книги из ГПНТБ / Прессование алюминиевых сплавов. Математическое моделирование и оптимизация

Рис. 54. Микроструктура прутка сплава Д16 диаметром 280 мм.

Прямое прессование, центр се­ чения:

Для обеспечения необходимого уровня механических свойств изделий из алюминиевых сплавов степень де­ формации должна быть не менее 2,0. Такая деформация при обратном прессовании может быть получена при коэффициенте вытяжки Л = 3. При прямом прессовании на большом участке от выходного конца изделия фак­ тическая деформация в центре сечения значительно ни­ же этого минимального уровня, поэтому и механические

232

свойства изделий в данной части намного ниже, чем при прессовании с обратным истечением. Как следует из проведенных ранее исследований [69, 70], для полу­ чения изделий с необходимым уровнем механических свойств при прямом прессовании нужно использовать коэффициенты вытяжки не менее 8. Это подтверждается и настоящей работой.

233

Влияние метода прессования на качество изделий, прессуемых со средними и высокими степенями деформации

Влияние метода прессования на качество изделий, прессуемых со средними (Я= 10-^30) и высокими степе­ нями деформации (Я.^30), изучали на полосах из спла­ ва Д16, технологические параметры прессования кото­ рых приведены в табл. 36.

Т а б л и ц а 36

Условия эксперимента

2 м/мин для полос размером 28X44, 14X35 и 12X27 мм и 1 м/мин для полосы размером 40ХЮ0 мм.

Для определения фактической температуры полос на выходе из очка матрицы и теплового эффекта от разо­ грева металла при разных методах прессования велась запись температуры в очке матрицы.

Образцы подвергали термической обработке в лабо­ раторных условиях. Закаливали их в селитровой ванне с последующим охлаждением в воде. Температура на­ грева под закалку составляла 500° С. Длительность вы­ держки при нагреве под закалку равнялась 1; 3; 5; 7; 10; 15; 30; 60; 120 и 300 мин.

Старение образцов во всех случаях естественное в те­ чение 10 суток. Широкий диапазон выдержек под закал­ ку был выбран для того, чтобы проследить за изменени­ ем механических свойств и определить выдержку (тШах), обеспечивающую максимальную прочность изделий от­ прессованных разными методами.

Многочисленными исследованиями [69, 70 и др.] бы­ ло показано, что максимальная прочность изделий из алюминиевых сплавов в направлении прессования мо­ жет быть получена в текстурованном состоянии (явле­ ние «пресс-эффекта»), для обеспечения которого необхо­

234

димо выполнение определенных условий при прессова­ нии и закалке. В работе [70] указывается, что тШах при закалке находится в зависимости от степени деформа­ ции при прессовании.

Таким образом, анализ степени упрочнения и разуп­ рочнения, вызванных процессом рекристаллизации при

бв,МН/пг(нгс/,'і,'і!)

Длительность нагреби лоб закалну, нон

,МН/м1(кг с /т г}

нагреве под закалку, может характеризовать процесс деформации при прессовании.

После термической обработки для определения влия­ ния метода прессования на качество изделий исследова­ лись механические свойства, макро- и микроструктура, определялась степень рекристаллизации рентгенострук­ турным анализом.

Испытание механических свойств на растяжение про­ водилось на круглых образцах, вырезанных с выходного конца полос из центра сечения.

235

На рис. 56 представлены кривые изменения предела прочности и относительного удлинения полос в зависи­ мости от времени выдержки под закалку.

При средних степенях деформации (А,= 10,8) сущест­ венного различия в ходе кривых не наблюдается. Они и для прямого, и для обратного прессования имеют очень пологий максимум.

Предел прочности интенсивно растет только в первые 30 мин, дальнейшее увеличение длительности нагрева под закалку практически не приводит к его изменению. Необходимо, однако, отметить, что нарастание предела прочности при обратном прессовании происходит с неко­ торым опережением по отношению к этой же характери­ стике полос, отпрессованных с прямым истечением, и до­ стигаемый максимальный уровень прочностных свойств 0в в этом случае несколько выше — па 5 МН/м2 (0,5 кгс/мм2) .

Увеличение коэффициента вытяжки до 27 приводит к ускорению процессов упрочнения и на кривых предела

пресования, по характеру также очень похожи.

Для полос, отпрессованных с обратным истечением, начальная восходящая часть кривой предела прочности немного круче и максимум прочности достигается не­ сколько раньше.

Однако разница в тщах в данном случае незначитель­ на. Достигнутый при этом максимальный уровень проч­ ностных свойств на 5—10 МН/м2 (0,5—1,0 кгс/мм2) боль­ ше при обратном прессовании. Это относится и к полосе размером 14X35 мм, отпрессованной па прессе усилием 12 МН (1200 тс), и к полосе размером 40ХЮ0 мм, от­ прессованной на прессе усилием 50 МН (5000 тс).

При увеличении коэффициента вытяжки до 41 проч­ ностные характеристики исследуемых полос сильно раз­ личаются.

Если в ходе кривых изменения механических свойств изделий, отпрессованных с А=10,8 и 27, не наблюдается существенного различия, то при высокой степени дефор­ мации прессованных полос картина изменения механи­ ческих свойств меняется. В этом случае максимумы на

236

Наступающее за максимумом разупрочнение при уве­ личении длительности нагрева под закалку в полосе, от­ прессованной с обратным истечением, происходит более глубоко, чем в той же полосе, отпрессованной с прямым истечением.

