Алюминий АМг6
Автор: Волков Семён
Дата публикации: 22 Августа 2024
| Марка: АМг6 | Класс: Деформируемый алюминиевый сплав |
| Применение в промышленности: для производства полуфабрикатов горячей и холодной деформацией, а также слитков и слябов; биметаллических листов | |
| Химический состав сплава АМг6 (%) | ||
| Fe | до 0,4 | |
| Si | до 0,4 | |
| Mn | 0,5 - 0,8 | |
| Ti | 0,02 - 0,1 | |
| Al | 91,1 - 93,68 | |
| Cu | до 0,1 | |
| Be | 0,0002 - 0,005 | |
| Mg | 5,8 - 6,8 | |
| Zn | до 0,2 | |
| Дополнительная информация и свойства |
| Удельный вес: 2640 кг/м3 Твердость материала: HB 10-1 = 65 МПа |
| Механические свойства сплава АМг6 при T=20°С | |||||||||||
| Вид проката | Толщина или диаметр, мм | E, ГПа | G, ГПа | σ-1, ГПа | σв, (МПа) | σ0,2, (МПа) | δ5, (%) | ψ, % | σсж, МПа | KCU, (кДж/м2) | KCV, (кДж/м2) |
| Лист плакированный отожженный | 2 | 71 | 27 | 100 | 340 | 170 | 20 | 180 | |||
| Лист плакированный нагартованный 20% | 2 | 400 | 300 | 9 | 320 | ||||||
| Лист плакированный нагартованный 30% | 2 | 420 | 320 | 10 | 330 | ||||||
| Плита нагартованная 16% | 30 | 71 | 27 | 400 | 310 | 7 | 320 | 0,2 | 0,09 | ||
| Профиль горячекатаный отожженный | 6 | 345 | 170 | 20,5 | 170 | 0,2 | 0,17 | ||||
| Профиль горячекатаный без термообработки | 6 | 355 | 190 | 19,5 | 190 | ||||||
| Поковка отожженная | до 2500 кг | 300 | 150 | 14 | |||||||
| Механические свойства сплава АМг6 при высоких температурах | |||||
| Вид проката | Т испытания | σв, (МПа) | σ0,2, (МПа) | δ5, (%) | ψ, % |
| Лист отожженный 2 мм | 20 100 200 300 | 350 320 195 130 | 165 160 135 60 | 22 34 45 55 | |
| Лист нагартованный 2 мм | 20 100 200 | 385 335 250 | 290 285 185 | 11 15 25 | |
| Профиль (все размеры) отожженный и без термообработки | 20 100 200 250 | 350 310 200 170 | 180 160 140 120 | 18 20 30 35 | |
| Механические свойства сплава АМг6 при низких температурах | |||||
| Вид проката | Т испытания | σв, (МПа) | σ0,2, (МПа) | δ5, (%) | ψ, % |
| Лист отожженный 2,5 мм | 20 -196 | 365 470 | 160 185 | 22 24 | |
| Плита 30 мм нагартованная 18% в продольном направлении | 20 -196 | 395 505 | 345 380 | 10 22 | 22 32,5 |
| Плита 30 мм полунагартованная | 20 -196 | 405 515 | 330 350 | 9,5 16,5 | 14,5 16 |
| Плита 30 мм с повышенным качеством выкатки | 20 -196 | 315 360 | 280 325 | 3,5 1,5 | 5 2 |
| Профиль отожженный и без термообработки (все размеры) | 20 -70 -196 | 350 360 510 | 180 | ||
22
31
| Свойства алюминиевого сплава АМг6 | ||||||
| T (градусов) | E 10 - 5 (МПа) | a 10 6 (1/градус) | l (Вт/(м·градус)) | r (кг/м3) | C (Дж/(кг·градус)) | R 10 9 (Ом·м) |
| 20 | 0.71 | 2640 | 67.3 | |||
| 100 | 24.7 | 122 | 922 | |||
Температуру расплава перед добавлением меди следует поддерживать в диапазоне 710—750°C. Металлы, которые легко окисляются (магний, цинк), вводятся в расплав в чистом виде после того, как вся шихта полностью расплавится при температуре 660—720°C.
