CC BY
89
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 3 (51)
УДК 669.715:621.7
Н. е. КАЛ1Н1НА1, С. I. МАМЧУР1, К. О. МУС1НА1*, М. В. ГРЕКОВА1, Т. К. ЛОПАТК1НА1
1 Каф. «Технологи виробництва», Днгпропетровський нацiональний унiверситет iменi Олеся Гончара, пр. Гагарiна, 72, Дншропетровськ, Укра!на, 49050, тел. +38 (063) 385 23 48, ел. пошта [email protected], (ЖСГО 0000-0002-7671-0637
'Каф. «Технологи виробництва», Днiпропетровський нацiональний ушверситет iменi Олеся Гончара, пр. Гагаргна, 72, Днiпропетровськ, Укра1на, 49050, тел. +38 (063) 385 23 48
ВИБ1Р МАТЕР1АЛУ ТА ТЕХНОЛОГ1Я ВИГОТОВЛЕННЯ ЗАГОТОВОК 13 АЛЮМШ1еВОГО СПЛАВУ АК6
Мета. У робот необидно здшснити обгрунтування матерiалу та способу тер]Мчно1 обробки алюмiнieвого сплаву для виготовлення деталi типу «плитам» на основi результатiв дослвдження мiкроструктури та мехатчинх властивостей; розробити технологiчний процес виготовлення заготовок iз алюмiнieвого сплаву АК6. Методика. Матерiалом для дослвдження був порошковий сплав на основi алюмшш типу АК6. Готовi поковки розмiром 2 520^1 520^65 мм отримували в результатi подготовки заготовки та 11 кування. П1сля мехамчно! обробки заготовки шддавалися термiчнiй обробцi та фрезеруванню. Структуру металу дослвджували шд свiтловим мiкроскопом М1М-8М. В якосп характеристики мiцностi сплаву була використана твердiсть за Брiнеллем. Результата. Проведено анал1з впливу легуючих елементiв на структуру деформованих алюмь нieвих сплашв. Виконано дослвдження впливу режимiв термiчно! обробки на структуру та властивосп сплаву АК6. Запропоновано удосконалений технолопчний процес, який дозволив отримати деталь iз полiпшеною структурою та властивостями, а також меншою собiвартiстю. Наукова новизна. Проведено випробування зразк1в порошкового сплаву АК6 на вогнестшюсть. Встановлено, що при нагрiваннi зразка в окислювальному полум'! вiн не запалюегься до температури 705 °С. Встановлено причину високо! вогнестiйкостi зразк1в сплаву АК6, що пов'язано з наявшстю в матерiалi рiвномiрно розподiлених, дабних оксидних включень та аморфно! оксидно! плiвки на поверхнi. Практична значимкть. Жорстк1 умови працi (корозiя в морськш та промисловiй атмосферi, статичш та ударнi навантаження, циклiчнi температури) дозволяють використовувати деталь у рiз-номанiтних конструкщях.
Ключовi слова: заготовки; алюмшевий сплав; технологiчнi процеси; термiчна обробка; мiкроструктура; механiчнi властивостi
Вступ
Застосування сплав1в на основ1 алюмшю в промисловосп значною м1рою обмежусться складнощами при !х обробленш. Так, напри-клад, злитки високомщних алюмшевих сплав1в практично не деформуються [1]. Одшею з причин такого обмеження е лшвацшш процеси в литому метал1 [2]. Вщомо, що подавити лш-вацшш процеси можливо при використанш ефекту гартування з рщкого стану, проте реал> зувати цей ефект можна лише для зливюв, роз-м1ри яких складають десятки або сотш мшро-метр1в, тобто фактично представляють порошки вщповщних алюмшевих сплав1в [3].
Алюм1н1ев1 сплави в1др1зняються малою щшьшстю, шдвищеною корозшною стшюстю, мають високу пластичшсть, без ускладнень зварюються, легко шддаються обробщ тиском,
р1занням, мають хорош1 ливарш властивосп, високу електричну i теплопровщшсть [4, 6, 7].
Алюм1н1ев1 сплави застосовують для виготовлення високояюсних деталей та конструк-цiй, що працюють в складних умовах навантаження. У ракетобудiвництвi залежно вiд способу виготовлення нашвфабрикапв розрiзняють алюмiнiевi ливарнi, спечеш та сплави, що деформуються [8, 9, 10]. Деяю сплави змщнюють термообробкою, яку призначають залежно вщ умов роботи деталi.
