Механические свойства проволоки с несущим слоем из алюминиевого сплава 01417

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Общие и комплексные проблемы технических и прикладных наук и отраслей народного хозяйства


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

В. Г. Шморгун*, Л. М. Гуревич*, А. Ф. Трудов*, С. П. Писарев*
В. Н. Чепеленко**, М. Г. Курбатов**
МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПРОВОЛОКИ С НЕСУЩИМ СЛОЕМ ИЗ АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА 1 417
*Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ)
e-mail: mv@vstu. ru **Московский завод по обработке специальных сплавов (МЗСС)
e-mail: mzss-pdp@mail. ru
Исследовано влияние длительной термообработки на механические свойства проволоки с несущим слоем из алюминиевого сплава 1 417. Показано, что низкая пластичность проволоки обусловлена негативным влиянием диффузионных процессов на границе раздела слоев, приводящих к возникновению сплошных ин-терметаллидных прослоек.
Ключевые слова: сплав 1 417, проволока, термообработка, механические свойства, электропроводность.
Investigated effect of prolonged heat treatment on the mechanical properties of the wire on the base layer of aluminum alloy 1 417. It is shown that the low ductility of the wire due to the negative influence of diffusion processes at the interface between layers, leading to the emergence of continuous intermetallic layers.
Keywords: 1 417 alloy, the wire, heat treatment, mechanical properties, electrical conductivity.
Бортовая кабельная сеть летательных аппаратов составляет значительную долю веса объектов. Поэтому в настоящее время зарубежные фирмы и отечественные разработчики уделяют большое внимание поиску и разработке легких проводниковых материалов. В настоящее время для авиапроводов используют алюминиевые сплавы — проволоку из сплава алюминия с 1% магния АМГ-1 (Франция, фирма Шайх) и 1 417 с добавкой редкоземельных металлов, который имеет лучшую электропроводность, чем сплав АМГ-1 (Россия, ВИЛС) [1]. Жаропрочный алюминиевый сплав марки 1 417 (химический состав приведен в табл. 1) предназначен для изго-
товления проволоки, длительно работающей при температуре +250 °С.
Таблица 1
Химический состав алюминиевого сплава 1 417 [2]
Содержание основных элементов, мае.% Примеси, мае. %
А1 Z (Се, La, Рг) Fe Si остальные
каждая сумма
основа 7,0−9,0 & lt-0,6 & lt-0,3 & lt-0,2 & lt-0,4
Для повышения коррозионной стойкости на проволоку наносятся защитные покрытия, при
этом используются гальванические процессы или совместное прессование и волочение. В процессе эксплуатации провода могут нагреваться до 150- 200 °C, и в результате диффузионных процессов происходит трансформация структуры с образованием хрупких интерметаллидных фаз.
Целью данного исследования являлось изучение структуры и свойств проволоки из сплава 1 417 с защитным покрытием из серебра (биметаллическая проволока) и проволоки с дополнительно введенным между серебром и алюминиевым сплавом слоем меди (триметалличе-ская проволока).
Материалы и методы исследования
Проволоки диаметром 0,245−0,260 мм были получены деформационным методом при прессовании в условиях МЗСС.
Механические испытания проводили в соответствии с ГОСТ 10 446–80 на двухколонной электромеханической испытательной машине ЬКК5+ (максимальная величина измеряемого датчиком усилия — 50 Н, погрешность определения усилия — ±0,05 Н). При испытании тонких проволок захваты должны крепко удерживать образец, не вызывая соскальзывания или разрушений около губок, поэтому были изготовлены модернизированные захваты с контролируемым давлением зажатия концов проволоки, использующие дополнительно силы трения поверхности проволоки о цилиндрический палец, вокруг которого она обворачивалась. Относительное удлинение определяли по изменению расстояния между захватами разрывной машины. Для визуального контроля отсутствия проскальзывания с помощью маркера на про-
волоке наносили метки до и после захвата. На первом этапе определяли среднее разрывное усилие на 2−3-х образцах. Далее к образцу прилагалась начальная нагрузка (10% от среднего разрывного усилия) и с точностью ±1 мм измерялось расстояние между захватами. После нагружения до 97% от среднего разрывного усилия образец разгружали до начальной нагрузки и замеряли общее удлинение. Операции нагружения и разгружения повторяли для нагрузки 98% от среднего разрывного усилия, после чего образец доводили до разрушения. Если оказывалось, что удлинение определено при нагрузке ниже 97% от полученного разрывного усилия, испытания повторяли.
