Способ термической обработки сплавов системы алюминий- магний-литий

 

Использование: термическая обработка сплавов системы алюминий-магний-литий, используемая в процессе изготовления полуфабрикатов из сплавов этой системы, для изделий различных отраслей промышленности, в том числе и для сварных конструкций в авиационной промышленности. Сущность изобретения: способ термической обработки сплавов системы алюминий-магний-литий включает нагрев под закалку, охлаждение со скоростью 0,6-3°С/с и двухступенчатое старение при 160-185°С, 2-5 ч на 1-ой ступени и при 200-225°С, 1-4 ч - на 2-ой ступени. Изобретение позволяет повысить ударную вязкость, пластичность, коррозионно-статическую трещиностойкость при сохранении механических свойств. 3 табл.

Изобретение относится к способам термической обработки сплавов системы алюминий-магний-литий и может быть использовано в процессе изготовления полуфабрикатов из сплавов этой системы, предназначенных для изделий различных отраслей промышленности, в том числе и для сварных конструкций в авиационной промышленности. Стандартный способ термической обработки сплавов системы алюминий-магний-литий, например, сплава 1420 включает нагрев под закалку при 450-465^оС, охлаждение на воздухе с последующим старением 120±5^оС, 5-12 ч. Данный способ обеспечивает высокую коррозионную стойкость сплава, но при этом пластические свойства, ударная вязкость в высотном направлении низки. Наиболее близким к предложенному способу является известный способ термической обработки сплавов системы алюминий-магний-литий, включающий нагрев под закалку, охлаждение и 2-х ступенчатое старение при 145-155^оС, 3-4 ч на 1-ой ступени и 180-190^оС, 3,4 ч на 2-ой ступени. Нагрев под закалку производился при 450+5^оС, а охлаждение на воздухе. Известный способ при сокращенном цикле термической обработки обеспечивает стабильные механические свойства при высокой прочности. Однако уровень пластичности и ударной вязкости особенно в высотном направлении также низок. Целью данного изобретения является повышение пластичности, коррозионно-статистической трещиностойкости при относительной влажности 70%, ударной вязкости при сохранении высоких коррозионных и прочностных свойств. Поставленная цель достигается тем, что в предложенном способе термической обработки сплавов системы алюминий-магний-литий, охлаждение при закалке осуществляют со скоростью 0,6-3^оС/с, а старение проводят при 160-185^оС, 2-5 ч на 1-ой ступени; при 200-225^оС, 1-4 ч на 2-ой ступени. По предложенному способу обработаны штамповки из алюминиевого сплава марки 1420, полученные из поковок, которые в свою очередь изготовлены из плоского слитка, отлитого полунепрерывным методом литья. Степень и температура деформации в процессе изготовления поковки и штамповки соответственно составляли 30-50% и 270-325^оС. По достижению 30-50% степени деформации осуществляли промежуточный отжиг при 450±10^оС, 4-5 ч, охлаждение на воздухе. После окончательной деформации нагрев под закалку проводили при 440-450^оС, охлаждали со скоростью 0,6-3^оС/с, далее старили по режиму 160-185^оС, 2-5 ч на 1 ступени и при 200-225^оС, 1-4 ч на 2-ой ступени. При охлаждении в процессе закалки со скоростью 0,6-3^оС/с не происходит грубых выделений фазы S, имеющих место при скорости охлаждения менее 0,6^о С/с, наличие которых приводит к снижению относительного удлинения, ударной вязкости. С увеличением скорости охлаждения при закалке выше 3^оС/с снижается стойкость материала к коррозионному растрескиванию под напряжением, за счет неравномерного выделения частиц фазы S и связанной с этим повышенной напряженностью в этих участках, создаваемой скоплениями дислокаций. Повышается также и склонность полуфабрикатов к короблению при механической обработке. Обеспечение требуемой скорости охлаждения достигается подбором для каждой толщины определенной среды охлаждения. Старение 160-185^оС, 2-5 ч является предварительным, в процессе которого образуются выделения δ/(Al₃Li) размером 50-120 , прочностные свойства при этом достигают первого максимума и составляют 90-95% от уровня их максимальных значений - второго максимума, получаемого при выдержке 70-100 ч, но коррозионная стойкость невысокая как при кратковременной, так и при длительной выдержках в выбранном интервале скоростей охлаждения при закалке. Первая ступень старения необходима для обеспечения на второй ступени старения более равномерного гетерогенного распада алюминиевого твердого раствора, позволяющего получить требуемый уровень прочности и пластичности при высокой коррозионной стойкости. С уменьшением скорости охлаждения при закалке < 0,6 ^оС/с и увеличением длительности старения на первой ступени темп разупрочнения растет, поэтому при времени старения на 1-ой ступени > 5 ч, выдержка на 2-ой ступени должна быть кратковременной в течение нескольких минут, что делает процесс трудноуправляемым и нетехнологичным. Проведение одноступенчатого старения при повышенных температурах ( ≥220^оС) приводит к снижению прочностных характеристик. Снижение температуры < 160^оС и времени старения <2 ч, а также повышение скорости охлаждения при закалке > 3^оС/с, температуры старения > 185^оС и времени - более 5 ч не позволяют получить требуемый уровень прочностных характеристик, особенно предела текучести. Режим старения 2-ой ступени выбран из условия обеспечения оптимального сочетания коррозионных, прочностных и пластических свойств. При температурах менее 200^оС на полуфабрикате получаются низкие пластические и коррозионные свойства, особенно в высотном направлении. Нагрев при температурах > 200^оС существенно снижает внутренние напряжения. Выдержка же при этих температурах в течение 1-4 ч приводит к выделению в основном фазы S и равномерному ее распределению в мелкодисперсном виде, что способствует повышенной коррозионной стойкости сплава при высоком уровне прочности и пластичности. Выделение фазы S целесообразно также с точки зрения обеспечения низкого коэффициента линейного расширения в интервале температур 200-300^оС, величина которого составляет 26 x 10^-6 град^-1. Такой же коэффициент линейного расширения имеют образцы, обработанные по известному способу, в котором выделение фазы S происходит в процессе охлаждения при закалке на воздухе. При закалке со скоростью выше 0,6^оС/с твердый раствор алюминия характеризуется повышенной концентрацией магния и лития. Для таких образцов, состаренных при температурах ниже 200^оС, коэффициент линейного расширения в интервале 200-300^оС равен 31 x 10^-6град^-1. Для сплавов системы алюминий-магний-литий коэффициент линейного расширения в этом интервале температур во многом определяется количеством выделяющейся в процессе нагрева фазы S (параметр кристаллографической решетки 20,2 ) в алюминиевой матрице (параметр кристаллографической решетки 4,04 ). Поэтому, чем выше скорость охлаждения образцов, состаренных при температурах <200С, тем выше коэффициент линейного расширения в интервале температур 200-300^оС. Это необходимо учитывать для изделий, подвергающихся сварке и эксплуатационным нагревам. При сварке в зоне термического влияния происходит нагрев, в том числе до температур 250-300^оС (температур минимальной устойчивости твердого раствора). В этих зонах могут происходить существенные изменения их размеров и как следствие повышенное коробление и остаточные напряжения в сварных соединениях. Старение при 200-225^оС на второй ступени устраняет негативное влияние повышенных скоростей охлаждения. Повышение температуры старения 225^оС и времени выдержки 4 ч способствуют интенсивному распаду твердого раствора алюминия, и как следствие этого, механические свойства падают. Температуру нагрева под закалку выбирают, исходя из условия максимального растворения магния и лития в твердом растворе алюминия, т.е. выбор температуры нагрева под закалку соответствует традиционному подходу. Конкретные примеры опробованных режимов термической обработки сплава 1420 (система алюминий-магний-литий) приведены в табл.1, а свойства штамповок, обработанных по предложенному и известному способам, приведены в табл. 2, 3. Как видно из данных табл.2, предложенный способ термической обработки по сравнению с известным, позволяет получить полуфабрикаты из сплавов системы алюминий-магний-литий с более высокими характеристиками пластичности, коррозион- но-статической трещиностойкости при относительной влажности 70%, ударной вязкости при сохранении высоких прочностных и коррозионных свойствах. Использование полуфабрикатов с повышенным комплексом свойств повышает надежность работы изделия, что и предопределяет эффективность и экономичность использования предложенного технического решения в авиационной промышленности.

Формула изобретения

СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СПЛАВОВ СИСТЕМЫ АЛЮМИНИЙ-МАГНИЙ-ЛИТИЙ, включающий нагрев под закалку, охлаждение и двухступенчатое старение, отличающийся тем, что, с целью повышения ударной вязкости, пластичности, коррозионно-статической трещиностойкости при относительной влажности 70% при сохранении коррозионных и прочностных свойств, охлаждение проводят со скоростью 0,6 - 3^oС/с, старение на первой ступени осуществляют при 160 - 185^oС в течение 2 - 5 ч, а на второй - при 200 - 225^oС, в течение 1 - 4 ч.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

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

Дата прекращения действия патента: 08.09.2000

Номер и год публикации бюллетеня: 10-2003

Извещение опубликовано: 10.04.2003        

---