Формування структури і властивостей ливарного алюмінієвого сплаву в гранично деформованому стані
Loading...
Date
2021
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
ТОВ «ТЕРМАЛ ЕНД МЕТІРІАЛ ЕНЖІНІРІНГ СЕНТЕР»
Abstract
UKR: Метою дослідження є вирішення актуальної задачі задоволення потреби машинобудування в алюмінієвих сплавах, що деформуються, за одночасної фактичної відсутності їх вітчизняного виробництва за рахунок розробки деформованого сплаву на основі ливарного сплаву АК7ч. Для досягнення поставленої мети необхідним є вивчення впливу мікролегування та умов кристалізації на структуроутворення гранично деформованого сплаву АК7ч для управління структурою та властивостями при розробці деформівних сплавів на основі АК7ч. Методи. У роботі досліджували гранично деформовані доевтектичні силуміни на базі АК7ч з добавками стронцію та скандію. Експеримент проводили за планом ортогональних латинських квадратів. Мікроструктуру вивчали на оптичному мікроскопі "Axiovert - 200MAT". Параметри кількісних характеристик структури визначали за стандартними методиками. Мікротвердість евтектики вимірювали на ПМТ-3 за ДСТУ ISO 6507-1:2007. Ідентифікацію фаз проводили методом фазового рентгеноструктурного аналізу на дифрактометрі ДРОН - 3М у Соka фільтрованому випромінюванні. Із залученням розрахункової методики визначення граничного ступеня деформації при прокатці клиноподібних зразків вивчали залежність технологічної деформованості від хімічного складу сплаву на базі АК7ч та режиму водневої обробки його розплаву. Результати. Визначено закономірності структуроутворення гранично деформованого ливарного алюмінієвого сплаву АК7ч. Отримано залежності параметрів структури дослідного сплаву в литому та гранично деформованому стані від вмісту елементів-модифікаторів та швидкості кристалізації. Встановлено суттєве підвищення параметра кристалічної решітки a-Al у деформованому стані порівняно з литим для всіх сплавів на основі АК7год незалежно від мікролегування та швидкості кристалізації. У a-Al у деформованому стані збільшується розчинність скандію та заліза. Отримано залежності технологічної деформівності від складу сплаву АК7ч та режиму водневої обробки його розплаву. Встановлено підвищення деформованості сплаву на 60% при комплексному фізико-хімічному впливі мікролегування стронцієм, скандієм та водневої обробки розплаву протягом 20 хвилин порівняно з литим сплавом вихідного складу. Наукова новизна. Вперше встановлено закономірності структуроутворення та формування комплексу механічних властивостей при спільному впливі Sr, Sc та швидкості кристалізації гранично деформованого доевтектичного сплаву АК7ч. Дані отримані для сплаву АК7ч при варіюванні вмісту стронцію 0…0,2%, скандію 0…0,5% та швидкості охолодження при кристалізації 6,67∙10-4…103 град/с. Практична цінність. У ході експерименту проведеного за планом ортогональних латинських квадратів оптимізували склад сплаву АК7ч, отримали інструмент на його структуроутворення, що забезпечує необхідний рівень механічних властивостей. Холодною деформацією прокаткою із заготівлі сплаву АК7ч (Sr, Sc) з максимальною толщиною 11 мм була отримана смуга завтовшки 2,4 мм. Справжня деформація металу АК7ч(Sr, Sc) після водневої обробки (протягом 20 хв) склала 1,19.
