Влияние длины наконечника инструмента на упрочнение алюминиевого сплава Д16 при обработке трением с перемешиванием

А.Х. Валеева ORCID logo , А.Х. Ахунова, Д.Б. Кабирова, М.Ф. Имаев, Р.Ф. Фазлыахметов показать трудоустройства и электронную почту
Получена: 11 ноября 2020; Исправлена: 09 февраля 2021; Принята: 15 февраля 2021
Цитирование: А.Х. Валеева, А.Х. Ахунова, Д.Б. Кабирова, М.Ф. Имаев, Р.Ф. Фазлыахметов. Влияние длины наконечника инструмента на упрочнение алюминиевого сплава Д16 при обработке трением с перемешиванием. Письма о материалах. 2021. Т.11. №2. С.119-124
BibTex   https://doi.org/10.22226/2410-3535-2021-2-119-124

Аннотация

Распределение температуры, эффективной деформации, перемещения материала и микротвердости показывает, что штифт длиной 2,0 мм является предпочтительным для обработки трением с перемешиванием листа из алюминиевого сплава Д16.Представлены результаты исследования влияния длины наконечника инструмента на микроструктуру и твердость листа алюминиевого сплава Д16 толщиной 3.0 мм при обработке трением с перемешиванием (ОТП), а также данные компьютерного моделирования. Сплав в исходном состоянии содержит частицы фаз θ (Al2Cu), S (Al2CuMg) и фаз сложного состава (AlCuMnSiFe) размером от 0.5 – 3 до нескольких десятков микрон. Также наблюдается небольшое количество частиц размером 2 – 3 мкм, богатых кремнием. Фазы (AlCuMnSiFe) в исходном состоянии часто образуют выделения скелетообразной формы размером до 30 – 40 мкм. Такие выделения состоят из трех фаз, различающихся соотношением элементов. ОТП материала привела к росту микротвердости в центре обрабатываемой зоны и в стороне набегания с 53 ± 4 HV до 110 ± 8 НV, при этом наибольшие значения микротвердости практически не зависят от длины наконечника. Распределение микротвердости и микроструктуры в зоне обработки неравномерное и зависит от длины наконечника инструмента. Наиболее высокую твердость центральной зоны ОТП обеспечивает наконечник длиной 2.0 мм. Установлено, что при ОТП сплава происходит измельчение крупных частиц интерметаллидных фаз и распределение продуктов измельчения в зоне ОТП. Частицы фаз θ и S слабо подвержены измельчению, в то время как остальные фазы измельчаются вплоть до субмикронного размера. Для обоснования выбора эффективной длины наконечника выполнено трехмерное конечно-элементное моделирование процесса обработки методом ОТП в программной среде DEFORM-3D. Проанализировано распределения эффективной деформации, температурных полей и перемещения материальных точек в зоне термомеханического воздействия. Результаты моделирования согласуются с данными физического эксперимента в том, что наиболее предпочтительным при рассмотренных условиях обработки является наконечник длиной 2.0 мм, т. к. он позволяет получить наиболее широкие и симметричные области интенсивного разогрева и деформации.

Ссылки (23)

