STUDY OF THE DEPENDENCE BETWEEN THE CRITERIA OF THE HARDNESS OF ALUMINUM ALLOY EN AW-6063, THE DURATION OF HEAT TREATMENT AND THE GEOMETRIC CHARACTERISTICS OF SAMPLES ON THE EXAMPLE OF ANALYSING THE PROCESS OF ARTIFICIAL AGING

STUDY OF THE DEPENDENCE BETWEEN THE CRITERIA OF THE HARDNESS OF ALUMINUM ALLOY EN AW-6063, THE DURATION OF HEAT TREATMENT AND THE GEOMETRIC CHARACTERISTICS OF SAMPLES ON THE EXAMPLE OF ANALYSING THE PROCESS OF ARTIFICIAL AGING

Farrukhjon Ibrakhimov

engineer, “ALUTEX” LLC enterprise,

Uzbekistan, Tashkent

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ МЕЖДУ КРИТЕРИЯМИ ТВЕРДОСТИ АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА EN AW-6063, ДЛИТЕЛЬНОСТИ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ И ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ОБРАЗЦОВ НА ПРИМЕРЕ АНАЛИЗА ПРОЦЕССА ИСКУССТВЕННОГО СТАРЕНИЯ

Ибрахимов Фаррухжон Фарходович

инженер, предприятие ООО «ALUTEX»,

Узбекистан, г. Ташкент

Как известно, твердость сплава является одним из ключевых критериев оценки его качества. От твердости сплава зависят прочность, надежность и безопасность различных конструкций, узлов и деталей машин, которые из него изготовлены.

На сегодняшний день существует несколько способов повышения этого параметра для различных сплавов.  При этом, мероприятия, направленные на повышение твердости одного сплава, могут оказаться малоэффективными относительно другого. Однако метод термической обработки металлов является универсальным и примечательным в том плане, что он применяется для повышения твердости вне зависимости от рассматриваемого сплава. В частности, это касается и деформируемых алюминиевых сплавов, к которым можно отнести сплавы EN AW-6060 и EN AW-6063 (ГОСТ 4784-2019) [3, с. 72].

С увеличением температуры алюминиевого сплава, входящие в его состав такие упрочняющие легирующие компоненты, как магний (Mg), кремний (Si) и железо (Fe) имеют большую растворимость в сплаве, вследствие чего, в процессе его охлаждения (в процессе рекристаллизации сплава) образуется более прочная кристаллическая решетка. Как правило, твердость сплава до термической обработки составляет 2-3 Вб, а после – 11-15 Вб, что эквивалентно 35-40 HRE и 75-80 HRE соответственно.

Процесс закаливания (искусственного старения) сплавов алюминия с низким содержанием легирующих компонентов имеет весьма изменчивую характеристику: к определенному моменту времени, твердость сплава при закаливании достигает пиковых значений: в этот момент крайне важно остановить процесс закаливания и произвести охлаждение металла [1, сс. 2-3]. По прохождению фазы пиковой твердости при закаливании наступает фаза «перестаривания», при которой сплав, хоть и обладает некоторой твердостью, она значительно меньше пиковых значений, достигнутых на протяжении процесса (Рис. 1):

Рисунок 1. Тенденция изменения твердости сплава EN AW-6063 на протяжении процесса искусственного старения

На рис.1 показан график изменения твердости сплава EN AW-6063, подвергавшегося искусственному старению в печи закаливания, при температуре t=220°C и времени выдержки 9 ч [2, с. 30]. Для закаливания в рамках настоящего исследования были отобраны тестовые алюминиевые пластины разной толщины (от d=1,0 мм до d=3,0 мм). Как оказалось, длительность термической обработки металла, которая влияет на твердость сплава, в свою очередь, зависит от геометрических характеристик закаляемых образцов, и эту самую связь можно охарактеризовать для сплава EN AW-6063, в частном случае.

