CC BY
24
УДК 621.777
H.H. Довженко, С.Б. Сидельников, Л.П. Трифоненков, C.B. Солдатов, В.М. Беспалов, Е.С. Лопатина, A.C. Сидельников, А.Л. Трифоненков
ФГАОУВПО «Сибирский федеральный университет»,
ИССЛЕДОВАНИЕ СПОСОБОВ ПОЛУЧЕНИЯ И СВОЙСТВ КАТАНКИ ИЗ СПЛАВОВ АЛЮМИНИЯ С ПЕРЕХОДНЫМИ И РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫМИ МЕТАЛЛАМИ НА УСТАНОВКЕ СОВМЕЩЕННОГО ЛИТЬЯ, ПРОКАТКИ И ПРЕССОВАНИЯ
Актуальным направлением исследований в металлургической отрасли на сегодняшний день является создание нового высокоэффективного оборудования и технологий для производства электропроводов из алюминиевых сплавов, обладающих повышенной прочностью и термостойкостью наряду с удовлетворительной электропроводностью.
Целью данных исследований, выполненных в рамках договора Министерства образования и науки России № 13.G25.31.0083, является разработка новых составов алюминиевых сплавов, технологии и оборудования для получения деформированных полуфабрикатов с использованием совмещенных методов обработки металлов давлением.
Выполнение поставленной цели в рамках данной работы потребовало последовательное решение следующих задач:
- проектирование и изготовление модельной установки совмещенной обработки;
- разработка новых составов алюминиевых сплавов;
- получение литых заготовок;
- выбор способа обработки и проведение экспериментов;
- исследование свойств деформированных полуфабрикатов.
Для решения поставленных задач были разработаны экспериментальные алюминиевые сплавы с редкоземельными и переходными металлами [1, 2], при этом для получения заготовок были использованы следующие параметры приготовления: температура заливки - 800...880° С, время выдержки - 10 мин. Литье осуществляли в первом случае с использованием электромагнитного кристаллизатора (диаметр заготовок -15 мм), а во втором случае металл при температуре 750... 780° С заливали в валки установки совмещенной обработки.
Для реализации экспериментов и исследований технологий обработки новых сплавов учеными СФУ совместно со специалистами ООО «РУСАЛ ИТЦ» предложено техническое решение [3], на базе которого
спроектирована и изготовлена модельная установка СЛиПП-2,5 (рис. 1) с мощностью приводного электродвигателя 45 кВт.
Рис. 1. Экспериментальная установка СЛиПП-2,5
В качестве основных методов обработки для исследований были выбраны: совмещенная прокатка-прессование (СПП) с использованием электромагнитного кристаллизатора (ЭМК), совмещенное литье и прокатка-прессование (СЛиПП).
Для проведения процесса СПП заготовки диаметром 15 мм, полученные в электромагнитном кристаллизаторе, нагревали в электрической печи до температуры 550° С и задавали их в закрытый калибр валков, на выходе из которых установлена матрица с калибрующим отверстием 9 мм. В случае применения схемы СЛиПП расплав металла при температуре 750... 780° С из индукционной печи емкостью 350 кг через литейную систему поступал в закрытый калибр валков, где кристаллизовался, обжимался валками со степенью деформации 50 % и выдавливался через калибрующее отверстие матрицы.
Исследование механических свойств проводили на испытательной машине Walter + Bai AG LFM400 усилием 400 кН. Основными величинами, определяемыми в опытах на растяжение, являлись временное сопротивление разрыву Ов и относительное удлинение Ô. Полученные данные по свойствам некоторых образцов из разных сплавов приведены в табл. 1.
Таблица 1
Механические и электрические свойства катанки диаметром 9 мм, полученной различными способами совмещенной обработки
Способ МПа 6, о/ % Удельное электросопротивление Ом-мм2/м
сплав системы А1 - 2г
ЭМК+СПП 135,5 20,4 0,0293
СЛиПП 121,1 21,1 0,0285
сплав системы А1 - РЗМ
ЭМК+СПП 142,4 19,8 0,0300
СЛиПП 212,4 13,3 0,0295
Результаты исследования микроструктуры металла опытных образцов, полученных различными методами, приведены на рис. 2.
