RU2650217C1 - Способ подавления деформационных полос на поверхности алюминий-магниевых сплавов - Google Patents

Способ подавления деформационных полос на поверхности алюминий-магниевых сплавов Download PDF

Info

Publication number
RU2650217C1
RU2650217C1 RU2016144125A RU2016144125A RU2650217C1 RU 2650217 C1 RU2650217 C1 RU 2650217C1 RU 2016144125 A RU2016144125 A RU 2016144125A RU 2016144125 A RU2016144125 A RU 2016144125A RU 2650217 C1 RU2650217 C1 RU 2650217C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
deformation
current
aluminium
workpiece
bands
Prior art date
Application number
RU2016144125A
Other languages
English (en)
Inventor
Александр Анатольевич Шибков
Михаил Александрович Желтов
Александр Евгеньевич Золотов
Андрей Александрович Денисов
Михаил Фахраддинович Гасанов
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина" filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина"
Priority to RU2016144125A priority Critical patent/RU2650217C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2650217C1 publication Critical patent/RU2650217C1/ru

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22FCHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/04Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
    • C22F1/047Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon of alloys with magnesium as the next major constituent

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electroplating Methods And Accessories (AREA)

Abstract

Изобретение относится к обработке давлением металлических сплавов системы алюминий-магний, демонстрирующих прерывистую деформацию и локализацию деформации в полосах, вызывающих преждевременную коррозию и разрушение этих сплавов. Способ подавления деформационных полос на поверхности заготовок из алюминий-магниевых сплавов в процессе обработки давлением включает пропускание через заготовку при ее обработке давлением электрического тока, при этом предварительно в течение не менее 0,8 с заготовку обрабатывают током плотностью не менее 60 А/мм2, после чего в момент зарождения деформационной полосы, определяемый по отрицательному скачку напряжения длительностью 1 мс, через заготовку пропускают прямоугольный импульс тока амплитудой 60 А/мм2. Изобретение позволяет снизить затраты электроэнергии при металлообработке, повысить качество обрабатываемой поверхности и увеличить долговечность алюминий-магниевых сплавов, применяемых при производстве автомобилей и авиационной техники. 3 ил.

