cvmetИзвестия вузов. Цветная металлургияIzvestiya. Non-Ferrous Metallurgy0021-34382412-8783НИТУ "МИСИС"10.17073/0021-3438-2022-2-71-79cvmet-1359Research ArticleОбработка металлов давлениемPressure Treatment of MetalsРАЗРАБОТКА И ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННОЕ ОПРОБОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ДЕФОРМИРОВАННЫХ ПРУТКОВ СПЛАВА Д16(Т) ИЗ НЕПРЕРЫВНО-ЛИТЫХ ЗАГОТОВОК МАЛОГО ДИАМЕТРА С НИЗКИМИ КОЭФФИЦИЕНТАМИ ВЫТЯЖКИDevelopment and experimental testing of the technology for producing deformed bars of D16(T) alloy from continuously cast billets of small diameter with low elongation ratiosГалкинС. П.GalkinS. P.

Галкин С.П. – докт. техн. наук, профессор кафедры обработки металлов давлением

119991, г. Москва, Ленинский пр-т, 4

Galkin S.P. – Dr. Sci. (Eng.), Professor of the Department of metal forming

119991,  Moscow, Leninkii pr., 4

glk-omd@yandex.ruАлещенкоА. С.AleshchenkoA. S.

Алещенко А.С. – канд. техн. наук, доцент кафедры ОМД  

Aleshchenko A.S. – Cand. Sci. (Eng.), Assistant professor of the Department of metal forming

judger85@mail.ruГаминЮ. В.GaminYu. V.

Гамин Ю.В. – канд. техн. наук, доцент кафедры ОМД 

Gamin Yu.V. – Cand. Sci. (Eng.), Assistant professor of the Department of metal forming

y.gamin@mail.ruНациональный исследовательский технологический университет (НИТУ) «МИСиС»РоссияNational University of Science and Technolojy (NUST) «MISIS»Russian Federation2022150420222827179Copyright © Галкин С.П., Алещенко А.С., Гамин Ю.В., 20222022Галкин С.П., Алещенко А.С., Гамин Ю.В.Galkin S.P., Aleshchenko A.S., Gamin Y.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://cvmet.misis.ru/jour/article/view/1359

Разработана и опробована в опытно-промышленном масштабе технология производства прутков из алюминиевого сплава Д16(Т), полученных способом радиально-сдвиговой прокатки из непрерывно-литых заготовок диаметром 72 мм за несколько проходов. Фактические диаметры прокатанных прутков находились в пределах допуска ±0,16 мм, что существенно меньше требований, предусмотренных ГОСТ 21488-97. По результатам испытаний методом растяжения определены значения предела прочности, условного предела текучести, относительного удлинения и относительного сужения. Требования нормативной документации по пределу прочности и относительному удлинению для сплава Д16Т удовлетворяются при суммарном коэффициенте вытяжки более 4,2. По пластическим свойствам полученные прутки в 2,1–2,5 раза превышают требования указанного ГОСТ во всем диапазоне исследованных коэффициентов вытяжки, начиная с 2,07. При этом отмечается повышение относительного удлинения в 5,7–6,8 раза по сравнению с исходным литым состоянием. Проведенный анализ микроструктуры и морфологии вторичных фаз показал, что с уменьшением диаметра прутка (с увеличением суммарного коэффициента вытяжки) средний размер частиц нерастворимой в алюминиевой матрице фазы α(AlFeMnSi) уменьшается, что является следствием развития деформационных процессов при прокатке. Дополнительное измельчение включений при деформационной обработке позволяет существенно снизить возможный негативный эффект от нерастворимой фазы на механические свойства получаемой заготовки, в особенности на показатель пластичности. Согласно результатам анализа микроструктуры выявлено, что прутки после прокатки и термообработки не имеют трещин, скоплений усадочных пор, расслоений и других дефектов и удовлетворяют требованиям ГОСТ 21488-97.

The article describes the development and pilot-scale testing of the technology for producing bars of the D16(T) aluminum alloy by radial-shear rolling from continuously cast billets with a diameter of 72 mm in several passes. The actual dimensions of rolled bars were within the ±0.16 mm tolerance for all bar diameters, which significantly surpasses the GOST 21488-97 requirements. According to the results of tensile tests, the values of ultimate strength, conventional yield strength, relative elongation and relative reduction were determined. Ultimate strength and relative elongation requirements specified by regulatory documents for the D16(T) alloy were met with a total elongation ratio of more than 4.2. In terms of plastic properties, the obtained bars surpass the GOST requirements by 2.1–2.5 times in the entire range of elongation ratios investigated starting from 2.07. At the same time, there is an increase in the relative elongation by 5.7–6.8 times in comparison with the initial cast state. The microstructure and morphology analysis conducted for secondary phases showed that with a decrease in the bar diameter (with an increase in the total elongation ratio), the average particle size of the α(AlFeMnSi) phase insoluble in the aluminum matrix decreases, which is a consequence of deformation processes developed during rolling. Additional grinding of inclusions during deformation processing can significantly reduce the possible negative effect of the insoluble phase on the mechanical properties of resulting bars, in particular on the plasticity properties. The microstructure analysis showed that bars after rolling and heat treatment are free from cracks, looseness, delamination, and other defects and meet the requirements of GOST 21488-97.

алюминиевый сплаврадиально-сдвиговая прокаткакоэффициент вытяжкиалюминиевый сплав Д16aluminium alloyradial-shear rollingelongation ratioD16ReferencesHeinz A., Haszler A., Keidel C., Moldenhauer S., Benedictus R., Miller W.S. Recent developments in aluminum alloys for aerospace applications. Mater. Sci. Eng. A. 2000. Vol. 280. No. 1. P. 102—107. DOI: 10.1016/S0921- 5093(99)00674-7.Heinz A., Haszler A., Keidel C., Moldenhauer S., Benedictus R., Miller W.S. Recent developments in aluminum alloys for aerospace applications. Mater. Sci. Eng. A. 2000. Vol. 280. No. 1. P. 102—107. DOI: 10.1016/S0921- 5093(99)00674-7.Warner T. Recently-developed aluminium solutions for aerospace applications. Mater. Sci. Forum. 2006. Vol. 519— 521. P. 1271—1278. DOI: 10.4028/www.scientific.net/ msf.519-521.1271.Warner T. Recently-developed aluminium solutions for aerospace applications. Mater. Sci. Forum. 2006. Vol. 519— 521. P. 1271—1278. DOI: 10.4028/www.scientific.net/ msf.519-521.1271.Galkin S.P. Radial shear rolling as an optimal technology for lean production. Steel Trans. 2014. No. 44. P. 61—64. DOI: 10.3103/S0967091214010069.Galkin S.P. Radial shear rolling as an optimal technology for lean production. Steel Trans. 2014. No. 44. P. 61—64. DOI: 10.3103/S0967091214010069.Negodin D.A., Galkin S.P., Kharitonov E.A., Karpov B.V., Khar’kovskii D.N., Dubovitskaya I.A., Patrin P.V. Testing of the technology of radial-shear rolling and predesigning selection of rolling minimills for the adaptable production of titanium rods with small cross sections under the conditions of the «CHMP» JSC. Metallurgist. 2019. No. 62. P. 1133—1143. DOI: 10.1007/s11015-019- 00765-3.Negodin D.A., Galkin S.P., Kharitonov E.A., Karpov B.V., Khar’kovskii D.N., Dubovitskaya I.A., Patrin P.V. Testing of the technology of radial-shear rolling and predesigning selection of rolling minimills for the adaptable production of titanium rods with small cross sections under the conditions of the «CHMP» JSC. Metallurgist. 2019. No. 62. P. 1133—1143. DOI: 10.1007/s11015-019- 00765-3.Алиева С.Г., Альтман М.Б., Амбарцумян С.М., Ананьин С.Н., Аристова Н.А., Арчакова З.Н., Базурина Е.Я., Батраков В.П., Белоусов Н.Н., Боровских С.Н. и др. Промышленные алюминиевые сплавы: Справочник. Под ред. Ф.И. Квасова, И.Н. Фридляндера. М.: Металлургия, 1984.Alieva S.G., Al’tman M.B., Ambarcumjan S.M., Anan’in S.N., Aristova N.A., Archakova Z.N., Bazurina E.Ja., Batrakov V.P., Belousov N.N., Borovskih S.N. еt al. Industrial aluminum alloys: Handbook (Ed. Ph.I. Kvasov, I.N. Fridlyander). Moscow: Metallurgiya, 1984 (In Russ.).Белецкий В.М., Кривов Г.А. Алюминиевые сплавы (Состав, свойства, технология, применение): Справочник. Под ред. И.Н. Фридляндера. Киев: КОМИНТЕХ, 2005.Beletskiy V.M., Krivov G.A. Aluminum alloys (Composition, properties, technology, application). Handbook. (Ed. I.N. Fridlyander). Kiev: KOMINTEКH, 2005 (In Russ.).Потапов И.Н., Полухин П.И. Технология винтовой прокатки. М.: Металлургия, 1990.Potapov I.N., Polukhin P.I. Helical rolling technology. Moscow: Metallurgiya, 1990 (In Russ.).Romantsev B.A., Galkin S.P., Mikhajlov V.K., Khloponin V.N., Koryshev A.N. Bar micromill. Steel Trans. 1995. No. 2. P. 40—42.Romantsev B.A., Galkin S.P., Mikhajlov V.K., Khloponin V.N., Koryshev A.N. Bar micromill. Steel Trans. 1995. No. 2. P. 40—42.Galkin S.P. Trajectory of deformed metal as basis for controlling the radial-shift and screw rolling. Steel Trans. 2004. No. 7. P. 63—66.Galkin S.P. Trajectory of deformed metal as basis for controlling the radial-shift and screw rolling. Steel Trans. 2004. No. 7. P. 63—66.Galkin S.P., Romantsev B.A., Kharitonov E.A. Putting into practice innovative potential in the universal radialshear rolling process. CIS Iron Steel Rev. 2014. No. 9. P. 35—39.Galkin S.P., Romantsev B.A., Kharitonov E.A. Putting into practice innovative potential in the universal radialshear rolling process. CIS Iron Steel Rev. 2014. No. 9. P. 35—39.Вольратх К. Производство круглого проката с использованием трехвалковых станов. Черные металлы. 2004. No. 12. С. 23—24.Volrath K. Production of round steel using three-roll mills. Chernye Metally. 2004. No. 12. P. 23—24 (In Russ.).Нуссбаум Г., Крэмер В., Биттнер Г., Шнель Г. Опыт и результаты эксплуатации трехвалкового редукционно-калибровочного блока. Черные металлы. 2007. No. 1. С. 37—43.Nussbaum G., Kramer V., Bittner G., Shnel G. Experience and results of operation of a three-roll reduction and calibration unit. Chernye Metally. 2007. No. 1. P. 37—43 (In Russ.).Радюченко Ю.С. Ротационная ковка. М.: ГНТИ, Машлит, 1962.Radyuchenko Yu.S. Rotary forging. Moscow: GNTI, Mashlit, 1962 (In Russ.).Andreev V.A., Yusupov V.S., Perkas M.M., Prosvirnin V.V., Shelest, A.E., Prokoshkin S.D., Khmelevskaya I.Y., Korotitskii A.V. Bondareva S.A., Karelin R.D. Mechanical and functional properties of commercial alloy TN-1 semiproducts fabricated by warm rotary forging and ECAP. Russ. Metall. 2017. Vol. 2017. No. 10. P. 890—894. DOI: 10.1134/S0036029517100020.Andreev V.A., Yusupov V.S., Perkas M.M., Prosvirnin V.V., Shelest, A.E., Prokoshkin S.D., Khmelevskaya I.Y., Korotitskii A.V. Bondareva S.A., Karelin R.D. Mechanical and functional properties of commercial alloy TN-1 semiproducts fabricated by warm rotary forging and ECAP. Russ. Metall. 2017. Vol. 2017. No. 10. P. 890—894. DOI: 10.1134/S0036029517100020.Галкин С.П., Гамин Ю.В., Алещенко А.С., Романцев Б.А. Современное развитие элементов теории, технологии и мини-станов радиально-сдвиговой прокатки. Черные металлы. 2021. No. 12. C. 51—58. DOI: 10.17580/ chm.2021.12.09.Galkin S.P., Gamin Yu.V., Aleshchenko A.S., Romantsev B.A. Modern development of elements of theory, technology and mini-mills of radial shear rolling. Chernye Metally. 2021. No. 12. P. 51—58 (In Russ.).Суан Та.Д., Шереметьев В.А., Комаров В.С., Кудряшова А.А., Галкин С.П., Андреев В.А., Прокошкин С.Д., Браиловский В. Сравнительное исследование горячей радиально-сдвиговой прокатки заготовок из сверхупругого сплава сиcтемы Ti—Zr—Nb и серийного сплава ВТ6 методом QForm-моделирования. Известия вузов. Цветная металлургия. 2020. No. 6. С. 32—43. DOI: 10.17073/0021-3438-2020-6-32-43.Xuan T.D., Sheremetyev V.A., Komarov V.S., Kudryashova A.A., Galkin S.P., Andreev V.A., Prokoshkin S.D., Brailovski V. Comparative study of superelastic Ti— Zr—Nb and commercial VT6 alloy billets by QForm simulation. Russ. J. Non-Ferr. Met. 2021. No. 62. P. 39— 47. DOI: 10.3103/S1067821221010168.Гамин Ю.В., Кошмин А.Н., Долбачев А.П., Галкин С.П., Алещенко А.С., Кадач М.В. Изучение влияния режимов радиально-сдвиговой прокатки на температурно-деформационные условия процесса обработки алюминия АД0. Известия вузов. Цветная металлургия. 2020. No. 5. С. 70-83. DOI 10.17073/0021-3438- 2020-5-70-83.Gamin Y.V., Koshmin A.N., Dolbachev A.P., Galkin S.P., Aleschenko A.S., Kadach M.V. Studying the influence of radial-shear rolling on thermal deformation conditions of A1050 processing. Russ. J. Non-Ferr. Met. 2020. No. 61. P. 646—657. DOI: 10.3103/S1067821220060085.Arbuz A., Kawalek A., Ozhmegov K., Dyja H., Panin E., Lepsibayev A., Sultanbekov S., Shamenova R. Using of radial-shear rolling to improve the structure and radiation resistance of zirconium-based alloys. Materials. 2020. Vol. 13. No. 19. Art. 4306. DOI: 10.3390/ma13194306.Arbuz A., Kawalek A., Ozhmegov K., Dyja H., Panin E., Lepsibayev A., Sultanbekov S., Shamenova R. Using of radial-shear rolling to improve the structure and radiation resistance of zirconium-based alloys. Materials. 2020. Vol. 13. No. 19. Art. 4306. DOI: 10.3390/ma13194306.Валеев И.Ш., Валеева А.Х. Изменение микротвердости и микроструктуры меди М1 при радиально-сдвиговой прокатке. Письма о материалах. 2013. Т. 3. No. 1 (9). С. 38—40.Valeev I.Sh., Valeeva A.Kh. Change in microhardness and microstructure of copper M1 during radial-shear rolling. Pis’ma o materialakh. 2013. Vol. 3. No. 1 (9). P. 38—40 (In Russ.).Dobatkin S., Galkin S., Estrin Y., Serebryany V., Diez M., Martynenko N., Lukyanova E., Perezhogin V. Grain refinement, texture, and mechanical properties of a magnesium alloy after radial-shear rolling. J. Alloys Compd. 2019. Vol. 774. P. 969—979. DOI: 10.1016/j.jallcom. 