автореферат диссертации по металлургии, 05.16.09, диссертация на тему:Разработка режимов термической и деформационной обработки листов из сплавов систем Al-Mg и Al-Cu-Mg для формирования структуры, остаточных напряжений и технологических свойств, обеспечивающих улучшение штампуемости

На правах рукописи

Савельева Оксана Григорьевна

РАЗРАБОТКА РЕЖИМОВ ТЕРМИЧЕСКОЙ И ДЕФОРМАЦИОННОЙ ОБРАБОТКИ ЛИСТОВ ИЗ СПЛАВОВ СИСТЕМ АШб И А1-Си-М§ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ СТРУКТУРЫ, ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ УЛУЧШЕНИЕ ШТАМПУЕМОСТИ

Специальность 05.16.09 - «Материаловедение (машиностроение)»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

г 8 НОЯ 2013

005540993

Самара-2013

005540993

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)»

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Носова Екатерина Александровна

доктор технических наук, профессор Муратов Владимир Сергеевич,

ФГБОУ ВПО «Самарский государственный технический университет», декан Физико-технологического факультета, заведующий кафедрой «Материаловедение и товарная экспертиза»;

кандидат технических наук Антипов Владислав Валерьевич,

ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов», заместитель генерального директора по научному направлению "Титановые, магниевые, бериллиевые и алюминиевые сплавы".

Ведущая организация: ФГУП «ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс», г. Самара

Защита состоится 23 декабря 2013 года в 16.30 часов на заседании диссертационного совета Д 212.217.02 при ФГБОУ ВПО «Самарский государственный технический университет» по адресу: 443100, г. Самара, ул. Галактионовская, 141, корпус № 6, аудитория 33.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Самарский государственный технический университет».

Автореферат разослан ^*<оября 2013 года.

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенные печатью) просим направлять по адресу: 443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244, Главный корпус, учёному секретарю диссертационного совета Д 212.217.02

Официальные оппоненты:

Учёный секретарь диссертационного совета, доктор технических наук

А. Ф. Денисенко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Получение новых изделий из алюминиевых сплавов и интенсификация процессов их обработки требует получения в них особых свойств, что приводит к необходимости учёта множества факторов при разработке технологий: структурных параметров, механических и технологических свойств, стабильности геометрии и надёжности эксплуатации.

Разнообразие свойств сплавов определяется способом получения полуфабрикатов и термической обработкой, а также химическим составом и природой фаз - упрочнителей каждого сплава. Структура металла характеризуется размером, формой зерна и частиц, их распределением и химическим составом, а также металлографической и кристаллографической текстурой. Для обеспечения высокой технологичности в материалах при обработке давлением, в том числе штампуемости, необходимо учитывать структурные изменения, протекающие в металлах и сплавах при проведении термической обработки и пластической деформации. Изменение свойств и структуры металла при пластической деформации и термической обработке неизбежно сопровождается изменением остаточных напряжений, которые существенно влияют на надёжность, долговечность, технологичность, металлоёмкость конструкций и нормы расхода металла на производство единицы продукции.

Важным направлением в материаловедении является управление структурой и свойствами сплавов на этапе их окончательной обработки, определяющей функциональность конечного изделия в процессе эксплуатации. Решение этой многофакторной задачи через учёт остаточных напряжений при проведении операций листовой штамповки и термообработки позволит выработать наиболее рациональные режимы изготовления изделий из алюминия и его сплавов, в том числе аэрокосмического назначения.

В связи с этим, предлагаемая работа, направленная на получение наиболее благоприятных механических и технологических свойств и структуры деформируемых алюминиевых сплавов через учёт остаточных напряжений, является актуальной.

Цель работы - установление закономерностей влияния термической и деформационной обработки на структуру, остаточные напряжения, механические и технологические свойства алюминиевых сплавов, предназначенных для изготовления деталей методами листовой штамповки.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Экспериментально определить зависимости технологических и механических свойств листовых алюминиевых сплавов АМг5, АМгб, АМгЮ и Д16 от термической и деформационной обработки.

2. Установить влияние термической обработки и пластической деформации на формирование структуры указанных сплавов.

3. Определить влияние режимов обработки на структурные изменения и провести анализ уровня поверхностных остаточных напряжений.

4. Разработать математическую модель взаимосвязи остаточных напряжений с режимами деформации, отжига и старения сплавов и технологическими свойствами.

Научная новизна работы. Установлена количественная взаимосвязь влияния структурных изменений в процессе технологического цикла изготовления деталей методами листовой штамповки на технологические свойства алюминиевых сплавов и уровень остаточных напряжений І, II и III рода.

Разработана математическая модель влияния степени деформации, рекристаллизации и режимов старения на уровень остаточных напряжений І, II и III рода.

Практическая значимость результатов. Установленная количественная взаимосвязь и разработанная математическая модель позволяют формировать требуемые механические и технологические свойства и структуру в полуфабрикатах и изделиях из сплавов систем А1-М§ и А1-Си-\%

Результаты диссертации использованы как справочные данные при проектировании и изготовлении сепараторов некоторых типов авиационных подшипников в ОАО «Завод авиационных подшипников», а также как поверочные материалы при проектировании и изготовлении элементов и узлов летательных аппаратов в ФГУП «ГНПРКЦ «ЦСКБ-ПРОГРЕСС».

Достоверность научных результатов работы. Достоверность полученных результатов обусловлена широкой апробацией и надежностью использованных экспериментальных методов исследования,

воспроизводимостью экспериментальных данных, взаимной согласованностью экспериментально полученных значений, корректной статистической обработкой результатов.

Научная ценность работы. Установлена количественная взаимосвязь структурных изменений и остаточных напряжений с режимами пластической деформации и термической обработки, механическими и технологическими свойствами в сплавах АМг5, АМгб, АМгЮ и Діб.