Description

Изобретение относится к способам обработки алюминиевых сплавов, включающим механическую обработку давлением с одновременным приложением импульсного электрического поля с целью подавления механических неустойчивостей сплава под давлением, вызывающих образование деформационных полос на поверхности конечного продукта.
Существует несколько видов обработки металлов и полупроводников на основе процесса давления - прокатка, штамповка, волочение и плющение, где для повышения производительности и качества обработки может быть использован электропластический эффект (ЭПЭ) (Троицкий О.А., Баранов Ю.В., Авраамов Ю.С., Шляпин А.Д. Физические основы и технологии обработки современных материалов, том 1 и том 2. - Москва-Ижевск, Институт компьютерных исследований, 2004 г.).
Настоящее изобретение относится к алюминиевым сплавам, проявляющим в условиях механической обработки давлением прерывистую деформацию, известную как эффект Портевена-Ле Шателье (ПЛШ). Полосы локализованной деформации, связанные с прерывистой деформацией, ухудшают качество поверхности промышленных изделий и вызывают преждевременную коррозию и внезапное разрушение.
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ обработки металлов по патенту России №2544721 (Кл. C22F 1/047, публикация 20.03.2015), включающий механическую обработку заготовки из листового сплава Al-Mg с одновременным пропусканием постоянного тока низкой плотности 20-30 А/мм2.
Недостаток этого способа - отсутствие оптимального сочетания диапазона плотности тока, длительности пропускания постоянного тока и температурно-скоростных условий деформирования. В частности, ток пропускается по заготовке в течение всего времени деформирования, даже на участках деформационной кривой, на которых в отсутствие тока прерывистая деформация не наблюдается, что также ограничивает возможности метода.
Технической задачей предлагаемого решения является оптимизация условий электротоковой обработки промышленных сплавов Al-Mg, применяемых при производстве авиакосмической техники и автомобилей, с целью снижения затрат на электроэнергию, улучшения качества поверхности промышленных изделий, увеличения долговечности алюминий-магниевых сплавов без потери прочности и пластичности.
Апробация способа производилась на промышленном алюминий-магниевом сплаве АМг5, который в отсутствие тока демонстрирует прерывистую деформацию ПЛШ. Образцы в виде двухсторонних лопаток с размером рабочей части 6×3×0.5 мм вырезали машинным способом из листового проката вдоль направления холодной прокатки. После отжига при 420°C и закалки на воздухе средний размер зерна составил около 10 мкм.
Испытания на растяжение с постоянной скоростью деформирования проводили в жесткой испытательной машине Instron (модель 3344). При испытании в жестком режиме прерывистая деформация проявляется в виде повторяющихся скачков разгрузки амплитудой 5-15 МПа. Для исследования влияния электрического тока на прерывистое течение образец электрически изолировали от испытательной машины с помощью захватов из плавленого кварца. В качестве источника тока использовали низковольтный (5В) источник постоянного тока SE-600-5 с ограничительным сопротивлением - балластным реостатом РБ-306П. Процессы полосообразования и распространения локализованной деформации на поверхности плоского образца контролировали с помощью высокоскоростной видеокамеры VS-FAST/G6 (НПО Видеоскан). Скачки нагрузки измеряли с помощью тензодатчика Zemic A3-C3-100kg-3V с чувствительностью 1.5 мкВ/Н в полосе частот 0-2 кГц.
Схема эксперимента представлена на Фиг. 1. Образец 1 растягивали с постоянной скоростью
Figure 00000001
Импульсный сигнал тензодатчика 2, вызванный резким скачком разгрузки, запускает генератор прямоугольных импульсов тока 3 с помощью блока управления 4, который включает блок задержки на время td (0.1-1000 мс) между запускающим импульсом от тензодатчика и импульсом тока, и генератор прямоугольных импульсов тока с заданной амплитудой (~10-110 А), длительностью переднего фронта
Figure 00000002
и крыши τ (0.1-10 с) порядка и больше длительности скачка напряжения. Прямоугольный импульс тока пропускался через деформируемый образец во время ожидания скачка деформации с целью его подавления. Основанием для такого способа является обнаруженный авторами эффект подавления постоянным током прерывистой деформации ПЛШ (Патент РФ №2544721).
Принципиальная схема блока управления показана на Фиг. 2. Для формирования импульсов тока использовался мощный источник постоянного тока напряжением 5 В с максимальным током до 110 A (Mean Well SE-600-5). Ток коммутировался с помощью полевого транзистора IRFP064N, управление которым осуществлялось по цепи затвора напряжением 12 В. Длительность крыши импульсов в экспериментах варьировалась с дискретностью 1 или 10 мс.
Амплитуда скачка сигнала тензодатчика в момент формирования первичной полосы деформации, как правило, составляет 60-200 мВ. Формирование прямоугольного импульса тока производилось относительно этого момента. Ядром устройства, схема которого приведена на Фиг. 2, является микропроцессор, управляющий дисплеем и выполняющий выбранную программу. Выбор из нескольких заложенных программ, отличающих временными характеристиками формируемого токового импульса и его моментом начала действия относительно скачка, производится кнопками S2 и S3. Номер программы и устанавливаемые временные соотношения индицируются на дисплее DIS1. Для приведения устройства в исходное состояние предназначена кнопка S1.
