Технические науки-1

Леднянский А.Ф., Кошелева И.Ю.

Днепропетровский национальный университет им. О.Гончара

Получение горячештампованного материала из порошков сплава В95

Отличительной особенностью алюминия и его сплавов являются хорошие механические свойства, малая плотность, высокая удельная прочность, хорошие технологические свойства и отличная коррозионная стойкость. Алюминиевые сплавы получили широкое применение в авиации и ракетной технике. Украина – государство с развитыми отраслями аэро- и ракетостроения и поэтому имеется необходимость в освоении технологии получения высокопрочных деформируемых алюминиевых сплавов.

Исследована возможность получения горячештампованных полуфабрикатов из быстроохлажденных порошков сплава В95.

Деформируемые сплавы типа В95, полученные из быстроохлажденных порошков имеют дополнительный эффект упрочнения из-за наличия дисперсных частиц интерметаллидных фаз переходных металлов и нерастворимых фаз.

Порошки сплава получены распылением струи жидкого металла водой высокого давления, поверхность порошка представляет собой плёнку гидрооксидов алюминия, содержащую значительное количество адсорбированной и кристаллизационной воды.

Процесс горячей штамповки осуществлялся на прессе ударного действия модели ФБ 1732 при усилии 160т. Холодное прессование заготовок для динамического горячего прессования проводили на гидравлическом прессе марки П-125 при давлениях от 0,2 до 0,6 ГПа. Нагревали заготовки в печи СНО-1,6. Термогравиметрический анализ порошка осуществляли на приборе «Derivatograph -1500». Эталон – Al₂O₃.

Результаты термогравиметрического анализа показывают, что потеря кристаллизационной влаги происходит до 430⁰С, т.е. при температурах, при которых уже наблюдается значительное окисление порошка и существенное увеличение толщины кристаллической оксидной плёнки. Окисление порошковой заготовки возможно кислородом через поровое пространство. С целью снижения степени окисления необходимо уменьшить объем порового пространства при сохранении значительных долей открытой пористости. Выделяющаяся в закрытых порах кристаллизационная влага приводит к усиленному локальному окислению и разрушению материала. По результатам исследований было выбрано давление холодного прессования - 0,6 ГПа.

С целью устранения вредного влияния оксидной пленки в шихту вводят добавки меди, магния и цинка, которые образуют с алюминием легкоплавкие эвтектики, диспергирующие кристаллическую оксидную пленку, что приводит к существенному повышению конструкционной прочности.

Эвтектики с магнием и медью образуются при температурах, существенно более высоких (450 и 548⁰С соответственно), чем температура предполагаемого нагрева под штамповку - 430⁰С, поэтому в данной работе в качестве добавки использовали порошок цинка в объёмах, позволяющих не выходить за пределы марочного состава – в количестве 2% по массе.

Шихту смешивали в смесители типа «пьяная бочка». Порошок прессовали при давлении 0,6 ГПа, полученные заготовки помещали в нагретую до 435⁰С печь и выдерживали в течение 20 минут. Затем образцы переносили в закрытую пресс-форму, и деформировали методом ударного прессования.

После штамповки образцы имели следующие механические характеристики: предел прочности σ_в=400 МПа , предел текучести σ₀₂=340 МПа и относительное удлинение до 5%. Полученные свойства соответствуют свойствам промышленного сплава В95 после горячей деформации (без термообработки).

Термообработка штамповок порошкового алюминиевого сплава В95 состояла из закалки и естественного старения. Образцы под закалку выдерживали при температуре 410⁰С в течение 30 мин с последующим охлаждением в воде. Механические свойства естественно состаренных образцов определяли через 24 ч после закалки.

После термической обработки образцы имели следующие механические характеристики: предел прочности σ_в=490 МПа , предел текучести σ₀₂=430 МПа , относительное удлинение до 2,4%.

Металлографическими исследованиями образцов выявлены участки материала, имеющие выделения вторичных фаз по границам зерен. Принимая во внимание технологию получения заготовок, можно предположить, что причиной пониженной пластичности материала после термообработки являются выявленные фазы, образованные твёрдым раствором на основе цинка, которые не удалось гомогенизировать во время закалки. Оптимизация режимов закалки и старения позволит достичь значительно более высокого комплекса механических характеристик.

В результате проведенных исследований показана принципиальная возможность получения штамповок из порошкового сплава В95 и подтверждено обоснование выбора технологических параметров процесса.

Литература:

1.Левочко К.В., Леднянский А.Ф. Исследования процессов образования гидрооксидных пленок на поверхности водораспыленных алюминиевых порошков //Космічні наука і технологія, - 2005 –Т. 11, №1. – С. 48-50.

2.Сорока М.Ю., Ісаєнкова О.С. Дослідження умов одержання водорозпорошеного порошку сплаву Al-Cu-Si-Mg на механічні властивості гарячедеформованого матеріалу // IX Міжнародна науково-практична конференція «Людина і космос» ; Збірник тез. – Дніпропетровськ: НЦАОМУ, 2007. – С. 385

3.Уэндландт У. Термические методы анализы. М.: Мир, 1978. – 526 с.

4.Белов Н.А. Эвтектические структуры в сплавах на основе твердого раствора системы Al-Zn-Mg-Cu / Н.А. Белов, Э.В. Тачнев // Изв. вузов. цветная металлургия. – 1991. – №2 – С.95-98