Научные положения, выносимые на защиту:

- влияние термической и деформационной обработки на формирование структуры;

- влияние термической и деформационной обработки на механические и технологические свойства листов из сплавов АМг5, АМгб, АМгЮ и Діб;

влияние структурных изменений алюминиевых сплавов при пластической деформации и старении на уровень остаточных напряжений І, II и III рода в листовых полуфабрикатах;

- влияние остаточных напряжений І, II и III рода на технологические свойства листов из рассматриваемых сплавов в операциях холодной листовой штамповки.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на следующих конференциях: II научно-технической конференции «Метал лдеформ» (г. Самара, 2004 г.); IX Международной научной конференции, посвященной 45-летию Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М. Ф. Решетнёва «Решетнёвские чтения» (г. Красноярск, 2005 г.); VII международной научно -технической конференции «Авиакосмические технологии «АКТ-2006» (г. Воронеж, 2006 г.); Международной молодежной научной конференции «XIV Туполевские чтения» (г. Казань, 2006 г.); Всероссийской молодежной НК с международным участием, посвященной 100-летию академика С.П. Королева, 65-летию КуАИ - СГАУ и 50-летию со дня запуска первого искусственного спутника Земли «IX Королевские чтения» (г. Самара, 2007 г.); XII международной научной конференции, посвященной памяти генерального конструктора ракетно-космических систем академика М. Ф. Решетнёва «Решетнёвские чтения» (г. Красноярск, 2008 г.); Всероссийской молодежной научной конференции с международным участием «X Королевские чтения» (г. Самара, 2009 г.); 3-й международной научно-технической конференции Металлофизика, механика материалов, наноструктур и процессов деформирования «Металлдеформ - 2009» (г. Самара, 2009 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ, в том числе 4 в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, рекомендованных ВАК [1-12].

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка использованных источников из 136 наименований. Работа изложена на 155 страницах машинописного текста, содержит 100 рисунков и 56 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, перечислены положения, выносимые на защиту.

В первой главе приведён обзор литературных источников по влиянию режимов получения и обработки алюминиевых сплавов на изменение структуры, свойств и формирование остаточных напряжений I, II и III рода.

Во второй главе дано описание методики проведения исследований. Объектами исследования являются алюминиевые высокопрочные сплавы системы Al-Mg (АМг5, АМгб, АМгЮ) и системы А1-Си-М% (Д16). Исходя из диаграмм состояния, анализа стандартов и производственных инструкций назначены режимы термической обработки исследуемых сплавов. Выбор температуры старения обусловлен исследованием влияния искусственного

старения на технологические свойства при сушке после окрашивания алюминиевых конструкций.

Для сплава Діб режим отжига: температура нагрева (Т) Т=500°С, продолжительность выдержки (т) т=0,5 ч, охлаждение с печью; режим закалки: Т=500°С, т=0,5 ч, охлаждение в воде Т=20°С. Старение проводили при температурах Т=100°С, 150°С, 200°С, продолжительность выдержки при каждой температуре составила т=1,0; 2,0; 3,0; 4,0 ч. Для сплава АМгЮ режим отжига: Т=430°С, т=0,5 ч, охлаждение с печью; режим закалки: Т=430°С, т=0,5 ч, охлаждение в воде Т=20°С. Старение проводили при температурах Т=100°С, 150°С, 180°С, продолжительность выдержки при каждой температуре т=1,0; 2,0; 3,0; 4,0 ч.

Для сплавов АМг5 и АМгб отжиг проводили при Т=320°С, т=0,5 ч.

Для определения влияния пластической деформации и отжига на механические свойства сплавов АМг5 и АМгб проводилась холодная прокатка полос со степенями обжатия є=20,2%; 32,6%; 72,5% для сплава АМг5 и є=18,5%; 38,2%; 71,4% для сплава АМгб, рекристаллизационный отжиг, статические испытания на одноосное растяжение. В расчётах применялись логарифмические деформации: є, - ¡п''--іоо%,

'о

где /„ - начальная длина образца, мм; 1К - конечная длина образца, мм.

Для определения влияния состояния поставки на механические свойства сплавов АМгЮ и Діб проводились их статические испытания на растяжение (ГОСТ 1497-84) после различных температур старения.

Установление пригодности сплавов АМгЮ и Діб к вытяжным операциям листовой штамповки проводилось с помощью испытания листов и лент на вытяжку сферической лунки (по Эриксену) (КПРу, испытания на глубокую вытяжку цилиндрического стаканчика(7іта<:). Штампуемость при операциях гибки оценивали определением угла пружинения (Аа); выявлением минимального радиуса гиба (/?„,„).

Для определения оптимальных механических и технологических характеристик проводился расчёт коэффициента пластичности по Мартенсу (формула 1) и коэффициента технологичности (формула 2):

О)

где ав - предел прочности, МПа; Со.г - предел текучести, МПа; <5 -относительное удлинение.

, (2)

где /іКіІІ, = ~ приведённый коэффициент вытяжки; =-приведённый коэффициент Эриксена; ^ = ^ - приведённый коэффициент

Я

угла гиба; = -у"- - приведённый коэффициент минимального радиуса гиба; і - толщина листовой заготовки, мм; а - угол гиба.

Исследование структуры проводили на электронном микроскопе INCA.

Рентгеноструктурные исследования выполнены на рентгеновском дифрактометре ДРОН -7 в фильтрованном излучении Cu-Ka. По уширению линий (111) или (200) определялся размер областей когерентного рассеяния. Микронапряжения рассчитывались по уширению линий (220) и (331). Расчёт остаточных напряжений проводился по методике, опубликованной в книге Горелика С. С. «Рентгенографический и электрооптический анализ. Практическое руководство».

В третьей главе изучено влияние термической и деформационной обработки на механические и технологические свойства. Увеличение степени обжатия в сплавах АМг5 и АМгб (рис. 1, 2 (а)) приводит к повышению прочности на 12-15% и снижению пластичности на 60-70%. После отжига сплавов степень деформации практически не влияет на уровень механических свойств.

0 20 40 60 60

Сттопьзгформшвк.Ч

-•- мп.'гжщп.лш о^.мпаґнлртовеа!

-в- ОьМШЇст*иі> МП.'огвві

о :о jo бо so

Сттамзефорчмшп.Н

-*- ov мп* * jii мп»

»- О,,МПа(о»»> -ф- Сц. МПі^тваї

а б

Рис. 1 - Изменение прочностных характеристик в зависимости от степени обжатия полосы: а) в сплаве АМг5, б) в сплаве АМгб

С ростом температуры старения сплавов АМгЮ и Діб (рис.2 (б), 3), происходит снижение их пластичности на 30-50% и повышение прочности на 15-20%, что связано со стадиями распада пересыщенного твёрдого раствора.

О 20 40 ¿о го

Степеяьдгформапм.

