации объясняется следующим: текстура металла, которую он приобретает в результате де-фюрмации, влияет на его химическую активность вследствие различ-

а б

Рис. 6. Зависимость потенциала пассивации от плотности тока пассивации /а/ - сплав 5.0 и от тока коррозии /б/ -сплав А1 - Си - Се.

ной конфигурации связей поверхностных атомов на разных кристаллографических гранях. Особенно это заметно в направлении прокатки, что обусловливает резкое увеличение скорости процесса растворения текстуровэнного металла. Снижение плотности тока пассивации в результате термической обработки объясняется тем, что если пластическая деформация вызывает ускорение анодного растворения металла, то отжиг, напротив, уменьшает эту скорость, так как отжиг, после д Формации, приводит к восстановлению нарушений з кристаллической репетке, которые произойти вследствие деформации. Уменьшение плотности тока пассивации сплавов алюминия в отокжен-ном состоянии без предварительной деформации объясняется сохранением с орг.-ы кристаллической решетки и снижением растворимости металла. Высокая копрозионная стогкость сплава 5.0 объясняется влиянием отжига, мелкозешистой структуры, благодаря присутствия в сплаве титана, растворением и равномерным распределением по объему твердых фаз, образованием тугоплавких защитных соединений алюминия с легирующими добавками.

КССЛЦЮВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕИКСВ НА Ф1ВИКО - МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ИРДЕЯ1Й ИЗ КОРРОЗИОЯНО - СТОЙКИХ АЛГГЖИВЫХ СПЛАВОВ

Результаты исследования позволили установить следующее: алюминий высокой и особой чистоты обладают пониженную механическую прочность. Введение в них добавки скандия, титана, магния, меди, марганца приводит к повышению механической прочности изделий из этих материалов.

Марганец, титан и цитаоний снижая диффузионную подвижность легирующих элементов за счет уменьшения коэффициента диЗДузик, повышают жаропрочность и теплоустойчивость алюминия; добавки церия в два раза повышает твердость алюминия; введение меди и мар- . ганца в сплавы алюминия приводит к повышению степени пресыщения твердого раствора и прочности металла. Добавки марганца и титана повыщают механические свойства литых деталей из алюминия до уровня деформированных. Однако чрезмерное повыцение упрочняющих добавок, особенно, магния, титана, меди и церия снижает технологичность алюминиевых сплавов. Добавки титана до 0,15$, магния до скандия до 1,5$, церия до 1,0$ в исследованные сплавы объясняет-

ся. этим. Положительное влияние переходных металлов на механические свойства алюминия и его сплавов связано с их растворимости в жидком сплаве, которая с повышением температуры возрастает; механические свойства полос и лент, полученных из опытных сплавов по сравнению с механическими свойствами литых образцов получились в лучшую сторону, благодаря повышению плотности металла и его хорошей проработки его структуры в результате прокатки и последующей термообработки; при термической обработке изделий из алюминиевых сплавов устраняются: неоднородность структуры, вызванной внутрикристаллической ликвацией при кристаллизации слитка; термические напряжения, возникающие в результате резкого охлаждения при литье; степень нагартовки, получаемой при холодной де'ормации, обеспечивает получению изделий с заданными свойства-га; закалка изделий из сплавов системы А1 - Си - Се приводит к повышению прочности только тех сплавов, в которых содержание меди более 2 - 2,5?, церия более 0,4 - 0,6$; термомеханическая обработка /закалка + деформация + старение + отжиг/ приводит к повышению прочностных свойств изделий из термически упрочняемого коррозионно - стойкого сплава АТ - Си - Се в 1,5 - 2 раза, пластических - 1,0 - 1,5 раза; механические свойства фольги толщиной от 0,2 до 0,025 мм из опытных сплавов отличаются от механических свойств круглых образцов того же химического состава по следующим причинам: напряженное состояние металла в процессе растяжения, близкое к плоскому, которое сохраняется до момента разрыва образца по причине малого сечения; размер зерна фольги близок к ее' толишне, что влияет на пооцессы пластической деформации; фольга изготовляется путем больших обжатий металла /до , последствия которой трудно устранять отжигом; прочностные свойства фольги с уменьшением толщины повышаются, а пластические снижаются; на диаграммах рястяжения образцов из фольги площадка текучести либо полностью отсуствует, либо очень мала. Образцы из фольги разргущгдатся на узком участке длины; наиболее высокие прочностные свойства имеет чагратованная фольга тслшшюй более 0,075 мы; пластические свойства гТгольги с увеличением температуры отжига повышаются вследствие прохождения полной рекристаллизации металла; фольга полученная из высокопрочных сплавов 2.1, 2.2, 3.0 и 10.0 имеет более высокие прочностные свойства, чем оюльга, полученная из мягких'сплавов /1.0 - 1.5, 3.0-8.0/. Низкая пластичность

фольги о уменьшением толщины связана о особенностями плосконапряженного состояния в момент разрыва образцов; изменение прочностных характеристик Фольги не только зависит от напряженного состояния металла в момент пазрыва, но и от структуры, в частности от величины зерна.

Результаты механических Испытаний проволоки диаметром от 3 до 1,2 мм из опытных сплавов показали, что о увеличением степени деформации материал проволоки упрочняется. Высокие показатели прочностных свойств получается у проволоки, полученной из сплавов 2.1 и 2.2. Закалка проволоки из эитх сплавов не приводит к заметному повышению прочностных свойств по причине малого сечения образцов.

Неравномерность изменения механических свойств проволоки связана с неравномерностью деформации при растяжении, которая проявляется вследствие проскальзывания образцов в захватах испытательной машины и ликвацией легирующих элементов в металле. При растяжении образцов из проволоки всех диаметров на диаграммах растяжений отсуствовала площадка текучести, что объясняется теки же причинам, что и при растяжении образцов из фольги; при скорости дерормирования менее 2 мм/мин.,/наблюдается зубчатость на кривых растяжения при комнатной температуре; амплитуда их возрастает вплоть до момента разрыва. Это дает возможность высказать пердположение, что при растяжении о такой скоростью наблюдается вффект Ле - Пателье, заключающаяся в перюдическом торможении движущихся дислокаций атмосферами примесей атомов . При этом на кривой растяжения появляется серия зубцов. Это объясняется тем, что напряжение при такой скорости деформации непрерывно колеблется меящу двумя крайними значениямиа перемещение дислокаций изменяется от медленного до быстрого и обратно. Во время фазы медленного перемещения дислокаций скорость пластической деформации мала, а напряжение растет до тех пор, пока не становится достаточным для высвобождения дислокаций от атмосФер. В это время наступает фазы быстрого пластического течения, напряжение падает, движение дислокации замедляется и пикл повторяется.

Результаты механических испытаний продольных образцов из трубных изделий, полученных прессованием из полых заготовок из сплава системы А1 - Си - Се показали, что в результате хорошей проработки структуры металла при деформировании прочностные свой-

ства труб пости в 1,5 - 2 раза повышается.

Результаты исследования физических свойств /электросопротивление/ проводниковой алюминиевой проволоки и фольги, полученных из опытных сплавов показали, что при больших степенях деформации /свыше 70^/ электросопротивление алюминия и его сплавов повышается мало / на 2 - 6$/; изменение кристаллической решетки алюминия в результате деформации приводит к изменению электросопротивления. Однако отжиг устраняет эти изменения, которые произошли в деформированном металле; примеси в материале проводника повыг-щают величину электросопротивления.'

Фактическая величина /измеренная/ электросопротивления полученных проводников оказалось меньше расчетной, что дает основания заключить о хорошей электропроводности их.

Наименьшими значения™ электросопротивления обладают проводники кэ особочистого алюминия, что объясняется стсуствием в материале посторонних примесей.