Рис. 2. Микроструктура прутков из сплавов системы А1 - Ъх (а, б) и А1 - РЗМ (<?, г), полученных методом СПП (а, в) и СЛиПП (6,"г),х500
В отличие от образцов из сплава системы А1 - Ъх, полученных методом совмещенной прокатки-прессования, в структуре образцов, полученных методом СЛиПП, наблюдаются более грубые скопления железосодержащих частиц и алюминидов циркония, при этом структура образцов характеризуется неоднородным распределением фаз по сечению алюминиевого твердого раствора. Кроме того, в прутках обнаружены мелкие частицы А132г, чего не наблюдалось в деформированных заготовках, полученных другими методами совмещенной обработки. Частицы алюминидов вытянуты вдоль направления деформации. Выделение некоторого количества включений А132г, по-видимому, связано с занижением температуры при переплавке сплава для СЛиПП.
Полученная структура образцов из сплава А1 - РЗМ неоднородна. Деформация при температуре 750° С с разными скоростями приводит к формированию сильно отличающейся структуры в крайних зонах и центральных частей образца. В крайних зонах наблюдается однородное распределение мелких частиц по твердому раствору. В центральных зонах наблюдаются светлые участки а-твердого раствора и темные участки эвтектики (а+АЩ). При температуре 780° С неоднородность в различных слоях образцов менее выражена. Наиболее оптимальная структура образцов для последующей пластической обработки (например, волочения) получается при температуре 780° С и скорости деформации 1,49 с"1 (см. рис. 2).
Таким образом, по результатам работы можно сделать следующие
- предлагаемая конструкция установки совмещенной обработки обеспечивает получение катанки из сплавов, имеющих повышенные прочностные свойства;
- сплавы алюминия с содержанием циркония до 0,3% и редкоземельных металлов до 5 % могут применяться для изготовления электропроводников с повышенными механическими и электрофизическими свойствами;
- применение методов СПП и СЛиПП дает возможность получить катанку с достаточно хорошим сочетанием прочностных, пластических и электрических характеристик.
Библиографический список
1. Пат. 2458151 Россия, МПК 7 С21С 1/02. Алюминиевый сплав / В.Н. Баранов и др.; (РФ). Опубл. 10.08.2012. Бюл. № 22.
2. Пат. 2458170 Россия, МПК 7С22С 21/00. Алюминиевый сплав. / В.Н. Баранов и др.; (РФ). Опубл. 10.08.2012. Бюл. № 22.
3. Пат. 2457914 Россия, МПК 7 В21С 3/00, B22D 11/00. Устройство для непрерывного литья, прокатки и прессования цветных металлов и сплавов. /В.Н. Баранов и др.; (РФ). Опубл. 10.08.2012. Бюл. №22.
УДК 621.771: 621.777
H.H. Загиров, С.Б. Сидельников, Е.В. Иванов, В.М. Беспалов
ФГАОУВПО «Сибирский федеральный университет»,
ПОЛУЧЕНИЕ ПРОВОЛОКИ С ВОЛОКНИСТОЙ СТРУКТУРОЙ ИЗ СТРУЖКИ СПЛАВА АД31 НА ОСНОВЕ РЕАЛИЗАЦИИ СПОСОБА СОВМЕЩЕННОЙ ПРОКАТКИ-ПРЕССОВАНИЯ
Одним из перспективных направлений развития технологий непрерывного прессования на базе установок совмещенной прокатки-прессования является использование их для получения прутков и проволоки из некомпактных металлических материалов, среди которых особое место занимает сортная сыпучая стружка цветных металлов и сплавов. Указанный подход направлен на решение ряда практических задач, наиболее значимой из которых можно считать внедрение более рационального, по сравнению с традиционным плавильным переделом, способа вовлечения в производственный оборот образующихся в том или ином виде в условиях конкретного производства сыпучих стружковых отходов мелких размеров. Эффективность применения данного способа переработки указанных стружковых отходов, при условии четкой организации работ по их сбору и хранению, обусловлена снижением безвозвратных потерь металла, меньшими затратами электроэнергии для изготовления разного рода металлопродукции, а также более благоприятными экологическими условиями производства. При этом для обеспечения максимальной производительности переработки стружковых отходов важно создать условия бесперебойной работы используемых для этих целей агрегатов в течение достаточно продолжительного промежутка времени.
Для решения поставленной задачи была предложена конструкция устройства [1], в основе работы которой заложен тот же принцип, что и для известных установок совмещенной прокатки-прессования [2], но с адаптацией их применительно к компактированию сыпучих металлических материалов. Устройство, схема которого приведена на рис. 1, содержит подогреваемый контейнер 1, форкамеру 2, приводной шнек 3, расположенный в контейнере 1, валок с ручьем 4 и валок с выступом 5, образующие закрытый калибр 6, на выходе из которого установлена матрица 7 с гидроприжимом 8.
