Способ термомеханической обработки полуфабрикатов из сплавов системы алюминий - магний - литий

 

Изобретение относится к способам термомеханической обработки сплавов на основе системы алюминий магний литий, используемых в процессе изготовления крупногабаритных полуфабрикатов, например штамповок, предназначенных для изделий новой техники. Цель изобретения повышение упругих свойств, пластичности и ударной вязкости при сохранении высокой коррозионной стойкости. Способ включает гомогенизацию, нагрев до 270 320°С при выдержке 5 12 ч, предварительную деформацию при 270 350°С с разовой степенью 30 50% чередующуюся с отдыхом при 270 350°0с в течение 1 12 ч, окончательную деформацию при 430 480°0с со степенью 30 60% закалку при 422 435°С со скоростью охлаждения 0,6 10 град/с и последующее старение. Способ позволяет получить более высокие значения модуля упругости, ударной вязкости и пластичности при сохранении высокого уровня коррозионных свойств. 3 табл.

Изобретение относится к способам термомеханической обработки сплавов на основе системы алюминий магний литий, используемых в процессе изготовления крупногабаритных полуфабрикатов, например штамповок, предназначенных для изделий новой техники. Цель изобретения повышение упругих свойств, ударной вязкости и пластичности при сохранении высокой коррозионной стойкости. Полученную полунепрерывным методом литья исходную заготовку сечением 225 х 950 мм сплава 1420 нагревают до 450₊₅^-10оС с выдержкой при этой температуре 12 ч. При этом режиме гомогенизации происходит растворение эвтектического скелета и выравнивание магния и лития по сечению дендритной ячейки; частицы нерастворяющейся эвтектики единичны. При нагревах до 270-320^оС в течение 5,0-12 ч происходит распад твердого раствора с равномерным распределением фазы s как по зерну, так и по границам и ее коагуляцией до размера 1-3 мкм, что создает благоприятные условия для предварительного пластического деформирования. Выдержки более 12 ч не влияют сильно на качество полуфабрикатов, однако делают процесс непроизводительным, а нагрев при температурах ниже 270^оС и выдержках меньше 5 ч не обеспечивает равномерного распределения фазы s и ее коагуляции до оптимального с точки зрения осуществления первоначальной пластической деформации размера. Кроме того, при температурах менее 270^оС пластичность материала мала и поэтому при деформациях со степенью 30-50% наблюдаются трещины; при температурах нагрева литого материала более 320^оС происходит растворение фазы s в основном внутри зерна и увеличение легирования твердого раствора алюминия магнием и литием. Оставшиеся выделения фазы s находятся преимущественно по границам зерен. Поскольку фазы, богатые магнием, при температурах выше 350^оС способны переходить в сверхпластичное состояние, то при температурах деформации 350-420^оС из-за разной способности к деформированию твердого раствора и имеющихся фаз, залегающих по границам зерен (s и γ) и в приграничных зонах (γ), происходит локализация деформации, деформация в основном осуществляется за счет взаимного перемещения зерен, возникают несплошности (деформационные расслоения). Для такого материала характерно межзеренное разрушение, и в изломах образцов обнаруживаются площадки более темного цвета, чем основное поле излома, и, как следствие, пониженное относительное удлинение в высотном направлении. Фактографический анализ изломов таких образцов в темных площадках на обнаружил наличия инородных включений и интерметаллидов. Было сделано предположение, что изменение окраски обусловлено, вероятно, повышенной активностью фаз s βиγ богатых магнием и литием, что приводит к их окислению либо в момент излома образца, либо в момент деформации за счет взаимодействия с газами, неизбежно присутствующими в металле. Пластическая деформация со степенью 30-50% позволяет получить заготовку без трещин, раздробить литую структуру. При разовой степени деформации более 50% зерна будут сильно вытянуты в направлении максимальной деформации, возникают деформационные расслоения, в результате чего снижается относительное удлинение в высотном направлении. При степени деформации менее 30% не достигается необходимое дробление литой структуры. По достижении степени деформации 30-50% на каждой стадии проводят отдых при 270-350^оС в течение 1-12 ч, в процессе которого происходит переход материала в более равновесное состояние с уменьшением избыточной концентрации вакансий и перегруппировкой дислокаций при взаимной аннигиляции их разного типа. Вместе с этим