Способ термической обработки заготовок из алюминиевого сплава д16

Изобретение относится к области термической обработки и может быть применено при закалке заготовок из сплава Д16 для последующего изготовления из них высокоточных деталей. Сплав нагревают до температуры закалки. Затем проводят охлаждение с температуры закалки до 430°С со скоростью 130-150°С в час и выдержку в течение 3 минут. Последующее охлаждение осуществляют в воде с температурой 80-100°С, а затем в воде с температурой 20°С, после чего проводят старение. Данный способ позволяет уменьшить деформацию при закалке и старении. 1 табл.

 

Предлагаемое изобретение относится к области термической обработки и может быть применено при закалке заготовок из сплава Д16 для последующего изготовления из них высокоточных деталей.

Известен способ термической обработки сплава Д16, который заключается в закалке с температуры 490°С, выдержке при этой температуре, охлаждении в воде с температурой 10-40°С и последующем старении при температуре 190°С - 12 часов [1]. Способ принят в качестве аналога.

Охлаждение заготовок при этом способе производят непосредственно с температуры закалки в воде. В этом случае из-за большой разности температур возникают значительные напряжения, приводящие к деформации заготовок. Эти деформации приходится устранять за счет обработки (съема) оставленного припуска фрезерованием, что в дальнейшем приводит к изменению формы и размеров деталей, а это недопустимо, т.к. требует увеличения значительного припуска под дальнейшую обработку.

Известен способ закалки алюминиевых сплавов, который заключается в нагреве до температуры закалки, выдержке при этой температуре и охлаждении в воде с температурой 80-100°С [2].

Способ взят в качестве прототипа. При этом способе температура при закалке снижается до 390-410°С по сравнению со способом-аналогом. Однако это недостаточно эффективно уменьшает деформацию, т.к. напряжения возникают при охлаждении во время закалки при температуре выше 480°С, когда предел текучести (σ_0,2) алюминиевого сплава очень мал (˜10 кгс/мм²), что и приводит к значительным деформациям заготовок. Эти деформации не устраняются при последующем старении, а после механической обработки на заданные размеры детали самопроизвольно изменяют форму и размеры. Эти изменения размеров невозможно исправить. Поэтому и этот способ термической обработки неэффективен для изготовления высокоточных деталей сложной конфигурации (рам, кронштейнов, корпусов и т.п.).

Технический результат, достигаемый от применения предлагаемого способа, заключается в уменьшении деформации при закалке и старении.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе термической обработки заготовок сплава Д16, включающем закалку в воде с температурой 80-100°С в воде цеховой температуры и старение, охлаждение с температуры закалки производят со скоростью 130-150°С в час до температуры 430°С, выдержка до 3-х минут.

Отличительный признак предлагаемого способа - охлаждение с температуры закалки со скоростью 130-150°С в час до 430°С, выдержка до 3-х минут при этой температуре, что и обеспечивает технический результат.

Пример практического применения.

Подвергали закалке образцы из сплава Д16 по различным режимам. Результаты исследования указаны в таблице.

Таблица. Результаты исследования сплава Д16 после различных режимов термической обработки.
№	Сорт	Режим закалки	Изменение размеров ± мм после	Свойства	Примечание
			после закалки	Старение 190°C - 12 ч.
Закалки	Старения 190°С 12 час	σв кгс/мм2	δ %	σв кгс/мм2	δ %
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
	Плита ≠35 мм	Нагрев до 490°С, выд. 1,5 часа, охлаждение:							Способ-аналог
1		а) в воде с температурой 20°С	+0,58	-0,06	36	17	42	15
		б) в воде с температурой 90°С	+0,25	-0,04	37	19	41	17	Способ-прототип
	Плита ≠20 мм	а) -«-	+0,68	-0,05	37	19	42	18	Способ-аналог
		б) -«-	+0,18	-0,06	38	16	43	15	Способ-прототип
	Плита ≠35 мм	Нагрев до 490°С, выд. 1,5 часа, охлажд. с печью со скоростью	+0,08	-0,02	40	17	42	15	Предлагаемый режим
2	Плита ≠20 мм	130°С в час до 430°С, выд. 3 мин, охлажд. в воде с температурой 90°С, выд. 3 мин, охлажд. в воде с температурой 20°С	+0,05	-0,02	41	16	43	14
	Плита ≠35 мм	Нагрев до 490°С. выд. 1,5 часа, охлажд. с печью со скоростью	+0,09	-0,02	40,5	16	42	15	Предлагаемый режим
3	Плита ≠20 мм	150°С в час до 430°С, выд. 3 мин, охлажд. в воде с температурой 90°С, выд. 3 мин, охлажд. в воде с температурой 20°С	+0,06	-0,03	41,5	18	43	14
	Плита ≠35 мм	Нагрев до 490°С, выд. 1,5 часа, охлажд. с печью со скоростью	+0,07	-0,01	37	18	38	17	Способ, выходящий за пределы предлагаемого
4	Плита ≠20 мм	120°С в час до 430°С, выд. 3 мин, охлаждение в воде с температурой 90°С, выд. 3 мин, охлаждение в воде с темпер. 20°С.	+0,05	-0,01	38	19	39	18
	Плита ≠35 мм	Нагрев до 490°С, выд. 1,5 часа, охлажд. с печью со	+0,01	0,01	33	20	34	19	-«-
5	Плита ≠20 мм	скоростью 150°С в час до 400°С, выд. 3 минуты, охлаждение в воде с температурой 90°С, выд. 3 минуты, охлаждение в воде с температурой 20°С	+0,01	0	34	21	35	20
Примечания к таблице. 1. Выдержку при термической обработке отсчитывали после достижения образцами заданной температуры. 2. При термической обработке использовали образцы тип III ГОСТ1497-84. Торцы образцов доводили до шероховатости для повышения точности измерения длины образцов. 3. На каждый режим термической обработки использовали по три образца, вырезанные из каждой плиты Д16 согласно ГОСТ 17232-99. 4. Результаты измерения размеров (длины) образцов являются среднеарифметическим результатом измерения 3-х образцов. Измерения длины (60 мм) образцов выполняли с точностью ±0,001 мм. 5. Охлаждение деталей и образцов со скоростью 130-150°С в час производили вместе с печью. 6. Температура закалки обеспечивалась с точностью ±5°С. Из результатов таблицы следует, что предлагаемый режим обеспечивает уменьшение деформации образцов более чем в 6 раз после закалки и более чем в 2 раза после старения при практически равных механических свойствах (σв; δ).

Использование предлагаемого способа позволяет:

1. Существенно уменьшить деформацию как после закалки, так и после старения (190°С - 12 часов).

2. Изготавливать детали (рамы, корпуса, кронштейны) сложной конфигурации с точными размерами из плит, профилей, прутков сплава Д16.

Источники информации

1. Производственная инструкция ПИ 1.2А510-98 с.15-20. Термическая обработка полуфабрикатов и деталей из алюминия и алюминиевых деформированных сплавов, ВИАМ.

2. Патент РФ №2125618. Способ термической обработки отливок из алюминиевых сплавов.

Способ термической обработки заготовок из алюминиевого сплава Д16, включающий нагрев сплава до температуры закалки, охлаждение с температуры закалки до 430°С со скоростью 130-150°С в час и выдержку в течение 3 мин, охлаждение в воде с температурой 80-100°С, а затем в воде с температурой 20°С и старение.