Магний вводится в расплав с помощью специального колпачка (дыраристой коробки), в то время как цинк погружают при помощи ложки.
Перед внесением легко окисляющихся металлов расплав очищается от шлака.
Для более равномерного распределения легирующих компонентов после каждого их введения расплав интенсивно перемешивают.
При подготовке мягких сплавов (АВ, АМц) рекомендуется одновременно загружать и плавить все составляющие шихты.
Процесс приготовления деформируемых алюминиевых сплавов, содержащих более 5% магния, имеет свои особенности из-за их повышенной окисляемости в жидком состоянии.
Алюминиево-магниевые сплавы с большим содержанием магния имеют высокую предрасположенность к образованию горячих трещин в слитках, получаемых методом непрерывного литья. Это связано с низкой прочностью сплавов при высоких температурах и возникновением на поверхности слитка слабой и пористой окисной пленки из магния. Согласно мнению В. А. Ливанова, микротрещины, образующиеся на поверхности, становятся зонами концентрации напряжений и при неравномерном охлаждении приводят к появлению горячих трещин. Содержание основных компонентов и примесей существенно влияет на горячеломкость алюминиево-магниевых сплавов (АМг5В и АМг6).
В результате исследований установлено, что для уменьшения склонности сплавов АМг5В и АМг6 к горячим трещинам необходимо:
1) обеспечивать соотношение содержания железа и кремния выше 1,5;
2) выдерживать содержание марганца в сплаве на уровне 0,50—0,55%;
3) добавлять бериллий в количестве от 0,0001 до 0,0002%.
Присутствие бериллия не только уменьшает склонность сплава к горячеломкости, но и придаёт слитку серебристый цвет поверхности.
Чтобы избежать образования крупных скоплений интерметаллических соединений, в сплавах АМг5В и АМг6 содержание титана и ванадия должно составлять по 0,02—0,05% каждого элемента.
Следовательно, при расчете и составлении шихты для алюминиевых сплавов с магнием должны быть учтены вышеописанные особенности.
Процессы плавки алюминиевых сплавов с высоким содержанием магния следует проводить в печах, которые исключают контакт печных газов с расплавом, с использованием защитных флюсов.
После того как все компоненты шихты будут расплавлены, расплав тщательно перемешивают, удаляют шлак с его поверхности и берут пробы жидкого металла для проведения экспресс-анализа. Пробы рекомендуется отбирать при температуре, находящейся в диапазоне 710—740°C, из средней по глубине части ванны расплава.
Если экспресс-анализ показывает положительные результаты, расплав отправляют на рафинирование.
Из сплава АМг6 выпускается множество видов проката, среди которых одним из наиболее высокотехнологичных являются биметаллические листы.
Процесс производства биметалла: сплав АМг6 и сталь Х18Н10Т. Для объединения различных металлов, которые не могут быть сварены путем плавления, широко применяют метод использования биметаллических вставок. В этом случае сварка плавлением выполняется между однородными металлами, а соединительный шов разнородных металлов обеспечивается многослойным материалом, который в настоящее время называют конструкционным материалом. Основной его особенностью является то, что толщина покрытия должна быть равной или немного большей, чем основной слой. В этой роли отлично зарекомендовал себя биметалл из сплава АМг6 и стали Х18Н10Т.
Большая толщина алюминиевого слоя обусловливается как конструкцией, так и необходимостью эффективного отвода тепла при сварке от соединительной зоны, чтобы предотвратить диффузионные процессы, ведущие к хрупкости переходного слоя.
В настоящее время создана технология прокатки биметаллических стальных листов с алюминиевыми сплавами, обеспечивающая равномерное соотношение слоев и высокую стабильность характеристик.
При горячей прокатке стали Х18Н10Т пластические свойства при тех же обжатиях почти в два раза выше, чем при холодной прокатке. В отличие от низкоуглеродистой стали, у стали Х18Н10Т отсутствуют провалы пластичности в температурном диапазоне 200-400°С.
