Дослідження формозміни та напруженого стану при вільному куванні заготовок із алюмінієвого сплаву з питомою міцністю більше 120 м²/с²

Abstract

Застосування в сучасній промисловості нових матеріалів з особливими властивостями, наприклад, питома міцність яких 120 м²/с², найактуальніше завдання. Одними з таких матеріалів є високоміцні алюмінієві сплави системи Al-6%Mg, які додатково леговані скандієм. Наявність зниженої пластичності в традиційних умовах деформації призводить до складності/неможливості їх обробки, що пов'язано з можливою появою гарячих тріщин. Сучасні технології деформаційної обробки високоміцних сплавів включають в себе операції попередньої обробки литої структури – гомогенізації, і проміжну термічну обробку – відпал. Використання зазначених технологічних операцій при виробництві готових виробів призводить до суттєвого підвищення їх собівартості. Використання операцій вільного кування в якості попередньої обробки литої структури перед прямим пресуванням дозволить уникнути витрат на термічну обробку матеріалу. Виконано дослідження формозміни і напруженого стану металу при вільному куванні заготовок з алюмінієвого сплаву Al-6%Mg, які леговані скандієм. Для досягнення зазначеної мети в роботі поставлені наступні задачі: створення математичної моделі операцій осадження і «протягання»; аналіз формозміни заготовок, отриманих при моделюванні, шляхом порівняння з експериментальними даними; дослідження напруженого стану металу з метою оцінки можливого пропрацювання структури металу. Дослідження операцій осадження і протягання проведено для умов: температура нагріву заготовки – 400 °С; температура робочого інструмента – 200 °С; устаткування – пневматичний молот зі швидкістю переміщення інструменту 6000 мм/с. Аналіз формозміни заготовок показав високу точність математичної моделі, відносна похибка якої не перевищує 5%, в порівнянні з експериментальними даними. Встановлено, що спільне використання операцій осадження і подальше протягання призводить до суттєвого пропрацювання металу, однак, в свою чергу, і носить негативний характер – можлива поява тріщин в центральній області зразка, що пов'язано з виникненням високих за величиною напружень, що розтягують.The use of new materials with special properties in modern industry, for example, the specific strength of which is 120 m²/sec², is the most actual task. One of such materials are high-strength aluminum alloys of the Al-6%Mg system, which are additionally alloyed with scandium. The presence of reduced ductility in traditional deformation conditions leads to the complexity/impossibility of their processing, which is associated with the possible appearance of hot cracks. Modern technologies of deformation processing of high-strength alloys include pretreatment operations of the cast structure – homogenization, and intermediate heat treatment – annealing. The use of these technological operations in the production of finished products leads to a significant increase in their cost. The use of free forging operations as a pretreatment of the cast structure before to direct extrusion will avoid the cost of heat treatment of the material. The study of the form-changes and stress state of the metal in the free forging of billets of aluminum alloy Al-6%Mg, which are alloyed with scandium was done. To achieve this goal in the work set tasks: the creation of a mathematical model of operations upsetting and forging drawing; analysis of the form-changes of the billet which obtained in the simulation, by comparison with experimental data; study of the stress state of the metal in order to assess the possible pretreatment of the metal structure. The investigations of the operations upsetting and forging drawing were carried out for the following conditions: the heating temperature of the billet is 400 °C; working tool temperature is 200 °С; equipment is a pneumatic hammer with a tool displacement speed of 6000 mm/s. The analysis of the form-changes billets showed a high accuracy of the mathematical model, the relative error of which does not exceed 5% in comparison with the experimental data. It has been established that the joint use of upsetting and forging drawing leads to a substantial averaging of the metal structure, however, in turn, and is negative – the possible appearance of cracks in the central zone of the sample, which is associated with the occurrence of high tensile stresses.