УДК 669.715:621.4.047
РАЗВИТИЕ ПРОИЗВОДСТВА АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ AA5754 С РАЗЛИЧНЫМ СОДЕРЖАНИЕМ МАГНИЯ ПРИ СОВМЕЩЕННОМ ЛИТЬЕ И ПРОКАТКЕ
© Turbalioglu Koray1, e-mail: koray.turbalioglu@zahit.com.tr; Sun Yavuz2, PhD, e-mail: ysun@karabuk.edu.tr; Türen Yanus2, PhD, e-mail: yturen@karabuk.edu.tr
1 Zahit Alüminyum Sanayi ve Ticaret A.§. Turkey, Adana
2 Karabük University, Engineering Faculty, Department of Metallurgical and Materials Engineering. Turkey, Karabük
Статья поступила 04.03.2015 г.
Проведена оценка влияния содержания магния и различных термомеханических режимов обработки на формирование структуры листового алюминиевого сплава АА5754, произведенного по технологии бесслитковой прокатки. Литые листы из сплава АА5754 с содержанием магния 2,8; 3,0 и 3,2 мас. % толщиной 6 мм подвергаются холодной прокатке до толщины 1 мм. Изучены три режима термомеханической обработки и отжига для получения сплава АА5754. Образцы, полученные по данной технологии, испытаны на прочность.
Размер зерен и их распределение в структуре готовых листовых заготовок определяли по стандартной методике. При повышении содержания магния в образцах диаметр зерен заметно уменьшался. Все образцы, полученные по дополнительной технологической схеме с применением гомогенизирующей термической обработки на стадии окончательного отжига, имели максимальную пластичность, а также более высокие значения предела прочности и предела текучести чем у образцов, полученных при использовании других схем производства и изменении содержания магния.
Ключевые слова: алюминий; бесслитковая прокатка; сплав АА5754; термомеханические процессы.
Совмещенный процесс литья и прокатки (бесслитковая прокатка) имеет более гибкую и упрощенную технологическую схему при более низких капитальных затратах по сравнению с традиционным непрерывным литьем слитков, что создает более благоприятные условия для производства листовых заготовок и фольги [1]. Уменьшение толщины литой заготовки при бесслитковой технологии приводит и к повышению производительности [2, 3] благодаря исключению нескольких этапов прокатки. Этим вызван интерес к данной технологии [4]. До настоящего времени предпринимались значительные усилия, направленные только на оптимизацию параметров литья для повышения качества отливаемых листовых заготовок [5-7], и практически ничего не делалось для повышения эффективности последующих стадий производственного цикла.
Совмещенный процесс литья и прокатки является альтернативой технологии классического непрерывного литья слитков. Преимущество бесслитковой технологии - более короткий производственный цикл, в котором сочетается литье и динамическая деформация, позволяющая снизить толщину листов до нескольких миллиметров всего за один проход [4, 5]. Однако более короткая
технология исключает некоторые возможности мониторинга или корректировки формирования микроструктуры. Таким образом, особое внимание должно уделяться параметрам бесслитковой технологии литья, что отмечается в работах некоторых авторов [8, 9].
Скорости охлаждения во время кристаллизации алюминиевых листовых заготовок в 2-3 раза выше, чем при классическом непрерывном литье, и, как следствие, микроструктура и механические свойства заготовок, полученных по бесслитковой и классической технологиям, различаются. Градиент температуры у поверхности значительно больше по сравнению с наблюдаемым внутри слитка, следовательно, локальное время кристаллизации и микроструктура различаются по толщине литой заготовки. Из-за высокой скорости охлаждения степень пересыщения легирующими элементами значительно выше, а размер и объемная концентрация первичных частичек кристаллизации меньше, чем при непрерывном литье. Легирующие элементы, оставшиеся в твердом растворе, препятствуют движению дислокаций в процессе холодной прокатки, в результате формируется плотная сетка дислокаций. Во время отжига происходит зарождение мелкодисперсных зерен в этой сетке, стабилизируется структура субзерен и приостанавливаются последующие их восстановление и рекристаллизация [10].
Формирование мелкодисперсных зерен и кинетика их трансформации оказывают значительное влияние на характер окончательной рекристаллизации [11, 12]. Необходимо отметить, что свойства микрострук-
туры в дальнейшем изменяются при различных скоростях охлаждения по толщине литой заготовки и соответственно различаются в конечной рекристаллизованной микроструктуре.
Алюминиевые сплавы используются в автомобильной промышленности благодаря оптимальному комплексу их свойств - плотности, прочности и пластичности. Листы из сплава ЛЛ5754 используются в автомобильной, авиационной, кораблестроительной, строительной и машиностроительной отраслях благодаря их низкой плотности, простоте обработки, высокой коррозионной стойкости, пластичности при приемлемом уровне механических свойств.
В последние годы были проведены многочисленные НИР и ОКР, связанные с бесслитковой технологией, что привлекло внимание к использованию алюминия во многих отраслях, в том числе автомобилестроении. Снижение массы кузова автомобилей имеет важное значение для повышения эффективности использования топлива и динамики автомобиля [12, 13].