Однак щ сплави мають недолiки i в !х виго-товленнi [11, 12], яю пов'язанi з лшвацшними процесами (наприклад, пiд час лиття за стан-дартних умов), тому в цш роботi пропонуеться використання порошюв iз цих сплавiв з метою отримання бажаних результатiв за властивостями матерiалу [13,14].
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нащонального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 3 (51)
ператури + 20 °С: ов = 420 МПа; О0.2 = 300 МПа; 5 = 12 %. Пвд час виготовлення ¡з заготовок зра-зюв вживають заходи, що виключають можли-вють змши властивостей металу вщ нагр1ву або наклепу. Для випробування на розтягання були виготовлеш цилшдричш зразки, д1аметром ро-бочо! частини 3 мм, розрахункову довжину 10 = 5,65^о, де - початкова площа початко-вого перер1зу зразка.
Тимчасовий отр обчислювали за форму-з хЫчним складом: А1 основа; Си 1,8 _2,6; лою: аВ = Ртах/^0, де Ртах - максимальне наван-Мв 0,4.0,8; Мп 0,4.. .0,8; 81 0,7...1,2. таження [10, 11].
Матертл був отриманий не традиЩйним Твердють за Бринелем вим1рювали на при-способом розплавленням, а методом порошко- лад1 ТШ-2, яка складала 94 [7]. во1 металургИ [8]. Г°т°ш поковки ршмрсм Мкроструктура сплаву тсля кування без 2 520х1 520х65мм були отриман1 куванням за- терм1чно! обробки наведена на рис. 1.
ГОТОБКИ.
Технолопчний процес кування плити з по-рошково! заготовки складасться з шдготовки заготовки та кування [9].
Основш операци виконувалися в такш по-слщовносп:
1. Перекування на квадрат - на розм1ри а = 630 мм, к = 670 мм, де а - сторона квадрата, к - висота.
2. Протягування - на розм1ри к = 670 мм, I = 1 500 мм, = 280 мм, де к - висота, I - дов-жина, 5 - ширина.
3. Протягування - на розмри 1 500х 1 650х 113 мм.
4. Протягування - на розмри 2 520х 1 650x65 мм.
Технолопчний процес кування виконували
при температур! 450 °С. Процес протягування здшснювали поступово - щонайменше за 3-4 переходи, без пром1жних нагр1вань. Технолопч-не оснащення та шструмент повинш бути попе-редньо нагрт до 200-250 °С. Для кування вико-ристовували звичайш плосю бойки. Устатку-вання для кування мало робоче зусилля 2 500 Тс.
Пюля обтискування заготовки тддавалися терм1чнш обробщ, фрезеруванню та контролю якосп. Структуру металу дослщжували тд св1-тловим мшроскопом М1М-8М з використанням методик кшькюно! металографи [5]. Як характеристики мщност сплаву використовували твердють за Бршеллем, ов, о0>2, межа мщносп 1 твердосп, 5 - вщносне видовження.
Результати
Вщповщно до ГОСТ 4784-97 [4] для сплаву АК6 у вигляд1 заготовок встановлений мш1ма-льно припустимий р1вень властивостей для тем© Н. е. Катыша, С. I. Мамчур, К. О. Мусша, М. В. Грекова, Т. К. Лоыаткша, 2014
Мета
Обгрунтування використання порошкового матер1алу та способу його терм1чно! обробки для виготовлення заготовок з алюмшевого сплаву АК6.
Методика
Матерном дослщження був порошок з сплаву на основ1 алюмшю АК6, ГОСТ 4784-97 [4],
Рис. 1. Мжроструктура литого сплаву АК6 тсля кування. Збшьшення а - 100; б - 300 раз1в
Fig. 1. The microstructure of AK6 cast alloy after forging. Increase a - 100; b - 300 times
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 3 (51)
Порiвняно з гарячедеформованим станом, коли зериста структура матриц сплаву мае ви-значну анiзотропiю (рис. 1), термiчна обробка супроводжуеться якiсними змшами внутршньо! будови. Мiкроструктурними дослiдженнями ви-значено, що структура сплаву АК6 шсля термiч-но! обробки (рис. 2) складаеться iз зерен твердого розчину на алюмiнiевiй основi та включень iнтерметалiдних сполук СиА12 i Мg2Si [7, 9]. Порiвняльний аналiз зеристо! будови свiдчить, що в результат термiчноl обробки структурна ашзотрошя значною мiрою зменшилася. Зерна матрищ здебшьшого наближуються до рiвноос-них, але при цьому шдвищуеться рiзнозерис-тiсть структури в цшому.
