Исследование влияния однородности зеренной структуры на показатели пригодности к операциям листовой штамповки сплавов АМг2 и АМг6

Качество изделий, получаемых из листовых алюминиевых сплавов, сильно зависит от технологических особенностей процесса листовой штамповки, а также от структуры листовых полуфабрикатов. Размер зерна и однородность зеренной структуры – одни из ключевых структурных особенностей, влияющих на показатели штампуемости. Предложен метод и выполнена оценка однородности зеренной структуры. Оценка штампуемости сплавов АМг2 и АМг6 проводилась на основании измерений показателя упругой отдачи, минимального радиуса гибки, определения числа текучести, показателя деформируемости по Мартенсу. Путем холодной деформации (со степенью деформации 20 %) и последующего рекристаллизационного отжига при температурах 250, 350 и 450 °С в течение 1 ч получена зеренная структура размером (26,8 ± 7,4)÷(126 ± 43) мкм (сплав АМг6) и (120 ± 11)÷(264 ± 130) мкм (сплав АМг2). В результате обработки выявлена роль исходного размера зерна: более крупнозернистая структура сплава АМг2 привела к более крупному зерну после деформации и отжигов. Установлено, что с ростом размера зерна в обоих сплавах наблюдаются увеличение показателя по Мартенсу и снижение числа текучести, что свидетельствует о повышении штампуемости сплавов в вытяжных операциях листовой штамповки. С ростом размера зерен в сплаве АМг2 показатель упругого последействия уменьшается в 1,5– 1,7 раза, а минимальный радиус гибки увеличивается, а в сплаве АМг6 показатель упругого последействия повышается в 1,1–1,2 раза, а минимальный радиус гибки снижается. Минимальный радиус гибки у сплава АМг 6 остается выше, чем в сплаве АМг2, независимо от размера зерна. Разнозернистость в сплаве АМг6 вызывает рост показателя по Мартенсу и минимального радиуса гибки, уменьшение числа текучести, а в сплаве АМг2 – увеличение показателя по Мартенсу и минимального радиуса гибки, снижение числа текучести. С увеличением разнозернистости наблюдается большой разброс данных для показателя упругой отдачи. В сплаве АМг6 низкая температура отжига привела к сохранению нерекристаллизованной структуры, что повлияло на снижение штампуемости.

1. Raulea L.V., Goijaerts A.M., Govaert L.E., Baaijens F.P.T. Size effect in the processing of thin metal sheet. J. Mater. Process. Technol. 2001. Vol. 115 (1). P. 44—48.

2. Janssen P.J.M., de Keijser Th.H., Geers M.G.D. An experimental assessment of grain size effects in the uniaxial straining of thin Al sheet with a few grains across the thickness. Mater. Sci. Eng. A. 2006. Vol. 419. P. 238—248.

3. Gau J., Principe C., Wang J. An experimental study on size effects on flow stress and formability of aluminium and brass for microforming. J. Mater. Process. Technol. 2007. Vol. 184. P. 42—46.

4. Vollertsen F., Biermann D., Hansen H.N., Jawahir I.S., Kuzman K. Size effects in manufacturing of metallic components. CIRP Annu. Manuf. Technol. 2009. Vol. 58 (2). P. 566—587.

5. Зиновьева О.С., Романова В.А. Численное исследование влияния размера зерна и условий нагружения на деформационные характеристики поликристаллического алюминиевого сплава. Соврем. пробл. науки и образования. 2013. No. 6. URL: https://www.science-education.ru/ru/article/view?id=11299 (дата обращения: 21.03.2019).

6. Zinov’eva O.S., Romanova V.A. Numerical research of grain size and load condition effect on deformation characteristics of polycrystalline aluminum alloy. Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya. 2013. No. 6. URL: https://www.science-education.ru/ru/article/view?id=11299 (accessed: 21.03.2019) (In Russ).

7. Pereira M.P., Yan W., Rolfec B.F. Sliding distance, contact pressure and wear in sheet metal stamping. Wear. 2010. Vol. 268. P. 1275—1284.

8. Babu S.S.M., Berry S., Ward M., Krzyzanowski M. Numerical investigation of key stamping process parameters influencing tool life and wear. Proc. Manuf. 2018. Vol. 15. P. 427—435.

9. Китаева Д.А., Коджаспиров Г.Е., Рудаев Я.И. О самоорганизации в процессах термомеханического деформирования. Вестн. Тамбовского ун-та. Сер. Естеств. и техн. науки. Физика. 2016. Т. 21. Вып. 3. С. 1051—1054. Kitaeva D.A., Kodzhaspirov G.E., Rudaev Ya.I. On selforganization in process of thermomechanical deformation. Vestnik Tambovskogo universiteta. Ser. Estestvennye i tekhnicheskie nauki. Fizika. 2016. Vol. 21. Iss. 3. P. 1051—1054 (In Russ.).

