Разработка технологии получения и исследование реологических свойств деформированных полуфабрикатов из сплавов систем Al-Mg и Al-Fe с применением методов совмещенной обработки

ВВЕДЕНИЕ ……………………………………………………………………………………………………………… 4
ГЛАВА 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР ………………………………………………………………………….. 8
1.1 Анализ требований, выбор материалов и технологий для проведения исследований 8

1.2 Применение инженерных программных комплексов для моделирования и расчета
параметров совмещенных процессов …………………………………………………………………….. 15

1.3 Анализ результатов исследований процессов совмещенной обработки различных
алюминиевых сплавов …………………………………………………………………………………………. 18

1.4 Методы и оборудование для определения реологических свойств металла …………. 23

1.5 Выводы и постановка задач …………………………………………………………………………….. 27

ГЛАВА 2 ИССЛЕДОВАНИЕ РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ИССЛЕДУЕМЫХ СПЛАВОВ И
ОЦЕНКА ЭНЕРГОСИЛОВЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ИХ СОВМЕЩЕННОЙ
ОБРАБОТКИ ………………………………………………………………………………………………………….. 29
2.1 Исследование сопротивления деформации полуфабрикатов, полученных совмещенными
способами обработки из алюминиевых сплавов методом кручения …………………………. 29

2.2 Вывод уравнений связи реологических свойств алюминиевых сплавов ………………. 33

с параметрами горячего деформирования ……………………………………………………………… 33

2.3 Определение энергосиловых параметров процесса совмещенной прокатки-прессования
для исследуемых сплавов алюминия …………………………………………………………………….. 34

2.4 Выводы по главе ……………………………………………………………………………………………. 41

ГЛАВА 3 КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА СПП ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ
ПОЛУФАБРИКАТОВ ИЗ ИССЛЕДУЕМЫХ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ ………………. 43
3.1 Характеристика модельного эксперимента и анализ формоизменения металла …… 43

3.2 Анализ температурно-скоростных условий для сплавов АМг6, АВ87, 8176 на установке
СПП-200 с разными катающими диаметрами валков ……………………………………………… 48

3.3 Анализ температурно-скоростных условий состояния для сплава АМг6 на установке
СПП-400 с одинаковыми диаметрами валков ………………………………………………………… 55

3.4 Выводы по главе ……………………………………………………………………………………………. 59

ГЛАВА 4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА СОВМЕЩЕННОЙ
ОБРАБОТКИ СПЛАВОВ АМГ6, АВ87, 8176…………………………………………………………….. 61
4.1 Новые технические решения по конструкции оборудования для совмещенной обработки
металла ………………………………………………………………………………………………………………. 61

4.2 Методика проведения исследований………………………………………………………………… 66

4.3 Экспериментальные исследования структуры и свойств деформированных
полуфабрикатов из сплава АМг6, полученных совмещенными методами обработки … 75

4.4 Экспериментальные исследования структуры и свойств деформированных
полуфабрикатов из сплава АВ87, полученных совмещенными методами обработки …. 80

4.5 Экспериментальные исследования структуры и свойств деформированных
полуфабрикатов из сплава 8176, полученных совмещенными методами обработки ….. 87

4.6 Выводы по главе ……………………………………………………………………………………………. 94

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ………………………………………………………………………………………………………. 96
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ……………………………………………………… 98
ПРИЛОЖЕНИЕ А ……………………………………………………………………………………………… 108

ПРИЛОЖЕНИЕ Б ……………………………………………………………………………………………… 109

ПРИЛОЖЕНИЕ В ……………………………………………………………………………………………… 110

Изготовление длинномерных полуфабрикатов из алюминиевых сплавов систем Al-Mg и
Al-Fe имеет тенденцию роста потребления, что подтверждается растущим интересом со сторо-
ны металлургических предприятий, которые начинают внедрять у себя на предприятиях со-
вмещенные методы обработки. Однако этот рост сдерживается из-за отсутствия технологиче-
ских режимов их обработки и оборудования, позволяющего реализовать данную технологию. В
связи с этим были выполнены исследования, на основе которых создана технология совмещен-
ной обработки алюминиевых сплавов АМг6, АВ87 и 8176 и проведено изучение реологических
свойств деформированных полуфабрикатов, полученных по этой технологии.
На основании выполненных исследований сделаны выводы и получены следующие ос-
новные результаты.
1. Проведен анализ конструкций оборудования и методик по определению реологи-
ческих свойств алюминиевых сплавов, предложено техническое решение, защищенное патен-
том РФ № 130708, на основе которого изготовлена и применена для исследований установка на
кручение.
2. Изучены реологические свойства сплавов АМг6, АВ87, 8176, получены уравнения
для определения сопротивления деформации исследуемых сплавов в зависимости от темпера-
туры, скорости и степени деформации для условий горячего прессования.
3. С использованием реологических характеристик для исследуемых сплавов созда-
на компьютерная модель и проведено 3D моделирование процесса совмещенной прокатки-
прессования для анализа формоизменения и напряженно-деформированного состояния металла
при различных температурно-скоростных параметрах процесса.
4. В результате моделирования установлено, что для сплавов АВ87 и 8176 измене-
ние скорости деформации, в отличие от сплава АМг6, незначительно влияет на технологиче-
ские параметры обработки, а технологический режим регламентируется только возможностями
установки. Для получения деформированных полуфабрикатов диаметром 9 мм из сплава АМг6
методом совмещенной прокатки-прессования в промышленных условиях на установке СПП-
400 с вытяжкой μ = 9,6 рекомендован следующий режим обработки: температура нагрева заго-
товки 450 °С; температура нагрева инструмента 200 °С; скорость вращения валков 2,4 об/мин.
5. Разработаны новые технические решения по конструкциям оборудования для со-
вмещенной прокатки-прессования, защищенными патентами №138590 и №156613, которые по-
зволяют расширить технологические возможности процесса и повысить его реализуемость.
6. Проведены экспериментальные исследования по получению опытных партий
длинномерных деформированных полуфабрикатов из исследуемых сплавов методом совме-
щенной обработки в лабораторных и промышленных условиях и изучены их структура и свой-
ства.
7. Предложенная на основании результатов моделирования технология совмещен-
ной обработки для сплава АМг6 (системы Al-Mg) на установке СПП-400 с вытяжкой μ = 9,6
прошла промышленную апробацию на предприятии ООО «Завод современных материалов» г.
Красноярск (см. Приложение А) и позволяет получать качественные деформированные полу-
фабрикаты, свойства которых отвечают требованиям ГОСТ 7871-75.
8. Полученные в результате экспериментальных исследований деформированные
полуфабрикаты диаметром 9 мм из сплава АВ87 имеют относительно высокие пластические
свойства, которые позволяют использовать их в качестве прутка-раскислителя в сталях, осуще-
ствляя подачу из смотанной бухты;
9. Применение метода совмещенной обработки для алюминиевого сплава 8176 (сис-
темы Al-Fe) целесообразно производить методом бесслитковой прокатки-прессования с после-
дующим отжигом при температуре 550±5 °С в течение 11,5 часов, что позволяет получать де-
формированные полуфабрикаты, которые в отожженном состоянии соответствуют требовани-
ям, предъявляемым международными стандартами как по химическому составу, так и по меха-
ническим и электрофизическим свойствам.
10. Результаты исследований внедрены в учебный процесс СФУ (Приложение В) и
использовались при проектировании промышленной установки совмещенной обработки
СЛИПП-4 на Иркутском алюминиевом заводе.