Комбинированная деформационная обработка вторичных алюминиевых сплавов
Изучено влияние интенсивных пластических деформаций и последующей деформационной обработки методом прямого прессования (ПП) на конечные механические свойства ряда вторичных алюминиевых сплавов. Показано, что интенсивная пластическая деформация значительно улучшает технологическую пластичность таких...
Saved in:
| Published in: | Физика и техника высоких давлений |
|---|---|
| Date: | 2005 |
| Main Authors: | , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
2005
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70124 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Комбинированная деформационная обработка вторичных алюминиевых сплавов / А.И. Шевелев, В.Н. Варюхин, С.Г. Сынков, А.В. Решетов // Физика и техника высоких давлений. — 2005. — Т. 15, № 1. — С. 139-145. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860168198273368064 |
|---|---|
| author | Шевелев, А.И. Варюхин, В.Н. Сынков, С.Г. Решетов, А.В. |
| author_facet | Шевелев, А.И. Варюхин, В.Н. Сынков, С.Г. Решетов, А.В. |
| citation_txt | Комбинированная деформационная обработка вторичных алюминиевых сплавов / А.И. Шевелев, В.Н. Варюхин, С.Г. Сынков, А.В. Решетов // Физика и техника высоких давлений. — 2005. — Т. 15, № 1. — С. 139-145. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Физика и техника высоких давлений |
| description | Изучено влияние интенсивных пластических деформаций и последующей деформационной обработки методом прямого прессования (ПП) на конечные механические свойства ряда вторичных алюминиевых сплавов. Показано, что интенсивная пластическая деформация значительно улучшает технологическую пластичность таких сплавов, это позволяет проводить их дальнейшее формообразование и получать изделия с высокими механическими свойствами.
The influence of severe plastic deformation followed by deformation working by directpressing method on final mechanical properties of a number of secondary aluminium alloys has been studied. It is shown that severe plastic deformation much improves technological plasticity of the alloys, thus favoring shape forming and making products of better mechanical properties.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:57:19Z |
| format | Article |
| fulltext |
Физика и техника высоких давлений 2005, том 15, № 1
139
PACS: 81.40.−z
А.И. Шевелев1, В.Н. Варюхин2, С.Г. Сынков2, А.В. Решетов2
КОМБИНИРОВАННАЯ ДЕФОРМАЦИОННАЯ ОБРАБОТКА
ВТОРИЧНЫХ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
1ДП «Техноскрап» ООО «Скрап»
ул. Стадионная, 32а, г. Донецк, 83102, Украина
2Донецкий физико-технический институт им. А.А. Галкина НАН Украины
ул. Р. Люксембург, 72, г. Донецк, 83114, Украина
Изучено влияние интенсивных пластических деформаций и последующей деформаци-
онной обработки методом прямого прессования (ПП) на конечные механические свой-
ства ряда вторичных алюминиевых сплавов. Показано, что интенсивная пластиче-
ская деформация значительно улучшает технологическую пластичность таких спла-
вов, это позволяет проводить их дальнейшее формообразование и получать изделия с
высокими механическими свойствами.
Введение
При переработке вторичных алюминиевых сплавов лом и отходы алюми-
ниевого сырья частично смешиваются между собой и в таком виде перера-
батываются на заводах вторичных цветных металлов (ВЦМ). В результате
эти заводы выпускают всего лишь 5% деформируемых сплавов, в то время
как предприятия, работающие на первичном сырье, − 70% таких сплавов.
Доля лома и отходов алюминиевых деформируемых сплавов, поступающих
на заводы ВЦМ, в 4−6 раз превосходит их выпуск вследствие того, что про-
блемы сбора и разделки лома [1−3], а также плавки и литья [4] являются ос-
новными сдерживающими факторами увеличения процентного содержания
алюминиевых сплавов с достаточным уровнем пластичности в общем объе-
ме производства вторичного алюминия.
Повышение пластичности указанных сплавов является одной из важней-
ших задач в цветной металлургии. Выполнение ее позволило бы гораздо эф-
фективнее использовать вторичное сырье.
Существуют различные направления решения этой задачи:
− модифицирование различных фаз кристаллизационного происхождения
(на стадии металлургического передела);
− технологические приемы при производстве отливок (направленная и
ускоренная кристаллизация);
Физика и техника высоких давлений 2005, том 15, № 1
140
− разработка специальных режимов термообработки.
