TY - JOUR

T1 - СТРУКТУРНОЕ СОСТОЯНИЕ И ДЕФОРМАЦИИ ЗАГОТОВКИ ИЗ АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА В НАЧАЛЬНОЙ СТАДИИ ПРЕССОВАНИЯ

AU - Логинов, Юрий Николаевич

AU - Разинкин, Александр Викторович

AU - Шимов, Георгий Викторович

AU - Мальцева, Татьяна Викторовна

AU - Бушуева, Наталья Игоревна

AU - Дымшакова, Е. Г.

AU - Kalinina, N. A.

N1 - Исследования проведены в рамках выполнения проекта Российского научного фонда (№ 22-29-00931 от 20.12.2021) .

PY - 2023

Y1 - 2023

N2 - Выявлены особенности строения зон недостаточной проработки металла в нестационарной стадии прессования. В условиях ОАО «Каменск-Уральский металлургический завод» (Россия) на прессе номинальным усилием 120 МН выполнено прессование слитка из контейнера диаметром 800 мм с получением прутка диаметром 355,6 мм. Материал слитка - алюминиевый сплав АД33 (ГОСТ 4784) - аналог сплава 6061 по стандарту ASTM системы Al-Mg-Si. Относительное обжатие в таком процессе составляло 80 %, а коэффициент вытяжки - 5,06. Дальнейшее исследование включало изучение макроструктуры, микроструктуры вдоль радиальной координаты, определение среднего размера зерна вдоль радиальной координаты, испытания механических свойств при комнатной и повышенной температурах. Установлено, что макроструктура выходной части прутка - мелкозернистая, однородная, плотная, неметаллические и интерметаллидные включения отсутствуют. Однако по поперечному сечению выявлена разноструктурность: в центре структура демонстрирует слабодеформированное состояние, сохраняя рисунок строения дендритных ячеек, унаследованных от литья; на периферии структура имеет строчечное строение, ее составляющие малого размера и равномерно распределены. Получены значения прочностных свойств при повышенных температурах и выполнено сравнение с известными из литературы данными. Материал в опытах оказался прочнее почти в 2 раза, что говорит о его неполном разупрочнении. Также выполнено сравнение пластических свойств. В расчетной части с помощью программного модуля DEFORM-2D проведено численное моделирование прессования с малым коэффициентом вытяжки. Выявлено, что металл на периферии подвергается большей степени деформации с самого начала процесса. Отслеживание ситуации по шагам показало, что на первом шаге деформации локализованы вблизи отверстия матрицы, на втором - наблюдалось образование жесткой зоны в окрестности стыка матрицы и рабочей втулки контейнера. В периферийной области установился слой металла со степенью деформации 1,75-2,00. В то же время в центре этот диапазон снизился до 0,75-1,00, т.е. значения оказались практически в 2 раза меньше. На третьем шаге периферийный слой с повышенным уровнем деформации имеет клинообразную форму, на четвертом - периферийный (с повышенной степенью деформации) слой имеет равную толщину вдоль оси прессования, что говорит о наступлении стационарной стадии. Для переднего конца прутка на периферии показатель пластической деформации выше, чем для центральной части. Это подтверждает результаты структурного анализа, где было показано, что в центральной части может сохраняться литая структура, в то время как на периферии возникают все признаки наличия деформированного состояния. Таким образом, если возникает необходимость использования этой части заготовки в качестве материала с необходимым уровнем свойств, то придется применить технологическую операцию с увеличением накопленной степени деформации. При запланированной повторной обработке прессованием создаются условия для проработки областей металла, недостаточно деформированных при первичной обработке.

AB - Выявлены особенности строения зон недостаточной проработки металла в нестационарной стадии прессования. В условиях ОАО «Каменск-Уральский металлургический завод» (Россия) на прессе номинальным усилием 120 МН выполнено прессование слитка из контейнера диаметром 800 мм с получением прутка диаметром 355,6 мм. Материал слитка - алюминиевый сплав АД33 (ГОСТ 4784) - аналог сплава 6061 по стандарту ASTM системы Al-Mg-Si. Относительное обжатие в таком процессе составляло 80 %, а коэффициент вытяжки - 5,06. Дальнейшее исследование включало изучение макроструктуры, микроструктуры вдоль радиальной координаты, определение среднего размера зерна вдоль радиальной координаты, испытания механических свойств при комнатной и повышенной температурах. Установлено, что макроструктура выходной части прутка - мелкозернистая, однородная, плотная, неметаллические и интерметаллидные включения отсутствуют. Однако по поперечному сечению выявлена разноструктурность: в центре структура демонстрирует слабодеформированное состояние, сохраняя рисунок строения дендритных ячеек, унаследованных от литья; на периферии структура имеет строчечное строение, ее составляющие малого размера и равномерно распределены. Получены значения прочностных свойств при повышенных температурах и выполнено сравнение с известными из литературы данными. Материал в опытах оказался прочнее почти в 2 раза, что говорит о его неполном разупрочнении. Также выполнено сравнение пластических свойств. В расчетной части с помощью программного модуля DEFORM-2D проведено численное моделирование прессования с малым коэффициентом вытяжки. Выявлено, что металл на периферии подвергается большей степени деформации с самого начала процесса. Отслеживание ситуации по шагам показало, что на первом шаге деформации локализованы вблизи отверстия матрицы, на втором - наблюдалось образование жесткой зоны в окрестности стыка матрицы и рабочей втулки контейнера. В периферийной области установился слой металла со степенью деформации 1,75-2,00. В то же время в центре этот диапазон снизился до 0,75-1,00, т.е. значения оказались практически в 2 раза меньше. На третьем шаге периферийный слой с повышенным уровнем деформации имеет клинообразную форму, на четвертом - периферийный (с повышенной степенью деформации) слой имеет равную толщину вдоль оси прессования, что говорит о наступлении стационарной стадии. Для переднего конца прутка на периферии показатель пластической деформации выше, чем для центральной части. Это подтверждает результаты структурного анализа, где было показано, что в центральной части может сохраняться литая структура, в то время как на периферии возникают все признаки наличия деформированного состояния. Таким образом, если возникает необходимость использования этой части заготовки в качестве материала с необходимым уровнем свойств, то придется применить технологическую операцию с увеличением накопленной степени деформации. При запланированной повторной обработке прессованием создаются условия для проработки областей металла, недостаточно деформированных при первичной обработке.

UR - https://elibrary.ru/item.asp?id=50768675

U2 - 10.17073/0021-3438-2023-2-29-37

DO - 10.17073/0021-3438-2023-2-29-37

M3 - Статья

VL - 29

SP - 29

EP - 37

JO - Известия высших учебных заведений. Цветная металлургия

JF - Известия высших учебных заведений. Цветная металлургия

SN - 0021-3438

IS - 2

ER -