2018.09.065.Dobatkin S., Galkin S., Estrin Y., Serebryany V., Diez M., Martynenko N., Lukyanova E., Perezhogin V. Grain refinement, texture, and mechanical properties of a magnesium alloy after radial-shear rolling. J. Alloys Compd. 2019. Vol. 774. P. 969—979. DOI: 10.1016/j.jallcom. 2018.09.065.Stefanik A., Szota P., Mróz S., Bajor T., Dyja H. Properties of the AZ31 magnesium alloy round bars obtained in different rolling processes. Arch. Metall. Mater. 2015. No. 60 (4). P. 3002—3005. DOI: 10.1515/amm-2015-0479.Stefanik A., Szota P., Mróz S., Bajor T., Dyja H. Properties of the AZ31 magnesium alloy round bars obtained in different rolling processes. Arch. Metall. Mater. 2015. No. 60 (4). P. 3002—3005. DOI: 10.1515/amm-2015-0479.Akopyan T.K., Gamin Y.V., Galkin S.P., Prosviryakov A.S., Aleshchenko A.S., Noshin M.A., Koshmin A.N., Fomin A.V. Radial-shear rolling of high-strength aluminum alloys: Finite element simulation and analysis of microstructure and mechanical properties. Mater. Sci. Eng. A. 2020. Vol. 786. DOI: 10.1016/j.msea.2020.139424.Akopyan T.K., Gamin Y.V., Galkin S.P., Prosviryakov A.S., Aleshchenko A.S., Noshin M.A., Koshmin A.N., Fomin A.V. Radial-shear rolling of high-strength aluminum alloys: Finite element simulation and analysis of microstructure and mechanical properties. Mater. Sci. Eng. A. 2020. Vol. 786. DOI: 10.1016/j.msea.2020.139424.Gamin Y.V., Galkin S.P., Romantsev B.A., Koshmin A.N., Goncharuk A.V., Kadach M.V. Influence of radial-shear rolling conditions on the metal consumption rate and properties of D16 aluminum alloy rods. Metallurgist. 2021. No. 65. P. 650—659. DOI: 10.1007/s11015-021- 01202-0/Gamin Y.V., Galkin S.P., Romantsev B.A., Koshmin A.N., Goncharuk A.V., Kadach M.V. Influence of radial-shear rolling conditions on the metal consumption rate and properties of D16 aluminum alloy rods. Metallurgist. 2021. No. 65. P. 650—659. DOI: 10.1007/s11015-021- 01202-0/Naydenkin E.V., Ratochka I.V., Mishin I.P., Lykova O.N. Evolution of the structural-phase state of a VT22 titanium alloy during helical rolling and subsequent aging. Russ. Phys. J. 2015. No. 58(8). P. 1068—1073. DOI: 10.1007/ s11182-015-0613-7.Naydenkin E.V., Ratochka I.V., Mishin I.P., Lykova O.N. Evolution of the structural-phase state of a VT22 titanium alloy during helical rolling and subsequent aging. Russ. Phys. J. 2015. No. 58(8). P. 1068—1073. DOI: 10.1007/ s11182-015-0613-7.Valeeva A.Kh., Valeev I.Sh., Fazlyakhmetov R.F. Microstructure of the β-phase in the Sn11Sb5.5Cu babbit. Phys. Metals Metallograf. 2017. Vol. 118. No. 1. P. 48—51. DOI: 10.1134/S0031918X17010082.Valeeva A.Kh., Valeev I.Sh., Fazlyakhmetov R.F. Microstructure of the β-phase in the Sn11Sb5.5Cu babbit. Phys. Metals Metallograf. 2017. Vol. 118. No. 1. P. 48—51. DOI: 10.1134/S0031918X17010082.Naizabekov A.B., Lezhnev S.N., Dyja H., Bajor T., Tsay K., Arbuz A., Gusseynov N., Nemkaeva R. The effect of cross rolling on the microstructure of ferrous and non-ferrous metals and alloys. Metalurgiya. 2017. Vol. 56. No. 1-2. P. 199—202.Naizabekov A.B., Lezhnev S.N., Dyja H., Bajor T., Tsay K., Arbuz A., Gusseynov N., Nemkaeva R. The effect of cross rolling on the microstructure of ferrous and non-ferrous metals and alloys. Metalurgiya. 2017. Vol. 56. No. 1-2. P. 199—202.Karpov B.V., Patrin P.V., Galkin S.P., Kharitonov E.A., Karpov I.B. Radial-shear Rolling of titanium alloy VT-8 bars with controlled structure for small diameter ingots (200 mm). Metallurgist. 2018. Vol. 61. No. 9-10. P. 884— 890. DOI: 10.1007/s11015-018-0581-6.Karpov B.V., Patrin P.V., Galkin S.P., Kharitonov E.A., Karpov I.B. Radial-shear Rolling of titanium alloy VT-8 bars with controlled structure for small diameter ingots (200 mm). Metallurgist. 2018. Vol. 61. No. 9-10. P. 884— 890. DOI: 10.1007/s11015-018-0581-6.Патрин П.В., Карпов Б.В., Алещенко А.С., Галкин С.П. Оценка технологических возможностей радиально-сдвиговой прокатки сортового проката из жаропрочного сплава ХН73МБТЮ. Сталь. 2020. No. 1. С. 18—21.Patrin P.V., Karpov B.V., Aleshchenko A.S., Galkin S.P. Capability process assessment of radial-displacement rolling of heat-resistant alloy HN73MBTYU. Steel Trans. 2020. Vol. 50. No 1. P. 42—45.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.