Низкая пластичность вторичных алюминиевых сплавов обусловлена, как
правило, высокой долей крупных избыточных фаз, расположенных на гра-
ницах зерен. Кроме того, к охрупчиванию этих сплавов и возникновению
грубокристаллической структуры приводит повышенное содержание в них
кремния, который имеет значительное химическое сродство с магнием, же-
лезом и марганцем и образует с ними фазы и соединения.
Одним из методов, позволяющих повысить технологическую пластич-
ность алюминиевых сплавов из вторичного сырья, является гомогенизаци-
онный отжиг. Его различные режимы рассмотрены в работе [5]. Пластиче-
ские характеристики литейных алюминиевых сплавов АВ87 и АК5М2 после
гомогенизационного отжига по режимам, указанным в [5], улучшились. Это
позволило провести их деформацию гидропрессованием с коэффициентом
вытяжки µ ≤ 6. Вместе с тем следует заметить, что большая длительность
(восемь и более часов) операции гомогенизационного отжига может сущест-
венно увеличить трудоемкость подготовки этих сплавов к деформированию.
По нашему мнению, значительные перспективы в плане повышения тех-
нологической пластичности вторичных алюминиевых сплавов имеют мето-
ды обработки металлов давлением (ОМД). Хорошо известно, что большие
пластические деформации приводят к диспергированию различных хрупких
включений, чем можно воспользоваться для раздробления хрупкого эвтек-
тического каркаса. Главное при этом не допустить разрушения материала до
завершения процесса раздробления. Данная задача может быть решена пу-
тем увеличения гидростатического давления в очаге деформации.
Целью настоящей работы было создание технологии деформационной
обработки вторичных алюминиевых сплавов, позволяющей повысить их
технологическую пластичность и раздробить хрупкий эвтектический каркас.
Обработку осуществляли комбинированным методом деформации – вин-
товой экструзией (ВЭ) с последующим ПП на ∅ 12 mm. Метод ВЭ [6,7] изна-
чально был разработан с целью получения ультрамелкозернистых структур в
объемных металлических заготовках. В отличие от такого традиционного ис-
пользования в данной работе ВЭ служила инструментом для дробления хруп-
кого межзеренного каркаса в литых заготовках вторичного алюминия. Конеч-
ный профиль (пруток) получали путем ПП.
Методика проведения экспериментальных исследований
В процессе экспериментальных исследований были использованы четыре
образца сплавов вторичного алюминия следующего химического состава, %:
№ 1: Al − 99.3, Si − 0.15, Fe − 0.32, ...;
№ 2: Al − 98, Mg − 0.59, Si − 0.16, Cu − 0.75, Fe − 0.49, ...;
№ 3: Al − 88, Mg − 0.19, Si − 9.5, Mn − 0.36, Cu − 0.15, Fe − 0.84, ...;
№ 4: Al − 93, Mg − 2.28, Si − 0.3, Mn − 0.6, Cu − 0.2, Zn − 2.9, Fe − 0.4, Cr −
0.09, ….
Физика и техника высоких давлений 2005, том 15, № 1
141
Литье заготовок проводили в цилиндрические формы в виде трубы диа-
метром 35 mm, изготовленной из аустенитной коррозионно-стойкой стали
12Х18Н10Т, установленной в резервуаре с водой для ускоренного охлажде-
ния. Металлические формы из этой стали имеют малый коэффициент линей-
ного расширения, хорошо сопротивляются действию расплавленного металла,
долговечны. Кроме того, достаточная теплопроводность формы значительно
ускоряет охлаждение залитого в нее сплава. Ускоренная кристаллизация
сплава позволяет получить бóльшую плотность, чем при медленном охлажде-
нии, когда металл имеет максимальную предрасположенность к возникнове-
нию пустот и межкристаллических рыхлот. Мелкодисперсные выделения фаз
и значительно большая однородность структуры, наблюдаемые при быстрой
кристаллизации, способствуют более высокой пластичности сплава.
Из литых заготовок изготавливали образцы дли-
ной 100 mm для ВЭ (рис. 1). Их деформацию осуществ-
ляли на установке для теплой ВЭ, смонтированной на
прессе усилием 2500 kN и имеющей следующие харак-
теристики: температура нагрева контейнера и матрицы
до 400°C, скорость деформирования 3 mm/s, макси-
мальное усилие противодавления 500 kN.
В исследованиях использовали два варианта установ-
ки (рис. 2). Первый, предназначенный для прессования
заготовок с винтовой матрицей и устройством для про-
тиводавления (рис. 2,а), применяли с целью многократ-
ной обработки исследуемого материала. Второй вариант
установки, содержащей винтовую матрицу, под которой
размещена коническая деформирующая матрица (рис.
