Микроструктурные особенности строения поверхности утяжины в прессованном прутке из алюминиевого сплава АК4-1

Внешний слой заготовки у пресс-шайбы формиру­ется относительно медленно и постепенно накапли­вается в процесс е деформирования слитка, смешива­ясь на своей границе с внутренним объемом слитка. Образование завихрений и опережающее проникно­вение менее легированного внутреннего объема во внешний слой должны происходить достаточно быст­ро, поэтому на поверхности внедряемого объема воз­можно существование значительного количества пе­ремещений, приводящих к сильному местному перегреву с формированием оксидного слоя и появ­лением расслоений. При этом граница внутреннего слоя будет четко выявляться при металлографических исследованиях, в отличие от расплывчатой внешней границы образующегося дефекта структуры.

При формировании прутка заданного диаметра, проходя через матрицу при больших сдвиговых де­формациях у ее поверхности, внедряемый объем из­меняет конфигурацию поперечного сечения и растя­гивается по дуге окружности. Логично принять, что при стабильных условиях прессования в каждой точ­ке объема очага деформирования в матрице существу­ют свои постоянные направление и скорость течения микрообъемов металла. Об этом свидетельствует со­хранение конфигурации зубцов на границе овала при смещении плоскости шлифа по длине отпрессованно­го прутка. Можно предположить, что течение метал­ла с результирующим направлением по дуге окружно­сти происходит в отдельных цилиндрических слоях, расположенных на разном расстоянии от поверхности матрицы, и отличается более сильным смешением микрообъемов в середине деформируемого слоя отно­сительно его поверхности (зона контакта с соседним слоем). Если такой механизм локального деформи­рования существует, то он действует во всей перифе­рийной области прессуемого прутка, но его последст­вия при микроструктурных исследованиях выявляются только в случае попадания в эту область оксидной плены, содержащей стабильные частицы оксидов, не растворяющихся при нагреве под закалку.

Характер микроструктуры показывает, что исходная окисная плена в образующихся вершинах зубчатой гра­ницы деформируется без изменения своей толщины, а между ними растягивается и утоняется. При деформировании гладкой поверхности и ее преобразовании в зубчатую сохраняется декорирование поверхности мел­кими оксидными частицами, и это позволяет наблюдать необычную структуру на фоне равноосных рекристал­лизованных зерен даже после рекристаллизации горя­чедеформированного материала. Внутренняя и внеш­няя поверхности образующегося овала формируются растяжением по дуге окружности без относительного смещения и образуют ровную границу. Измельчение зерна в области зубцов вне объема овала скорее всего связано либо с большим количеством включений избыточных фаз и оксидных частиц, тормозящих собира­тельную рекристаллизацию, либо с большей степенью деформации этих микрообъемов при формировании зубчатой структуры.

Рис. 8. Схема формирования языка боковой угяжины, приво­дяшая к появлению структурной неоднородности мате­риала в области дефектов 1 и 2:

1 - прессуемое изделие; 11 - центральный объем слит­ка; 111 - внедряемый в пруток объем, содержащий по­верхностные слои исходного слитка: IV - центральная утяжина; V - боковая утяжина и ее сечения в области дефектов 1 и 2

Рис. 9. Конфигурация зубчатой границы в периферииной об­ласти прутка на поперечной плоскости.

два параллельных шлифа (а. б) С расстоянием между ними 1 мм.

Анодное оксидирование. Съемка при обычном оспе­щении, х50

Механизм локального пластического деформиро­вания, направления и скорости течения металла в по­верхностных микрообъемах прессуемого прутка, при­водящие к подобному эффекту, требуют уточнения. Однако его существование подтверждается обнару­жением такой же зубчатой границы в другой части периферийной области изученного прутка - на рас­стоянии 20 мм от поверхности (рис. 9). В этом случае внутри зубцов с одной стороны границы также на­блюдается образование мелкого зерна, но травящая­ся зона с повышенным количеством избыточных фаз отсутствует. Появление этой границы можно объяс­нить присутствием в исходном слитке протяженной оксидной плены. Наличие многочисленных частиц оксидов в данном случае также указывает на неодно­родное деформирование поверхностных объемов прут­ка при прессовании.

