Регистрация / Вход
Прислать материал

14.578.21.0097

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.578.21.0097
Тематическое направление
Транспортные и космические системы
Исполнитель проекта
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет"
Название доклада
Сварка трением с перемешиванием алюминиевых сплавов для производства дисков автомобильных колес.
Докладчик
Кайбышев Рустам Оскарович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Разработка режимов сварки трением с перемешиванием и послесварочной термической обработки разнородных алюминиевых сплавов А356.02Т6 и AA6061T6 для получения неразъемных соединений составных дисков автомобильных колес с улучшенными эксплуатационными свойствами
Актуальность и новизна исследования
В настоящее время автомобильные колеса из алюминиевых сплавов изготавливаются методом литья или горячей штамповки. Первый метод обеспечивает низкую стоимость, оригинальный внешний вид. Его недостатком являются невысокие механические свойства. Штамповка позволяет получать высокие свойства в дисках алюминиевых колес, однако она не может обеспечить привлекательный дизайн колеса, и обладает высокой себестоимостью. Минусы этих технологий устраняются при использовании составных колес, в которых обод изготавливается из деформируемых алюминиевых сплавов, а ступица с лучами или диском методом литья. Соединение этих двух деталей, как правило, механическое, что обуславливает высокую стоимость и повышенный вес данного вида колес.
Использование сварки трением с перемешиванием для соединения обода и луча позволит разработать такую технологию, которая обеспечит получение высокопрочного неразъемного соединения между ободом из деформированного алюминиевого сплава и лучами со ступицей (диском) из литого сплава.
Для существенного повышения эффективности сварного соединения будет использована послесварочная термическая обработка. Это позволит сочетать привлекательный дизайн литых лучей со ступицей (диска) с высокими механическими свойствами кованого обода.
Абсолютное большинство исследований СТП и послесварочной термической обработки в алюминиевых сплавах посвящено их влиянию на прочностные характеристики. Работ, в которых рассматривались их влияние на усталость, трещиностойкость и коррозионную стойкость практически нет. Данный проект посвящен исследованию структурных характеристик, а также прочностных и усталостных свойств разнородного сварного соединения АА356.02Т6/АА6061Т6.
Описание исследования

В ходе выполнения данного проекта будет разработана технология производства составного диска из литой сердцевины из сплава А356.02Т6 и деформированного обода из сплава АА6061Т6, соединенных сваркой трением с перемешиванием, с близким к равнопрочному сварным швом. Будет изучен весь необходимый комплекс механических, которые включают статические свойства (предел текучести, предел прочности, относительное удлинение) и предел многоцикловой усталостной выносливости. Для этого будут отработаны режимы сварки трением с перемешиванием (СТП) для соединения листов c однородными сварными швами AA6061T6/AA6061T6 и А356.02Т6/А356.02Т6, а также композитным сварным швом А356.02Т6/AA6061T6 по различным режимам сварки трением с перемешиванием. В зонах сварного шва после СТП, зоне термомеханического воздействия и зоне термического воздействия будут выполнены структурные исследования, которые должны дать следующую минимальную информацию: размер зерен, плотность дислокаций и характеристики субзеренных границ внутри зерен, природа, распределение и размеры дисперсных частиц. В дополнение к полученным данным микроструктурных исследований будет изучен комплекс механических свойств: статические механические свойства как сварного соединения в целом, так и отдельно сварного шва (зона перемешивания); профили микротвердости для изучения различных зон сварного соединения. На основании этих исследований будут оптимизированы режимы сварки трением с перемешиванием. Для получения повышения прочностных свойств сварных соединений будут отработаны режимы послесварочной термической, включая как послесварочное старение, так и перезакалку с последующим старением. Будет проведена послесварочная термическая обработка однородных сварных соединений листов AA6061T6/AA6061T6 и А356.02Т6/А356.02Т6, а также композитных сварных соединений А356.02Т6/AA6061T6.Это необходимо для подбора оптимального сочетания режима СТП и послесварочной термической обработки, которое обеспечит наивысшую эффективность сварного соединения. Будут выполнены структурные исследования в различных зонах сварного шва, которые дадут информацию о размере зерен, плотности дислокаций и характеристике субзеренных границ внутри зерен, природе, распределении и размерах дисперсных частиц. Будет проведен комплекс механических испытаний для определения статических механических свойств как сварного соединения в целом, так и отдельно сварного шва (зона перемешивания); построены профили микротвердости для изучения различных зон сварного соединения; определены характеристики многоцикловой усталости, ударной вязкости; сопротивление коррозии, которое включает в себя характеристики коррозии под напряжением и расслаивающей коррозии зоны сварного шва. На основании этих исследований будут оптимизированы режимы послесварочных термических обработок.