2,б), использовали для изучения ПП сплава.
Образцы из вторичных алюминиевых сплавов подвергали следующим
видам деформационной обработки:
Образец № 1:
− 1 проход (пр.) ВЭ + ПП, t = 135°C, общая накопленная деформация е = 2.5;
− 7 пр. ВЭ, t = 20°C + ПП, t = 135°C, е = 9.4 (первые 6 проходов ВЭ про-
водили на установке, показанной на рис. 2,а, при t = 18°C; 7-й проход ВЭ +
+ ПП − на установке, показанной на рис. 2,б, при t = 135°С).
Образец № 2:
− 1 пр. ВЭ + ПП, t = 130°C, е = 2.5;
− 5 пр. ВЭ, t = 18°C + ПП, t = 125°C, е = 7.1.
Образец № 3:
− 1 пр. ВЭ + ПП, t = 250°C, е = 2.5;
− 5 пр. ВЭ, t = 250°C + ПП, t = 250°C, е = 7.1.
Образец № 4:
− 1 пр. ВЭ + ПП, t = 150°C, е = 2.5;
− 5 пр. ВЭ, t = 150°C + ПП, t = 150°C, е = 7.1.
18
R28
Рис. 1. Попереч-
ное сечение об-
разца для ВЭ
Физика и техника высоких давлений 2005, том 15, № 1
142
1
2
3
5
6
4
6
5
3
2
1
4
а б
Рис. 2. Схемы установок для многократной ВЭ (а) и комбинированной деформационной
(б) обработок: 1 − пуансон, 2 − контейнер, 3 − заготовка, 4 − фальшзаготовка, 5 − винто-
вая матрица, 6 − плунжер противодавления (а) и коническая деформирующая матрица (б)
Деформирование по схеме 5(7) пр. ВЭ + ПП проводили в две стадии:
1) 4(6) пр. ВЭ осуществляли на установке для многократной ВЭ (рис. 2,а).
Для повышения уровня гидростатического давления в очаге деформации
при выдавливании заготовок создавали противодавление порядка 200 MPa;
2) последний проход ВЭ + ПП выполняли на установке для комбиниро-
ванной деформационной обработки (рис. 2,б).
Полученные прутки подвергали испытаниям на разрывной машине. Для
исследований на растяжение использовали образцы диаметром 12 × 70 mm,
скорость растяжения составляла 3 mm/min, скорость деформации – 7·10−3 s−1.
Анализ структур проводили на металлографических шлифах в поперечном
сечении заготовок на оптическом микроскопе Neophot 32 (в светлом поле на
отражение при увеличении 500). Образцы шлифовали и полировали алмаз-
ными пастами, травили в реактиве 10% HF, 20% HCl, 30% HNO3, 40% H2O
при комнатной температуре.
Результаты исследований и их обсуждение
Механические свойства исходных литых заготовок и подвергнутых де-
формационной обработке приведены соответственно в табл. 1 и 2.
Как видно из сравнения табл. 1 и 2, после деформационной обработки вто-
ричных сплавов произошел значительный рост как прочностных, так и пла-
стических характеристик. Повышение последних наблюдается у всех иссле-
дованных сплавов, даже у содержавшего 9.5% Si. Так, в исходном состоянии
Физика и техника высоких давлений 2005, том 15, № 1
143
Таблица 1
Механические свойства исходных литых заготовок
σв σ0.2 δ ψ F0 Fk№ об-
разца
Химический
состав, % Pmax, kN
N/mm2 % mm2
Al 99.3 10.9 96.5 84 11 17 113 93.3
1 Al 99.3
(плавка № 2) 5.6 50 35 4.3 8 113 −
8.65 76.5 − − − 113 −2 Al 98 11.2 99 81 − − 113 −
5 44.2 − 0 − 113 −3 Al 88,
Si 9.5 8.5 75.2 60 1.5 − 113 −
5.25 46.5 44 1.5 0 113 −4
Al 93,
Mg 2.28 6.7 62 − 1.5 12 107.5 95
Таблица 2
Механические свойства заготовок, деформированных методом ВЭ + ПП
σв σ0.2 δ ψ F0 Fk№ об-
разца
Количество
проходов ВЭ
Темпера-
тура, °С
Pmax,
kN N/mm2 % mm2
7 135 186 165 135 12 28 113 81.7
135 17.4 159 137 21 70 109.3 33.2
135 16.3 149 119 22 67 109.3 35.81 1
135 16.1 147 114 22 72 109.3 30.2
1 130 32.7 299 263 14 30 109.3 772 5* 125 28.4 251 197 1.5 13 113 98.5
250 22.2 203 180 12 13 109.3 951 250 22.8 209 164 7 10 109.3 98.43
5 250 23.4 207 160 17 20 113 90.7
1 150 36.6 324 269 3.8 11 113 100.24 5* 150 33.4 296 259 5 13 113 98.5
Прим е ч а н и я : 1. * − образец с трещиной.