Бiльше цього, при застосуваннi спещально-го травлення [10] було виявлене формування надлишково! концентраци порожнин (рис. 3), що може бути зв'язане з недостатньо високим ступенем деформаци при пресуванш.
Детальний аналiз мшроструктури литого сплаву АК6 i порошкового вказуе на переви-щення за рiвнем яюсних показникiв застосуван-ня порошково! технологи. Литий сплав шсля деформаци мае витягнуту форму зерна. Така структура обумовлюе в рiзних напрямках досяг-нення рiзних значень мехашчних властивостей.
Мiкроструктура порошкового сплаву навпа-ки мае значно менший розмiр зерна, та харак-теризуеться вiдсутнiстю ашзотропи. Бiльше цього сплав, що виготовлений за порошковою технологiею, мае бшьш високу щiльнiсть в целому [14]. Виконаний порiвняльний аналiз шю-струе перевагу порошкового сплаву над литим. Щцвищена дисперснiсть штерметалщних час-ток, рiвномiрно розподiлених в алюмшевш ма-трицi, забезпечуе бшьш високу твердють, мщ-нiсть, ударну в'язкiсть [16].
Перехiд легуючих елемеипв при термiчнiй обробцi в твердий розчин зумовлюе зростання його твердости Швидкiсть розчинення i повно-та переходу легуючих елемеипв в твердий розчин визначаються температурою на^ву i ви-тримкою. На пiдставi цього температурний ш-тервал на^ву пiд гартування, для бiльшостi алюмшевих сплавiв, вибирають поблизу тем-ператури солщусу. Однак, незначний перегрiв вище верхньо1 меж цього iнтервалу може приз-вести до початку плавлення евтектики.
Досягнення високо1 хiмiчноl стшкосп сплаву мае велике значення. Наведений ефект
пов язаний з утворюванням оксидно1 плiвки на поверхнi частинок порошку. Важливими ета-пами технолопчного процесу переробки поро-шкiв у вироби е просушування i наступне сш-кання. Порошок, що був використаний в робот^ поступав на сушку з вогюстю вiд 10 до 30 %. В процес просушування зменшення вогкост порошку супроводжуеться пропорцшним зни-женням його теплопровщносп. Весь час, поки на поверхш порошку знаходиться шар води пе-вно! товщини, протiкае процес окислення алю-мiнiю з видiленням теплово! енерги.
Рис. 2. Мшроструктура сплаву АК6 шсля TepMi4Hoi' обробки за режимом Т. Збiльшення 250
Fig. 2. Microstructure of AK6 alloy after heat treatment for T1 mode. Increase 250
Рис. 3. Мжроструктура порошкового сплаву АК6 шсля термiчноl обробки. Збтшення 300
Fig. 3. Microstructure of powder alloy AK6 after heat treatment. Increase 300
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 3 (51)
Враховуючи, що температура початку бурх-ливого видiлення тепла зв'язана з вогюстю порошку, дослiдження залежносп температури початку екзотермiчноi реакци вщ вогкостi ста-новить практичний штерес.
Так, за даними [8] величина теплового ефек-ту прямо пропорцшна кiлькостi алюмiнiю, що прореагував. При вогкосп 20 % i бшьше нарос-тання максимально! товщини оксидно! плiвки може призвести до повного гальмування проце-су окислення. З шшого боку, при бiльш низькш вогкостi процес окислювання може вщбуваетъся не до кiнця через випаровування води (рис. 4).
Рис. 4. Вплив вогкосп на величину теплового ефекту при нагрiвi порошку АК6
Fig. 4. Influence of moisture on the thermal effect value under heating the AK6 powder
Результата виконаних дослщжень склали основу пропозицш стосовно уточнення техно-лопчного процесу висушування порошку. Ос-новними вщмшностями процесу е залежшсть примусового зниження температури порошку вщ вогкост^ при активному перемшуванш су-Mrni i видалення пари.
Ураховуючи, що головною метою операцп спiкання при виробнищга алюмiнiевих порош-кових сплавiв е дегазацiя присiвок, визначеного значення набувають питання концентрацii по-рошин, ix дисперсностi. У зв'язку з цим загот> вки в процес компактування формують вихо-дячи з вимог вщкритш пористостi.
