Способ изготовления изделий из алюминиевых сплавов, содержащих литий

 

Изобретение относится к области металлургии. Способ изготовления изделий из алюминиевых сплавов, содержащих литий и медь, включает ступенчатый гомогенизационный отжиг по режиму: нагрев до температуры на 10-40^oС выше температуры минимальной устойчивости твердого раствора в области фазы T₂ (Al₆CuLi₃), выдержка в течение 3-30 ч, охлаждение со скоростью 3-60°С/ч до температуры на 20-40°С ниже температуры минимальной устойчивости твердого раствора в области фазы T₂ (Al₆CuLi₃), выдержка 1-10 ч, охлаждение до комнатной температуры, нагрев до 320-425°С, выдержка в течение 0,25-10 ч с последующей горячей деформацией, после чего проводят закалку, правку и старение. Способ позволяет повысить надежность изделий при их работе в конструкциях. 4 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при изготовлении полуфабрикатов, изделий из алюминиево-литиевых сплавов в качестве конструкционных материалов в изделиях новой техники.

Известен способ изготовления полуфабрикатов из сплавов системы AI-Mg-Li, AI-Cu-Li и AI-Li-Cu-Mg, включающий гомогенизационный отжиг слитков, горячую прокатку, закалку, правку и старение (Производство полуфабрикатов из алюминиевых сплавов. Металлургиздат, 1985 г., с.13- 32).

Недостатком этого способа является низкая технологическая пластичность из-за значительной анизотропии механических свойств, в частности относительного удлинения в долевом и поперечном направлениях относительно направления волокна полуфабриката. Это влечет за собой низкую надежность получаемых изделий при работе.

Известен способ изготовления изделий из алюминиево-литиевых сплавов, включающий ступенчатый гомогенизационный отжиг слитков, горячую прокатку, закалку, правку и старение (патент РФ N 1697449, C 22 F 1/04, 1990).

Наиболее близким к заявленному изобретению является способ изготовления полуфабрикатов из сплавов системы Al-Cu-Mg-Li, включающий получение слитков, гомогенизацию, горячую деформацию, которую начинают при 360-450^oC и заканчивают при 260-350^oC, закалку, правку растяжением со степенью 3,5-5,5% и старение (RU, 1769550 С (Научно-производственное объединение "Всероссийский институт авиационных материалов), 15.08.94, С 22 F 1/057).

Недостатком этого способа является низкая технологическая пластичность из-за большой анизотропии механических свойств. Это не позволяет получать изделия с высокой надежностью в работе.

Предлагаемый способ изготовления изделий из алюминиевых сплавов, содержащих литий и медь, включает ступенчатый гомогенизационный отжиг слитка: нагрев до температуры на 10 - 40^oC выше температуры минимальной устойчивости твердого раствора в области фазы T₂ (Al₆CuLi₃), выдержка при этой температуре 3 - 30 часов, охлаждение со скоростью 3 - 60^oC/ч до температуры на 20 - 40^oC ниже температуры минимальной устойчивости твердого раствора в области фазы T₂ (Al₆CuLi₃), выдержка при этой температуре 1 - 10 ч, охлаждение до комнатной температуры, нагрев до температуры 320 - 425^oC, выдержка при этой температуре 0,25-10 ч последующей горячей деформацией.

Правку проводят растяжением, сжатием или изгибом со степенью деформации 0,2 - 6%.

Горячую деформацию проводят прокаткой, прессованием или свободной ковкой.

Технический результат - повышение технологической пластичности за счет уменьшения анизотропии относительного удлинения, что повышает надежность получаемых изделий в работе.

Предлагаемая последовательность операций и их режимы позволяют создать центры для равномерного выделения, содержащих литий фаз в литой структуре (такими центрами являются выделившиеся дисперсоиды, содержащие переходные металлы), снизить концентрацию лития в твердом растворе за счет выделения содержащих литий фаз в центре зерна, что приводит к изменению характера распада твердого раствора в приграничных областях, сопровождающегося уменьшением ширины зоны, свободной от выделений δ-фазы (Al₃Li). При этом уменьшается и объемная доля выделений фазы T₁ по границам зерен, что приводит к повышению технологической пластичности за счет уменьшения анизотропии относительного удлинения и повышению надежности (σ^не_тр^тто/σ_0,2). При технологии изготовления изделий с режимом ниже предлагаемых происходит высокое пересыщение твердого раствора литием, происходит неоднородный распад твердого раствора по зерну, что приводит к увеличению ширины зоны, свободной от выделений δʹ-фазы (Al₃Li), и возрастанию чувствительности материала к сосредоточенной деформации при правке. Последующее искусственное старение усугубляет картину, в результате чего анизотропия относительного удлинения возрастает, снижается надежность (σ^не_тр^тто/σ_0,2). При технологии изготовления изделий с режимами выше предлагаемых происходит растворение T₂-фазы (Al₆CuLi₃), при этом T₁-фаза (Al₂CuLi) выделяется по границам зерен, что снижает технологическую пластичность из-за повышаемой анизотропии относительного удлинения.