—»-AMrt (мгартоак») -»-AMrtferan-)

-*-АМг5 (яігіртоікд) ~*~ЛМґ5 (отжиг)

а б

Рис. 2 - Изменение относительного удлинения в зависимости: а) от степени обжатия полосы, б) температуры старения

Рис. З - Изменение прочностных характеристик в зависимости от температуры старения: а) в сплаве АМгЮ, б) в сплаве Діб

Увеличение температуры старения сплавов АМгЮ и Діб (рис. 4) приводит к уменьшению числа Эриксена, увеличению угла пружинения и минимального радиуса гиба сплавов АМгЮ и Діб, а, следовательно, к ухудшению их технологичности в операциях холодной листовой штамповки.

2 , -у - ^ --------,----------і--------.О-:-1-

О 50 100 150 200 Ттаггрпура траи,*С -♦-Да.град -*-Кпр_

б

Рис. 4 - Изменение технологических свойств: а) сплав АМгЮ, б) сплав Діб

При этом наблюдается плавное снижение пластичности по Мартенсу (рис. 5 (а)), рост технологичности (рис. 5 (б)) сплава АМгЮ в интервале температур 20 ... 180°С и Діб - 20...200°С. Увеличение температур старения сплава АМгЮ выше 190°С и Діб - выше 220°С приводит к резкому падению технологичности.

а б

Рис. 5 - Изменение коэффициентов пластичности по Мартенсу Кпл (а) и технологичности КТ/:х (б) в зависимости от температуры старения

Таким образом, для получения оптимального сочетания пластичности и технологичности температура старения должна находиться в интервале температур 180±5°С для сплава АМгЮ и 200±5°С для сплавов Д16.

В четвёртой главе изучено влияние термической и деформационной обработки на структуру и остаточные напряжения сплавов.

Микроструктура отожжённого сплава АМгЮ, деформированного с различными степенями, характеризуется разнозернистостью, равномерным распределением вторичных включений по всему зерну. Закалка и старение сплава АМгЮ приводит к перераспределению вторичных включений и их преимущественному распределению по границе зёрен. Разнозернистость и форма зёрен сохраняются.

В отожжённом деформированном сплаве Д16 наблюдается равномерное распределение вторичных включений по всему зерну, ярко выраженная направленность зерна и разнозернистость. При деформировании после закалки и старения вторичные включения выделяются по границам зёрен и по телу зерна. Заметна блочность, разнозернистость и преимущественная направленность зёрен.

В сплавах АМг5 и АМгб в нагартованном состоянии увеличение степени деформации приводит к появлению вытянутости зёрен в направлении прокатки.

Влияние степени деформации на дислокационную картину рассмотрено с помощью анализа размеров областей когерентного рассеяния (ОКР) (рис 6, 7).

а б

Рис. 6 - Изменение размеров кристаллитов в деформированном состоянии после отжига: а) для сплава АМгШ, б) для сплава Д16

-•-ОКР -«-Срмннй размер 1ерта

а б

Рис. 7 - Изменение размеров кристаллитов в деформированном состоянии после закалки и старения: а) для сплава АМгЮ, б) для сплава Д16

В сплаве АМгЮ в деформированном состоянии после отжига (рис. 6) увеличение степени деформации до £=11% приводит к росту размеров кристаллитов в 4,5 раза. В сплаве Д16 при степенях деформации £<1(3% размер ОКР не меняется. Увеличение степени деформации до 8=20% приводит к увеличению размеров ОКР в 2 раза, при е>25% происходит снижение размеров ОКР в 1,5 раза. Размер ОКР оказался на порядок ниже, чем средний размер зерна, что можно объяснить выстраиванием дислокаций в дислокационные стенки и спирали и образованием межзёренных границ, которые по своей природе схожи с границами зерна.

В сплаве АМгЮ в деформированном состоянии после закалки и старения (рис. 7) увеличение степени деформации до е=15% приводит к снижению размера ОКР на 25%. При е>20% наблюдается рост ОКР, что, возможно, связанно с увеличением плотности дислокаций и образованием линий и полос скольжения, которые способствуют выходу дислокаций за пределы зерна и на поверхность листа. В сплаве Д16 при б<10% наблюдается значительный рост ОКР в 2,5 раза, для £>15% - заметно снижение размеров кристаллитов в 1,5 раза. Размер ОКР в сплаве АМг5 снижается на 50% (рис. 8, а) с ростом степени пластической деформации до е=30%, а последующее увеличение деформации способствует незначительному росту (на 7,5%) размеров кристаллитов.

"» ' Дсформюдя Ш Опят

Степень »♦

а б

Рис. 8 - Изменение размеров кристаллитов в отожжённом и деформированном состояниях: а) для сплава АМг5, б) для сплава АМгб

В сплаве АМгб наблюдается рост ОКР при деформациях до £=71% примерно в 2 раза (рис. 8, б). После отжига при деформациях до £=30...35% в сплаве АМг5 и АМгб наблюдается значительный рост размеров ОКР по сравнению с закалённым и состаренным состоянием (в среднем в 1,5...3 раза). Такое поведение размеров кристаллитов может быть связано с выстраиванием дислокаций в дислокационные стенки и петли, а как следствие таких перестроений - образование блочности структуры и падение размеров ОКР.

Увеличение степени обжатия полосы до 70% приводит к увеличению поверхностных остаточных напряжений I рода в сплавах АМг5 и АМгб (рис. 9) в среднем на 40%. После отжига их уровень снижается в среднем 5 раз.

160 V 140 . і 120 ' = 100 І 8« : 60 < 40 і--20

20 ЗО 40 50 60 'О

Ь'і

-~-ДфрїШНі -я-Опос

160

140

я 100

10

< и

40

20

0

►-Дгфомякт -»-Огтяг

Рис. 9 - Изменение напряжений І рода: а) в сплаве АМг5, б) в сплаве АМгб

Степень деформації, Н -Отжнг -«-Деформация

60,0 ; 50.0 <— « 40.0 4--, І 30.0 і—

«' :о.о і-

о.о

15

►-Оташ" -»-Деформация

Рис. 10 - Изменение напряжений II рода: а) в сплаве АМг5, б) в сплаве АМгб

Увеличение степени обжатия полосы из сплавов АМг5 и АМгб до 70% приводит к росту уровня остаточных напряжений II рода на 25...35% (рис. 10), III рода - на 15% (рис. 11). Проведение последующего отжига снижает уровень поверхностных напряжений II рода на 40...50%, III рода - на 15...17% относительно нагартованного состояния.

