EVALUATION AND QUALITY CONTROL OF LOW-ALLOY ALUMINUM ALLOYS OF THE AlMgSi SYSTEM

EVALUATION AND QUALITY CONTROL OF LOW-ALLOY ALUMINUM ALLOYS OF THE AlMgSi SYSTEM

Farrukhjon Ibrakhimov

Applicant (PhD), Turin Polytechnic University in Tashkent,

Uzbekistan, Tashkent

ОЦЕНКА И КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ СИСТЕМЫ AlMgSi

Ибрахимов Фаррухжон Фарходович

самостоятельный соискатель (PhD), Туринский политехнический университет в Ташкенте,

Узбекистан, г. Ташкент

Современные тенденции алюминиевого производства сложились так, что контроль качества алюминиевой продукции стал одной из самых неотъемлемых составляющих оного. При этом, под контролем качества подразумевается не только фактическая организация выдержки тех или иных стандартов, но и умение прогнозировать, а также анализировать потенциальные изменения в качественных характеристиках продукции в целом.

Низколегированные сплавы алюминия обретают всё большую популярность в самых разных отраслях промышленности. Обусловлено это рядом преимуществ, в числе которых – достаточно высокие литейные возможности; предрасположенность к аддитивному литью, коррозионную стойкость, термостойкость, электропроводность.

Обретающий на сегодняшний день актуальность метод прогнозирования уже показал себя как достаточно эффективный подход к предотвращению несоответствия того или иного промышленного продукта стандартам качества. В этом отношении, алюминиевое производство не является исключением. Исследуя физико-химические характеристики сплава, можно дать критерийную оценку качества оного, охарактеризовать его свойства и область применения.

Рассуждая о качестве низколегированного алюминиевого сплава, прежде всего необходимо оценить соответствие концентрации легирующих компонентов общепринятым стандартам – актуальным нормам по ГОСТ, DIN, ISO и т.д. Наиболее эффективным методом к исследованию концентрации легирующих компонентов в составе сплава является спектрометрия. Суть спектрометрии заключается в «прожиге» образцов сплава на соответствующем устройстве – спектрометре. Показания концентрации преобразуются в цифровые значения, которые предоставляются пользователю [5, p. 397].

На сегодняшний день, в практике спектрометрического анализа известно две основные системы спектрометрического анализа:

1) Ренгенофлуоресцентный анализ (РФА– спектрометрия);

2) Оптико-эмиссионная спектрометрия (ОЭС).

Следует отметить, что именно ОЭС обладает высокой точностью индицирования концентраций элементов в составе сплава. Именно поэтому, при исследовании состава низколегированного алюминиевого сплава целесообразно использование оптико-эмиссионных анализаторов.

Особое внимание следует уделять калибровке и поверке спектрометрического оборудования [2, сс. 5-6, 3, сс. 46-47].

Следующим параметром к оценке качества низколегированного алюминиевого является его твердость. Это довольно характерный критерий качества алюминиевого сплава, так как именно от него зависит прочность и надежность соответствующих изделий, узлов и деталей.

Наиболее распространенным методом исследования твердости низколегированного алюминиевого сплава является измерение твердомером Вебстера (Рис.1)

Рисунок 1. Твердомер Вебстера

Шкала твердомера представляет собой шкалу с делениями, общий диапазон измерения которой составляет 0-15 ед. Для низколегированных сплавов алюминия EN AW-6060 и EN  AW-6063 по ГОСТ 4784-2019, оптимальным показателем твердости является 11-14 ед. по Вебстеру, хотя в зависимости от области применения сплава, этот показатель может варьироваться.

При необходимости, показания твердости по Вебстеру могут быть преобразованы по шкале Роквелла (HRE). В этом случае, следует использовать HRE-HW характеристику, предоставляемую производителем твердомера (Рис.2):

 Рисунок 2. HRE-HW характеристика для твердомеров Вебстера (конверсионный график)

Содержание газов в алюминиевом сплаве является также важным критерием контроля его качества. В целом, единственным газом, способным растворяться (Рис.3) в расплавленном низколегированном алюминиевом сплаве является водород, так как он не образует никаких химических соединений как с алюминием, так и с содержащихся в составе низколегированного алюминиевого сплав легирующими элементами [1, pp. 22-23].

Растворяясь в сплаве алюминия, концентрация водорода в нем постепенно снижается, и по мере затвердевания сплава практически сходит на нет:

– при 660 ºС в жидком низколегированном алюминиевом сплаве содержание растворенного водорода составляет 0,7 ppm;

– в твердом алюминии – содержание растворенного водорода составляет около 0,04 ppm [4].

Наличие в составе сплава прочих газов, так или иначе, негативно воздействует на его качественные характеристики. Так, содержащийся в составе сплава кислород моментально окисляет алюминий, образуя оксид алюминия Al₂O₃, который за достаточно короткий момент времени (до нескольких десятков секунд) покрывает поверхность затвердевшего сплава.

Рисунок 3. Растворимость водорода в составе низколегированного алюминиевого сплава

Для исключения посторонних газов из расплавленного алюминиевого сплава, в процессе плавления добавляют различные дегазирующие химические компоненты, такие как гексахлорэтан.

Таким образом, все вышеописанные критерии и характеристики формируют некий комплекс требований к низколегированным алюминиевым сплавам. Для каждого предприятия, специализирующемся на алюминиевом производстве, в частности, на производстве низколегированных сплавов алюминия обязательно наличие соответствующих стандартизированных норм и требований, основывающихся на общепринятые и межгосударственные, а также учитывающие внутренние потребности и возможности предприятия.

Материал, описанный в настоящем тезисе рекомендуется инженер-лаборантам, а также специалистам литейных цехов предприятий по литью и производству изделий из низколегированных алюминиевых сплавов, в качестве систематизирующей информации и справочного материала.

Список литературы:

1. Inclusions and Hydrogen and Their Effects on the Quality of Direct Chill Cast and Flat Rolled Aluminium Alloys for Aerospace Applications /A. J. Gerrard – PhD thesis – The University of Birmingham – 2014
2. Палеева С.Я. и др. Поверка и калибровка средств измерений / С.Я. Палеева. и др — Екатеринбург : ГОУ ВПО УГТУ−УПИ, 2009. — 50 c.
3. Шарипов К.А., Ибрахимов Ф.Ф. Особенности калибровки, технической диагностики и поверки современных оптико-эмиссионных анализаторов, используемых при исследовании состава деформируемых алюминиевых сплавов системы AlMgSi // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2023. 2(107). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/14969 (дата обращения: 18.04.2023), DOI - 10.32743/UniTech.2023.107.2.14969
4. Aluminum and Aluminum Alloys / ed. J.R. Davis – ASM International – 1993
5. Aluminum and Aluminum Alloys /J.R. Davis // Alloying: Understanding the Basic – ASM International – 2001