Способ изготовления крупногабаритных полуфабрикатов из алюминиевых сплавов

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано для получения крупногабаритных полуфабрикатов из алюминиевых сплавов, содержащих цирконий, методом прессования. Способ включает отливку слитков, гомогенизацию, охлаждение, нагрев с изотермической выдержкой, деформацию при температурах изотермической выдержки, закалку и старение. Обработке подвергают алюминиевые сплавы, содержащие цирконий и титан, соотношение которых определяют по выражению 0,12≤Ti/(Ti+Zr)≤0,4. Гомогенизацию ведут при температурах на 60-100°С ниже температур солидуса в течение 2-36 часов. Охлаждение проводят до комнатной температуры со скоростью 10-30°С/час. Затем нагревают до температуры 340-410°С и проводят изотермическую выдержку в течение 4-24 часов. Техническим результатом изобретения является повышение уровня прочностных и пластических свойств прессованных крупногабаритных полуфабрикатов, а также повышение стойкости к коррозионному растрескиванию и увеличение выгода годного полуфабрикатов за счет снижения количества внутренних дефектов. 1 табл.

 

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано для получения крупногабаритных полуфабрикатов из алюминиевых сплавов, содержащих цирконий, методом прессования.

В настоящее время широкое применение находят высокопрочные алюминиевые сплавы, содержащие цирконий, обладающие целым рядом преимуществ по конструкционным и эксплуатационным характеристикам в сравнении с традиционными высокопрочными сплавами, такими как В95пч и Д16ч. Одной из наиболее применяемых в авиастроении продукций металлургического производства являются полуфабрикаты, изготовляемые методом прессования.

Однако для осуществления процесса прессования полуфабрикатов из высокопрочных алюминиевых сплавов крупногабаритные слитки по силовым условиям прессования необходимо нагревать до достаточно высоких температур 420-460°С. Применение таких температур отрицательно сказывается на производительности процесса прессования и на качестве изготавливаемых полуфабрикатов. В существующей технологии скорость истечения металла при прессовании ограничена 0,25-0,4 м/мин. Но при таких скоростях в полуфабрикатах образуется большое количество микро- и макроразрывов, обусловленных сочетанием, с одной стороны, значительных растягивающих напряжений, возникающих в обжимающей части очага деформации при прессовании, и, с другой стороны, низкой прочности и недостаточной пластичности, присущих высокопрочным алюминиевым сплавам при высоких температурах.

Известен способ изготовления крупногабаритных полуфабрикатов из алюминиевых сплавов, включающий прессование заготовки с прямым истечением металла, закалку с последующим естественным или искусственным старением. Перед прессованием заготовку подвергают гомогенизации при температуре 460-500°С в течение 24-36 часов (Справочное руководство. Алюминиевые сплавы. Производство полуфабрикатов из алюминиевых сплавов. М.: Металлургия, 1971, с.209).

Недостатком известного способа является довольно низкая производительность процесса прессования и наличие значительного количества внутренних дефектов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является способ изготовления прессованных полуфабрикатов из высокопрочных алюминиевых сплавов, включающий гомогенизацию, гетерогенизационный отжиг при температуре минимальной устойчивости твердого раствора, охлаждение до комнатной температуры, затем вновь нагрев до 400-420°С, прессование при этой температуре, закалку и старение (см. Технология легких сплавов. М.: ВИЛС, 1983, №6, с.43-46, прототип).

Повышение производительности в данном способе обусловливается созданием перед прессованием за счет распада пересыщенного твердого раствора гетерогенизированной структуры, обеспечивающей повышенную пластичность слитка.

Недостатком известного способа является то, что для нагрева под прессование крупногабаритных слитков требуется достаточно продолжительное время, в течение которого происходит распад гетерогенизированной структуры и повышение пластичности слитка, что снижает производительность процесса. Кроме того, недостатком известного способа является низкий выход годного, поскольку при прессовании при повышенных температурах возрастает склонность сплавов к межзеренной деформации и образованию на границах зерен расслоений, что приводит к повышению внутренних дефектов в полуфабрикатах.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является повышение уровня прочностных и пластических свойств прессованных крупногабаритных полуфабрикатов, а также повышение стойкости к коррозионному растрескиванию и увеличение выхода годного полуфабрикатов за счет снижения количества внутренних дефектов.

Поставленная задача решается тем, что в способе изготовления крупногабаритных полуфабрикатов из алюминиевых сплавов, включающем отливку слитков, гомогенизацию, охлаждение, нагрев, изотермическую выдержку, деформацию при температурах изотермической выдержки, закалку и старение, согласно изобретению используют алюминиевые сплавы, содержащие цирконий и титан, соотношение которых определяют по выражению 0,12≤Ti/(Ti+Zr)≤0,4, гомогенизацию ведут при температурах на 60-100°С ниже температур солидуса в течение 2-36 часов, охлаждают до комнатной температуры со скоростью 10-30°С/час, нагревают до температуры 340-410°С, проводят изотермическую выдержку в течение 4-24 часов и окончательно деформируют при этих температурах.