RUS: Целью исследования является решение актуальной задачи удовлетворения потребности машиностроения в деформируемых алюминиевых сплавах при одновременном фактическом отсутствии их отечественного производства за счет разработки деформируемого сплава на основе литейного сплава АК7ч. Для достижения поставленной цели необходимым является изучение влияния микролегирования и условий кристаллизации на структурообразование предельно деформированного сплава АК7ч для управления структурой и свойствами при разработке деформируемых сплавов на основе АК7ч. Методы. В работе исследовали предельно деформированные доэвтектические силумины на базе АК7ч с добавками стронция и скандия. Эксперимент проводили по плану ортогональных латинских квадратов. Микроструктуру изучали на оптическом микроскопе «Axiovert – 200MAT». Параметры количественных характеристик структуры определяли по стандартным методикам. Микротвердость эвтектики измеряли на ПМТ-3 по ДСТУ ISO 6507-1:2007. Идентификацию фаз проводили методом фазового рентгеноструктурного анализа на дифрактометре ДРОН - 3М в Соka фильтрованном излучении. С привлечением расчетной методики определения предельной степени деформации при прокатке клиновидных образцов изучали зависимость технологической деформируемости от химического состава сплава на базе АК7ч и режима водородной обработки его расплава. Результаты. Определены закономерности структурообразования предельно деформированного литейного алюминиевого сплава АК7ч. Получены зависимости параметров структуры опытного сплава в литом и предельно деформированном состоянии от содержания элементов-модификаторов и скорости кристаллизации. Установлено существенное повышение параметра кристаллической решетки a-Al в деформированном состоянии по сравнению с литым для всех сплавов на основе АК7ч независимо от микролегирования и скорости кристаллизации. В a-Al в деформированном состоянии увеличивается растворимость скандия и железа. Получены зависимости технологической деформируемости от состава сплава АК7ч и режима водородной обработки его расплава. Установлено повышение деформируемости сплава на 60% при комплексном физико-химическом воздействии микролегирования стронцием и скандием и водородной обработки расплава в течение 20 минут по сравнению с литым сплавом исходного состава. Научная новизна. Впервые установлены закономерности структурообразования и формирования комплекса механических свойств при совместном воздействии Sr, Sc и скорости кристаллизации предельно деформированного доэвтектического сплава АК7ч. Данные получены для сплава АК7ч при варьировании содержания стронция 0…0,2%, скандия 0…0,5% и скорости охлаждения при кристаллизации 6,67∙10-4…103 град/с. Практическая ценность. В ходе эксперимента проведеного по плану ортогональных латинских квадратов оптимизировали состав сплава АК7ч, получили инструмент воздействия на его структурообразование, обеспечивающее требуемый уровень механических свойств. Холодной деформацией прокаткой из заготовки сплава АК7ч (Sr, Sc) с максимальной толщиной 11 мм была получена полоса толщиной 2,4 мм. Истинная деформация сплава АК7ч(Sr, Sc) после водородной обработки (в течение 20 мин) составила 1,19.
ENG: The purpose of the study is to solve the urgent problem of satisfaction the needs of mechanical engineering in deformable aluminum alloys with the simultaneous actual absence of their domestic production through the development of deformable alloy based on foundry alloy AK7h. To achieve this goal, it is necessary to study the effect of microalloying and crystallization conditions on the structure of the extremely deformed alloy AlSi7 to control the structure and properties in the development of deformable alloys based on AK7h. Methods. Extremely deformed hypo-eutectic AlSi7 based alloys with strontium and scandium additives were studied in this work. The experiment was performed according to the plan of Orthogonal Latin squares. The microstructure was studied on an Axiovert - 200MAT optical microscope. The parameters of the quantitative characteristics of the structure were determined by standard methods. The microhardness of the eutectic was measured on PMT-3 according to ДСТУ ISO 6507-1: 2007. Phase identification was carried out by the method of phase X-ray diffraction analysis on a DRON-3M diffractometer in Coka filtered radiation. The dependence of the technological deformability on the chemical composition of the AlSi7 based alloys and the hydrogen melt treatment regyme was studied using the calculation method for determining the maximum degree of deformation during rolling of wedge-shaped samples. Results. The regularities of structure formation of the extremely deformed cast aluminum AlSi7 based alloy are determined. The dependences of the structure parameters of the experimental alloy in the cast and ultimate deformed state on the