Пример 1 Слиток из сплава 1460 (система AI-Cu-Li) нагревали до температуры 540^oC, что на 40^oC выше температуры минимальной устойчивости твердого раствора в области фазы T₂ (Al₆CuLi₃) - 500^oC,. выдерживали при этой температуре 30 ч, охлаждали со скоростью 60^oC/ч до температуры 480^oC, что на 20^oC ниже температуры минимальной устойчивости твердого раствора в области T₂-фазы (Al₆CuLi₃) - 500^oC, выдерживали при этой температуре 10 ч, охлаждали с печью до комнатной температуры. Затем производили нагрев до температуры 425^oC,. выдерживали при этой температуре 10 ч и вели горячую прокатку на лист толщиной 6 мм. Затем листы закаливали по режиму: нагрев до 540^oC, выдерживали при этой температуре 30 мин и охлаждали в воде. После этого листы правили растяжением со степенью деформации 3%. Старили по режиму: нагрев до температуры 150^oC с выдержкой при этой температуре 20 ч.

Пример 2 Слиток из сплава 1460 (система AI-Cu-Li) нагревали до температуры 510^oC, что на 10^oC выше температуры минимальной устойчивости твердого раствора в области фазы T₂ (Al₆CuLi₃) - 500^oC, выдерживали при этой температуре 3 ч, охлаждали со скоростью 3^oC/ч до температуры 460^oC, что на 40^oC ниже температуры минимальной устойчивости твердого раствора в области T₂-фазы (Al₆CuLi₃) - 500^oC, выдерживали при этой температуре 1 ч, после чего охлаждали на воздухе до комнатной температуры. Затем нагревали до температуры 320^oC и выдерживали при этой температуре 0,25 ч, вели горячую прокатку на плиту толщиной 20 мм. Закаливали по режиму: нагрев до температуры 540^oC с последующей выдержкой при этой температуре 1 ч и охлаждали в воде. Вели правку изгибом со степенью деформации 6%. Старение проводили по режиму: нагрев до температуры 150^oC с выдержкой 20 ч.

Пример 3 Слиток из сплава 1460 (система AI-Cu-Li) нагревали до температуры 530^oC, что на 30^oC выше температуры минимальной устойчивости твердого раствора в области фазы T₂ (Al₆CuLi₃) - 500^oC, выдерживали при этой температуре 20 ч, охлаждали с печью со скоростью 30^oC/ч до температуры 470^oC, что на 30^oC ниже температуры минимальной устойчивости твердого раствора в области фазы T₂ (Al₆CuLi₃) - 500^oC и выдерживали 5 ч, охлаждали с печью до комнатной температуры. Затем нагревали до температуры 400^oC и выдерживали 5 ч. После чего вели горячую прокатку на лист толщиной 6 мм. Листы закаливали по режиму: нагрев до температуры 540^oC с выдержкой при этой температуре 0,5 ч и охлаждали на воздухе под вентилятором до комнатной температуры. Затем вели правку растяжением со степенью деформации 3%. Старение производили по режиму: нагрев до температуры 150^oC с выдержкой при этой температуре 20 ч.

Пример 4 Слиток из сплава 1470 (система AI-Li-Cu-Mg) нагревали до температуры 510^oC, что на 40^oC выше температуры минимальной устойчивости твердого раствора в области фазы T₂ (Al₆CuLi₃) - 470^oC, выдерживали при этой температуре 30 ч и охлаждали с печью со скоростью 60^oC/ч до температуры 430^oC, что на 40^oC ниже температуры минимальной устойчивости твердого раствора в области фазы T₂ (Al₆CuLi₃) - 470^oC, выдерживали при этой температуре 10 ч и охлаждали с печью до комнатной температуры. Нагревали до температуры 425^oC с выдержкой при этой температуре 10 ч и вели горячее прессование на полосу сечением 10х100 мм. Полосы закаливали по режиму: нагрев до температуры 495^oС с выдержкой при этой температуре 0,5 ч охлаждали в воде. Вели правку изгибом со степенью деформации 4%. Старение проводили по режиму: нагрев до температуры 170^oC с выдержкой при этой температуре 12 ч.