Известно выражение для термического расширения твердых тел:

                                         (1)

из которого следует, что термическое расширение тела зависит только от его продольных размеров [5, с. 467]. Учитывая тот факт, что все образцы в настоящем исследовании представляли собой пластины, изготовленные из одного и того же сплава, и как следствие, с одинаковым коэффициентом линейного термического расширения, разной толщины, но одинаковой длины (l=2,5 м), под термическим расширением, в данном случае, уместно понимать изменение толщины образца, подвергаемого искусственному старению (Δd). Отсюда следует закономерный вывод о том, что существует некая зависимость, характеризующая качественные параметры течения процесса искусственного старения алюминиевых сплавов (в виде заготовок определенных геометрических размеров) в зависимости от линейных размеров заготовок при равных условиях термической обработки (Рис.2):

Рисунок 2. Установленная опытным путем связь между геометрическими параметрами образцов, подверженных искусственному старению при равных условиях и их твердостью впоследствии закаливания

Теоретически, исследовать эту связь (Рис.2) возможно только в приближенном, т.е. «аппроксимированном» виде. Несмотря на допустимые погрешности при таком подходе к исследованию связи между геометрическими характеристиками образцов и их твердостью вследствие искусственного старения при равных условиях, он все еще может оказаться примечательным, ввиду возможности заблаговременного оценивания аппроксимированных качественных критериев течения процесса искусственного старения еще до его непосредственного выполнения (оценка тренда). Более того, с увеличением объема выборки экспериментально полученных данных, точность результатов исследования будет соответственно повышаться.

Автором предлагается исследовать эту связь методом параболической аппроксимации.

Параболическая аппроксимация представляет собой полиномиальное уравнение второй степени [4, с. 11]:

                                           (2)

При этом, коэффициенты b₀, b₁ и b₂ соответственно определяются методом наименьших квадратов:

                    (3)

откуда следует:

                                (4)

                                    (5)

Подставив значения, полученные экспериментально (Рис.2) в систему (5), получим значения для b₀, b₁ и b₂ соответственно:

откуда уравнение (2) примет вид:

                                        (6)

Изобразим кривую аппроксимации (6) на графике (Рис.3):

Рисунок. 3. Параболическая аппроксимация, характеризующая тенденцию изменения твердости по мере увеличения толщины образцов, подвергаемых искусственному старению

Таким образом, автор описывает доводы о том, что исследование связи между критериями твердости и линейными параметрами образцов сплавов алюминия с низким содержанием легирующих элементов имеет практическое значение.

Результаты данного исследования, а также соответствующие выводы могут быть рекомендованы к изучению и дальнейшему практическому исследованию специалистами литейных цехов, относящихся к предприятиям по производству изделий из алюминия с низким содержанием легирующих элементов (EN AW-6060, EN AW-6063 и т.д.).

Список литературы:

1. Tuo Ye, Yuanzhi Wu, Anmin Liu, Congchang Xu, Luoxing Li: Mechanical property and microstructure evolution of aged 6063 aluminum alloy under high strain rate deformation, Vacuum, Volume 159, 2019, Pages 37-44,
2. Белоцерковский, Д. Л. Полное исследование функции / Д. Л. Белоцерковский. — Москва: РГУ нефти и газа им И.М. Губкина,, 2014. — 35 c. — Текст : непосредственный.
3. Ягнюк Б. Н. Характеристики алюминиевых сплавов для строительных конструкций в европейских стандартах // Resour. Technol. 2019. №1, сс. 69-79
4. Данилов, А. М. Интерполяция, аппроксимация, оптимизация: анализ и синтез сложных систем / А. М. Данилов, И. А. Гарькина. — ISBN 978-5-9282-1036-6. — Пенза: ПГУАС, 2014. — 168 c. — Текст: непосредственный.
5. Кикоин А.К., Кикоин И.К. Общий курс физики. Молекулярная физика. Издание второе, переработанное - М.: 1976. - 480 с.