а б

Рис. 12 - Изменение напряжений I рода: а) в сплаве АМгЮ, б) в сплаве Діб

Изменение остаточных напряжений I рода в сплавах АМгЮ и Діб (рис. 12) показывает, что процесс пластической деформации в сплаве Діб протекает более равномерно и стабильно, чем в сплаве АМгЮ, уровень макронапряжений в обоих сплавах практически одинаковый.

-•-Огаиг -«-Загалгантреш«

с,*

-•-Отжиг -»-Закашистарение

а б

Рис. 13 - Изменение напряжений II рода: а) в сплаве АМгЮ, б) в сплаве Діб

В сплавах АМгЮ и Діб после проведения термической обработки и пластического деформирования формируются растягивающие остаточные напряжения II рода (рис. 13). Их уровень в сплаве Діб в закалённом и состаренном состоянии выше, чем в сплаве АМгЮ.

а б

Рис. 14 - Изменение напряжений III рода: а) в сплаве АМгЮ, б) в сплаве Діб

Проведение отжига приводит к формированию растягивающих напряжений III рода в сплавах АМгЮ и Д16 (рис. 14). Их уровень в сплаве АМгЮ выше, чем в сплаве Д16. При закалке и старении с последующим деформированием обоих сплавов уровень напряжений практически не меняется.

Нагартовка не приводит к монотонному изменению остаточных напряжений для обоих состояний термически упрочняемого сплава АМгЮ по причине увеличения плотности дислокаций. Старение, вызывающее прирост прочности и падение пластичности по причине выделения дисперстных фаз, не оказывает аналогичного влияния на характер изменения остаточных макро-, микронапряжений и статических искажений. Вместе с тем, пределы прочности и текучести монотонно возрастают, а пластичность падает по причине увеличения плотности дислокаций. Выделение дисперсных частиц при старении приводит к увеличению сопротивления деформированию и снижению пластичности и технологических свойств, однако сравнение отожженного и состаренного состояния не приводит к однозначному выводу о влиянии только стадий старения на технологичность.

Увеличение степени деформации сплава Д16 приводит в целом к росту остаточных макро-, микронапряжений и статических искажений, что может быть объяснено влиянием плотности дислокаций. Однако старение вызывает преимущественное возрастание только напряжений III рода (статических искажений) по отношению к отожженному состоянию. В то время как уровень макро- и микронапряжений остаётся выше для отожжённого Д16.

В пятой главе разработана регрессионная модель расчёта остаточных напряжений на основании результатов исследований, представленных в главах 3 и 4 .

В результате получены следующие уравнения множественной линейной регрессии поверхностных остаточных напряжений в термически упрочняемых сплавах:

для сплава АМгЮ -

для сплава Д16 -

«г, = 3.54 ■ г*ф -0,33■ Тст - 38,24 ■ т€М) + 254,71

а„ = -2,51 ■ едсф +0,19■ Тст + 10.68 ■ г„ш, +■ 48,51 (3)

сш = 1.02 ■ сдеф +0.24 ■ Тст + 5,75 • т„ыЛ - 12,74

а, = 5.12 ■ е^, + 0,62 ■ Тсп + 5,33 ■ твыд - 199.22 а„ - -2,12 ■ едеф +0,21■ Тст +14.54 ■ г^ +53.51 (4)

<7,„ = -5,06 -с^ф -

где с,к.ф - степень деформации (%); Тст - температура нагрева при старении, °С; твыд - продолжительность выдержки при старении, ч.

Проверка адекватности полученной регрессионной модели (формулы 3 и 4) проводилась на примере образцов со степенью деформации е=22,0% после старения при температуре Т=180°С и времени выдержки т=4,0 ч для сплавов

АМгЮ и є=23% после старения при температуре Т=200°С и времени выдержки т=4,0 ч для сплава Діб. При этом максимальное расхождение расчётных с экспериментальными значениями (а1расч=16,69 МПа, а,мс=14,59 МПа; в11расч=12,12 МПа, <т„,„=80,00 Мпа; оШрасч=84№ МПа, аш,кс=Ю,10 МПа) составило 8...10% для сплава АМгЮ и для сплава Діб (<т//мсч=60,79 МПа, а, ,«=67,61 МПа; бг//рос,=106,18 МПа, аПжс= 108,72 МПа; <тШрасч=68,64 МПа, т/ижг66,44 МПа) составило 2... 11%

Уравнения множественной линейной регрессии термически неупрочняемых сплавов:

о, = 0,168-1^ + 16,92

для сплава АМг5 -

для сплава АМгб -

а„=0,108-едеф +21,45 (5)

аш -0,176- £дгф + 73,24 0/ = 0,274 ■ едеф + 29,04

о„ = 0,250-Єдіф+35,65 (6)

■,,„ - 0,376 ■ сдеф +66,25

Проверка адекватности полученной регрессионной модели (формулы 5 и 6) выполняли на примере образцов со степенью деформации £=75% после рекристаллизации при температуре Т=320°С для сплава АМг5 и е= 73% после рекристаллизации при температуре Т=320°С для сплава АМгб.

Проверка адекватности полученных регрессионных зависимостей показала, что расхождение расчётных данных с экспериментальными данными составляет не более 11% в зависимости от сплава и режимов термической обработки и пластического деформирования.

Для оценки влияния структуры на технологические свойства термически упрочняемых сплавов АМгЮ и Д16 составлены уравнения множественной линейной регрессии изменения коэффициента технологичности от поверхностных остаточных напряжений первого, второго и третьего рода для сплавов АМгЮ и Д16:

Ктех = а1-а! + Ь,а/Г + с;(Т;;/ +с!,.

На основании полученных результатов составлены уравнения линейной регрессии:

для сплава АМгЮ: Кш = 29,66 а, + 20,5 а„ +101,3 аш-12915,25, (7) для сплава Д16: Кш = 1,Зо,-12,56 аи+ 23.91 аш- 309,96. (8)

Проверка адекватности полученных регрессионных зависимостей (формулы 7 и 8) проводилась для закалённых и состаренных образцов при температуре Т=180°С и выдержкой т=4,0 ч после максимальной степенью деформации е=22,0% для сплава АМгЮ и при температуре Т=200°С и выдержкой т=4,0 ч после максимальной степенью деформации £=23%. Расхождение расчётного значения коэффициента с экспериментальным значением (КТЕхрасч=25,0, КТЕХжс=23,0) составило 8,7% для сплава АМгЮ и {КТЕхраСч=0,272, КТЕХж=0,25) составило 8,1% для сплава Д16.

Выводы

1 Экспериментально определено влияние термической обработки и пластической деформации на формирование структуры сплавов АМг5, АМгб, АМг10 и Д16. Установлено, что пластическая деформация приводит к удлинению зёрен в направлении главной деформации на 17,19% в сплаве АМгЮ, на 29,31% в сплаве Д16, а также на 90,09% в сплаве АМг5 и на 80,95% в сплаве Д16. Изменение размеров областей когерентного рассеяния совпадает с изменением микрозерна в термически упрочняемых сплавах независимо от режимов термической обработки и пластического деформирования. Увеличение степени деформации до £=20% в обоих сплавах в отожжённом, закалённом и состаренном состояниях приводит к росту областей когерентного рассеяния (ОКР). Дальнейший рост степени деформации способствует их уменьшению. В термически неупрочняемых сплавах АМг5 и АМгб увеличение степени деформации приводит к росту размеров ОКР. Проведение последующего рекристаплизационного отжига способствует росту размеров ОКР до степеней деформаций е=30...45%, дальнейший рост степеней деформации приводит к снижению ОКР на 60...75%.

2. Определено влияние режимов обработки сплавов на уровень поверхностных остаточных напряжений. Увеличение степени деформации в сплаве АМгЮ приводит к снижению уровня остаточных напряжений I рода на 25%. Локализация р - фазы вдоль границ зёрен после закалки и старения сплава АМгЮ приводит к изменению характера остаточных напряжений II и III рода. Перераспределение 9 - фазы в сплаве Д16 приводит к изменению величины и знака остаточных напряжений I рода, но не влияет на их характер. Установлено, что макронапряжения не влияют на технологичность сплавов. Фазовый состав и вид включений, состояние поставки и степень деформации в термически упрочняемых сплавах АМгЮ и Д16 приводит к формированию растягивающих напряжений II рода, что характеризует их низкую пластичность и технологичность. Старение при Тст=200°С и выдержке т=4,0 ч способствует равномерному распределению 9 - фазы в сплаве Д16, формирует растягивающие остаточные напряжения III рода, которые с увеличением степени деформации изменяются на 3...5%. При закалке и старении перераспределение 0 - фазы приводит к большому разбросу значений напряжений и снижению штампуемости. В сплаве АМгЮ при степенях деформации до 15% последующее старение практически не влияет на изменение статических искажений, что положительно сказывается на штампуемости. Деформирование со степенями деформации свыше 15% приводит к увеличению растягивающих напряжений III рода и снижению пластичности.

3. Получены уравнения множественной линейной регрессии и разработана математическая модель влияния пластической деформации, температуры и продолжительности старения на остаточные напряжения и технологические свойства в сплавах АМг5, АМгб, АМгЮ и Д16. Степень корреляции напряжений первого рода и степени деформации, температуры и продолжительности старения находится в пределах Я2=0,68...0,82, для

напряжения второго рода Я2=0,75...0,89, для напряжений третьего рода 112=0,82...0,94. Степень корреляции технологических свойств и остаточных напряжений первого, второго и третьего рода находится в пределах 112=0,89...0,93. Проверка адекватности математической модели показала, что расхождение расчётных данных с экспериментальными данными составляет не выше 15%. Полученная регрессионная модель позволяет прогнозировать технологические свойства с сохранением требуемого уровня механических свойств путём изменения степени деформации, температуры и времени выдержки при старении.

4. Разработан комплексный критерий оценки пригодности листовых алюминиевых сплавов к операциям листовой штамповки - коэффициент технологичности КТЕХ, который увеличивается с ростом штампуемости листов из всех рассмотренных сплавов.

Увеличение температуры старения в сплаве Діб до Тст =200сС и времени выдержки до т=4,0 ч. после деформации со степенью е= 22,4% приводит к снижению остаточных напряжений первого рода в 5 раз, увеличению напряжений второго и третьего рода примерно в 2,5...3,0 раза, что способствует повышению штампуемости (КТЕХ) в 1,5 раза по сравнению со штампуемостью при температуре старения Тст=100°С и времени выдержки т=4,0ч. Это позволяет выполнить требования, регламентированные ГОСТ 21631-76 по механическим свойствам. В сплаве АМгЮ старение при температуре Тст=180°С, времени выдержки т=4,0 ч. и предварительной деформации со степенью £=21,0% приводит к снижению уровня остаточных напряжений I рода в 4 раза, росту напряжений II и III родав среднем в 2,5...3,0 раза, что способствует повышению штампуемости в 2,4 раза по сравнению со штампуемостью при температуре старения ТС1=100°С и выдержке т=4,0 ч.

5. Таким образом, на основе проведённых исследований структуры, механических и технологических свойств, остаточных напряжений, режимов термической и деформационной обработки листов из сплавов систем и А1-Си-М§ установлено, что остаточные напряжения являются показателями структурных превращений при деформации и термической обработке исследуемых сплавов. Технологические свойства в значительной степени определяются уровнем и характером остаточных напряжений, поэтому выбор пригодности листовых материалов к операциям листовой штамповки рекомендуется проводить, опираясь на результаты оценки остаточных напряжений первого, второго и третьего рода при заданных параметрах режимов пластической деформации и термической обработки.

Основное содержание изложено в следующих работах:

Публикации в журналах, рекомендованных ВАК:

1. Гречников Ф. В. Влияние термической обработки на деформацию отдельных фаз в сплавах АМгЮ и Діб [Текст]/Гречников Ф. В., Носова Е. А., Савельева О. Г.// Вестник Сибирского государственного аэрокосмического

университета имени академика М. Ф. Решетнёва. Часть II. - Красноярск. -2009.-Ks 1 (22).-С. 87-90.-ISSN 1816-9724.

2. Гречников Ф. В. Изучение анизотропии свойств листовых полуфабрикатов из сплава АМгЮ [Текст]/Гречников Ф. В., Носова Е. А., Савельева О. Г.// Научно - технический и производственный журнал «Металловедение и термическая обработка металлов». - Москва- 2009. -№ 7 (649). - С. 10 - 13. - ISSN 0026 - 0819.

3. Savel'eva О. G. A study of the anisotropy of properties of sheet semiproducts from alloy AMglO [Текст]/ F. V. Grechnikov, E. A. Nosova, O. G. Savel'eva// «Metal science and heat treatment». - Springer New York Consultants Bureau. - 2009. - № 7-8 (51). - 326-329. - ISSN 0026-0673.