Однако до настоящего времени не проводились исследования листовых заготовок из сплава ЛЛ5754, полученных по бесслитковой технологии в промышленных условиях. В представленной работе листовые заготовки из этого сплава изучали детально, исходя из условий их использования на предприятиях автомобильной отрасли. НИР и ОКР по исследованию сплава ЛЛ5754 продолжают проводиться именно для этой отрасли.
Исследованы свойства трех листов из сплава ЛЛ5754 с различным содержанием магния, полученных методом бесслитковой прокатки при различных режимах термомеханической обработки. Были получены листы толщиной 1 мм с заданными механическими свойствами путем изменения режимов холодной прокатки, температуры и времени отжига.
Технология и методы эксперимента. На рис. 1 показана схема расположения валков при бесслитковой технологии производства листа. Жидкий металл поступает через литниковую систему в насадку, равномерно распределяющую расплав между двумя водоохлаждаемыми валками-кристаллизаторами. Насадка обеспечивает равномерное распределение температуры по ширине литой полосы. Расплав имеет форму стрелки с лунками сверху и снизу для обеспечения контакта с валками. Лунки образуются вследствие действия внутреннего давления расплава, а также силы тяжести и поверхностной энергии при контакте жидкого металла с атмосферой. Глубина лунки
зависит от скорости охлаждения, интервалов затвердевания сплава и параметров литья, таких как толщина заготовки (t) и скорость литья (и) [7].
Зеренная структура зарождается в квазиравновесной двухфазной зоне, при выделении в окружающий расплав скрытой теплоты происходит рост зерен. Такие равноосные зерна продолжают расти до момента контакта с фронтом кристаллизации, и сразу после этого отводимое тепло передается через твердый металл водоох-лаждаемым валкам. Скорость выделения тепла затем существенно повышается, а рост кристаллов происходит перпендикулярно фронту кристаллизации. Таким образом формируется двухфазная структура литой заготовки, состоящая из крупных дендритных областей с присоединенными пограничными ячейками. Измельчение зерна достигалось введением модификатора AlTi5B1; размер зерна также зависит от протяженности зоны непрерывного охлаждения расплава, движущей силы зарождения кристаллов и распределения температуры в расплаве. Эти два фактора зависят от режима литья [7].
В процессе кристаллизации в зазоре валков литая заготовка подвергается динамической деформации до достижения необходимой толщины. Уменьшение толщины в литейной машине составляет 30-60% в зависимости от диаметра валков и времени выдержки в зазоре, т.е. расстояния до литниковой насадки. В процессе деформации размер зерен значительно изменяется, возникает полосчатая структура, зерна располагаются горизонтально [7].
Методика эксперимента. Исследовали образцы листового проката из металла с различным содержанием магния (2,8; 3,0 и 3,2%), полученные по трем различным технологическим схемам процесса кристаллизации и формирования структуры. Три заготовки произведены в компании Teknik Aluminum Co в £orlu на лабораторном стане холодной прокатки. Гомогенизирующй отжиг, термообработку и окончательный отжиг заготовки
Таблица 1. Химический состав сплава AA5754 и образцов
Сплав Содержание элементов, мас. %
Si Fe Cu Mn Mg Zn Ti Al
AA5754 (EN 573) 0,4 0,4 0,1 0,5 2,6-3,6 0,2 0,15 Остальное
2,8% Mg 0,182 0,319 0,031 0,095 2,891 0,004 0,036 96,376
3,0% Mg 0,185 0,319 0,03 0,059 3,049 0,004 0,033 96,292
3,2% Mg 0,188 0,314 0,028 0,047 3,216 0,004 0,032 96,172
Таблица 2. Технологические режимы процесса производства полосы из исследованных сталей
Технологические схемы
№ 1 № 2 № 3
Холодная прокатка с 6,00 до 4,50 мм Холодная прокатка с 6,00 до 4,50 мм Холодная прокатка с 6,00 до 3,50 мм
Гомогенизирующий отжиг Гомогенизирующий отжиг Термообработка
Холодная прокатка с 4,50 до 1,00 мм Холодна я прокатка с 4,50 до 2,00 мм Холодная прокатка с 3,50 до 1,00 мм
Окончательный отжиг Термообработка Окончательный отжиг
Холодная прокатка с 2,00 до 1,00 мм
Окончательный отжиг
производили в лабораторной печи. Весь процесс обработки производили в азотной атмосфере с содержанием кислорода 0,3-0,5%. Гомогенизирующий отжиг производили при 450 °С в течение 8 ч. Температуру окончательного отжига заготовки определяли по результатам механических испытаний на растяжение образцов, отобранных от заготовок после холодной прокатки. По окончании всех процессов металл соответствовал состоянию Н0. В табл. 1 приведен химический состав стандартного сплава AA5754 и исследованных образцов, в табл. 2 - технологические режимы производственного процесса.
Механические свойства определяли для каждого из образцов и каждой технологической схемы. Были определены предел прочности при растяжении, предел текучести, а также относительное удлинение. Прочность при растяжении определяли с использованием разрывной машины Zwick Ro
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.