ПРОМЫШЛЕННОЕ ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ

Результаты разработки и освоения технологии штамповки мишеней из алюминия ОСЧ 18 - 4 внедрены в производство - на ЗППОЧВ /г.Душанбе/ с потверяденным экономическим эффектом в размере 936000 руб. в год.

Результаты разработки и освоения технологии прессования труб из пентробежнолитых заготовок внедрены в производство -на Кулябском. опытном заводе технологической оснастки с потверж-денным экономическим эффектом в размере 329000 руб. в год.

Результаты разработки и освоения в условиях Имет им. А.а. Байкова технологии прокатки и волочения подложек к гибридным интегральным схемам микроэлектронных аппаратов, проводниковой фольги и проволоки из коррозионно - стойкоких сплавов на основе алюминия переданы для внедрения в производство - ¡анскому радиозаводу /подложки/, заводам: Таджиккабель /проволока/ и алюминиевому / фюльга/.

Внедрение технологии полученхи подложек, проволоки и фольги' позволяет освоить промышленности серии новых матсшагов и ускорять научно - технически" прогресс "в "обла^ об^аботгацвет -ных металлов давлением.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. На основании анализа данных литературы сформулирована цель работы и поставлены задачи исследования, на основании которых разработаны новые, усовершенствованы действующие технологические процессы изготовления изделий из новых коррозионностой-ких алюминиевых сплавов методами обработки давлением, обеспечивающие получение изделий с заданными свойствами.

2. Определены к реализованы технологические режим холодной и горячей штамповки, прокатки, волочения, прессования серии новых сплавов на основе алюминия марок: А5,А6,А995,А9999, позволившие получить качественные изделия / мишени, подложки, проволоку, фольгу, трубы/.

3. Разработаны и внедрены в производство новые технологические процессы штамповки мишеней из особочистого алюминия марки ОСЧ 18 - 4 и прессования труб из сплава А1 - Си - Се, обеспечивающие сокращение расхода энергии на 60 - 60$, трудоемкости в 5-10 раз, получение эксгомии в размере 1,265 млн. руб. в год.

4. Разработаны конструкций оснастки для осуществления технологии изготовления труб и мишеней, позволяющие повысить производительность в 3-5 раз, сократить расход инструментальной стали в 2 - 3 раза.

5. Разработаны режимы нагрева, позволяющие, выбрать температуру начала пластической деформации 24 ранее недеформирсванных алюминиевых сплавов; потверждено, что температура начала обработки давлением алюминиевых сплавов, содеряацих более 0.»5$ магния лежит в пределах 300 - 325°С.

6. Разработаны новые методики: производства заготовок из алюминиевых сплавов, позволившей получить отливки, обеспечивающие изготовлению изделий высокого качества; исследования коррозионной стойкости алюминиевых сплавов в кислой и нейтральной средах, позволившей установить оптимальный режим обработки кетатаа, обеспечивающей его повышение коррозионной стойкости в 3-4 раза.

7. Решена задача напряженно - дефоргарованного состояния металла в очаге деформации при прессовании полых центробе:хноли-тых заготовок методами: пластического среза, двустороннего прессования и обратного выдавливания, позволившие установить характер распределения напряжений и полей скоростей течения металла на'

контактной поверхности инструмента с деформируемым металлом при различных положениях инструмента.

8. Получены аналитические зависимости, позволяющие с точностью до определить удельные усилия и давления на боковой поверхности пуансона и усилив деформирования металла для различных стадий процессов прессования полых заготовок.

9. Теоретически показано и экспериментально потверждено, что необхоимым условием осуществления процесса пластического среза дефектного слоя с поверхности полой заготовки пуансоном является превышение усилия среза над усилием осевой осадки заготовки.

10. Получены зависимости изменения силовых условий прессования полых заготовок по ходу инструмента от технологических факторов, показывающие достаточно хорошее совпадение расчетных и экспериментальных результатов.

11. Установлено, что критическая высота дна стакана, образуемого из срезанного дефектного слоя заготовки равна Н™ „ =

пр. д.

= 2,?2Н| /где ^ - юлщияа стенки заготовки,мм/.