Дослiдження процешв, що вiдбуваються на поверxнi алюмшевих порошкiв при нагрiваннi, вивчали методом дериватографи [8, 9]. В про-цесi дослiдження проби порошкiв назвали до температури 700 °С з швидкостями вщ 1,25 до 20 °К/хв.
На шдстав1 анал1зу результат, дериватог-рам, були оцшеш втрати маси, визначеш температури початку процесу окислення сплаву. Встановлено, що при збшьшенш швидкост на-гр1ву зразка, одночасно 1з зменшенням вологос-т сплаву (рис. 5), вщбуваеться зниження тем-ператури початку окислення (рис. 6).
У бшьшосп випадюв на практищ протшан-ня одночасно декшькох процес1в при нагр1ванш сплаву може призводити до неоднозначносп отриманих результат1в.
Рис. 5. Залежшсть вiдносноi' втрати маси вщ швидкосп нагр1ву порошку
Fig. 5. Dependence of fractional mass loss from the powder heating rate
№11
«65
67(1
675
6811
6K5
6!><l
645
/ у
/
/ /
щ 1
/ •
15
2(1 V.. K/iB
Рис. 6. Залежшсть температури початку окислення вщ швидкосп нагр1ву порошку
Fig. 6. Temperature dependence of oxidation beginning from the powder heating rate
Так, при нагрiвi дослщжуваного сплаву про-тшали в основному два конкуруючих процеси:
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 3 (51)
випаровування молекул води iз зовшшнього шару та хiмосорбцiя молекул води з внутршшх об'eмiв. Внаслiдок цього випаровування сприя-ло стоншенню плiвки води, а хiмосорбцiя на-впаки супроводжувалася нарощуванням шару гiдроксидiв.
Таким чином, при на^ванш достатньо складно прогнозувати умови переважного про-тшання того або iншого процесу. При малих швидкостях нагрiвання створюються бшьш сприятливi умови для видалення пари води.
При температурах близьких до 400 °С почи-нають прискорюватися процеси окислення по-верхш сплаву киснем пов^ря. Швидкiсть окис-лення (швидюсть приросту маси) визначаеться як товщиною гiдроксидноi плiвки, що вже сфо-рмувалася, так i часом самого процесу окис-лення. Тобто швидюсть окислення закономiрно знижуеться iз збiльшенням швидкостi нагрiву сплаву.
При гарячш деформацн сплаву необхiдно враховувати, той факт, що при температурах вище за 440 °С зростае вiрогiднiсть викиду води, що знаходиться у кристатчному станi. Дш-сно, в процес гарячо! деформацн загопвки температура матерiалу може збшьшуватися вище за оптимальне значення на 40-80 °С. В цьому випадку видiлення пари може викликати до спучування i розшарування виробу, що призведе до браку. Таким чином, при виборi режиму гарячо! деформацн необхiдно враховувати швид-юсть температури нагрiву заготовки, що е одш-ею з важливих технолопчних характеристик.
В результатi виконаних дослщжень встанов-лено, що оксидна плiвка на поверхнi порошку формуеться як при диспергуванш алюмiнiю водою високого тиску, так i при технолопчних на^вах заготiвок з порошку при сшканш
Результати дослiдження дозволили оптимiзу-вати технологiчнi параметри режиму сткання високомiцного порошкового технiчного алюмь нiевого сплаву [12].
В результат застосування розроблених ре-жимiв технологи виготовлення алюмшевого сплаву було отримано комплекс властивостей: ов = 475 МПа; от = 390 МПа; КСи = 197 Дж/м2.
Щцвищення однорiдностi структури сплаву АК6 було досягнуте використанням термозмщ-нювально! обробки, яка полягае в гартуванш i наступному старiннi (рис. 7). Дшсно, розви-ток процесiв видiлення дрiбнодисперсних час-
ток друго! фази, когерентнють границь розпо-д1лу матриц i часток визначають комплекс властивостей сплаву [17]. З шшого боку, стан мiж-фазових поверхонь розподiлу зникнення когерентностi мае достатньо вагомий вплив на рiвень трiщиностiйкостi сплаву [15], особливо за умов цикшчних, знакозмшних навантажень [7].
Технологiя складаеться з таких еташв:
1. На^в до 450 °С; витримка 1 год; гарту-вання при охолодженш водi.