Металлографические исследования осуществляли на модульном моторизованном оптическом микроскопе «О1утрш ВХ61». Микротвердость структурных составляющих определяли на приборе ПМТ-3М под нагрузкой 0,2 Н. Электропроводность определяли методом двойного моста на образцах проволоки длиной 1 м.
Термическую обработку (ТО) образцов проводили в воздушной атмосфере печи БЫОЬ 8,2/1100 при 220±5 °С в течение 500 ч.
Результаты и их обсуждение
Металлографический анализ показал, что высокодисперсная структура сплава 1 417 представляет собой дендриты а-твердого раствора на основе алюминия и эвтектику (а + Л14М), где М — металл из группы церий, лантан или празеодим, что соответствует данным [3]. Анализ характера изменения микромеханических свойств проволок с несущим слоем из сплава 1 417 позволил установить следующее.
х 500
х 500
Рис. 1. Характер изменения микротвердости в проволоке из алюминиевого сплава 1 417: а — после волочения- б — после ТО 220 °C, 500 ч
В монометаллической проволоке из сплава 1 417 после ТО (по сравнению с состоянием после волочения) уменьшился разброс значений микротвердости и несколько понизился ее средний уровень с 0,45−0,8 до 0,35−0,45 ГПа, что можно объяснить процессами рекристаллизации.
В биметаллической проволоке (серебро-алю-миниевый сплав 1 417) твердость в центре до и после термообработки практически не изменилась и находилась на уровне 0,45−0,7 и 0,5-
0,7 ГПа. Отсутствие снижения микротвердости при рекристаллизации связано с образованием твердого раствора на основе алюминия переменной концентрации, так как твердость у границы раздела выше твердости центральной части. В серебряном слое после термообработки микротвердость составила около 1,2 ГПа, что не характерно для чистого серебра (0,69−0,88 ГПа) и, по-видимому, является следствием образования интерметаллидов.
II. I ГТа
0,6
0,4
їй
II
Ш
1 1 3 4? Ь
ІІ№ІСр Г Р'-ІКП №. ШрЧМЇКТ
Х500
х500
Рис. 2. Характер изменения микротвердости в биметаллической проволоке сереброалюминиевый сплав 1 417: а — после волочения- б — после ТО 220 °C, 500 ч (5дв = 9,8 мкм)
В триметаллической проволоке характер вавшаяся на границе медь-алюминиевый сплав
изменения микротвердости практически анало- интерметаллидная прослойка блокирует диф-
гичен наблюдавшемуся в монометаллическом фузию серебра в алюминий.
образце. Последнее связано с тем, что образо-
Рис. 3. Характер изменения микротвердости в триметаллической проволоке серебро-медь-алюминиевый сплав 1 417: а — после волочения- б — после ТО 220 °C, 500 ч
Анализ характера изменения временного удлинения проволок позволил установить сле-сопротивления разрыву и относительного дующее.
Термообработка проволоки из сплава 1 417 привела к падению ее пластичности и повышению прочности. Локализация пластического течения в монометаллической проволоке при практи-
Результаты испытаний
чески отсутствующей пластичности (распределенной пластической деформации) может быть объяснена только наличием плоских и обьемных дефектов, являющихся концентраторами напряжений.