content of modifier elements and the crystallization rate are obtained. A significant increase in the crystal lattice parameter of a-Al in the deformed state compared to the cast state was established for all alloys based on AlSi7, regardless of microalloying and crystallization rate. In a-Al in the deformed state, the solubility of scandium and iron increases. The dependences of the technological deformability on the composition of the AlSi7 alloy and the regyme of hydrogen melt treatment are obtained. An increase in the deformability of the alloy by 60% was established under the complex physicochemical effect of microalloying with strontium and scandium and hydrogen melt treatment for 20 minutes compared to the cast alloy of the initial composition. Originality. For the first time, regularities of structure formation and formation of a complex of mechanical properties under the combined action of Sr, Sc and the crystallization rate of the ultimate deformed hypoeutectic alloy AlSi7 have been established. The data were obtained for the AK7ch alloy by varying the content of strontium 0…0.2%, scandium 0…0.5% and the cooling rate during crystallization 6.67∙10-4…103 deg/s. Practical value. In the experiment carried out according to the plan of Orthogonal Latin squares, the composition of the AK7ch alloy was optimized, and a instrument was obtained to influence its structure formation, providing the required level of mechanical properties. A strip 2.4 mm thick was obtained by cold rolling from a billet of AlSi7 (Sr, Sc) alloy with a maximum thickness of 11 mm. The true strain of the AlSi7(Sr, Sc) alloy after hydrogen melt treatment (for 20 min) is 1.19.
RUS: Целью исследования является решение актуальной задачи удовлетворения потребности машиностроения в деформируемых алюминиевых сплавах при одновременном фактическом отсутствии их отечественного производства за счет разработки деформируемого сплава на основе литейного сплава АК7ч. Для достижения поставленной цели необходимым является изучение влияния микролегирования и условий кристаллизации на структурообразование предельно деформированного сплава АК7ч для управления структурой и свойствами при разработке деформируемых сплавов на основе АК7ч. Методы. В работе исследовали предельно деформированные доэвтектические силумины на базе АК7ч с добавками стронция и скандия. Эксперимент проводили по плану ортогональных латинских квадратов. Микроструктуру изучали на оптическом микроскопе «Axiovert – 200MAT». Параметры количественных характеристик структуры определяли по стандартным методикам. Микротвердость эвтектики измеряли на ПМТ-3 по ДСТУ ISO 6507-1:2007. Идентификацию фаз проводили методом фазового рентгеноструктурного анализа на дифрактометре ДРОН - 3М в Соka фильтрованном излучении. С привлечением расчетной методики определения предельной степени деформации при прокатке клиновидных образцов изучали зависимость технологической деформируемости от химического состава сплава на базе АК7ч и режима водородной обработки его расплава. Результаты. Определены закономерности структурообразования предельно деформированного литейного алюминиевого сплава АК7ч. Получены зависимости параметров структуры опытного сплава в литом и предельно деформированном состоянии от содержания элементов-модификаторов и скорости кристаллизации. Установлено существенное повышение параметра кристаллической решетки a-Al в деформированном состоянии по сравнению с литым для всех сплавов на основе АК7ч независимо от микролегирования и скорости кристаллизации. В a-Al в деформированном состоянии увеличивается растворимость скандия и железа. Получены зависимости технологической деформируемости от состава сплава АК7ч и режима водородной обработки его расплава. Установлено повышение деформируемости сплава на 60% при комплексном физико-химическом воздействии микролегирования стронцием и скандием и водородной обработки расплава в течение 20 минут по сравнению с литым сплавом исходного состава. Научная новизна. Впервые установлены закономерности структурообразования и формирования комплекса механических свойств при совместном воздействии Sr, Sc и скорости кристаллизации предельно деформированного доэвтектического сплава АК7ч. Данные получены для сплава АК7ч при варьировании содержания стронция 0…0,2%, скандия 0…0,5% и скорости охлаждения при кристаллизации 6,67∙10-4…103 град/с. Практическая ценность. В ходе эксперимента проведеного по плану ортогональных латинских квадратов оптимизировали состав сплава АК7ч, получили инструмент воздействия на его структурообразование, обеспечивающее требуемый уровень механических свойств. Холодной деформацией прокаткой из заготовки сплава АК7ч (Sr, Sc) с максимальной толщиной 11 мм была получена полоса толщиной 2,4 мм. Истинная деформация сплава АК7ч(Sr, Sc) после водородной обработки (в течение 20 мин) составила 1,19.