Пример 5 Слиток из сплава 1470 (система AI-Li- Cu-Mg) нагревали до температуры 490^oC, что на 20^oC выше температуры минимальной устойчивости твердого раствора в области фазы T₂ (Al₆CuLi₃) - 470^oC, выдерживали при этой температуре 20 ч и охлаждали с печью со скоростью 30^oC/ч до температуры 450^oC, что на 20^oC ниже температуры минимальной устойчивости твердого раствора в области фазы T₂ (Al₆CuLi₃) - 470^oC, выдерживали при этой температуре 1 ч, охлаждали на воздухе до комнатной температуры, нагревали до 400^oC с выдержкой при этой температуре 6 ч. Подвергали ковке на поковку сечением 100х300 мм. Закаливали с охлаждением на воздухе под вентилятором. Правили сжатием со степенью деформации 0,2%. Затем подвергали старению по режиму: нагрев до температуры 170^oC с выдержкой при этой температуре 3 ч, нагрев до температуры 205^oC с выдержкой при этой температуре 2 ч.

Пример 6 Слиток из сплава 1460 (система Al-Cu-Li) нагревали до температуры 545^oC, что на 45^oC выше температуры минимальной устойчивости твердого раствора в области фазы T₂ (Al₆CuLi₃) - 500^oC, выдерживали при этой температуре 35 ч, охлаждали с печью со скоростью 65^oC/ч до температуры 495^oC, что на 5^oC ниже температуры минимальной устойчивости твердого раствора в области фазы T₂ (Al₆CuLi₃) с выдержкой при этой температуре 12 ч. Охлаждали до комнатной температуры. После этого нагревали до температуры 430^oC с выдержкой при этой температуре 12 ч и вели свободную ковку. Поковки закаливали по режиму: нагрев до температуры 535^oC с выдержкой при этой температуре 2 ч, охлаждали водой. Поковки правили сжатием со степенью деформации 6,5%. Старение производили по режиму: нагрев до температуры 150^oC с выдержкой при этой температуре 20 ч.

Пример 7 Слиток из сплава 1460 (система Al-Cu-Li) нагревали до температуры 500^oC - температура минимальной устойчивости твердого раствора в области фазы T₂ (Al₆CuLi₃), выдерживали при этой температуре 2 ч, охлаждали со скоростью 2^oC/ч до температуры 420^oC, что на 80^oC ниже температуры минимальной устойчивости твердого раствора в области фазы T₂ (Al₆CuLi₃) - 500^oC, выдерживали при этой температуре 0,5 ч, охлаждали до комнатной температуры. Затем нагревали до температуры 310^oC и выдерживали 0,1 ч. Прокатывали на плиту толщиной 20 мм. Закаливали по режиму: нагрев до 535^oC с выдержкой при этой температуре 1 ч, охлаждение в воде. Плиту правили растяжением со степенью деформации 0,1%. Старение производили по режиму: нагрев до температуры 150^oC с выдержкой при этой температуре 20 ч.

Также была испытана технология по способу-прототипу.

Проводили испытания механических свойств полуфабрикатов в состоянии поставки. Испытывали механические свойства на разрыв гладких образцов вдоль и поперек волокна. Кроме того, испытывали образцы с центральным надрезом и нанесенной усталостной толщиной. Определяли σ_в, σ_0,2, δ, σ^не_тр^тто. Результаты испытаний приведены в таблице. Таким образом, предложенный способ позволяет повысить технологическую пластичность горячедеформированных изделий в 2,2 - 2,5 раза за счет снижения анизотропии относительного удлинения и повысить надежность работы изделий в 1,6- 2,0 раза.

Формула изобретения

1. Способ изготовления изделий из алюминиевых сплавов, содержащих литий и медь, включающий гомогенизационный отжиг слитка, горячую деформацию, закалку, правку и старение, отличающийся тем, что гомогенизационный отжиг слитка проводят ступенчато по режиму: нагрев до температуры на 10 - 40^oС выше температуры минимальной устойчивости твердого раствора в области фазы T₂ (Al₆CuLi₃), выдержка в течение 3 - 30 ч, охлаждение со скоростью 3 - 60^oС/ч до температуры на 20 - 40^oС ниже температуры минимальной устойчивости твердого раствора в области фазы T₂ (Al₆CuLi₃), выдержка в течение 1 - 10 ч, охлаждение до комнатной температуры, нагрев до 320 - 425^oС, выдержка в течение 0,25 - 10 ч с последующей горячей деформацией.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что правку проводят растяжением, сжатием или изгибом со степенью деформации 0,2 - 6%.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что горячую деформацию проводят прокаткой.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что горячую деформацию проводят прессованием.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что горячую деформацию проводят ковкой.

РИСУНКИ

Рисунок 1