2. Штучне старiння при температурi 160 °С; витримка 4 години, охолодження на повiтрi.
т,пс
120
I гол
Рис. 7. Схема режиму терм1чно! обробки порошкового сплаву АК6
Fig. 7. Mode pattern of heat treatment of AK6 powder alloy
Температура нагр1ву тд гартування була обрана виходячи з д1аграми стану системи Al-Cu, яка дор1внюе 450 °С. При цш температур! вщбуваеться формування штерметалщних фаз FeAls, FeAl2.
При нагр1ванн1 тд загартування сплаву АК6 надлишкова фаза CuAl2 повнютю розчинясться i при наступному швидкому охолодженш фш-суеться тiльки пересичений а-твердий розчин, що мiстить мiдь, магнш i кремнiй. Aналогiчний ефект спостернали при електричнiй обробцi алюмiнiевого сплаву [7]. У зв'язку з присутшс-тю мiдi в АК6, охолодження потрiбно проводи-ти з максимально можливою швидкiстю. Шви-дкiсть охолодження при гартуванш повинна бути вище за критичне значення, що запобнае розпаду твердого розчину. Для отримання ви-соких механiчних властивостей виробiв з сплаву АК6, охолодження при загартуванш здшс-нюють у водi з температурою не вище 40 °С.
Пiсля гартування проводять штучне старш-ня термiном не менш як 4 години. В процес штучного старшня вiдбуваеться розпад пере-сиченого твердого розчину, що призводить до
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 3 (51)
видшення дисперсних частинок. Внаслiдок цього досягають змiцнення сплаву [15].
Отримана однорщна дисперсна структура порошкового сплаву тсля термообробки дозволила шдвищити рiвень механiчних власти-востей, на вщмшу вiд литого стану. Так, межа мщност збiльшилася вiд 447 до 475 МПа, межа текучост - вщ 378 до 387 МПа, при практично не змшних пластичних властивостях.
Наукова новизна та практична значимкть
Виконанi випробування зразюв показали до-статньо високу корелящю з ранiш отриманими результатами [8, 9]. Перевiркою встановлено, що при нагрiваннi зразка в спещальному окислюва-льному полум'! сплав не запалюеться аж до тем-ператури 705 °С.
Важливiсть наведено! характеристики зумов-лена складними умовами використання досл> джуваного сплаву АК6. Дшсно, вироби, що ви-готовляються з указаного сплаву, в тому чи^ з структурним станом пiсля гартування i старш-ня, мають достатньо широкий дiапазон вiд коро-зшних умов в морськiй водi до цикшчних меха-нiчних i температурних навантажень.
Висновки
1. Досягнення високо! вогнестiйкостi порошкового сплаву тсля гартування i старiння пов'язане з наявшстю в сплавi рiвномiрно роз-подiлених, дрiбних оксидних включень i аморфно! оксидно! плiвки на поверхш.
2. Розроблений технологiчний процес, що дозволяе шдвищити мехашчш властивосп та знизити собiвартiсть виготовлення виробiв.
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. Абраимов, Н. В. Авиационное материаловедение и технология обработки металлов : учеб. пособие для авиац. вузов / Н. В. Абраимов, Ю. С. Елисеев, В. В. Крымов. - М. : Высш. шк., 1998. - 444 с.
2. Алиева, С. Г. Промышленные алюминиевые сплавы. Справ. изд. / С. Г. Алиева, М. Б. Альтман, С. М. Амбарцумян. - 2-е изд., перераб. и доп. - М. : Металлургия, 1984. - 528 с.
3. Алюминиевые сплавы. Производство полуфабрикатов из алюминиевых сплавов : справ. / под. ред. А. Ф. Белова, Ф. И. Квасова. - М. : Металлургия, 1971. - 496 с.
4. Арчакова, 3. Н. Структура и свойства полуфабрикатов из алюминиевых сплавов / 3. Н. Арчакова, Г. А. Балахонцев, И. Г. Басов. - М. : Металлургия, 1984. - 408 с.
5. Вакуленко, I. О. Структурний аналiз в матерiа-лознавст / I. О. Вакуленко. - Д. : Маковець-кий, 2010. - 124 с.
6. Волчок, I. П. Застосування вторинних алюмшь евих сплаив в транспортному машинобуду-ванш / I. П. Волчок, О. В. Лютова // Вюн. Дншропетр. нац. ун-ту залiзн. трансп. iM. акад.
