НИТУ «МИСиС», Москва, Россия:

Е. А. Наумова, доцент каф. обработка металлов давлением (ОМД), эл. почта: jan73@mail.ru
Е. С. Васильева, магистрант каф. ОМД

Московский политехнический университет, Москва, Россия:

М. А. Петров, доцент каф. «Обработка материалов давлением и аддитивные технологии»
Б. А. Степанов, профессор каф. «Обработка материалов давлением и аддитивные технологии»

Проведена горячая и холодная штамповка с кручением образцов сплава Al — 15 % Ca, содержащего в своей структуре более 55 % интерметаллида Al4Ca. Сплавы с высоким содержанием интерметаллидов могут быть использованы как материалы с пониженным коэффициентом термического расширения. Штамповка с кручением вызывает интенсивные сдвиговые деформации, в тангенциальном направлении наблюдается качественная проработка структуры материала заготовки, в том числе формирование мелкозернистой структуры, которая оказывает положительное влияние на механические и физические свойства материала. Использованное оборудование позволяет получить массивную заготовку диаметром до 150 мм. Сплав для эксперимента плавили в электрической печи сопротивления; для повышения пластичности образцы после литья отжигали при температуре 550 ^оС в лабораторной электропечи. При таком отжиге эвтектические интерметаллиды дробятся на фрагменты, которые затем принимают округлую форму. Для горячей штамповки кручением оснастку нагревали до температуры 450 ^oС, заготовку — до температуры 500 ^oС; сила деформирования 1 МН, угол поворота штампа 180 град. Для холодной штамповки кручением оснастку и заготовку не нагревали, а значения силы деформирования и угла поворота штампа принимали такими же, как при выполнении горячей штамповки. Микроструктура исходных литых образцов содержит алюминиево-кальциевую эвтектику и первичные кристаллы интерметаллида Al4Ca округлой или пластинчатой формы, также имеется множество пор. Микроструктура образцов после горячей и холодной штамповки с кручением весьма неоднородна. В центральной части заготовок структура более проработана, частицы интерметаллида мельче, твердость выше по сравнению с периферийными участками. В полученных заготовках отсутствуют поры, первичные интерметаллиды раздроблены и равномерно распределены по объему, а твердость увеличивается почти в два раза по сравнению с литым состоянием.

Работа проведена при поддержке гранта Российского научного фонда (РНФ) 14-19-00632П (металлографические исследования) и задания № 11.2072.2017/4.6 (эксперимент по штамповке кручением).

1. Гопиенко В. Г., Смагоринский М. Е., Григорьев А. А., Беллавин А. Д. Спеченные материалы из алюминиевых порошков / под ред. М. Е. Смагоринского. — М. : Металлургия, 1993. — 320 с.
2. Новикова С. Н. Тепловое расширение твердых тел. — М. : Наука, 1974. — 292 с.
3. Попова М. В., Ушакова В. В., Лузянина З. А. и др. Некоторые особенности линейного расширения легированных заэвтектических силуминов // Известия вузов. Черная металлургия. 1996. № 2. С. 19–21.

4. Попова M. B., Овечкина Ж. В. Особенности влияния термической обработки на линейное расширение сплавов Al – Si – Cu // Материалы всероссийской конференции «Металлургия на пороге XXI века: достижения и прогнозы». — Новокузнецк, 1999. — С. 164–165.
5. Попова М. В., Фролов В. Ф., Ружило А. А. и др. Линейное расширение алюминия и его сплавов. Часть I. Линейное расширение алюминия : учебное пособие. — Новокузнецк : СибГИУ, 2001. — 68 с.
6. Попова М. В., Фролов В. Ф., Ружило А. А. и др. Линейное расширение алюминия и его сплавов. Часть II. Линейное расширение алюминиевых сплавов : учебное пособие. — Новокузнецк : СибГИУ, 2001. — 153 с.
7. Swaminathan K., Padmanabhan K. A. Tensile flow and fracture behaviour of a superplastic Al – Ca – Zn alloy // J. Mater. Sci. 1990. Vol. 25, Iss. 11. P. 4579–4586.
8. Perez-Prado M. T., Cristina M. C., Ruano O. A., Gonza G. Microstructural evolution of annealed Al – 5 % Ca – 5 % Zn sheet alloy // J. Mater. Sci. 1997. Vol. 32. P. 1313–1318.
9. Naumova E. A., Belov N. A., Bazlova T. A. Effect of heat treatment on structure and strengthening of cast eutectic aluminum alloy Al9Zn4Ca3Mg // Metal Sci. Heat Treatment. 2015. Vol. 57. P. 1–7.
10. Belov N. A., Naumova E. A., Akopyan T. K. Effect of calcium on structure, phase composition and hardening of Al – Zn – Mg alloys containing up to 12 wt. % Zn // Mater. Res. 2015. Vol. 18, Iss. 6. P. 1384–1391.
11. Belov N. A., Naumova E. A., Bazlova T. A., Alekseeva E. V. Structure, phase composition, and strengthening of cast Al – Ca – Mg – Sc alloys // The Physics of Metals and Metallography. 2016. Vol. 117, Iss. 2. P. 188–194.
12. Belov N. A., Naumova E. A., Doroshenko V. V., Avxentieva N. N. Combined Effect of Calcium and Silicon on the Phase Composition and Structure of Al – 10 % Mg Alloy // Russian Journal of Non-Ferrous Metals. 2018. Vol. 59, Iss. 1. P. 67–75.
13. Хансен M., Андерко К. Структуры двойных сплавов : в 2 т. Т. 1 / пер. с англ. — М. : Металлургиздат, 1962. — 608 с.
14. Mondolfo L. F. Aluminum alloys: Structure and properties. — London, Boston : Butterworths, 1976. — 971 p.
15. Petzow G., Effenberg G. Ternary alloys: A comprehensive compendium of evaluated constitutional data and phase diagrams. — Wiley-VCH, 1990. Vol. 3. — 647 p.
16. Mantell C. L., Hardy C. Calcium: its metallurgy and technology. Mater. 66-th General Meeting. New York, 1934. P. 63–83.
17. Доронин Н. А. Кальций. — М. : Госатомиздат, 1962. — 191 с.
18. Дриц М. Е., Зусман Л. Л. Сплавы щелочных и щелочноземельных металлов : справочник. — М. : Металлургия, 1986. — 248 с.
19. Субич В. Н., Демин В. А., Шестаков Н. А., Власов А. В. Штамповка с кручением : монография. — М. : МГИУ, 2008. — 389 с.
20. Шнейберг А. М., Малов А. Е. Прессование стружки с использованием комбинированного нагружения: сжатия со сдвигом // Труды Нижегородского государственного технического университета им. Р. Е. Алексеева. 2016. № 1 (112). С. 189–198.
21. Мурашкин М. Ю., Бобрук Е. В., Просвирнин Д. В., Овидько И. А., Терентьев В. Ф., Добаткин С. В., Валиев Р. З. Усталостная прочность алюминиевого сплава 6061с ультрамелкозернистой структурой, сформирован ной интенсивной пластической деформацией кручением // Деформация и разрушение материалов. 2015. № 4. С. 17–24.
22. Мурашкин М. Ю., Кильмаметов А. Р., Валиев Р. З. Особенности структуры и механические свойства алюминиевого сплава 1570, подвергнутого интенсивной пластической деформации кручением // Физика металлов и металловедение. 2008. Т. 106, № 1. С. 93–99.
23. Mazilkin A. A., Kogtenkova O. A., Straumal B. B., Baretzky B., Valiev R. Z. Formation of nanostructure during high-pressure torsion of Al – Zn, Al – Mg and Al – Zn – Mg alloys // Defect Diffusion Forum. 2005. Vol. 237–240, Iss. 2. P. 739–744.
24. Edalati K., Horita Z. A review on high-pressure torsion (HPT) from 1935 to 1988 // Materials Science & Engineering: A. 2016. Vol. 652. P. 325–352.
25. Петров М. А., Субич В. Н., Петров П. А. Численное исследование инновационного процесса штамповки с кручением // в сб. «Пром-Инжиниринг. Труды III международной научно-технической конференции». 2017. С. 338–342.
26. Степанов Б. А., Петров М. А. Винтовой пресс для штамповки с кручением // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2017. № 11-1. С. 271–277.
27. Михайленко Ф. П., Щербатов Д. А. Исследование напряженно-деформированного состояния и удельных нагрузок при осадке с кручением и без кручения заготовок из алюминиевых сплавов // Кузнечно-штамповочное производство. 2008. № 10. С. 3–13.
28. Valiev R. Z., Mulyukov R. R., Ovchinnikov V. V. Direction of grain boundary phase insubmicrometre-grained iron // Philos. Mag. Lett. 1990. Vol. 62. P. 253–256.
29. Champion Y., Couzinie J. P., Nenez S. T., Brechet Y., Islamgaliev R. K., Valiev R. Z. High strength and electrical conductivity of UFG copper alloys // Materials Science Forum. 2011. Vol. 667–669. P. 755–760.