Investigation of physical and mechanical characteristics of aluminium alloys 1915T, 1565ch and 6082-T6 at low temperatures

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. Aluminium alloys are characterized by the absence of a cold fracture threshold, have high strength and ductility characteristics at low temperatures. However, the norms do not provide the design of aluminium structures that take cyclic force effects at low temperatures. In this regard, there is a need to study the properties and mechanisms of deformation and destruction of aluminium alloys to assess the possibility of their use in the Far North, as well as well as for the inner shells of isothermal reservoirs.Materials and methods. The mechanical properties of structural aluminium alloys 1915, 1565ch and 6082 (similar to AD35) were studied. The specimens were tested for uniaxial tensile strength, impact toughness and fatigue strength, and the characteristics of static crack resistance were determined. The tests were carried out using Instron 8802, Instron 1000HDX, LabTex machines and Instron 450 MPX pendulum coper according to the relevant GOST standards of Russia.Results. Experimental dependences of strength and elastic characteristics (tensile strength, offset yield strength, modulus of elasticity), as well as deformative ones (relative elongation and contraction of the cross-sectional area of specimens) of the studied alloys on the test temperature are obtained. The change of character of deformation of aluminium alloys with decrease in temperature is shown. The results of deformation and fracture resistance under conditions of impact bending and eccentric tension in the temperature range from –104...+20 °C are presented. Fracture toughness (crack resistance) was estimated according to the criteria of fracture mechanics when testing standard specimens with fatigue cracks. The paper also shows the limited limits of endurance based on 2 · 106, 107 cycles of the studied alloys at positive and negative temperatures.Conclusions. The obtained results make it possible to reasonably select materials, assign loads when designing structures made of aluminium alloys and evaluate their service life.

About the authors

A. N. Shuvalov

Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU)

Email: Ashuvalov@mgsu.ru

O. A. Kornev

Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU)

Email: KornevOA@mgsu.ru
ORCID iD: 0009-0009-5545-5284

V. A. Ermakov

Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU)

