Еволюція структури та властивостей сплаву A-Cu-Mg під час технологічного процесу «розлив-прокатка – гаряча деформація – термічна обробка»
DOI:
https://doi.org/10.30977/BUL.2219-5548.2024.107.0.54Ключові слова:
сплав Al-Cu-Mg, розлив-прокатка, гаряча деформація, зміцнення, старінняАнотація
Анотація. Проблема. Розлив-прокатка знижує капітальні витрати, економить енергію і зменшує експлуатаційні витрати порівняно з традиційними методами лиття. Проте алюмінієві сплави, що добувають методом розливу-прокатки, мають вузький інтервал кристалізації, що обмежує номенклатуру сплавів, які можна виробляти зазначеним методом. Наразі відсутня інформація про формування структури більш легованих алюмінієвих сплавів, зокрема сплаву 2024, який має широкий інтервал кристалізації. Також бракує інформації про вплив комплексу процесу "розлив-прокатка + гаряча прокатка + термічна обробка" на структуроутворення сплаву 2024, що ускладнює отримання продуктів із істотно покращеними механічними властивостями. Мета. Установлення раціональних параметрів технологічного процесу "розлив-прокатка + гаряча прокатка + термічна обробка" для забезпечення стабільного отримання листових заготовок зі сплаву 2024 із широким інтервалом кристалізації та підвищеними механічними властивостями. Методологія. Дослідження проводили на експериментальному двовалковому стані в умовах ФТІМС НАН України. Для вивчення впливу гарячої прокатки на структуру та механічні властивості сплаву зразки деформували на чотирициліндровому стані зі швидкістю прокатки 2 м/хв і температурою попереднього нагріву 400 °C. Для визначення впливу термічної обробки на формування структури сплаву 2024 після розливу-прокатки та гарячої деформації прокаткою було проведено термічну обробку за різними режимами. Мікроструктуру сплаву 2024 досліджували за допомогою оптичного мікроскопа AXIOVERT 200-MAT. Для визначення механічних характеристик матеріали випробовували на розтягнення на універсальній випробувальній машині UTM-100 згідно з ДСТУ EN 10002-1:2006. Результати. Установлення закономірностей впливу параметрів обробки в технологічному процесі «розлив-прокатка – гаряча деформація – термічна обробка» на структуру та властивості експериментального сплаву системи Al-Cu-Mg дало змогу досягти значного одночасного підвищення міцності (від ζB ≈ 200 МПа у литому стані до ζB ≈ 450 МПа) та пластичності (від δ = 0…2 % у литому стані до δ = 20…22 % після прокатки та термічної обробки). Новизна. Уперше в металургійній практиці отримано литу стрічку зі сплаву 2024 завтовшки 2 мм з широким інтервалом кристалізації 130 °C. Практичне значення. Механічні властивості стрічки зі сплаву 2024 перевищують наявні аналоги та значно перевершують вимоги стандарту. Матеріал може бути використаний в автомобільній, ракетобудівній та суднобудівній промисловості для високовідповідальних виробів завдяки підвищеній стійкості до руйнування, високій міцності та пластичності.
Посилання
Ji C., Huang H. A review of the twin-roll casting process for complex section products. ISIJ Int 60:2165–2175. https://doi.org/10.2355/ isijinternational.ISIJINT-2020-149
Barekar N. S., Dhindaw B. K. Twin-roll casting of aluminum alloys – an overview. Manufacturing Processes. Volume 29, 2014. Issue 6. 29:651–661. https://doi.org/10.1080/10426914.2014.912307
Zhu C., Zeng J., Wang W. (2022) Twin-roll strip casting of advanced metallic materials. Science China Technological Sciences. Volume 65, 2022. P. 493–518. https://doi.org/10.1007/s11431-020-1800-8
Jin J. W., Zhang Z. J., Li R. H., Li Y., Gong B. S., Hou J. P., Wang H. W., Zhou X. H., Purcek G., Zhang Z. F. Mechanical properties of three typical aluminum alloy strips prepared by twin-roll casting. Journal of Materials Research and Technology. Vol. 28, 2024, Р. 500–511. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.023.11.256
Neuser M., Kappe F., Ostermeier J., et al. Mechanical Properties and Joinability of AlSi9 Alloy Manufactured by Twin‐Roll Casting. Advanced Engineering
Materials. 2022. 24(10). https://doi:10.1002/adem.202200874
Zh. Wang, K. Carpenter, Zh. Chen, C. Killmore. The effect of cooling rate and coiling temperature on the niobium retention in Ultra-Thin Cast Strip steel. Materials Science and Engineering. Volume 700, 17 July 2017, P. 234–240. https://doi.org/10.1016/j.msea.2017.05.106
K. Carpenter, C. Killmore. The Effect of Nb on the Continuous Cooling Transformation Curves of UltraThin Strip CASTRIP© Steels. Metals. 2015, 5(4), P. 1857–1877. https://doi.org/10.3390/met5041857
Ashish Srivastava, C. Navaneetha at al. Rapid Solidification Techniques for Metal Processing: Microstructure and Properties. March 2024 E3S Web of Conferences. 505(38):01020. P. 1–9. https://DOI:10.1051/ e3sconf/202450501020
Shen, G., Xiang, Z., Ma, X at al. Investigation of Microstructures and Mechanical Properties of Ultra-High Strength Al-Zn-Mg-Cu Alloy Prepared by Rapid Solidification and Hot Extrusion. Metals. 2023, 13, 293. https://doi.org/ 10.3390/met13020293
Rolling of flat aluminum strips with tailored mechanical properties / O. Grydin, S. Bondarenko, M. Stolbchenko, M. Schaper. Materials Science Forum. Switzerland: Trans Tech Publications. 2016. Vol. 854. P. 87–92.
Структура і властивості литої стрічки зі сплаву Д16 в технологічному ланцюжку «валкова розливка – гаряча прокатка – термічна обробка» / А. В. Ноговіцин, А. С. Нурадинов, А. Г. Пригунова, В. З. Куцова, Т. А. Аюпова, І. А. Нурадинов. Металознавство і обробка металів. 2020. № 26(94). С. 49–59.
O. Grydin, M. Stolbchenko, F. Nürnberger, M. Schaper. Influence of hot deformation on mechanical properties and microstructure of a twin-roll cast aluminium alloy EN AW-6082. Journal of materials engineering and performance. 2014. № 3. P. 937–943.
О. V. Nogovitsyn, І. А. Nuradinov, D. О. Petrenko. To the question of the appearance of defects on the surface of the steel staff during roll casting. Met. lit'e Ukr. Vol. 28, No. 3 (322), p. 33–39, 2020, doi: 10.15407/steelcast2019.10.064.
Staszczyk, A., Sawicki, J., Kołodziejczyk, Ł., Lipa, S. Nanoindentation Study of Intermetallic Particles in 2024 Aluminium Alloy. Coatings. 2020, 10, 846. https://doi.org/10.3390/ coatings1009084