4. Савельева О. Г. Влияние режимов термической обработки и пластической деформации на формирование структуры алюминиевых сплавов [Текст]/0. Г. Савельева// Вестник СГАУ. - Самара. - 2012. - № 1 (32). - С. 183-195.-ISSN 1998-6629.

Публикации в других изданиях:

5. Савельева О. Г. Влияние фаз структурных составляющих металла и сплавов на распределение в них напряжений [Текст]/0. Г. Савельева, С. В. Воронин, Ю. В. Капустина //Материалы II научно-технической конференции «Металлодеформ» - Самара - 2004. - С. 9.

6. Савельева О. Г. Влияние старения на механические свойства, стабильность структуры и геометрических размеров штамповок из алюминиевого сплава АМгЮ [Текст]/ Савельева О. Г.// Материалы IX Международной научной конференции, посвященной 45-летию Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М. Ф. Решетнёва «Решетнёвские чтения». - Красноярск - 2005. - С. 141 - 142.

7. Савельева О. Г. Влияние состояния поставки на штампуемость листов из сплава АМгЮ [Текст]/ Савельева О. Г., Носова Е. А.// Труды седьмой международной научно - технической конференции «Авиакосмические технологии «АКТ-2006». - Воронеж - 2006. - С. 330 - 334.

8. Савельева О. Г. Влияние состояний поставки на текстурообразование листов из сплава АМгЮ [Текст]/ Савельева О. Г., Носова Е. А.// Материалы международной молодежной научной конференции «XIV Туполевские чтения». Том. I. - Казань - 2006. - С. 195.

9. Савельева О. Г. Влияние режимов ТО на параметры кристаллической решетки и текстуры сплава АМгЮ [Текст]/ О. Г. Савельева// Сборник трудов всероссийской молодежной НК с международным участием, посвященной 100-летию академика С. П. Королева, 65-летию КуАИ - СГАУ и 50-летию со дня запуска первого искусственного спутника Земли «IX королевские чтения». - Самара — 2007. - С. 164.

10. Носова Е. А. Влияние термической обработки на деформацию отдельных фаз сплава АМгЮ [Текст]/ Е. А. Носова, О. Г. Савельева// Материалы XII международной научной конференции, посвященной памяти

генерального конструктора ракетно-космических систем академика М. Ф. Решетнёва «Решетнёвские чтения»- Красноярск - 2008. - С. 227 - 229.

11. Савельева О. Г. Оценка распределения вторичных включений [Текст]/ Савельева О. Г.// Сборник трудов всероссийской молодежной научной конференции с международным участием «X королевские чтения». - Самара -2009. - С. 204.

12. Савельева О. Г. Влияние холодной пластической деформации на упрочнение фаз и разнотолшинность сплавов АМгЮ и Д16 [Текст]/ Савельева О. Г., Носова Е. А.// Труды 3 - й международной научно-технической конференции «Металлофизика, механика материалов, наноструктур и процессов деформирования «Металлдеформ-2009». Том 1. - Самара - 2009. -С. 140-145.

Личный вклад автора:

В работах 1, 7, 10 - проведение термической обработки, механических испытаний, статическая обработка данных. В работах 2, 4, 8, 9, 12 - разработка режимов обработки, статистический анализ полученных результатов. В работе 5 - проведение микроструктурного анализа.

Автореферат отпечатан с разрешения диссертационного совета Д 212.217.02 ФГБОУ ВПО «СамГТУ» (протокол № 58 от 11.11.2013 г.)

Формат 60 х 84/16. Бумага ксероксная. Печать оперативная. Объем - 1,0 усл. п. л. Тираж 100 экз. Заказ № 92.

ФГБОУ ВПО «СамГТУ» Отдел типографии и оперативной печати 443100 г. Самара ул. Молодогвардейская, 244

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)»

На правах рукописи

04201455841

Савельева Оксана Григорьевна

РАЗРАБОТКА РЕЖИМОВ ТЕРМИЧЕСКОЙ И ДЕФОРМАЦИОННОЙ ОБРАБОТКИ ЛИСТОВ ИЗ СПЛАВОВ СИСТЕМ А1-М§ ИА1-Си-М§ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ СТРУКТУРЫ, ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ УЛУЧШЕНИЕ ШТАМПУЕМОСТИ

Специальность 05.16.09 -«Материаловедение (машиностроение)»

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук

Научный руководитель — кандидат технических наук, доцент Е. А. Носова

Самара -2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение...............................................................................................................5

1 Влияние исходной структуры и свойств сплавов в состоянии поставки на

остаточные напряжения и штампуемость листов из алюминиевых сплавов.....9

1.1. Анализ структурно-фазового состава сплавов систем А1-М§ и А1-Си-]У^ . 9

1.2 Влияние режимов термической обработки на структуру и свойства алюминиевых сплавов....................................................................................... 12

1.3 Влияние деформационной обработки на формирование структуры, свойств и остаточных напряжений сплавов...................................................... 19

1.4 Проявление остаточных напряжений в процессе формообразования (на примере вытяжки)........................................................................................26

1.5 Влияние пластической деформации и термической обработки на структуру полуфабрикатов при их получении..................................................38

2 Методика проведения исследований..............................................................41

2.1 Выбор режимов термической обработки.....................................................43

2.2 Методика проведения испытаний по определению механических

и технологических характеристик исследуемых сплавов.................................45

2.2.1 Режимы пластической деформации..........................................................46

2.2.2 Испытания по определению твёрдости....................................................47

2.2.3 Проведение технологических испытаний.................................................48

2.2.3.1 Технологические испытания на выдавливание сферической лунки.....49

2.2.3.2 Технологические испытания на глубокую вытяжку цилиндрического стаканчика.............................................................................50

2.2.3.3 Технологические испытания по определению угла пружинения.........51

2.2.3.4 Технологические испытания по определению минимального радиуса гиба.....................................................................................................................53

свойств ..........................................................