Email: Ermakov@mgsu.ru
ORCID iD: 0000-0002-8862-8139

References

  1. Ботвина Л.Р. Разрушение: кинетика, механизмы, общие закономерности. М. : Наука, 2008. 333 с.
  2. Махутов Н.А. Конструкционная прочность, ресурс и техногенная безопасность : в 2 ч. Новосибирск : Наука, 2005. 493 с. EDN QMENHR.
  3. Дриц А.М., Овчинников В.В. Сварка алюминиевых сплавов. М. : Руда и металлы, 2020. 476 с.
  4. Патент RU № 2431692. Сплав на основе алюминия и изделие, выполненное из этого сплава / Орыщенко А.С., Осокин Е.П., Барахтина Н.Н., Дриц А.М., Григорян В.А., Соседков С.М., Арцруни А.А., Хромов А.П., Цургозен Л.А.; заявл. № 2010125006/02, 20.10.2011.
  5. Дриц А.М., Соседков С.М., Орыщенко А.С., Осокин Е.П., Барахтина Н.Н. Новый свариваемый сплав системы алюминий–магний для коммерческого транспорта и судостроения // Алюминий 21/Плоский прокат : 1-я Междунар. конф. 2011.
  6. Орыщенко А.С., Осокин Е.П., Барахтина Н.Н., Дриц А.М., Соседков С.М. Алюминиево-магниевый сплав 1565ч для криогенного применения // Цветные металлы. 2012. № 11. С. 84–90. EDN PIQMXF.
  7. Дриц А.М., Овчинников В.В. Свариваемый алюминиевый сплав 1565Ч // Машиностроение и инженерное образование. 2014. № 4 (41). С. 6–12. EDN TGLASZ.
  8. Овчинников В.В. Перспективы развития высокотехнологичных деформируемых алюминиевых сплавов для сварных конструкций. Часть 1 // Машиностроение и инженерное образование. 2017. № 2 (51). С. 24–38. EDN ZBPVBL.
  9. Лукиенко М.И. Исследование прочности и технологичности листовых резервуарных конструкций из алюминиевых сплавов : дис. … канд. техн. наук. М., 1980. 199 с.
  10. Пригожкин М.Д. Сравнение эффективности строительных стальных и алюминиевых сплавов при различных условиях эксплуатации // NovaInfo.Ru. 2014. № 24. С. 20–23. EDN SXFSPF.
  11. Кауфман Дж.Г., Уэндерер Е.Т. Механические свойства при растяжении и чувствительность к надрезу некоторых алюминиевых сплавов серии 7ХХХ при температурах до 4К // Механические свойства конструкционных материалов при низких температурах : сб. науч. тр. Металлургия, 1983. С. 163–175.
  12. Полмеар Я. Легкие сплавы: от традиционных до нанокристаллов. М. : Техносфера, 2008. 463 с. EDN QMZYTD.
  13. Estrin Y., Kubin L.P. Plastic instabilities: phenomenology and theory // Materials Science and Engineering: A. 1991. Vol. 137. Pp. 125–134. doi: 10.1016/0921-5093(91)90326-I
  14. Криштал М.М. Неустойчивость и мезоскопическая неоднородность пластической деформации (аналитический обзор). Часть I. Феноменология зуба текучести и прерывистой текучести // Физическая мезомеханика. 2004. Т. 7. № 5. С. 5–29. doi: 10.24411/1683-805X-2004-00207
  15. Криштал М.М. Неустойчивость и мезоскопическая неоднородность пластической деформации (аналитический обзор). Часть II. Теоретические представления о механизмах неустойчивости пластической деформации // Физическая мезомеханика. 2004. Т. 7. № 5. С. 31–45. doi: 10.24411/1683-805X-2004-00214
  16. Шуклинов А.В., Денисов Е.К., Михлик Д.В., Золотов А.Е., Желтов М.А., Шибков А.А. Переход от устойчивой к скачкообразной деформации, вызванный изменением состава и структуры сплава Al-Mg // Деформация и разрушение материалов. 2008. № 3. С. 30–35. EDN KBYEWN.
  17. Шибков А.А., Мазилкин А.А., Протасова С.Г., Михлик Д.В., Золотов А.Е., Желтов М.А. и др. Влияние выделений вторичной фазы на скачкообразную деформацию алюминиево-магниевого сплава АМг6 // Деформация и разрушение материалов. 2008. № 6. С. 12–17. EDN KBYFBX.
  18. Шибков А.А., Золотов А.Е., Денисов А.А., Гасанов М.Ф., Шибков Е.А., Кочегаров С.С. Динамическая твердость и образование полос Портевена – Ле Шателье при ударном индентировании // Физика твердого тела. 2023. Т. 65. № 4. С. 594–603. doi: 10.21883/FTT.2023.04.55296.23. EDN YEWCHC.
  19. Шибков А.А., Денисов А.А., Желтов М.А., Золотов А.Е., Гасанов М.Ф., Кочегаров С.С. Коррозия и механическая неустойчивость алюминиевых сплавов : монография. Тамбов : Изд-во ТГУ, 2017. 155 с.
  20. Dubey R., Jayaganthan R., Ruan D., Gupta N.K., Jones N., Velmurugan R. Energy absorption and dynamic behaviour of 6xxx series aluminium alloys : a review // International Journal of Impact Engineering. 2023. Vol. 172. P. 104397. doi: 10.1016/j.ijimpeng.2022.104397
  21. Лабур Т.М. Прочность и особенности разрушения сварных соединений высокопрочных алюминиевых сплавов при низкой температуре // Автоматическая сварка. 2011. № 5. С. 18–25.
  22. Клевцов Г.В., Ганеев А.В., Семенова И.П., Валиев Р.З. Особенности ударного разрушения ультрамелкозернистых материалов, полученных при интенсивной пластической деформации // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. Физико-математические науки. 2013. № 4–1 (182). С. 182–189. EDN RSZXAV.
  23. Одесский П.Д., Ведяков И.И. Сталь в строительных металлических конструкциях. М. : Металлургиздат, 2018. 906 с. EDN UOIAZL.
  24. Клевцов Г.В., Валиев Р.З., Клевцова Н.А., Семенова И.П., Исламгалиев Р.К., Рааб Г.И. Влияние типа кристаллической решетки на закономерности ударного разрушения материалов в субмикрокристаллическом состоянии // Вестник Тамбовского университета. Серия: Естественные и технические науки. 2013. Т. 18. № 4–2. С. 2002–2003. EDN RAISQZ.
  25. Одесский П.Д., Ведяков И.И. Ударная вязкость сталей для металлических конструкций. М. : Интермет Инжиниринг, 2003. 231 с. EDN QMZLLJ.
  26. Зинхем Р.И., Дедрик Дж.X. Разрушение. Том 6. Разрушение металлов / пер. с англ. В.А. Займовский, Д.В. Лаптев ; под ред. М.Л. Бернштейна. М. : Металлургия, 1976. С. 296–369.
  27. Kumar V., Singh I.V., Mishra B.K., Jayaganthan R. Improved fracture toughness of cryorolled and room temperature rolled 6082 Al Alloys // Acta Metallurgica Sinica (English Letters). 2014. Vol. 27. Issue 2. Pp. 359–367. doi: 10.1007/s40195-014-0057-z
  28. Chakraborty P., Tiwari V. Dynamic fracture behaviour of AA7475-T7351 alloy at different strain rates and temperatures // Engineering Fracture Mechanics. 2023. Vol. 279. P. 109065. doi: 10.1016/j.engfracmech.2023.109065
  29. Москвичев В.В., Махутов Н.А., Черняев А.П., Букаемский А.А., Буров А.Е., Зырянов И.А. и др. Трещиностойкость и механические свойства конструкционных материалов технических систем : монография. Новосибирск : ГУП Академический научно-издательский производственно-полиграфический и книгораспространительский центр РАН «Издательство “Наука”». Обособленное подразделение «Сибирская издательская фирма “Наука”», 2002. 334 с. EDN VDPUMN.
  30. Баско Е.М. О ресурсе безопасной эксплуатации изотермических стальных резервуаров для хранения жидкого аммиака // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2006. Т. 72. № 3. С. 51–55. EDN HUMCAD.
  31. Дорошенко Ф.Е. Особенности продления ресурса резервуаров РВСПК 50 000 // Промышленное и гражданское строительство. 2006. № 6. С. 17–18. EDN HUIYSH.
  32. Купреишвили С.М. Механика разрушения вертикальных цилиндрических резервуаров // Промышленное и гражданское строительство. 2004. № 5.С. 40–42. EDN PLFWJH.
  33. Кондрашова О.Г., Назарова М.Н. Причинно-следственный анализ аварий вертикальных стальных резервуаров // Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». 2004. № 2. С. 19. EDN TWVUMF.
  34. Ханухов Х.М., Алипов A.B. Нормативно-техническое и организационное обеспечение безопасной эксплуатации резервуарных конструкций // Предотвращение аварий зданий и сооружений : сб. науч. тр. 2011. № 10. С. 384–422.
  35. Степнов М.Н., Гиацинтов Е.В. Усталость легких конструкционных сплавов. М. : Машиностроение, 1973. 317 с.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».