Тема: Усталостные свойства алюминиевого сплава 6101 электротехнического назначения, подвергнутого интенсивной пластической деформации

Алюминий является самым используемым цветным металлом в мире. Это объясняется тем, что алюминий и сплавы на его основе сочетают в себе такие полезные физико-механические свойства, как малая плотность, отличная коррозионная стойкость, высокое значение теплопроводности, пластичность, немагнитность и высокая прочность при добавление некоторых легирующих металлов. Наличие большого запаса алюминия на Земле, легкость и податливость к разным видам формования делают его привлекательным и экономически выгодным в широком спектре применения - от пищевых упаковок и бытовых предметов до машиностроения и транспорта.
Одной из перспективных областей применения алюминия является электротехника, так как алюминий обладает высокой удельной электропроводностью (около 63% от удельной электропроводности меди). В частности, чистый алюминий широко используется в качестве проводникового материала в конструкциях кабелей и проводов. Однако, основным недостатком чистого алюминия является его низкая прочность. Добавление кремния и магния в сочетании с термической обработкой позволяет изготовлять высокопрочные электропроводящие материалы. К числу сплавов этого состава относятся сплавы марок 6101 и 6201. Чаще всего их используют при изготовление проводов для линий электропередачи и токопроводящих жил других видов кабельной продукции.
В линиях электропередачи одной из основных причин разрушения проводов являются эоловые вибрации. Это колебания с маленькой амплитудой и высокой частотой, созданные под действием ветра. Под таким видом циклической нагрузки кабель повреждается из-за усталостного истирания его проводов в местах контакта с креплениями. Уменьшить влияние эоловых вибраций на выносливость проводов можно с помощью повышения прочностных характеристик материала.
Известно, что традиционные подходы повышения прочности, включающие легирование и различные методы деформационно-термической обработки, основаны на введении в микроструктуру металла большого количества дефектов кристаллического строения (частиц вторичной фазы, границ зерен, дислокаций). Однако это приводит к снижению электропроводности из-за рассеяния электронов проводимости на тепловых колебаниях решетки, примесных атомах и дефектах. Как следствие, высокая прочность и высокая электропроводность не могут быть одновременно достигнуты традиционными методами обработки металлов. В связи с этим разработка научных подходов повышения прочности алюминия при сохранении высокой электропроводности, является актуальной задачей, решение которой позволит снизить потери при передаче электроэнергии.
Одним из новых методов достижения высокой прочности материала, представляющих интерес для исследователей, является метод интенсивной пластической деформации (ИПД), позволяющий измельчать зерна до ультрамелкого размера и получать микроструктуру с высокой плотностью дефектов. В настоящее время наибольшее развитие получили 2 вида ИПД: равноканальное угловое прессование (РКУП) и интенсивная пластическая деформация кручением (ИПДК).
Основная цель данной работы заключалась в исследование влияния интенсивной пластической деформации кручением на усталостную прочность и электропроводность сплава Al 6101. Также в ходе работы были получены диаграммы деформирования и кривые усталости для малых и больших образцов крупнозернистого сплава Al 6101. Анализ этих данных позволил сделать вывод о зависимости усталостных и механических свойств от геометрических размеров образца.
Также в рамках этой работы исследовалось влияние времени искусственного старения на микроструктуру и свойства крупнозернистого сплава Al 6101. В результате удалось подобрать режим термической обработки, который позволяет достичь оптимального сочетания высокой прочности и электропроводности сплава.

Купить

Все поставленные в исследовании задачи были успешно выполнены, а по полученным результатам работы можно сделать следующие заключения:
1. Результаты исследования влияния времени искусственного старения после гомогенизирующего отжига при 550 0С на электропроводность и микротвердость сплава Al 6101 показали, что увеличение времени старения повышает значения этих свойств, позволяя добиться электропроводности 30,9 ± 0,24 МСм/м и HV = 101,365 ± 1,4715 при 160 0С в течение 24 часов.
2. Обработка сплава ИПДК (P = 2 ГПа и 5 оборотов) привела к повышению прочности сплава Al 6101, но снизила электропроводность сплава до 29,6162 ± 0,5262 МСм/м. Этот результат показывает, что для одновременного повышения электропроводности и прочности сплава одной только обработки ИПДК недостаточно, требуется более детальное изучение влияние последующей термической обработки на электропроводность сплава Al 6101.
3. Построенная кривая Веллера для крупнозернистых (КЗ) и мелкозернистых (УМЗ) образцов показала, что ИПДК повышает предел выносливости более чем в 1,5 раза и диапазон рабочих напряжений в малоцикловой области для УМЗ сравнительно шире, чем для КЗ.
4. Получены экспериментальные зависимости усталостных испытаний от геометрии образцов для сплава Al 6101, полученных с использованием малых образцов и стандартных образцов. Сравнительный анализ полученных данных позволил сформировать представление о правилах масштабирования свойств в зависимости от выбора размера образца. Статистический разброс полученных данных показал хорошую повторяемость результатов.

Купить