Запуск программы производится по сигналу тензодатчика, подаваемого на коннектор J3. Его обработка происходит в компараторе IC2A с регулируемым порогом срабатывания. Его величина устанавливается с помощью регулировки R6 и составляет 30 мВ. Управление включением/выключением коммутирующего полевого транзистора осуществляется компаратором с открытым коллектором ICЗА. Благодаря этой его особенности стало возможным при 5-вольтовом питании компаратора получить на его выходе 12-вольтовые импульсы (коннектор J2). Его выход предназначен для работы с высокоомной нагрузкой, которой является затвор полевого транзистора. Логический уровень сигнала на выходе J5 определяется логикой исполняемой программы. Вывод обеспечивает втекающий/вытекающий ток до 20 мА при напряжении 5 В. Обеспечение устройства необходимыми напряжениями на 5 В и 12 В производится соответствующими внешними источниками питания. Потребление тока по 5В не превышает 50 мА, по 12В - не более 10 мА.
Скоростная видеосъемка, синхронизированная с сигналом силового отклика σ(t), показывает, что стадия зарождения полосы деформации и ее быстрое распространение через сечение образца сопровождается резким отрицательным скачком напряжения (скачком разгрузки) длительностью ~1 мс. Генератор прямоугольного импульса тока запускается от скачка сигнала тензодатчика по достижении этим сигналом порогового значения. Поскольку в отсутствие электротоковой обработки амплитуда скачков разгрузки растет с ростом деформирующего напряжения, то варьированием порогового значения тензосигнала можно контролировать стадию деформирования, в которой генератор прямоугольного импульса тока включается от некоторого i-го скачка, амплитуда которого превысила порог запуска генератора. Таким образом, установкой порога срабатывания можно настроить устройство на подавление, например, только самых крупных скачков - скачков типа C, которые сопровождаются возникновением нераспространяющихся (статических) полос деформации, наиболее опасных для прочности сплава.
В примере, представленном на Фиг. 3, длительность крыши прямоугольного импульса тока устанавливали приблизительно равной или больше среднего времени между скачками, т.е.
Figure 00000003
для исследования возможности этим импульсом тока подавить следующий i+1-й скачок деформации или несколько последующих скачков, а время задержки td между моментом запуска генератора t0 и началом генерации прямоугольного импульса тока варьировали от эксперимента к эксперименту в пределах от 0 до
Figure 00000004
Время предварительной электротоковой обработки сплава до следующего скачка вычисляется как
Figure 00000005
(Фиг. 3). Таким образом, варьированием времени задержки td данная методика позволяет контролировать время электротоковой обработки ttr и измерять вероятность подавления очередного i+1-го скачка и соответственно подавлять процесс зарождения первичной полосы деформации.
Статистический анализ попыток подавления очередного скачка прямоугольным импульсом тока амплитудой jm=60 А/мм2 показал, что при 0<ttr<0.3 с вероятность подавления скачка напряжения равна нулю, при ttr>0.8 с эта вероятность равна единице, а в промежуточной области 0.3 с<ttr<0.8 с, вероятность подавления монотонно возрастает от нуля и стремится к единице. Вместе с тем, если импульс тока через образец стартует непосредственно после зарождения полосы деформации (в пределах до 3 мс), то он не оказывает заметного влияния на эволюцию этой полосы и характеристики скачка деформации, вызванного данной полосой. После окончания прямоугольного импульса тока скачки напряжения возобновляются через время τR≈0.5 с (см. Фиг. 3), которое характеризует инерционность эффекта подавления током прерывистой деформации. Следовательно, для подавления процесса зарождения деформационных полос и скачков напряжения необходима предварительная обработка данного сплава в течении не менее 0.8 с током плотностью не менее 60 А/мм2 (при
Figure 00000006
). Предположительно это время необходимо для растворения током малых преципитатов (зон Гинье-Престона), образующихся на ранних стадиях старения сплава. Полученные результаты подтверждают преципитатную модель подавления током прерывистой деформации ПЛШ [Brechet Y., Estrin Y. // Acta Metal. Mater. 1995. V. 43. №3. P. 955-963].
Таким образом, экспериментально установлено, что электрический ток: а) подавляет процесс зарождения деформационных полос; б) не влияет на распространение полос, если зарождение произошло до включения тока. Из полученных результатов следует, что электрический ток является примером селективного воздействия на процесс зарождения деформационных полос и может быть использован для его подавления, а следовательно, и подавления развития пластических неустойчивостей в алюминий-магниевом сплаве.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1. Схема синхронизации сигнала датчика усилия (тензодатчика), связанного с зарождением первичной деформационной полосы с генератором прямоугольных импульсов тока, подавляющих полосообразование. 1 - образец, 2 - тензодатчик усилия, 3 - генератор прямоугольного импульса тока, 4 - блок управления (см. Фиг. 2), 5 - видеокамера, 6 - захваты из плавленого кварца.
Фиг. 2. Принципиальная электрическая схема блока управления.
Фиг. 3. Фрагмент скачкообразной кривой деформации сплава AMg5 и эпюра прямоугольного импульса тока без эффекта подавления (а), когда Jm<60 А/мм2, и с подавлением скачков током (б) при jm=60 А/мм2. Δt - время между соседними скачками, td<Δt - время задержки между скачком разгрузки и начальным моментом генерации импульса тока, τR - время восстановления скачков на деформационной кривой, τ=2 с - длительность «крыши» прямоугольного импульса тока.