B. Лазаряна. - Д., 2007. - Вип. 14. -
C. 225-228.
7. Електрична iмпульсна обробка зварювального з'еднання алюмшевого сплаву / I. О. Вакуленко, Ю. Л. Надеждш, В. А. Сокирко та ш. // Наука та прогрес трансп. Вюн. Дншропетр. нац. ун-ту залiзн. трансп. - 2013. - № 4 (46). -С. 73-82.
8. Калшша, Н. £. Авiацiйно-космiчне матерiало-знавство та технологи / Н. £. Калшша,
B. А. Богуслаев, А. Я. Качан. - Запоршжя : Мотор-Сч, 2010. - 385 с.
9. Калшша, Н. £. Використання алюмшевих сплаив в аиацшнш та ракетно-космiчнiй тех-тщ : навч. поаб. / Н. £. Калшша, О. В. Бонда-ренко. - Д. : РВВ ДНУ, 2011. - 64 с.
10. Колачев, Б. А. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов / Б. А. Колачев, В. А. Ливанов, В. И. Елагин. -М. : Металлургия, 1972. - 480 с.
11. Колобнев, И. Ф. Термическая обработка алюминиевых сплавов / И. Ф. Колобнев. - М. : Металлургия, 1966. - 384 с.
12. Мусша, К. О. Дослвдження процеав, що вщбу-валися в оксидних плiвках на поверхш алюмь шевих порошив / К. О. Мусша // Труди XIII м1жнар. конф. «Людина i Космос». - Д. : НЦАОМУ, 2012. - 1 с.
13. Островська, А. Е. Вплив штерметалвдних фаз на ошр руйнуванню алюмшевих сплаив / А. Е. Островська, I. П Дзига // Вюн. Дншропетр. нац. ун-ту залiзн. трансп. iм. акад. В. Лазаряна. - Д., 2010. - Вип. 34. - С. 211-214.
14. Скрябш, С. А. Виготовлення поковок з алюмь шевих сплавiв гарячим деформуванням /
C. А. Скрябш. - К. : КВЩ, 2004. - 346 с.
15. Ansell, G. S. Creep of a dispersion-hardened aluminium alloy / G. S. Ansell, J. Wertman // Trans. of the Metal. Soc. AIME, 1959. - Vol. 215. -P. 838-843.
16. Atkinson, J. D. The Work - hardening of Copper -Silica: IV. The Bauschinger Effect and Plastic Relaxation / J. D. Atkinson // Philosophical Magazine. - 1974. - Vol. 30, № 6. - P. 1247-1280.
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 3 (51)
17. Pickard, S. M. Strain-ageing behaviour of fatigued Fe-N-C alloys / S. M. Pickard, F. Guin // Acta Met. - 1990. - Vol. 38, № 3. - P. 397-401.
18. Vakulenko, I. A. Effect of the morphology and Size of iron carbide on the fatigue strength of carbon steels / I. A. Vakulenko // Russian Met. -2008. - Vol. 2008, №3. - P. 225-228.
Н. Е. КАЛИНИНА1, С. И. МАМЧУР1, Е. А. МУСИНА1*, М. В. ГРЕКОВА1, Т. К. ЛОПАТКИНА1
1 Каф. «Технологии производства», Днепропетровский национальный университет имени Олеся Гончара,
пр. Гагарина, 72, Днепропетровск, Украина, 49050, тел. +38 (063) 385 23 48,
эл. почта [email protected], ORCID 0000-0002-7671-0637
'Каф. «Технологии производства», Днепропетровский национальный университет имени Олеся Гончара, пр. Гагарина, 72, Днепропетровск, Украина, 49050, тел. +38 (063) 385 23 48
ВЫБОР МАТЕРИАЛА И ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗАГОТОВОК ИЗ АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА АК6
Цель. В работе необходимо осуществить обоснования материала и способа термической обработки алюминиевого сплава для изготовления детали типа «плита» на основе результатов исследования микроструктуры и механических свойств; разработку технологического процесса изготовления заготовок из алюминиевого сплава АК6. Методика. Материалом для исследования был порошковый сплав на основе алюминия типа АК6. Готовые поковки размером 2 520*1 520*65 мм получали в результате подготовки заготовки и её ковки. После механической обработки заготовки подвергались термической обработке и фрезерованию. Структуру металла исследовали под световым микроскопом МИМ-8М. В качестве характеристики прочности сплава была использована твердость по Бринеллю. Результаты. Проведен анализ влияния легирующих элементов на структуру деформируемых алюминиевых сплавов. Выполнены исследования влияния режимов термической обработки на структуру и свойства сплава АК6. Предложен усовершенствованный технологический процесс, который позволил получить деталь с улучшенной структурой и свойствами, а также меньшей себестоимостью. Научная новизна. Проведены испытания образцов порошкового сплава АК6 на огнестойкость. Установлено, что при нагревании образца в окислительном пламени он не воспламеняется до температуры 705 °C. Выяснена причина высокой огнестойкости образцов сплава АК6, что связано с наличием в материале равномерно распределенных, мелких оксидных включений и аморфной оксидной пленки на поверхности. Практическая значимость. Жесткие условия труда (коррозия в морской и промышленной атмосфере, статические и ударные нагрузки, циклические температуры) позволяют использовать деталь в различных конструкциях.