2.3 Проведение микроструктурного анализа

56

2.4 Оценка влияния режимов обработки на формирование структуры и технологические свойства.................................................................................57

3 Исследование влияния термической и деформационной обработки на механические и технологические свойства сплавов.........................................59

3.1. Влияние термической обработки и пластической деформации на механические свойства.................................................................................59

3.1.1 Изменение предела прочности, предела текучести и относительного удлинения в зависимости от термической обработки и пластической деформации........................................................................................................59

3.1.2 Зависимость твердости от вида термической обработки

и степени деформации.......................................................................................65

3.2. Влияние режимов термической обработки на технологические свойства 70

3.2.1 Зависимость предельного коэффициента вытяжки от температуры старения..............................................................................................................70

3.2.2 Изменение глубины сферической лунки в зависимости от температуры старения........................................................................................72

3.2.3 Зависимость угла пружинения и минимального радиуса

гиба от температуры старения...........................................................................73

3.3 Выбор оптимальных режимов термической обработки..............................75

4 Влияние термической и деформационной обработки на структуру и остаточные напряжения..........................................................................................................79

4.1 Влияние термической обработки и пластической деформации на микроструктуру сплавов....................................................................................79

4.2 Результаты рентгенографического анализа.................................................96

4.2.1 Результаты определения размеров кристаллитов.....................................96

4.2.2 Результаты расчёта поверхностных остаточных напряжений............... 102

5 Разработка математической модели влияния пластической деформации и термической обработки алюминиевых сплавов на формирование требуемой структуры......................................................................................................... 122

5.1.1 Проверка адекватности математической модели.................................... 125

5.1.1.1 Проверка адекватности модели для сплава АМгЮ............................. 125

5.1.1.2 Проверка адекватности модели для сплава Д16.................................. 132

5.1.1.3 Проверка адекватности модели для сплава АМг5............................... 134

5.1.1.4 Проверка адекватности модели для сплава АМгб............................... 135

5.2 Оценка влияния структуры на технологические свойства

сплавов АМгЮ и Д16...................................................................................... 136

Выводы............................................................................................................. 138

Список использованных источников............................................................... 141

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Получение новых изделий из алюминиевых сплавов и интенсификация процессов их обработки требует получения в них особых свойств, что приводит к необходимости учёта множества факторов при разработке технологий: структурных параметров, механических и технологических свойств, стабильности геометрии и надёжности эксплуатации.

Разнообразиесвойств сплавов определяется способом получения полуфабрикатов и термической обработкой, а также химическим составом и природой фаз - упрочнителей каждого сплава. Структура металла характеризуется размером, формой зерна и частиц, их распределением и химическим составом, а также металлографической и кристаллографической текстурой. Для обеспечения высокой технологичности в материалах при обработке давлением, в том числе штампуемости, необходимо учитывать структурные изменения, протекающие в металлах и сплавах при проведении термической обработки и пластической деформации. Изменение свойств и структуры металла при пластической деформации и термической обработке неизбежно сопровождается изменением остаточных напряжений, которые существенно влияют на надёжность, долговечность, технологичность, металлоёмкость конструкций и нормы расхода металла на производство единицы продукции.

Важным направлением в материаловедении является управление структурой и свойствами сплавов на этапе их окончательной обработки, определяющей функциональность конечного изделия в процессе эксплуатации. Решение этой многофакторной задачи через учёт остаточных напряжений при проведении операций листовой штамповки и термообработки позволит выработать наиболее рациональные режимы изготовления изделий из алюминия и его сплавов, в том числе аэрокосмического назначения.

В связи с этим, предлагаемая работа, направленная на получение наиболее благоприятных механических и технологических свойств и структуры деформируемых алюминиевых сплавов через учёт остаточных напряжений, является актуальной.

Цель работы - установление закономерностей влияния термической и деформационной обработки на структуру, остаточные напряжения, механические и технологические свойства алюминиевых сплавов, предназначенных для изготовления деталей методами листовой штамповки.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Экспериментально определить зависимости технологических и механических свойств листовых алюминиевых сплавов АМг5, АМгб, АМгЮ и Д16 от термической и деформационной обработки.

2. Установить влияние термической обработки и пластической деформации на формирование структуры указанных сплавов.

3. Определить влияние режимов обработки на структурные изменения и провести анализ уровня поверхностных остаточных напряжений.

4. Разработать математическую модель взаимосвязи остаточных напряжений с режимами деформации, отжига и старения сплавов и технологическими свойствами.

Научная новизна работы. Установлена количественная взаимосвязь влияния структурных изменений в процессе технологического цикла изготовления деталей методами листовой штамповки на технологические свойства алюминиевых сплавов и уровень остаточных напряжений I, II и III рода.

Разработана математическая модель влияния степени деформации, рекристаллизации и режимов старения на уровень остаточных напряжений I, II и III рода.

Практическая значимость результатов. Установленная количественная взаимосвязь и разработанная математическая модель позволяют формировать

требуемые механические и технологические свойства и структуру в полуфабрикатах и изделиях из сплавов систем Al-Mg и Al-Cu-Mg.

Результаты диссертации использованы как справочные данные при проектировании и изготовлении сепараторов некоторых типов авиационных подшипников вОАО «Завод авиационных подшипников», а также как поверочные материалы при проектировании и изготовлении элементов и узлов летательных аппаратов в ФГУП «ГНПРКЦ «ЦСКБ-ПРОГРЕСС».

Достоверность научных результатов работы. Достоверность полученных результатов обусловлена широкой апробацией и надежностью использованных экспериментальных методов исследования, воспроизводимостью экспериментальных данных, взаимной согласованностью экспериментально полученных значений, корректной статистической обработкой результатов.

Научная ценность работы. Установлена количественная взаимосвязь структурных изменений и остаточных напряжений с режимами пластической деформации и термической обработки, механическими и технологическими свойствами в сплавах АМг5, АМгб, АМгЮ и Д16.