Таблица 1
зволоки из сплава 1 417
Состояние проволоки Предел прочности, ов, МПа Относительное удлинение, 5200, % Относительное сужение, у, % Электросопротивление, (Ом-мм2)/м
(данные МЗСС)
После волочения 230 5−6 — 0,029−0,030
(данные ВолгГТУ)
После волочения 276−286 1,5 86 0,0329
ТО 220 °C, 500 ч 292−294 0,5 — 0,0324
51-Ккхы мкч
Рис. 4. Характер разрушения проволоки из сплава 1 417 в состоянии после волочения
Более высокие значения пластичности би-и триметаллических проволок в исходном состоянии обусловлены наличием на поверхности хрупкой основы пластичного слоя, поскольку при разрушении хрупких материалов решающую роль играет состояние их поверхности. Их последующая термообработка приводит к фор-
Результаты испытаний проволоки
мированию на межслойных границах тонких интерметаллидных прослоек, которые из-за малого обьемного наполнения не оказывают значительного влияния на прочность. Однако, обладая нулевой пластичностью, они являются причиной зарождения трещин, выраженной последующей локализации пластического течения и вязкого разрушения основного слоя.
Пластичность проволоки серебро-медь-алю-миниевый сплав 1 417 лимитируется пластичностью материала, имеющего наиболее высокий предел текучести (меди). После ее исчерпания происходит локализация пластического течения. Появление интерметаллидной прослойки приводит к тому, что именно она определяет пластичность проволоки и переход к локализованному пластическому течению.
Таблица 2
: ребро-алюминиевый сплав 1 417
Состояние проволоки Предел прочности, оВ- МПа Относительное удлинение, 5200, % Относительное сужение, у, % Электросопротивление, (Ом-мм2)/м
(данные МЗСС)
После волочения 270−280 7,4−8,5 — 0,030
ТО 250 °C, 145 ч 360 1,3−2,0 — 0,039
ТО 250 °C, 500 ч 365 7,1−7,6 — 0,043
ТО 250 °C, 1000ч 380−385 6,6−8,9 — 0,044
(данные ВолгГТУ)
После волочения 281 11−15 86 0,0303
ТО 220 °C, 500 ч 330−338 1,0 22 0,0386
Ж
903 нкм
1 КМ

||
Рис. 5. Размеры биметаллической проволоки после разрушения (диаметр после волочения 245 мкм):
а — без ТО- б — с ТО
Таблица 3
Результаты испытаний проволоки серебро-медь-алюминиевый сплав 1 417
Состояние проволоки Предел прочности, оВ- МПа Относительное удлинение, 5200, Относительное сужение, у, % Электросопротивление, (Ом-мм2)/м
(данные МЗСС)
После волочения 290−310 9−10 — 0,028
ТО 250 °C, 215 ч 265−285 1,2−3,8 — 0,032
(данные ВолгГТУ)
После волочения 252−256 4,7−6,8 85 0,029
ТО 220 °C, 500 ч 328 1 42 0,030
Рис. 6. Размеры триметаллической проволоки после разрушения (диаметр после волочения 260 мкм):
а — без ТО- б — с ТО
Вывод
Низкая пластичность би- и триметаллической проволоки с несущим слоем из алюминиевого сплава 1 417 после термообработки обусловлена негативным влиянием диффузионных процессов на границе раздела слоев, приводящих к возникновению сплошных интерметал-лидных прослоек. Для их исключения необходим диффузионный барьер, материал которого, наряду с основным функциональным назначением, должен обеспечивать возможность осуществления холодной пластической деформации и не оказывать существенного влияния на прочность и электрофизические свойства проволоки.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Матвеев, Ю. А. Легкие проводниковые материалы доя авиапроводов / Ю. А. Матвеев, В. П. Гаврилова, В. В. Баранов // Кабели и Провода. — 2013. — № 6. — С. 22−23.
2. Избаш, О. А. Применение атомно-эмиссионной спектрометрии для анализа бронз и сплавов на основе алюминия / О. А. Избаш, О. В. Байрачная, Т. В. Кобелев-ская // Заводская лаборатория. Диагностика металлов. -2007. — Специальный выпуск, том 73. — С. 95−100.
3. Лопатина, Е. С. Исследование технологических параметров получения слитков из сплава 1 417 в электромагнитном кристаллизаторе / Е. С. Лопатина, Д. С. Ворошилов, О. А. Запорожец // Молодежь и наука: сб. к матер. VI Всерос. науч. -техн. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых. — Красноярск: Сибирский федеральный ун-т, 2011. — Режим доступа: http: //conf. sfu-kras. ru/ sites/mn 2010^есйоп16. Мт1.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой