Деформируемый алюминиевый сплав АД31 используется в качестве конструкционного для производства изделий различного назначения. В технологии производства значительное место занимает обработка давлением.
Заготовки получают методом полунепрерывного литья в кристаллизаторе. Этот метод относится к числу одного из наиболее производительных для получения заготовок. Но, он имеет один существенный недостаток, заключающийся в том, что кристаллизация сплава происходит в неравновесных условиях, при высоких скоростях охлаждения и больших градиентах температур по объему. Естественное старение этого материала протекает с зарождением и эволюцией зон и тройной фазы алюминий-железо-кремний. Это приводит к росту прочностных характеристик и снижению пластичности.
Другим важным явлением, наблюдаемым в алюминиевых сплавах данного класса, является деформационное упрочнение, выражающееся, как и при естественном старении, в росте прочностных характеристик и снижении пластичности.
Известно, что скорость деформирования оказывает заметное влияние на кратковременные и длительные механические свойства конструкционных материалов. По этой причине возникла необходимость оценки влияния скоростей деформирования на указанные характеристики.
Образцы из алюминиевого сплава испытывались в условиях одноосного сжатия при скоростях 0,1; 0,5; 1,5; 5 мм/мин. Исследования показали, что после естественного старения материал имеет достаточно высокие прочностные характеристики, но низкую пластичность. Гомогенизация, основной целью которой является снижение прочности и увеличение пластичности, в производственных условиях производится при температуре 490 0С. Следуя производственному технологическому процессу, образцы для исследований были термообработаны. При этом прочностные характеристики (предел текучести и временное сопротивление) были снижены, а запас пластичности значительно увеличен.
Результаты испытаний, при разных скоростях деформирования приведены ниже. На рис. 1 показан график зависимости предела текучести алюминиевого сплава АД31 от скорости прессования. График построен в простых декартовых координатах. Он не линеен, имеет вид кривой насыщения. С ростом скорости деформирования величина предела текучести возрастает, но наибольший эффект наблюдается в области малых скоростей.
78
76
Предел текучести, МПа
74
72
70
68
0 1 2 3 4 5
Скорость деформирования, мм/мин
Рис. 1. Зависимость предела текучести алюминиевого сплава АД31 от скорости деформирования
124
123
Временное сопротивление, МПа
122
121
120
0 1 2 3 4 5
Скорость деформирования, мм/мин
Рис. 2. Зависимость временного сопротивления алюминиевого сплава АД31 от скорости деформирования
Аналогичен график зависимости временного сопротивления от скорости деформирования. Он имеет вид монотонно возрастающей кривой. Причем, как и в случае предела текучести наибольший эффект наблюдается в области малых скоростей. Вместе с ростом прочностных характеристик падает запас пластичности, о чем свидетельствует график, приведенный на рис. 3.
Здесь, как и в предыдущих случаях, наибольшие изменения наблюдаются в интервале малых скоростей. Например, общее изменение запаса пластичности составляет 21%, Из них в интервале скоростей от 0,1 мм/мин до 1,0 мм/мин запас пластичности изменяется на 13,6%. Общее увеличение предела текучести составляет 14,8 %. На долю интервала скоростей от 0,1 мм/мин до 1 мм/мин приходится 8,6%. Для временного сопротивления эти цифры составляют 4.8% и 3,0%.
Из приведенных цифр следует, что наибольшей чувствительностью к скорости деформирования обладает пластичность, которая в исследованном интервале изменяется на 21%. Наименее чувствительным к скоростным изменениям является временное сопротивление. Этот факт нельзя отнести к положительным явлениям, поскольку запас пластичности является важной эксплуатационной характеристикой. В практике желательно не использовать материалы с малым запасом пластичности.
21
20
Запас пластичности, %
19
18
17
0 1 2 3 4 5
Скорость деформирования, мм/мин
Рис. 3. Зависимость запаса пластичности алюминиевого сплава АД31 от скорости деформирования
Целью каждой исследовательской работы является установление взаимосвязи между исследуемыми параметрами. Математическая обработка экспериментальных результатов, представленных в графическом виде наиболее удобна в том случае, когда графики имеют вид прямых линий.
Поиск наиболее удобного для обработки вида представления графиков потребовал их перестроения. Оказалось, что в полулогарифмических координатах зависимости предела текучести, временного сопротивления и запаса пластичности от скорости деформирования наиболее точно соответствуют прямой линии. Это подтверждают, приведенные далее рисунки.
Как следует из рис. 4, 5 и 6, экспериментальные точки, полученные при пяти уровнях скоростей деформирования, очень хорошо укладываются на прямую линию.
76
Предел текучести, МПа
72
68
0,1 0,5 1,0 5
Скорость растяжения, мм/мин
Рис. 4. Зависимость предела текучести алюминиевого сплава АД31 от скорости деформирования в полулогарифмических координатах
Полученные на рис. 4-6 графики говорят о том, что все три зависимости подчиняются экспоненциальному закону. Тогда для предела текучести можно записать
σ02 = exp V
где α и φ –коэффициенты, V- скорость деформирования.
Временное сопротивление будет определяться выражением
σв = exp V
(1)
(2)
где β и χ –коэффициенты.
Для запаса пластичности можно записать уравнение
ε = exp V
(3)
где γ и ? – коэффициенты.
124
Временное сопротивление, МПа
122
120
0,1 0,5 1,0 5
Скорость растяжения, мм/мин
Рис. 5. Зависимость временного сопротивления алюминиевого сплава АД31 от скорости деформирования в полулогарифмических координатах
22
Пластичность, МПа
20
18
0,1 0,5 1,0 5
Скорость растяжения, мм/мин
Рис. 6. Зависимость запаса пластичности алюминиевого сплава АД31 от скорости деформирования в полулогарифмических координатах
Величины коэффициентов α, β и γ определяются точками пересечения с осью ординат прямолинейных графиков при их экстраполяции при V=0. Численные значения коэффициентов φ, χ и ? определяются углом наклона прямолинейных графиков к оси абсцисс.
Полученные экспериментальные результаты и их анализ позволяют сделать основное заключение о том, что цель, поставленная в работе достигнута.
Выводы
Проведенные экспериментальные исследования показали:
- Прочностные и пластические характеристики алюминиевого сплава чувствительны к скорости деформирования. В исследованном интервале установлено, что наиболее ярко эффект проявляется в области скоростей от 0,1 мм/мин до 1,0 мм/мин
- Зависимости предела текучести, временного сопротивления и пластичности от скорости деформирования в полулогарифмических координатах имеют вид прямых линий.
- Для описания зависимостей предела текучести, временного сопротивления и пластичности от скорости деформирования применимы экспоненциальные уравнения.
ЛИТЕРАТУРА
- Телешов В.В. К вопрсу о расчете режимов гомогенизации алюминиевых сплавов//Металловедение и термическая обработка металлов, №06 2007 – С.
- Телешов В.В., Андреев Д.А., Головлева А.П. Влияние химического состава на прочность сплавов системы Al-Cu-Mg-Ag после нагрева при 180-210 0С//Металловедение и термическая обработка металлов,№03, 2006. – С.
- Телешов В.В., Капуткин Е.Я., Головлева А.П., Космачева Н.П. Температурные интервалы фазовых превращений и механические свойства сплавов системы Al-Cu-Mg-Ag с различным отношением Cu/Mg// Металловедение и термическая обработка металлов, №04, 2005. – С.
- Вайнблат Ю.М., Хаюров С.С. Субструктурное упрочнение горячедеформированного алюминия// Физика и химия обработки металлов.1973.№1
- Чумаков Е.В., Удербаева А.Е., Смагулова Н.К. Комплексные исследования алюминиевого сплава АД31 для производства профилей различного назначения// Труды первой Международной научно- технической конференции «Новое в станкостроении, материаловедении и автоматизированном проектировании машиностроительного производства», 1 Том, Алматы, 20010. – С.293-297.
- Орлова Е.П., Удербаева А.Е., Чумаков Е.В. Особенности производства профилей из алюминиевых сплавов// Труды первой Международной научно-технической конференции «Новое в станкостроении, материаловедении и автоматизированном проектировании машиностроительного производства», 1 Том, Алматы, 20010. – С.290-293.
- Удербаева А.Е. Влияние температуры перегрева и времени выдержки на механические свойства литых заготовок из алюминиевого сплава АД31// Труды первой Международной научно-технической конференции «Новое в станкостроении, материаловедении и автоматизированном проектировании машиностроительного производства», 1 Том, Алматы, 20010. – С.300-304.