Особенностью области с зубчатой границей в этой части прутка является отсутствие темного растрав­ленного участка вблизи границы. Анализ структуры показывает наличие небольшого ко­личества округлых включений фа­зы Mg2Si и отсутствие мелкодис­персного распада твердого раствора, т. е. в данном случае отсутствуют признаки ликвационного обогаще­ния этой области, связанного с вне­дрением периферийного объема ис­ходного слитка. В то же время сохраняется мелкозернистая (10- 20 мкм) структура внутри зубцов с од­ной стороны границы. Появление при рекристаллизации мелкого зерна может быть как следствием повышенного содержания оксидных включений с одной стороны границы, так и большей степенью деформации этих микрообъемов при фор­мировании зубцов. Повышенная травимость облас­тей с мелким зерном является следствием растрав­ливания границ зерен.

Таким образом, предлагаемая схема образования наблюдаемой особенности строения прессованного прутка предполагает, во-первых, появление локальных потоков металла, обусловленных характером напряженно-деформационного состояния заготовки в кон­тейнере пресса на последних стадиях прессования при образовании утяжины. При этом под утяжиной це­лесообразно понимать не только появляющуюся в ма­териале структурную границу, которая в предельном случае для воронкообразной утяжины первого вида может быть границей полости, а весь внедряемый объ­ем при нарушении последовательного течения метал­ла при прессовании.

Во-вторых, существует неоднородное смещение микрообъемов в периферийной зоне прессуемого прутка, при водящее к появлению в структуре зубча­тых границ в случае их декорирования окисными час­тицами. В остальных аналогичных объемах прутка. где отсутствуют поверхности, содержащие дисперсные окисные частицы, такой структурный эффект метал­лографически не выявляется и остается невидимым.

Выводы

1. Обнаружены неизвестные ранее металлографи­ческие особенности строения утяжины второго вида в прессоеанном прутке из сплава АК 4-1 с зубчатой по­верхностью внедряемого объема, обусловленные лакаль­ными проиессами несднородного течения металла на макро- и микроуровнях. Сохранение зубчатой границы в рекристаллизованной структуре связано с ее декориро­ванием мелкими оксидными частицами.

2. Сильная избирательная травимость локальных участков шлифов при контроле макроструктуры прут­ка обусловлена ликваиионным обогашением этой зоны материала легирующими компонентами и наличием в матрице повышенного количества темных включений фазы Mg2Si и мелких дисперсных частиц, появиеших­ся, очевидно, в результате распада твердого раствора.

З. Под утяжиной в прессованных полуфабрикатах ие­лесообразно понимать не только структурную границу. появляюшуюся в материале на последних стадиях прессо­вания в результате нарушения последовательного тече­ния металла, а весь внедряемый объем независимо от то­го, является ли он полостью или заполнен металлом.

Библиографический список

1. Арчакова З. Н., Балахонцев Г. А., Басова И. Г. и др. Структура и свойства полуфабрикатов из алюминиевых сплавов. - М. : Ме­таллургия, 1984. С. 250-258.

2. Мочалов П. П., Галацкий Б. Д., Головинов М. Ф. и др. / / Техно­логия легких сплавов. 1970. № 6. С. 33-39.

3. Козловская В. П., Царев А. И., Головинов М. Ф. и др. // Там же. ]974. NQ 4, С. 83-84.

4.  Балахонцев Г. А" Барбанель Р. И., Бондарев Б. И. и др. Производ­СТВО полуфабрикатов из алюминиевых сплавов - М. : Металлур­гия, 1985. С. 104-120.

5.  Тарантов С. Н. Труды Московского авиационного технологического института. Вып. 21. – М. : Оборонгиз, 1951. С. 3-69.

6.  Арчакова З. Н., Балаонцев Г. А., Басова И. Г. и др. Структура и свойства полуфабрикатов из алюминиевых сплавов. – М. : Металлургия, 1984. С. 282-289.

7.  Атлас структур слитков и полуфабрикатов из алюминиевых сплавов. Под ред. В. И. Добаткина, В. И. Елагина, Л. М. Хитровой. – М. : металлургия, 1971. – 152с.

8.  Галацкая И. К. Металлография металлургических дефектов в прессованных полуфабрикатах из алюминиевых сплавов. – Куйбышев : куйбышевское книжное изд. 1973. – 125 с.

9.  Лужников Л. П. Деформируемые алюминиевые сплавы для работы при повышенных температурах. – М. : Металлургия, 1965. – 290 с.

10.             Кудряшов В. Г., Телешов В. В. // технология легких сплавов. 1984. № 3. С. 14-19.

11.             Альтман М. Б., Андреев А. Д., Балахонцев Г. А. и др. Плавка и литье алюминиевых сплавов. – М. : Металлургия, 1983. С. 45-67.