1. S. Mironov, Y. S. Sato, H. Kokawa. J. of Mater. Sci. and Technol. 34, 58 (2018). Crossref
2. H. J. Liu, J. J. Shen, Y. X. Huang, L. Y. Kuang, C. Liu, C. Li. Sci. Technol. Weld. Joining. 14 (6), 577 (2009). Crossref
3. M. Sarvghad Moghaddam, R. Parvizi, M. Haddad-Sabzevar, A. Davoodi. Materials and Design. 32 (5), 2749 (2011). Crossref
4. P. Xue, G. M. Xie, B. L. Xiao, Z. Y. Ma, L. Geng. Metall. Mater. Trans. A. 41, 2010 (2010). Crossref
5. A. I. Rudskoy, A. A. Naumov, E. V. Chernikov. Tsvetnyye metally. Chernyye metally. Special issue, 24. (2014). (in Russian) [А. И. Рудской, А. А. Наумов, Е. В. Черников. Цветные металлы. Черные металлы. Спец. вып., 24 (2014).].
6. R. Z. Valiev, I. V. Alexandrov. Nanostructured materials obtained by severe plastic deformation. Moscow, Logos (2000) 272 p. (in Russian) [Р. З. Валиев, И. В. Александров. Наноструктурные материалы, полученные интенсивной пластической деформацией. Москва, Логос (2000) 272 с.].
7. A. I. Rudskoy. Nanostrukturirovannye metallicheskie materialy (Nanostructured metallic materials). Nauka, S.-Petersburg (2011) 270 p. (in Russian) [А. И. Рудской. Наноструктурированные металлические материалы. Наука, С.-Петербург (2011) 270 с.].
8. H. Pashazadeh, J. Teimournezhad, A. Masoumi. Materials and Design. 55, 619 (2014). Crossref
9. M. K. Besharati-Givi, Parviz Asadi. Advances in Friction Stir Welding and Processing. Elsevier, Woodhead Publishing (2014) 823 p.
10. T. R. McNelley. Lett. Mater. 5 (3), 246 (2015). Crossref
11. S. M. Aktarer, T. Küçükömeroğlu. Journal of Achievements of Materials and Manufacturing Engineering. 75 (2), 55 (2016). Crossref
12. Y. Chen, H. Ding, J. Li, Z. Cai, J. Zhao, W. Yang. Mater. Sci. Eng. A. 650, 281 (2016). Crossref
13. X. Chen, Y. Zhang, M. Cong. Vacuum. 175, 109292 (2020). Crossref
14. M. Elyasi, H. A. Derazkola, M. Hosseinzadeh. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: J. of Engineering Manufacture. 230, 1234 (2016). Crossref
15. M. Assidi, L. Fourment, S. Guerdoux, T. Nelson. Int. J. of Mach. Tools and Manuf. 50 (2), 143 (2010). Crossref
16. T. Nakamura, T. Obikawa, E. Yukutake, S. Ueda, I. Nishizaki. Modern Mechanical Engineering. 8 (1), 78 (2018). Crossref
17. A. K. Akhunova, M. F. Imayev, A. K. Valeeva. Lett. Mater. 9 (4), 456 (2019). Crossref
18. V. S. Kovalenko. Metallurgical reagents. Moscow, Metallurgiya (1981) 120 p. (in Russian) [В. С. Коваленко. Металлографические реактивы. Москва, Металлургия (1981) 120 с.].
19. L. F. Mondolfo. Structure and Properties of Aluminum Alloys. Moscow, Metallurgy (1979) 640 р. (in Russian) [Л. Ф. Мондольфо. Структура и свойства алюминиевых сплавов. Москва, Металлургия (1979) 640 с.].
20. A. Staszczyk, J. Sawicki, B. Adamczyk-Cieslak. Materials (Basel). 12 (24), 4168 (2019). Crossref
21. A. Kh. Valeeva, A. Kh. Akhunova, M. F. Imayev, R. F. Fazlyakhmetov. Ultrafine-grained and nanostructured materials: Proceedings of the Open School-Conference of the CIS Countries. Ufa, RIC BashSU (2020) p. 199. (in Russian) [А. Х. Валеева, А. Х. Ахунова, М. Ф. Имаев, Р. Ф. Фазлыахметов. Ультрамелкозернистые и наноструктурные материалы: Сборник трудов Открытой школы-конференции стран СНГ. Уфа, РИЦ БашГУ (2020) с. 199.].
22. R. G. Buchheit, R. P. Grant, P. F. Hiava, B. Mckenzie, G. L. Zender. J. of the Electrochemical Society. 144 (8), 2621 (1997). Crossref
23. R. S. Mishra, Z. Y. Ma. Mater. Sci. and Eng.: R. 50(1-2), 1 (2005). Crossref

Другие статьи на эту тему

Финансирование

1. Институт проблем сверхпластичности металлов Российской академии наук - AAAA-A19-119021390106-1