12. Потверздено, что оптимальным углом конусности входящего пояска матрицы является угол, равный 13 - 20°, а оптимальным углом образующей оправки - 6°, обеспечивающие снижение потребного усилия протяжки на 20 - 30$.

13. Получены анодные потенциодинамические диаграммы, анализ которых позволил установить, что: оптимальной, схемой обработки, позволяющие в 3-4 раза повысить коррозионную стойкость опытных сплавов в нейтральной среде является: "отжиг" и "искусственное старение + отжиг"; наиболее корроаионностойким из серии исследованных является сплав Л1 - Мс| - Мп - Т<! -Ьа- Се, у котооого значение плотности тока пассивации равно 0,01 - 0,007 мА/см^, т.е. его коррозионная стойкость в Ь - 16 раз выше коррозионной стойкости нелегированного технического алюминия марки А5, плотность тока пассивации которого равна С = 0,11 мА/см^; сплавы системы

А1 - Си - Се в кислой среде обладают в 8 - II раз выше коррозионную стойкость, чем сплав А1 - Си; плестическая деформация и термомеханическая обработка не приводят к повышению коррозионной стойкости алюминиевых сплавов.

14. Потверядено, что в результате пластической деформации в 1,5 - 2 раза упрочняются изделия из алюминиевых сплавов; термо-

механическая обработка и закалка изделий из сплава системы А1 -Си - Се приводит к повышению прочностных свойств только изделий, которые получены из сплавов, содержащих более меди и более 0,6% церия.

15. Установлено, что Фактическая величина электросопротивления проводниковых изделий /проволока и фольга/, полученных из опытных сплавов в 1,5 - 2 раза меньше расчетной, что дает основания заключить, что они обладает достаточно хорошую электропроводность; наименьшей величиной электросопротивления обладают проводники из особочистого алюминия марки ОСЧ 18-4.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе даны научно - обоснованные технологические и технические решения, состоящие из: разработки оптимальных режимов пластической деформации серии новых, многокомпонентных, раное не~ дсформированных коррозоинно- стойких сплавов на основе алюминия марок: А5, А6, А995, А9999; разработки и освоение новых, усовер-шенсговавание действующих технологических процессов и конструкций оснастки для изготовления: труб, мишеней, подложек, фольги, проволоки методами прокатки, штамповки, прессования и волочения; исследования процессов прессования полых центробежнолитых заготовок способами: двустороннего прессования, выдавливания и пластического среза; исследование коррозионной стойкости алюминие» вых сплавов после пластической деформации, термомеханической обработки в кислых и нейтральных средах; исследование вл:шяия технологических режимов пластической деформации на Физико - механические свойства изделий, полученных из алюминиевых сплавов, методами обработки давлением, внедрение которых ускоряет научно-технический прогресс в области обработки цветных металлов и позволяет снизить: трудоемкость изготовления изделий в 3 - 5 раз, расход инструментальных материалов в 2 - 3 раза, повысить качества изделий в один - два раза, получить экономию средств в размере 1,256 млн. руб. в год, освоить промышленности серии новых электротехнических материалов.

Основное содержание диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Курбанов X. Приспособление для изготовления труб из литых полых заготовок // Изв. вузов.ч.к. 1975. й 5

2. К/рбанов X. , Залесский В.И., Троицкий В.П. Моделирование процесса изготовления баллонных заготовок // Изв. вузов, ч.м. 1975. № II '

3. ВДрбанов X., Залесский В.И., Троицкий В.П. Изготовление труб из литых полых заготовок протяжной // Труды ШСиС. 1975. й 86

4. Курбанов X., Овчинников В.И., Троицкий В.П.,Мхоян Л.М. Пластическое течение металла при прошивке полых заготовок

П Изв. АН СССР. Машиноведение. 1976. КЗ

5. Курбанов X., Овчинников В.И., Троицкий В.П. Исследование процесса среза дефектного слоя полых заготовок при производстве труб большого диаметра // Изв. вузов, ч.м. 1976.№