Так, снижение предела прочности при выдержке, рав­ ной 300 мин, для полос, отпрессованных с обратным исте­ чением, по сравнению с прямым прессованием составляет 30 МН/м2 (3 кгс/мм2), а по сравнению с его максималь­ ным значением 60 МН/м2 (6 кгс/мм2), тогда как для пря­

всех случаях отмечается незначительный подъем по мере увеличения длительности нагрева под закалку, однако заметной разницы в значении относительного удлинения в зависимости от метода прессования не наблюда­ ется.

Проведенный анализ кривых изменения механических свойств подтверждает сделанный ранее вывод о большей степени деформации в центральном сечении изделий с выходного конца при обратном прессовании по сравне­ нию с прямым прессованием.

Чтобы объяснить более глубокое разупрочнение по­ лос при обратном прессовании с большими степенями деформации и с длительной выдержкой при нагреве под закалку, был произведен дополнительный рентгенострук­ турный анализ, который подтвердил, что процессы ре­ кристаллизации при обратном прессовании протекают быстрее и проявляются в большей степени (рис. 57). На рис. 58 приведены фотографии макроструктуры исследу­ емых полос.

В полосах, отпрессованных с прямым истечением, ре­ кристаллизация происходит в основном в поверхностных слоях с образованием крупнокристаллического ободка. Ободок возникает уже при небольших выдержках (ме­ нее 15 мин). При увеличении выдержки рекристаллизо­ ванная зона расширяется. В центральном сечении полос при X = 10,8 и 27 на макрошлифах рекристаллизация не обнаруживается даже после пятичасового нагрева под закалку, и только при прессовании с Я = 41 происходит трансрекристаллизация.

В полосах, полученных обратным прессованием, ярко выраженного крупнокристаллического ободка не образу­

237

ется, структура по всему сечению полос равномерная, мелкозернистая.

Кривые па рис. 59 показывают изменение температу­ ры в очаге деформации при обоих методах прессования. Обратному прессованию присуща более низкая темпера-

Рис. 57. Рентгенограммы полос после выдержки при нагреве под закал­ ку 5 ч:

а — обратное прессование; б — прямое прессование

тура в очаге деформации, чем прямому. Эта закономер­ ность проявляется тем в большей мере, чем выше сте­ пень деформации. Так, разница температуры в очаге де­ формации между прямым и обратным методами истече­ ния составляет 5 град при К = 10,8, 15 град при А, = 27 и 27 град при А.= 41. Меньший разогрев металла в очаге

238

Рис. 58. Макроструктура полос размером 40X100 мм через каждые 500 мм от заднего конца. Выдержка при нагреве под закалку ЬО мин.

а — обратное прессование; б — прямое прессование

239

деформации при обратном прессовании является резер­ вом увеличения скорости прессования, которая во избе­ жание разрушения металла ограничена, как известно [71; 72], вполне определенным значением температуры для данного сплава в очаге деформации.

Рис. 59. Изменение температуры в очаге деформации при прессова­ нии полос с размерами:

Влияние метода прессования на равномерность свойств по длине изделия

Влияние метода прессования на равномерность меха­ нических свойств по длине изделий изучали на прутках из сплава АМгЗ. Была поставлена задача разработать технологию, обеспечивающую серийный выпуск прутков диаметром 25 мм, мерной длиной 2,5 м с разницей в

не менее 210 МН/м2 (21 кге/мм2) [по действующим стан­ дартам сгв= 180 МН/м2 (18 кге/мм2)].

Ранее проведенными работами [5, 6] установлено, что неоднородность структуры и неравномерность меха­ нических свойств прессованных изделий обусловливают­ ся неравномерностью деформации и изменением темпе­ ратуры металла в процессе прессования. На основании этого для уменьшения неравномерности свойств изделий обычно рекомендуется проводить прессование с доста­ точно большими степенями деформации. Для ряда ответ­

240

ственных изделий, особенно в том случае, когда невоз­ можно прессование с большими степенями деформации, применяют «двойное» прессование [5]. При этом значи­ тельно увеличивается общая деформация металла, но в то же время уменьшается предел прочности в долевом направлении вследствие частичного уменьшения прессэффекта.

Были опробованы следующие варианты технологии прессования:

1. Прессование с прямым истечением металла из ли­ той заготовки. .

2.«Двойное» прессование с прямым истечением.

3.«Тройное» прессование с прямым истечением, т. е. прессование прутков из заготовки, полученной «двой­ ным» прессованием.

4.Прессование с обратным истечением из литой заго­ товки.

Для работы были подобраны гомогенизированные слитки близкого химического состава.

Прессование по первому варианту вели на прессе уси­

лием 30 МН (3000 тс) из контейнера диаметром 270 мм в восьмиочковую матрицу с коэффициентом вытяжки 19,0. Температура слитка при прессовании находилась в пределах 380—390° С, температура контейнера составля­ ла 380°С, скорость истечения была равна 1,2—1,8 м/мин.

По второму II третьему вариантам прутки прессовали па прессе усилием 12 МН (1200 тс) из контейнера диа­ метром 122 мм в одноочковую матрицу с коэффициентом вытяжки 23,8.

Исходную заготовку для второго варианта получили прессованием прутка диаметром 115 мм на прессе уси­ лием 50 МН (5000 тс) из контейнера диаметром 360 мм с коэффициентом вытяжки 9,8.

Заготовку для третьего варианта получили прессова­ нием прутка диаметром 290 мм на прессе усилием 50 МН (5000 тс) из контейнера диаметром 500 мм с последую­ щим использованием его для прессования из контейнера диаметром 300 мм прутка диаметром 115 мм, который служил заготовкой для прутков диаметром 25 мм. Сум­ марный коэффициент вытяжки при «двойном» прессова­ нии был равен 207, при «тройном» прессовании 400.

Температурно-скоростные режимы прессования прут­ ков диаметром 25 мм но второму н третьему вариантам были такими же, как и при первом варианте.