Ключевые слова: заготовки; алюминиевый сплав; технологические процессы; термическая обработка; микроструктура; механические свойства
N. YE. KALININA1, S. I. MAMCHUR1, K. O. MUSINA1*, M. V. HREKOVA1, T. K. LOPATKINA1
1 Dep. «Production Technologies», Oles Honchar Dnepropetrovsk National University, Gagarin Av., 72, Dnipropetrovsk, Ukraine, 49050, tel. +38 (063) 385 23 48, e-mail [email protected], ORCID 0000-0002-7671-0637 1Dep. «Production Technologies», Oles Honchar Dnipropetrovsk National University, Gagarin Av., 72, Dnipropetrovsk, Ukraine, 49050, +38 (063) 385 23 48
MATERIAL CHOICE AND BLANKS OPERATION TECHNOLOGY OF AK6 ALUMINIUM ALLOY
Purpose. Justification of the material and heat treatment method of aluminum alloy for the manufacturing of parts, type «plate» based on the results of microstructure and mechanical properties research; development of technological process of blanks operation of AK6 aluminum alloy. Methodology. Powdered alloy based on aluminum type AK6 was the research material. Finished forgings with the size 2520*1520*65 mm were obtained as a result of the preparation and forging of the blanks. After mechanical treatment of the blanks they were exposed to thermal
HayKa Ta nporpec TpaHcnopTy. BicHHK ^mnponeTpoBctKoro Ha^oH&ntHoro ymBepcureTy 3&ri3HHHHoro TpaHcnopTy, 2014, № 3 (51)
processing and milling. Structure of the metal was examined under light microscope MIM-8M. Brinell hardness was used as the strength alloy characteristic. Findings. Influence analysis of alloy elements on the structure of deform-able aluminum alloys was carried out. Research of influence of heat treatment modes on structure and properties of the AK6 alloy were performed. The improved technological process, which made it possible to obtain the item with the improved structure and properties and lower costs is offered. Originality. The samples of AK6 powdered alloy on fire resistance were tested. It is established that under heating of an example in the oxidative flame, it does not ignite to a temperature of 705 °C. The cause of high fire resistance of AK6 alloy samples was found, it is connected with the presence in the material the evenly distributed, small oxide inclusions and amorphous oxide film on the surface. Practical value. Hard conditions of work (corrosion in marine and industrial atmosphere, static and shock loads, cyclic temperature) allow the use of the item in various designs.
Keywords: blnks; aluminum alloy; technological processes; thermal processing; microstructure; mechanical properties
REFERENCES
1. Abraimov N.V., Yelisieiev Yu.S., Krymov V.V. Aviatsiine materialoznavstvo i tekhnolohiia obrobky metaliv [Aviation material science and metal treatment technology]. Moscow, Vysshaya shkola Publ., 1998. 444 p.
2. Aliyeva S.G., Altman M.B., Ambartsumyan S.M. Promyshlennyye alyuminievyye splavy [Industrial aluminium alloys]. Moscow, Metalurgiya Publ., 1984. 528 p.
3. Belov A.F., Kvasov F.I. Aliuminiievi splavy. Vyrobnytstvo napivfabrykativ z aliuminiievykh splaviv [Aluminium alloys. Production of semi-finished products from aluminium alloys]. Moscow, Metalurgiya Publ., 1971. 496 p.
4. Archakova Z.N., Balakhontsev H.A., Basov I.H. Struktura i vlastyvosti napivfabrykativ z aliuminiievykh splaviv [Structure and properties of semi-finished products from aluminium alloys]. Moscow, Metalurgiya Publ., 1984. 408 p.