6. Курбанов X., Яалесский В.И., Троицкий В.П., Лебедев В.Н., Данилин С.И. Способ изготовления груб. Л 570442. 1977. Бюл. № 32

7. Курбанов X. Установка для центробежного литья, прокатки и заточки // ТаджикГСШГИ. 1978. № I

в. Курбалов X. Исследование процесса получения труб и трубных изделий из полых отливок. В кн. Тезисы докладов научной конференции. Д.: Ир^он, 19РЙ

9. Курбанов X. Повышение качества и производительности изготовления деталей переменного сечения. В кн. Тезисы докладов научной конференции. Д.: ИрТхш, 1985

10. Курбанов X. Новый технологический процесс изготовления труб. В кн. Тезисы докладов научной конференции.Д.: 1986

11. К/рбанов X. №ампы для изготовления поршней выдавливанием из алюминиевых сплавов // ТоджикШИНГИ. 1983. й II

12. Курбанов X. Штамп для изготовления Фланцев электродвигателей из алюминия // ТаджикНИИНТИ. 1985. № 133

13. Курбанов X., Рахметов С.Т. Способ изготовления полых, глухих изделий с двойной стенкой // ТадаиШШНГИ. 1986. .'6 40

14. Курбанов X. , Рахметов С.Т. Способы изготовления труб // ТаджкНПИНТИ. 1986. > 7

15. Курбанов X. Инструмент для изготовления двустенных

трубопроводов выдавливанием Ц ТаджикйШГИ. 1968. № 81

16. Курбанов X. Исследование влияния различных способов очистки на качество алюминиевых отливок // Изв. АН Таджикской ССР. Т9Р0. ¡5 2

17. Курбанов X. Авторское свидетельство СССР. № 871964. 1981. Бел. Й 38

18. Курбанов X., Рахметов С.Т., Хакдодов М.Н. Авторское свидетельство СССР. У> I0I60IT. 1983. Бюл. й 17

19. Курбанов X. Новый способ изготовления труб // Изв. АН Таджикской ССР. 1982. № 4

20. Курбанов X. , Рахметов С.Т., Троицкий В.П. ЬЬделиро-вание процесса прессования труб // Изв. вузов, ч.м. 1983.№ I

21. Курбанов X., Троицкий В.П. Разработка технологического процесса изготовления труб из полых заготовок // Труды ШСиС. 1976. № 101

22. Курбанов X. Изготовление полых деталей с двойной стенкой из алюминия // Изв. АН Таджикской ССР. 1986. Jt 2

23. Курбаноз X., Рахметов С.Т. Изготовление двусторонних пустотелых поковок // Технология и организация производства. Киев. 1987. № 4

24. Курбанов X. Выдавливанием полых поковок // Изв. вузов ч.м. 1988. № II

25. Курбанов X. Эффективность применения полых поковок для изготовления деталей мамин // Изв. АН Тадкикской ССР. 1988.

^ 3 26. Курбанов X. Влияние гидов обработки на механические свойства легированных алюминиевых сплавов // деп. в ТэдкикНИИН-ТИ. 1989

27. Курбанов X. Выбор оптимальных режимов обработки легированных алюминиевых сплавов // там же. 1989

28. Курбанов X. -Влияние химического состава и пластической деформации на механические свойства легированных алюминиевых сплавов // там же 1989

29. Курбанов X. Ковка легированных алюминиевых сплавов // деп. в ТаджикБИИНГИ. 1989

30. Курбанов X. Прокатка легированных алюминиевых сплавов Ц там же. I9P9

31. Курбанов X. Обрабатываемость резанием легированных алюминиевых сплавов // там же. 1989

32. Курганов X. Деформируемость легированных алюминиевых сплавов // деп. в ТадкикНИИНГИ. 1989

'33. Курбанов X. Диаграмма пластичности сплавов АМгЗТ, А1 - М<} - Са - Се, А1 - - Мп -Ьа- Се, А1 - МО - № -Тс -1л- Се // деп. таи же. 1990