Поэтому рекомендуется проводить совместную прокатку нержавеющей стали с алюминиевыми сплавами при высоких температурах.
В работе описан метод асимметричной прокатки конструкционного биметалла сталь-алюминиевые сплавы, предусматривающий однопроходную схему с обжатием алюминиевого сплава до 80%. При этом происходит в основном пластическая деформация алюминиевого сплава, а сталь не подвергается деформации.
Хотя этот метод имеет свои плюсы (сталь остается неизменной), ширина листа ограничена мощностью оборудования и чаще всего не превышает 250—300 мм.
Более благоприятным является способ получения таких листов прокаткой симметричного пакета, так как это позволяет избежать изгиба полосы во время деформации.
Симметричный пакет состоит из четырех листов, сложенных следующим образом: АМг6-Х18Н10Т-Х18Н10Т-АМг6. Листы сплава АМг6 имеют припас до 30 мм по сравнению со стальными листами, что позволяет надежно закреплять пакет и исключает попадание смазки на границы соединения слоев в процессе прокатки.
Торцевые стыки стальных листов сваривают (со стороны ввода и вывода пакетов из валков). При прокатке симметричных пакетов (толщина слоя стали в пакете составляет 10 мм) с соотношением слоев АМг6 и стали 1,5:1 при температуре 370-390°C, с совокупным обжатием 55-60% и обжатием за проход от 10 до 30%, было установлено, что увеличение частного обжатия до 30% вызывает образование гофр, надрывы и полное разрушение стального слоя.
Во время совместной прокатки в сплаве АМг6 формируются сжимающие напряжения, тогда как в стальном слое возникают растягивающие напряжения, которые могут привести к разрушению стального слоя.
Температура нагрева пакетов ограничена диапазоном 370-390°C, так как превышение этого интервала может вызвать значительные перепады температуры по ширине в средней части биметаллического пакета, достигающие 40-50 градусов.
Хотя к этому моменту возникают прочные металлические связи, высокие дополнительные напряжения, возникающие в листе АМг6 из-за неравномерной деформации, приводят к отрыву слоя АМг6 от стали, создавая складки и пузыри.
Использование эмульсии для смазки и охлаждения обеспечивает более равномерное распределение температуры по всей площади пакета, благодаря чему складки и пузыри не образуются.
Исследования показали, что при прокатке биметалла из алюминиевого сплава и стали Х18Н10Т в симметричных пакетах окисная пленка легко разрушается при небольших обжатиях. Возникающие средние удельные давления в диапазоне 35—60 кГ/мм2 вполне достаточны для образования металлических связей.
В процессе деформации образуются сцепляющие мостики, которые продолжают развиваться, поскольку рабочие напряжения в последующих проходах значительные, а площадь, покрытая окисными пленками, сокращается с ростом степени деформации.
Таким образом, наблюдается увеличение прочности сцепления слоев при возрастании общей степени деформации.
Максимальная прочность сцепления слоев определяется прочностными характеристиками более мягкого металла — алюминия.
Рациональное распределение обжатий при значительном уровне развития металлических связей оказывает влияние на качество стальной поверхности. Это особенно важно при наклепе стали, где её пластические свойства существенно ухудшаются. В результате действия растягивающих напряжений на стали образуется волнистость. Такое явление особо заметно на листах с более толстым покрытием из сплава АМг6, что связано с большей неравномерностью деформации в этих условиях.
В ходе многочисленных экспериментов подбираются оптимальные обжатия для каждого прохода при заданной суммарной деформации, что позволяет добиться сравнительно ровной поверхности под плакирующим слоем из сплава АМг6. Например, при суммарном обжатии в 50% количество проходов может достигать от 15 до 26, а в последних проходах частное обжатие не превышает 2%. При увеличении толщины покрытия из алюминиевого сплава при прежнем суммарном обжатии количество проходов заметно возрастает. Средние удельные давления, возникающие при выбранных режимах, позволяют прокатывать листы шириной до 1400 мм и более с использованием имеющегося оборудования.