2. Максимальное давление 130 atm.
3. ВЭ образцов № 1 и 2 выполнена при комнатной температуре, а послед-
ний проход ВЭ + ПП − при 130°С.
сплав имел чрезвычайно низкую (порядка 1.5%) пластичность. После обработ-
ки по схеме 1 пр. ВЭ + ПП его пластичность выросла до 7–12%, а деформиро-
вание по схеме 5 пр. ВЭ + ПП позволило увеличить пластичность до 17%. По-
вышение пластичности, по-видимому, можно объяснить дроблением грубокри-
сталлической литой структуры и решетки, образованной неметаллическими
включениями, под действием интенсивных пластических деформаций.
На рис. 3 показаны структуры, полученные со шлифов из сплава № 3.
Так, в исходном состоянии сплав имеет характерную литую структуру с
крупными дендритными образованиями (рис. 3,а). После 4 проходов ВЭ на-
блюдается дробление дендритов, формируется их преимущественная на-
правленность, структура однородна по объему (рис. 3,в,г). Обработка по
Физика и техника высоких давлений 2005, том 15, № 1
144
схеме 1 пр. ВЭ + ПП приводит к сильному измельчению дендритов, пере-
распределению их по объему образца. Дендриты находятся в колониях, что
способствует повышению пластичности сплава.
а б
в г
Рис. 3. Структуры образца № 3: а – исходная литая; б – после 1 пр. ВЭ + ПП; в, г –
после 4 пр. ВЭ соответственно центральной и периферийной частей образца
Образцы № 1 и 2 имеют более высокие пластические характеристики по-
сле обработки по схеме 1 пр. ВЭ + ПП, чем после многократной ВЭ с после-
дующим ПП. По мнению авторов, это связано с тем, что серию проходов ВЭ
осуществляли при комнатной температуре, следствием чего стало накопле-
ние повреждений структуры и снижение пластичности образцов. Обработку
данных сплавов, по-видимому, необходимо вести с подогревом или же при
более высоком уровне противодавления.
Выводы
На основе выполненных экспериментальных исследований можно сде-
лать вывод о том, что теплая ВЭ с противодавлением приводит к хорошей
проработке литой структуры и раздроблению хрупкого межзеренного карка-
са в литых заготовках вторичного алюминия. В результате повышается пла-
стичность сплава и появляется возможность его последующей деформации
традиционными методами ОМД с целью придания необходимой формы.
Физика и техника высоких давлений 2005, том 15, № 1
145
Комбинированная деформационная обработка вторичных алюминиевых
сплавов по схеме ВЭ + ПП позволяет получать профильные изделия с высо-
ким уровнем механических характеристик.
1. Д.Г. Карпачев, Цветные металлы № 6, 59 (1986).
2. В.А. Попов, Цветные металлы № 6, 64 (1986).
3. В.С. Лобанов, Цветные металлы № 9, 96 (1986).
4. М.М. Рутнам, Г.Г. Шадрин, Г.Е. Гольдбухт, Цветные металлы № 5, 87 (1985).
5. А.И. Шевелев, С.Г. Сынков, В.Н. Крымов, Металлы и литье Украины № 7−8, 61
(2002).
6. Я.Е. Бейгельзимер, В.Н Варюхин, Д.В. Орлов, С.Г. Сынков, Винтовая экструзия −
процесс накопления деформации, ТЕАН, Донецк (2003).
7. Я.Е. Бейгельзиммер, С.Г. Сынков, Д.В. Орлов, А.В. Решетов, КШП № 6, 15
(2004).
8. А.И. Шевелев, Я.Е. Бейгельзимер, С.Г. Сынков, Изв. вузов. Цветная металлургия
№ 4, 54 (2004).
9. Я.Е. Бейгельзимер, А.В. Решетов, С.Г. Сынков, Д.В. Орлов, А.И. Шевелев, А.С. Сын-
ков, Т.П. Заика, в сб.: Совершенствование процессов и оборудования обработки
давлением в металлургии и машиностроении, Краматорск (2004), с. 358−363.