повышается равномерность в распределении выделений фазы s. При выдержках менее 1 ч и температурах менее 270^оС не в полной мере происходит стабилизация процесса отдыха и достижение необходимого размера вновь выделившейся фазы s, а выдержки более 12 ч, но при температурах в предлагаемых пределах, не влияя сколько-нибудь на качество полуфабриката, делают процесс непроизводительным. При температурах более 350^оС происходит растворение фазы s и увеличивается легированность α-твердого раствора магнием и литием, выделения наблюдаются в основном по границам зерен, происходит неравномерное распределение дислокаций. Для получения требуемого размера заготовки при сохранении благоприятной структуры предварительную пластическую деформацию осуществляют при 270-350^оС по крайней мере в две и более стадии с чередованием отдыха при 270-350^оС 1-12 ч. Такое многократное повторение позволяет резко увеличить суммарную деформацию слитка, подготовить заготовку до требуемого размера и раздробить литую структуру. Окончательную деформацию заготовки, обработанной при 270-350^оС, производят при 430-480^оС со степенью 30-60% При этих температурах прочностные характеристики материала невысокие, что приводит к существенному снижению удельных давлений деформации при изготовлении; в результате уменьшается износ инструмента и снимается проблема недооформления, например, при изготовлении штамповок. В предварительно деформированном материале под давлением при 430-480^оС более полно растворяются неравновесные фазы ( β,γ), оставшиеся после гомогенизации, что приводит к более равномерному протеканию деформации во всем объеме обрабатываемого материала. Поэтому считается целесообразным сначала раздробить литую структуру, а затем проводить деформацию при высоких температурах. При температурах деформации менее 430^оС процесс деформации протекает неравномерно, при температурах выше 480^оС снижается допустимая степень деформации из-за потери прочности между зернами, при этом при степенях деформации выше 60% возможно появление трещин, а при степенях менее 30% процесс малопроизводителен. Последующую закалку полуфабрикатов проводят при 422-435^оС со скоростью охлаждения 0,6-10 град/с. Старение осуществляют при 120±5^оС, 12 ч. С увеличением скорости охлаждения при закалке до значения выше 10 град/c и температуры закалки выше 435^оС снижается стойкость материала к коррозионному растрескиванию за счет неравномерного выделения частиц фазы s и связанной с этим повышенной напряженности в этих участках, создаваемой скоплениями дислокаций. Кроме того, повышается также склонность полуфабрикатов к короблению при механической обработке. Нагрев под закалку при 422-435^оС непосредственно после высокотемпературной деформации способствует повышению уровня свойств сплава, особенно пластичности и ударной вязкости, и повышению их стабильности. Обеспечение требуемой скорости охлаждения достигается подбором для каждой толщины определенной среды охлаждения. Примеры опробованных режимов термомеханической обработки штамповок сплава 1420 приведены в табл.1, а свойства штамповок, полученных по опробованным способам, приведены в табл.2 и 3. Как видно из данных табл.2 и 3, способ термомеханической обработки по сравнению с известным позволяет получать полуфабрикаты с более высокими характеристиками пластичности, ударной вязкости, модуля упругости и усталостной прочности, при этом коррозионная стойкость полуфабрикатов остается высокой. Использование полуфабрикатов с повышенным значением указанных характеристик, идущих на изготовление изделий новой техники, позволяет повысить их надежность, что и предопределяет эффективность и экономичность использования предложенного изобретения в авиационной технике.

Формула изобретения

СПОСОБ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПОЛУФАБРИКАТОВ ИЗ СПЛАВОВ СИСТЕМЫ АЛЮМИНИЙ МАГНИЙ ЛИТИЙ, включающий гомогенизацию, нагрев до 270 - 320^oС с выдержкой в течение 5 12 ч, предварительную деформацию при этой температуре с разовой степенью 30 50% чередующуюся с отдыхом при 270 - 350^oС в течение 1 12 ч, окончательную деформацию со степенью 30 60% закалку и старение, отличающийся тем, что, с целью повышения упругих свойств, пластичности и ударной вязкости при сохранении высокой коррозионной стойкости, окончательную деформацию проводят при 430 480^oС, а закалку осуществляют с температуры 422 435^oС со скоростью охлаждения, 0,6 10 град/с.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 14-2002

Извещение опубликовано: 20.05.2002        

---