Содержание в сплаве титана и циркония в пределах заявленного соотношения обеспечивает получение однородной макроструктуры с отсутствием первичных интерметаллидов Al₃Ti(Zr). При значениях менее 0,12 образуется неоднородная, с участками крупного зерна, структура. При значениях более 0,4 выделяются интерметаллиды. Эти факторы способствуют неоднородности деформации и образованию большого количества внутренних дефектов.

В результате гомогенизации при температуре на 60-100°С ниже температур солидуса образуется структура с оптимальным количеством выделений алюминий-циркониевой фазы, обеспечивающая резкое повышение пластичности сплава. Проведение гомогенизации ниже температур солидуса менее чем на 60°С приводит к значительному снижению пластичности сплава, а более чем на 100°С - не обеспечивает выравнивание концентрации твердого раствора по объему зерен.

Время изотермической выдержки 4-24 часов при температурах 340-410°С обеспечивает получение как оптимального количества, так и размеров частиц алюминий-циркониевой фазы.

Скорость охлаждения после гомогенизации в пределах 10-30°С/час обеспечивает дисперсное выделение избыточных фаз. Более низкие скорости охлаждения могут привести к огрублению частиц алюминий-циркониевой фазы, а более высокие - к некоторой подзакалке слитка и снижению его пластичности. Данные скорости охлаждения соответствуют естественному охлаждению алюминиевых сплавов при температуре окружающей среды 10-30°С.

Последующий нагрев до температур 340-410°С определяется тем, что при этих температурах сплавы сохраняют высокую пластичность, созданную предыдущей гомогенизацией, и имеют достаточно низкое сопротивление деформированию. При температурах ниже 340°С значительно возрастает сопротивление сплава деформированию, а при температурах свыше 410°С падает пластичность сплавов.

С этой же целью установлен интервал изотермической выдержки после нагрева. Выдержка менее 4 часов не дает равномерного нагрева крупногабаритных слитков, а более 24 часов - приводит к огрублению алюминий-циркониевой фазы и снижению пластичности слитков.

Предлагаемый способ опробован при изготовлении крупногабаритных полуфабрикатов с площадью поперечного сечения 808 см² и длиной 12 м из слитка диаметром 765 мм алюминиевого сплава 1973, содержащего цирконий и титан.

Конкретные технологические режимы осуществления способа и полученные при этом результаты приведены в таблице (примеры №1, 2, 3).

Для получения сравнительных данных приведены результаты, полученные при изготовлении полуфабрикатов по способу-прототипу (пример №4).

Использование предлагаемого способа позволяет получать крупногабаритные полуфабрикаты из алюминиевых сплавов с более высоким по сравнению с прототипом комплексом эксплуатационных свойств. При высоких прочностных и пластических характеристиках полуфабрикаты имеют большую стойкость к коррозионному растрескиванию, а также более чем в 2,5 раза уменьшается количество дефектов на единицу изделия.

ТАБЛИЦА
№ п/п	Режим обработки	Механические свойства	Среднее количество дефектов на 1 изделие
σв МПа	σ0,2, МПа	δ, %	РСК, балл
1	Ti/(Zr+Ti)=0,12. Гомогенизация при температуре (Т) на 60°С ниже температуры солидуса (Tc) в течение 2 часов, охлаждение со скоростью 10°С/час, нагрев до 340°С, изотермическая выдержка 4 часа, прессование, закалка, старение	580	585	12,0	3,0	6
2	Ti/(Zr+Ti)=0,4. Гомогенизация при Т на 100°С ниже Tc в течение 36 часов, охлаждение со скоростью 30°С/час, нагрев до 410°С, выдержка 24 часа, прессование, закалка, старение	610	560	11,6	2,0	11
3	Ti/(Zr+Ti)=0,26. Гомогенизация при Т на 80°С ниже Tc в течение 18 часов, охлаждение со скоростью 20°С/час, нагрев до 380°С, выдержка 14 часов, прессование, закалка, старение	590	540	11,9	2,3	8
4	Прототип	585	530	11,0	3,5	28

Способ изготовления крупногабаритных полуфабрикатов из алюминиевых сплавов, включающий отливку слитков, гомогенизацию, охлаждение, нагрев с изотермической выдержкой, деформацию при температурах изотермической выдержки, закалку и старение, отличающийся тем, что используют алюминиевые сплавы, содержащие цирконий и титан, соотношение которых определяют по выражению 0,12≤Ti/(Ti+Zr)≤0,4, гомогенизацию ведут при температурах на 60-100°С ниже температур солидуса в течение 2-36 ч, охлаждают до комнатной температуры со скоростью 10-30°С/ч, нагревают до температуры 340-410°С и проводят изотермическую выдержку в течение 4-24 ч.