Результаты исследования

На основании современной научно-технической литературы был проведен подробный аналитический обзор по проблеме использования сварки трением с перемешиванием для получения неразъёмных сварных соединений алюминиевых сплавов. Проведено патентное исследование по вопросу сварки трением с перемешиванием, выбрано и обосновано направление исследования.

На основании экспериментальных исследований разработана методика подбора параметров технологических режимов досварочной термической обработки сплавов АА6061 и А356.02, обеспечивающая получение высоких прочностных характеристик. Разработаны программы и методики исследования структурных характеристик изучаемых сплавов, а также программы и методики исследования механических характеристик сплавов АА6061 и А356.02, подвергнутых досварочной термической обработке. На основе разработанной методики выполнены работы по термической обработке сплавов по установленным режимам. Проведены комплексные исследования структурных характеристик алюминиевых сплавов АА6061 и А356.02 с применением оптической, растровой электронной и просвечивающей электронной микроскопии. Проведение последующих исследований механических характеристик показало, что подобранные термические обработки сплавов АА6061 и А356.02 позволяют получить комплекс механических свойств, существенно превышающий минимально допустимые значения, указанные в техническом задании. По результатам исследований установлены оптимальные параметры технологических режимов досварочной термической обработки сплавов АА6061 и А356.02, обеспечивающие получение высоких прочностных характеристик.

На основании теоретических исследований разработана методика подбора оптимальных параметров технологических режимов сварки трением с перемешиванием листов сплавов АА6061Т6 и А356.02Т6 для создания неразъёмных сварных соединений АА6061Т6/А356.02Т6. Разработаны программы и методики исследовательских испытаний структурных и механических характеристик, на основе которых были проведены работы по подбору параметров технологических режимов сварки трением с перемешиванием листов сплавов АА6061Т6 и А356.02Т6 для создания неразъемных сварных соединений АА6061Т6/А356.02Т6, а также проведены комплексные исследования механических характеристик, направленные на выявление возможных различий последних, и структурных характеристик с применением оптической и просвечивающей электронной микроскопии, направленных на выявление возможных микроскопических дефектов, оценки равномерности перемешивания сплавов в центре сварного шва, а также выявления фазового состава и размеров частиц упрочняющей фазы.

По результатам исследований механических характеристик полученных лабораторных образцов удалось подобрать оптимальные параметры послесварочной термической обработки неразъёмных сварных соединений. При этом, полученная эффективность сварного соединения находится на высоком уровне 91%. Исследования структурных характеристик показали, что использованная на настоящем этапе послесварочная термическая обработка позволяет избежать такого негативного явления как аномальный рост зерна неразъёмного сварного соединения, а исследования фазового состава позволили на качественном уровне объяснить полученные значения механических характеристик.

Практическая значимость исследования
Полученные результаты позволят разработать технологию производства комбинированных дисков, в которых будут сочетаться привлекательный дизайн литых лучей со ступицей (диска) с высокими механическими свойствами обода. Отливка только лучей со ступицей существенно облегчит технологию литья, что позволит получать в литой части диска механические свойства не хуже, чем свойства деформируемого обода.
Использование новой технологии для производства составных дисков с высокими механическими свойствами снизит расход материала при изготовлении, позволит отказаться от болтовых соединений и уменьшит общую сложность изготовления дисков, что благоприятно скажется на производительности труда. При этом изготавливаемые диски будут обладать уменьшенным весом по сравнению с дисками, получаемыми при помощи болтового соединения, и увеличенной прочностью по сравнению с литыми дисками. Внедрение результатов проекта позволит увеличить производство автомобильных дисков, повысив их надежность, прочность и другие эксплуатационные характеристики. Разрабатываемая технология может быть использована в автомобильной и автотранспортной промышленности.