A.I. Shevelev, V.N. Varyukhin, S.G. Synkov, A.V. Reshetov
COMBINED DEFORMATION WORKING
OF SECONDARY ALUMINIUM ALLOYS
The influence of severe plastic deformation followed by deformation working by direct-
pressing method on final mechanical properties of a number of secondary aluminium al-
loys has been studied. It is shown that severe plastic deformation much improves tech-
nological plasticity of the alloys, thus favoring shape forming and making products of
better mechanical properties.
Fig. 1. Cross-section of sample for screw extrusion
Fig. 2. Schematic showing of plants for repeated screw extrusion (а) and combined de-
formation (б) working: 1 − punch, 2 − container, 3 − billet, 4 − false-billet, 5 − screw die,
6 − backpressure plunger (а) and conical deforming die (б)
Fig. 3. Structure of sample № 3: а – initial, as cast one; б – past 1 pass of screw extrusion +
+ direct pressing; в, г – past 4 passes of screw extrusion of central and peripheral portions
of the sample, respectively
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-70124 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0868-5924 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:57:19Z |
| publishDate | 2005 |
| publisher | Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Шевелев, А.И. Варюхин, В.Н. Сынков, С.Г. Решетов, А.В. 2014-10-28T20:20:19Z 2014-10-28T20:20:19Z 2005 Комбинированная деформационная обработка вторичных алюминиевых сплавов / А.И. Шевелев, В.Н. Варюхин, С.Г. Сынков, А.В. Решетов // Физика и техника высоких давлений. — 2005. — Т. 15, № 1. — С. 139-145. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 0868-5924 PACS: 81.40.−z https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70124 Изучено влияние интенсивных пластических деформаций и последующей деформационной обработки методом прямого прессования (ПП) на конечные механические свойства ряда вторичных алюминиевых сплавов. Показано, что интенсивная пластическая деформация значительно улучшает технологическую пластичность таких сплавов, это позволяет проводить их дальнейшее формообразование и получать изделия с высокими механическими свойствами. The influence of severe plastic deformation followed by deformation working by directpressing method on final mechanical properties of a number of secondary aluminium alloys has been studied. It is shown that severe plastic deformation much improves technological plasticity of the alloys, thus favoring shape forming and making products of better mechanical properties. ru Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України Физика и техника высоких давлений Комбинированная деформационная обработка вторичных алюминиевых сплавов Комбінована деформаційна обробка вторинних алюмінієвих сплавів Combined deformation working of secondary aluminium alloys Article published earlier |
| spellingShingle | Комбинированная деформационная обработка вторичных алюминиевых сплавов Шевелев, А.И. Варюхин, В.Н. Сынков, С.Г. Решетов, А.В. |
| title | Комбинированная деформационная обработка вторичных алюминиевых сплавов |
| title_alt | Комбінована деформаційна обробка вторинних алюмінієвих сплавів Combined deformation working of secondary aluminium alloys |
| title_full | Комбинированная деформационная обработка вторичных алюминиевых сплавов |
| title_fullStr | Комбинированная деформационная обработка вторичных алюминиевых сплавов |
| title_full_unstemmed | Комбинированная деформационная обработка вторичных алюминиевых сплавов |
| title_short | Комбинированная деформационная обработка вторичных алюминиевых сплавов |
| title_sort | комбинированная деформационная обработка вторичных алюминиевых сплавов |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70124 |
| work_keys_str_mv | AT ševelevai kombinirovannaâdeformacionnaâobrabotkavtoričnyhalûminievyhsplavov AT varûhinvn kombinirovannaâdeformacionnaâobrabotkavtoričnyhalûminievyhsplavov AT synkovsg kombinirovannaâdeformacionnaâobrabotkavtoričnyhalûminievyhsplavov AT rešetovav kombinirovannaâdeformacionnaâobrabotkavtoričnyhalûminievyhsplavov AT ševelevai kombínovanadeformacíinaobrobkavtorinnihalûmíníêvihsplavív AT varûhinvn kombínovanadeformacíinaobrobkavtorinnihalûmíníêvihsplavív AT synkovsg kombínovanadeformacíinaobrobkavtorinnihalûmíníêvihsplavív AT rešetovav kombínovanadeformacíinaobrobkavtorinnihalûmíníêvihsplavív AT ševelevai combineddeformationworkingofsecondaryaluminiumalloys AT varûhinvn combineddeformationworkingofsecondaryaluminiumalloys AT synkovsg combineddeformationworkingofsecondaryaluminiumalloys AT rešetovav combineddeformationworkingofsecondaryaluminiumalloys |