34. Курганов X. Диаграмма пластичности сплавов системы А1 - -¿я.- Се // деп. там же. 1990

35. Курбанов X. Диаграмма пластичности сплавов системы А1 - Си - Се // деп. там же. 1990

36. Курбанов X. Технологические свойства сплавов А1 -Щ - Са -Ъг - Се, Я - - Мп -Ья - Се, А1 - - Т^' , А1 -№} - Г»1п - T¿ -¿а - Се // деп. там же. 1990

37. Курбанов X. Технологические свойства сплавов системы А1 - Щ -ко,- Се // деп. там же. 1990

38. Курбанов X. Технологические свойства сплавов системы Л1 - Си - Се // деп. там же. 1990

39. Курбанов X. Получение изделий из коррозионно - стойких алюминиевых сплавов // Изв. АН Таджикской ССР. 1991.№ 2

40. Курбанов X. Определение напряженно - деформированного состояния металла при обратном выдавливании полых заготовок методом линий скольжения // Изв. вузов, ч.м. 1991. № 9

41. Курбанов X. Авторское свидтетельство СССР. Матрица. а Ш60И/01. 19РЗ

42. Курбачов X., Одинаев X., Ганиев И.Н.' Диаграмма фазовых равновесии сплавов А1 - Мд - Т; и А1 - Щ - Се при 673°С // Изв. АН СССР. Металлы. 1989. № 4

43. Курбанов X. Влияние пластической деформации, термомеханической и термической обработки на коррозионное поведение сплавов алюминия, легированных редкоземельными, щелочноземельным и переходными металлами // Изв. вузов, ч.м. 1991. №10

44. Курбанов X.Разработка и освоение технологии изготовления электротехнических изделий из нового сплава А1 - Мо - Мп - Тс -1а- Се // Изв. вузов, ч.м. 1991. № II

45. Курбанов X., Овчинников В.И., Пименов А.ф. Исследование процесса обратного выдавливания полых заготовок // Изв. АН СССР. Проблемы машиностроения и надежности маишн. 1991. М 12.

Прачли рецензию и включены в план издания:

46. Курбанов X., Овчинников В.И., Пименов А.Ф., Рахматов ' С.Т. Исследование процесса двустороннего прессования полых зато-

товок // Изв. вузов ч.м. 1992. Щ

47. Курбанов X., Азизов Б.С., Ганиев И.Н. Исследование влияния видов обработки на коррозионное поведение алюминиевых сплавов в нейтрально^ среде . В кн. Тезисы докладов всесоюзной конференции - Новые исследования по заиите метачлов от коррозии. Барнаул. 1989

48. Курбанов X., Пименов А.Ф. Разработка и освоение технологии изготовления проводниковой проволоки из коррозионно - стойких сплавов на основе алюминия // Изв. вузов ч.м. 1992. № 3

49. Курбанов X. , Пимеяов А.Ф. Освоение технологии изготовления изделий из сплава А1 - Си - Се // Изв. вузов ч.м. 1992.155

50. Курбанов X. Свойства проволоки и й"ольги из алюминия ОСЧ 18 - 4 и сплавов А?»г2, АМгЗТ, АМг4Т // Изв. вузов ч.м. 1992. № 6

51. Курбанов X. Коррозионно - стойкая электротехническая Фольга из сплавов алюминия // Изв. вузов ч.м. 1992. № 8

5Я. Курбанов X. Получение мишени и подложки из алюминия ОСЧ 18 - 4 и сплавов на его основе // Изв. вузов ч.м. 1992.И

53. Курбанов X. Термомеханическая обработка изделий из сплава А1 - Си - Се // Изв. вузов ч.м. 1992. й I

54. Курбанов X. Прессование труб с раструбом из сплава 2,5$ Си + 0,6$ Се + А6 // Технология и организация производства.

Киев. 1991. ¡Ь 12.

55. Курбачов X. Влияние пластической деформации на механические свойства легированных алюминиевых сплавов //Изв. вузов ч.м. 1Р92. № II.