10. Китаева Д.А., Рудаев Я.И. О макрокинетике динамической сверхпластичности алюминиевых сплавов. Матем. моделирование систем и процессов. 2005. No. 13. C. 115—122. Kitaeva D.A., Rudaev Ya.I. On macrokinetics of dynamic superplasticity in aluminium alloys. Matematicheskoe modelirovanie sistem i protsessov. 2005. No. 13. P. 115—122 (In Russ.).

11. Новиков И.И. Теория термической обработки металлов: Учебник. 4-е изд., испр. и доп. М.: Металлургия, 1986. Novikov I.I. Theory of heat treatment. Moscow: Metallurgiya, 1986 (In Russ).

12. Ben Hmida R., Thibaud S., Gilbin A., Richard F. Influence of the initial grain size in single point incremental forming process for thin sheets metal and microparts: Experimental investigations. Mat. Des. 2013. Vol. 45. P. 155—165.

13. Toros S., Ozturk F. Modeling uniaxial, temperature and strain rate dependent behavior of Al—Mg alloys. Comput. Mat. Sci. 2010. Vol. 49. No. 2. P. 333—339.

14. Singh M., Choubey A.K., Sasikumar C. Formability analysis of aluminium alloy by erichsen cupping test method. Mater. Today. Proc. 2017. Vol. 4. Iss. 2. Pt. A. P. 805—810.

15. Кишкина С.И., Фридляндер И.Н. Авиационные материалы. Т. 4. Алюминиевые и бериллиевые сплавы. Ч. I. Деформируемые алюминиевые сплавы и сплавы на основе бериллия. Кн. 1. Под ред. Р.Е. Шалина. Справочник в 9 т. 6-е изд., перераб. и доп. М.: ОНТИ, 1982. Kishkina S.I., Fridlyander I.N. Aviation materials. Vol. 4. Aluminum and beryllium alloys. Part 1. Work aluminium alloys and alloys based on beryllium. Book 1. Ed. R.E. Shalin. Moscow: ONTI, 1982 (In Russ.).

16. Liu Y., Wang L., Zhu B., Zhang Y. Identification of two aluminium alloys and springback behaviours in cold bending. Procedia Manuf. 2018. Vol. 15. P. 701—708.

17. Yuan W., Wan M., Wu X. Prediction of forming limit curves for 2021 aluminum alloy. Proc. Eng. 2017. Vol. 207. P. 544—549.

18. Hua X., Wilkinson D.S., Jain M., Wu P., Mishra R.K. Fuel cap stamping simulation of AA5754 sheets using a microstructure based macro-micro multi-scale approach. Comput. Mater. Sci. 2015. Vol. 98. P. 354—365.

19. Мальцев М.В. Металлография промышленных цветных металлов и сплавов (с атласом макро- и микро- структур). 2-е изд., перераб. и доп. М.: Металлургия, 1970. Mal’tsev M.V. Metallography of commerce non-ferrous metals and alloys. Moscow: Metallurgiya, 1970 (In Russ.).

20. Рогельберг И.Л., Шпичинецкий Е.С. Диаграммы рекристаллизации металлов и сплавов: Справочник. М.: Металлургиздат, 1950. Rogel’berg I.L., Shpichinetskii E.S. Recristalliztion diagram of metals and alloys. Moscow: Metallurgizdat, 1950 (In Russ.).

21. Панченко Е.В., Скаков Ю.А., Кример Б.И. Лаборатория металлографии: Учеб. пос. 2-е изд., испр. и доп. М.: Металлургия, 1965. Panchenko E.V., Skakov U.A., Krimer B.I. Laboratory of metallography. Moscow: Metallurgiya, 1965 (In Russ.).

22. Zhang J.X., Ma M., Liu W.C. Effect of initial grain size on the recrystallization and recrystallization texture of coldrolled AA 5182 aluminum alloy. Mater. Sci. Eng. A. 2017. Vol. 690. P. 233—243.

23. Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. 5-е изд., доп. и перераб. Л.: Машиностроение, 1971. Romanovskii V.P. Handbook on cold stamping. Leningrad: Mashinostroienie, 1971 (In Russ.).

24. Grèze R., Manach P.Y., Laurent H., Thuillier S., Menezes L.F. Influence of the temperature on residual stresses and springback effect in an aluminium alloy International. J. Mech. Sci. 2010. Vol. 52. P. 1094—1100.

25. Cheng T. Ch., Lee R. Sh. The influence of grain size and strain rate effects on formability of aluminium alloy sheet at high-speed forming. J. Mater. Process. Technol. 2018. Vol. 253. P. 134—159.