Claims (1)

  1. Способ подавления деформационных полос на поверхности заготовок из алюминий-магниевых сплавов в процессе обработки давлением, включающий пропускание через заготовку при ее обработке давлением электрического тока, отличающийся тем, что предварительно в течение не менее 0,8 с заготовку обрабатывают током плотностью не менее 60 А/мм2, после чего в момент зарождения деформационной полосы, определяемый по отрицательному скачку напряжения длительностью 1 мс, через заготовку пропускают прямоугольный импульс тока амплитудой 60 А/мм2.
RU2016144125A 2016-11-09 2016-11-09 Способ подавления деформационных полос на поверхности алюминий-магниевых сплавов RU2650217C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016144125A RU2650217C1 (ru) 2016-11-09 2016-11-09 Способ подавления деформационных полос на поверхности алюминий-магниевых сплавов

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016144125A RU2650217C1 (ru) 2016-11-09 2016-11-09 Способ подавления деформационных полос на поверхности алюминий-магниевых сплавов

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2650217C1 true RU2650217C1 (ru) 2018-04-13

Family

ID=61976654

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016144125A RU2650217C1 (ru) 2016-11-09 2016-11-09 Способ подавления деформационных полос на поверхности алюминий-магниевых сплавов

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2650217C1 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2698518C1 (ru) * 2018-11-12 2019-08-28 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина" Способ подавления механической неустойчивости алюминиевого сплава
RU2715271C2 (ru) * 2018-07-10 2020-02-26 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова" Способ исследования прочности и стойкости к межкристаллитной коррозии металлов в электролитах
RU2720289C1 (ru) * 2019-11-05 2020-04-28 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина" Электрофизический способ повышения прочности и механической устойчивости листовых заготовок из алюминий-магниевых сплавов

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0970259B1 (en) * 1997-03-07 2002-10-16 Alcan International Limited Process for producing aluminium sheet
EP1598129A1 (en) * 2004-05-17 2005-11-23 Mehmet Terziakin Hot forming system for metal workpieces
US7285761B1 (en) * 2005-03-24 2007-10-23 Mehmet Terziakin Hot forming system for metal workpieces
RU2544721C2 (ru) * 2013-07-16 2015-03-20 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина", ФГБОУ ВПО "Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина" СПОСОБ ОБРАБОТКИ ЛИСТОВЫХ ЗАГОТОВОК ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ СИСТЕМЫ Al-Mg.

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0970259B1 (en) * 1997-03-07 2002-10-16 Alcan International Limited Process for producing aluminium sheet
EP1598129A1 (en) * 2004-05-17 2005-11-23 Mehmet Terziakin Hot forming system for metal workpieces
US7285761B1 (en) * 2005-03-24 2007-10-23 Mehmet Terziakin Hot forming system for metal workpieces
RU2544721C2 (ru) * 2013-07-16 2015-03-20 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина", ФГБОУ ВПО "Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина" СПОСОБ ОБРАБОТКИ ЛИСТОВЫХ ЗАГОТОВОК ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ СИСТЕМЫ Al-Mg.

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
А.А. Шибков и др., Исследование влияния электрического тока на прерывистую деформацию и акустическую эмиссию в алюминий-магниевом сплаве АМг5, Физика твердого тела, 2015, т.57, вып. 6, с.1046-1051. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2715271C2 (ru) * 2018-07-10 2020-02-26 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова" Способ исследования прочности и стойкости к межкристаллитной коррозии металлов в электролитах
RU2698518C1 (ru) * 2018-11-12 2019-08-28 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина" Способ подавления механической неустойчивости алюминиевого сплава
RU2720289C1 (ru) * 2019-11-05 2020-04-28 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина" Электрофизический способ повышения прочности и механической устойчивости листовых заготовок из алюминий-магниевых сплавов

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2650217C1 (ru) Способ подавления деформационных полос на поверхности алюминий-магниевых сплавов
Cheng et al. Deformation behavior of hot-rolled IN718 superalloy under plane strain compression at elevated temperature
HU et al. Solid-state recycling of AZ91D magnesium alloy chips
MX2015006417A (es) Forja con estampa abierta de pasada dividida para aleaciones a base de titanio y a base de niquel, sensibles a la trayectoria de las tensiones y dificiles de forjar.
CN105296903B (zh) 一种ZrTiAlV合金高压旋扭‑电场辅助热处理细晶方法
KR101957477B1 (ko) 마그네슘 합금의 성형성 증가방법
Giraud et al. Constitutive modelling of AZ31B-O magnesium alloy for cryogenic machining
CN110586658B (zh) 一种缩短可逆粗轧机轧制道次间隔时间的控制方法
Fata et al. Hot deformation behavior of Mg-Zn-Al alloy tube processed by severe plastic deformation
CN109940044B (zh) 一种镁合金板电脉冲冷轧方法
Beer et al. The hot working flow stress and microstructure in magnesium AZ31
JP2007098428A (ja) 金属板の円筒深絞り加工方法
Chang et al. Influence of grain size and temperature on micro upsetting of copper
RU2544721C2 (ru) СПОСОБ ОБРАБОТКИ ЛИСТОВЫХ ЗАГОТОВОК ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ СИСТЕМЫ Al-Mg.
EP3384062B1 (en) Method of forming components from sheet material
CN102489651A (zh) 电致塑性自由锻装置和方法
RU2429926C1 (ru) Устройство для равноканального углового прессования металлов
CN103909196B (zh) 锻造模内定位机构
RU2720289C1 (ru) Электрофизический способ повышения прочности и механической устойчивости листовых заготовок из алюминий-магниевых сплавов
Ghazani et al. A ductile damage criterion for AISI 321 austenitic stainless steel at different temperatures and strain rates
CN105032962B (zh) 一种改善镁合金板材性能的挤压加工方法
RU2585920C2 (ru) Способ обработки металлов давлением
RU2537675C2 (ru) Способ обработки длинномерных изделий из алюминиевых сплавов
Tao et al. Influence of secondary extrusion on microstructures and mechanical properties of ZK60 Mg alloy processed by extrusion and ECAP
Song et al. Pulse current assisted drawability of AZ31B magnesium alloy sheets