ENG: The purpose of the study is to solve the urgent problem of satisfaction the needs of mechanical engineering in deformable aluminum alloys with the simultaneous actual absence of their domestic production through the development of deformable alloy based on foundry alloy AK7h. To achieve this goal, it is necessary to study the effect of microalloying and crystallization conditions on the structure of the extremely deformed alloy AlSi7 to control the structure and properties in the development of deformable alloys based on AK7h. Methods. Extremely deformed hypo-eutectic AlSi7 based alloys with strontium and scandium additives were studied in this work. The experiment was performed according to the plan of Orthogonal Latin squares. The microstructure was studied on an Axiovert - 200MAT optical microscope. The parameters of the quantitative characteristics of the structure were determined by standard methods. The microhardness of the eutectic was measured on PMT-3 according to ДСТУ ISO 6507-1: 2007. Phase identification was carried out by the method of phase X-ray diffraction analysis on a DRON-3M diffractometer in Coka filtered radiation. The dependence of the technological deformability on the chemical composition of the AlSi7 based alloys and the hydrogen melt treatment regyme was studied using the calculation method for determining the maximum degree of deformation during rolling of wedge-shaped samples. Results. The regularities of structure formation of the extremely deformed cast aluminum AlSi7 based alloy are determined. The dependences of the structure parameters of the experimental alloy in the cast and ultimate deformed state on the content of modifier elements and the crystallization rate are obtained. A significant increase in the crystal lattice parameter of a-Al in the deformed state compared to the cast state was established for all alloys based on AlSi7, regardless of microalloying and crystallization rate. In a-Al in the deformed state, the solubility of scandium and iron increases. The dependences of the technological deformability on the composition of the AlSi7 alloy and the regyme of hydrogen melt treatment are obtained. An increase in the deformability of the alloy by 60% was established under the complex physicochemical effect of microalloying with strontium and scandium and hydrogen melt treatment for 20 minutes compared to the cast alloy of the initial composition. Originality. For the first time, regularities of structure formation and formation of a complex of mechanical properties under the combined action of Sr, Sc and the crystallization rate of the ultimate deformed hypoeutectic alloy AlSi7 have been established. The data were obtained for the AK7ch alloy by varying the content of strontium 0…0.2%, scandium 0…0.5% and the cooling rate during crystallization 6.67∙10-4…103 deg/s. Practical value. In the experiment carried out according to the plan of Orthogonal Latin squares, the composition of the AK7ch alloy was optimized, and a instrument was obtained to influence its structure formation, providing the required level of mechanical properties. A strip 2.4 mm thick was obtained by cold rolling from a billet of AlSi7 (Sr, Sc) alloy with a maximum thickness of 11 mm. The true strain of the AlSi7(Sr, Sc) alloy after hydrogen melt treatment (for 20 min) is 1.19.
Description
Т. Аюпова: ORCID: 0000-0002-5706-4211; О. Носко: ORCID 0000-0002-5749-7578
Keywords
доевтектичний силумін, мікролегування, гранична деформація, доэвтектический силумин, микролегирование, предельная деформация, hypo-eutectic AlSi alloy, microalloying, ultimate deformation, КМТОМ, КПМ і ЗМ
Citation
Аюпова Т. А., Носко О. А., Аюпов О. А. Формування структури і властивостей ливарного алюмінієвого сплаву в гранично деформованому стані. Металургійна та гірничорудна промисловість. 2021. № 3. С. 3–17. DOI: 10.34185/0543-5749.2021-3-3-17.