5. Vakulenko I.O. Strukturnyi analiz v materialoznavstvi [Structural analysis in materials science]. Dnipropet-rovsk, Makovetskyi Publ., 2010. 124 p.
6. Volchok I.P., Liutova O.V. Zastosuvannia vtorynnykh aliuminiievykh splaviv v transportnomu mashynobudu-vanni [The use of secondary aluminium alloys in transport engineering]. VisnykDnipropetrovskoho natsional-noho universytetu zaliznychnoho transportu imeni akademika V. Lazariana [Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan], 2007, issue 14, pp. 225-228.
7. Vakulenko I.O., Nadiezhdin Yu.L., Sokyrko V.A., Volchok I.P., Mitiaiev A.A. Elektrychna impulsna obrobka zvariuvalnoho ziednannia aliuminiievoho splavu [Electric pulse treatment of aluminium alloy welded joint].
Nauka ta prohres transportu. Visnyk Dnipropetrovskoho natsionalnoho universytetu zaliznychnoho transportu - Science and Transport Progress. Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport, 2013, no. 4 (46), pp. 73-82.
8. Kalinina N.Ye., Bohuslaiev V.A., Kachan A.Ya. Aviatsiono-kosmichne materialoznavstvo ta tekhnolohii [Aviation and Space Materials Science and technologies]. Zaporizhzhia, Motor-Sich Publ., 2010. 385 p.
9. Kalinina N.Ye., Bondarenko O.V. Vykorystannia aliuminiievykh splaliv v aviatsiinii ta raketno-kosmichnii tekhnytsi [The use of aluminium alloys in aviation and aerospace technologies]. Dnipropetrovsk, RVV DNU Publ., 2011. 64 p.
10. Kolachev B.A., Livanov V.A., Yelahin V.I. Metaloznavstvo i termichna obrobka kolorovykh metaliv i splaviv [Metallurgy and heat treatment of nonferrous metals and alloys]. Moscow, Metalurgiya Publ., 1972. 480 p.
11. Kolobnev I.F. Termoobrobka aliuminiievykh splaviv [Heat treatment of aluminium alloys]. Moscow, Metalurgiya Publ, 1966. 384 p.
12. Musina K.O. Doslidzhennia protsesiv, shcho vidbuvalysia v oksydnykh plivkakh na poverkhni aliuminiievykh poroshkiv [The study of the processes occurring in the oxide film on the surface of aluminium powders]. Trudy XIII mizhnarodnoi konferentsii «Liudyna i Kosmos» [Proc. of XIIIth Intren. Conf. «Man and space»]. Dnipropetrovsk, NTsAOMU Publ., 2012. 1 p.
13. Ostrovska A.E., Dzyha I.P. Vplyv intermetalidnykh faz na opir ruinuvanniu aliuminiievykh splaviv [Effect of intermetallic phases on the fracture resistance of aluminum alloys]. Visnyk Dnipropetrovskoho natsionalnoho universytetu zaliznychnoho transportu imeni akademika V. Lazariana [Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan], 2010, issue 34, pp. 211-214.
14. Skriabin S.A. Vyhotovlennia pokovok z aliuminiievykh splaviv hariachym deformuvanniam [Production of forgings of aluminum alloys by hot deformation]. Kyiv, KVITS Publ., 2004. 346 p.
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 3 (51)
15. Ansell G.S., Wertman J. Creep of a dispersion- hardened aluminium alloy. Trans. of the Metal. Soc. AIME, 1959, vol. 215, pp. 838-843.
16. Atkinson J.D. The Work-hardening of Copper-Silica: IV. The Bauschinger Effect and Plastic Relaxation. Philosophical Magazine, 1974, vol. 30, no. 6, pp. 1247-1280.
17. Vakulenko I.A. Effect of the morphology and size of iron carbide on the fatigue strength of carbon steels. Russian Met., 2008, vol. 2008, no. 3. p. 225-228.
18. Pickard S.M., Guin F. Strain- ageing behaviour of fatigued Fe-N-C alloys. Acta Met., 1990, vol. 38, no. 3, pp. 397-401.
Стаття рекомендована до публжацп к.т.н., доц. А. Г. Фесенком (Украта); д.т.н., проф. I. О. Вакуленком (Украта)
Надшшла до редколегп 03.02.2014 Прийнята до друку 28.03.2014