Научные положения, выносимые на защиту:

- влияние термической и деформационной обработки на формирование структуры;

- влияние термической и деформационной обработки на механические и технологические свойства листов из сплавов АМг5, АМгб, АМгЮ и Д16;

- влияние структурных изменений алюминиевых сплавов при пластической деформации и старении на уровень остаточных напряжений I, II и III рода в листовых полуфабрикатах;

- влияние остаточных напряжений I, II и III рода на технологические свойства листов из рассматриваемых сплавов в операциях холодной листовой штамповки.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на следующих конференциях: II научно-технической конференции «Металлдеформ» (г. Самара, 2004 г.); IX Международной научной конференции, посвящённой 45-летию Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М. Ф. Решетнёва «Решетнёвские чтения» (г. Красноярск, 2005 г.); VII международной научно - технической конференции «Авиакосмические технологии «АКТ-2006» (г. Воронеж, 2006 г.); Международной молодежной научной конференции «XIV Туполевские чтения» (г. Казань, 2006 г.); Всероссийской молодежной НК с международным участием, посвященной 100-летию академика С.П. Королева, 65-летиюКуАИ - СГАУ и 50-летию со дня запуска первого искусственного спутника Земли «IX Королевские чтения» (г. Самара, 2007 г.); XII международной научной конференции, посвящённой памяти генерального конструктора ракетно-космических систем академика М. Ф. Решетнёва «Решетнёвские чтения» (г. Красноярск, 2008 г.); Всероссийской молодежной научной конференции с международным участием «X Королевские чтения» (г. Самара, 2009 г.); 3-й международной научно-технической конференции Металлофизика, механика материалов, наноструктур и процессов деформирования «Металлдеформ - 2009» (г. Самара, 2009 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ, в том числе 4 в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, рекомендованных ВАК [1-12].

1 ВЛИЯНИЕ ИСХОДНОМ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ СПЛАВОВ в СОСТОЯНИИ ПОСТАВКИ НА ОСТАТОЧНЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ И ШТАМПУЕМОСТЬ ЛИСТОВ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

1.1. Анализ структурно-фазового состава сплавов систем А1-]У^ и А1-Си-М§

Известно, что в слитках любого сплава структура имеет диапазон изменения основных её элементов, определённый ГОСТ и ТУ: величины и формы зерна, сочетания зон столбчатой и равноосной структуры, размеров ветвей дендритов, размеров и распределения частиц вторых фаз, характера и величины микропористости. В целом структура слитков неоднородна [13, 14].

Влияние легирующих элементов и присадок в сплавах системы А1-Си-]У^ вполне конкретно. Небольшие добавки марганца вводят в основном для повышения коррозионной стойкости сплавов, а также для нейтрализации вредного влияния железа. Марганец, как и в других алюминиевых сплавах, способствует некоторому упрочнению дюралюминия. Железо и кремний являются обычными примесями, сопутствующими алюминию. Содержание примесей ограничивается, количество железа и кремния не должно превышать 0,5 - 0,6%, а для некоторых сплавов 0,2 - 0,3%, ввиду их вредного влияния на механические, технологические и коррозионные свойства сплава [15-17].

В отношении микроструктуры дюралюминий как многокомпонентный сплав характеризуется сложным фазовым составом. Но, учитывая, что примеси железа, кремния, а также марганца входят в твердый раствор или находятся в связанном состоянии в форме химических соединений AlMg2Mn, А1Ге81Мп или А1ЕеСи81 и существенно не влияют на ход фазовых превращений в сплавах, структуру этих сплавов можно описать, руководствуясь изотермическим сечением диаграммы состояния Al-Cu-Mg при 20°С (рисунок 1.1) [14, 18].

Рисунок 1.1- Алюминиевый угол системы А1-Си-М§ (изотермическое сечение при 20°С (х- Д16)).

Как видно из рисунка 1.1 фигуративные точки дуралюминов попадают в фазовые области а+в(А12Си), а+в(А12Си)+$(А12СиМ£), а+&(А12CuMg).Спяаъ Д16 попадает в трёхфазную область a+Q(Al2Cu)+S(Al2CuMg).д и£- фазы служат упрочняющими фазами при старении, которое позволяет значительно повысить прочность сплавов. Увеличение содержания магния количество фазы СиА12 уменьшается, а количество фазы 5 увеличивается. В сплавах с 4 ... 5% Си и 1,5 ...2% Mg (Д16, ВД17, Д19) практически имеется одна фаза Я, которая является основным их упрочнителем. Растворимость фаз в и $ с повышением температуры увеличивается, и нагрев до 500°С приводит к полному или почти полному растворению интерметаллидных фаз в алюминии. Кроме того, в структуре сплавов в небольших количествах всегда присутствуют марганцовистая фаза, железистые составляющие и включения двойной и тройной эвтектики [15, 19].

Сплавы алюминия с магнием с небольшими добавками марганца, хрома и некоторых других элементов обладают повышенной прочностью и пластичностью, поддаются глубокой вытяжке, хорошо свариваются и имеют повышенную коррозионную стойкость.

Небольшие присадки марганца (или хрома), вводимого для дополнительного упрочнения сплава 0,3... 0,5% Мп или 0,1... 0,2% О, увеличивают предел прочности и не вызывают существенного изменения

структурного состояния сплава. Титан и ванадий в небольших количествах способствуют измельчению зерна в слитках.

Анализ структурно - фазового состава сплавов АМг5, АМгб и АМгЮ проводиться состояния двойной системы Al-Mg (рисунок 1.2) [14].

юс;

800

6С0

40 60

Мд. -/о!пи массе)

Рисунок 1.2- Равновесная диаграмма состояния системы Al-Mg

В системе Al-Mg образуется несколько химических соединений. Наиболее близкое к алюминию соединение /3(Al8Mg5), характеризующееся переменным составом. Соединение P(Al8Mg5) образует с твердым раствором на основе алюминия эвтектическую систему. Эвтектическая точка соответствует 33% Mg. Растворимость магния в алюминии довольно высока и составляет 17,4% Mg при 450°С и около 1,4% Mg при комнатной температуре. Хотя растворимость магния в алюминии велика, из-за неравновесных условий кристаллизации в сплавах, содержащих более 5...6% Mg, могут появиться эвтектические выделения /?-фазы. При гомогенизации слитков выделения /?-фазы растворяются, и после охлаждения на воздухе при практически встречающихся концентрациях магния в сплавах фиксируются гомогенные твердые растворы. Эта фаза при комнатной температуре обладает повышенной хрупкостью. Поэтому чем большее количество ее будет в сплавах, тем ниже их пластичность [14, 18].

При сверхбольших скоростях охлаждения в процессе кристаллизации растворимость магния в твердом алюминии может увеличиваться до 37%, а

образование некоторых соединений может подавляться, при этом возможно появление метастабильных фаз. Кристаллизация с меньшими скоростями охлаждения в неравновесных условиях приводит к дендритной ликвации, причем даже в сплавах с низким содержанием магния (до 4..5% Mg) появляется фаза Mg5Als. Равновесная структура при кристаллизации достигается только при скоростях охлаждения, меньших, чем 5-10"4 К/ч.

Энергия границы раздела твердого раст