Способ получения сверхпластичных заготовок из алюминиевых сплавов на основе системы алюминий-магний-скандий


 


Владельцы патента RU 2465365:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (RU)

Изобретение предназначено для оптимизации технологического процесса сверхпластической формовки изделий сложной формы. Способ включает отливку слитка, получение из него заготовки равноканальным угловым прессованием с противодавлением. Сокращение продолжительности формообразующих операций, осуществляемых в режиме высокоскоростной сверхпластичности, а также сокращение времени нагрева заготовки обеспечивается за счет того, что перед отливкой слитка расплав нагревают до 760-800°С и выдерживают при этой температуре 0,5-1.0 ч, слиток отливают полунепрерывным литьем в кристаллизатор скольжения, отлитый слиток отжигают при температуре 360-380°С в течение 3-8 ч, получают из слитка заготовку прямоугольного сечения квадратную в плане с отношением толщины к ширине от 0,17 до 0,33, деформацию полученной из слитка заготовки прессованием осуществляют при угле пересечения каналов 90° при температуре 305-325°С с числом проходов от 4 до 8, соответствующим истинной деформации от ~4 до ~8, с величиной противодавления, равной 30-40% от величины приложенного давления, с поворотом заготовки после каждого прохода на 90° относительно оси, перпендикулярной большой грани заготовки и проходящей через центр заготовки, затем заготовку подвергают прокатке при температуре предшествующего прессования с суммарным обжатием 80-95% при температуре рабочих валков прокатного стана, равной температуре прокатки, 1 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам получения сверхпластичных заготовок из алюминиевых сплавов на основе системы алюминий-магний-скандий (Al-Mg-Sc), содержащих также цирконий или цирконий и марганец, применяемых для сверхпластической формовки изделий сложной формы, а также в качестве конструкционного материала.

Известно, что алюминиевые сплавы при повышенных температурах и сравнительно низких скоростях деформации становятся сверхпластичными, если в них тем или иным способом получена ультрамелкозернистая структура с размером равноосных зерен менее 10 мкм (Г.Б.Строганов, О.А.Кайбышев, О.Х.Фаткуллин. Сверхпластичность при обработке материалов давлением. М.ОНТИ, МАТИ, 2000, С.94). Известно также, что существенное измельчение зерна может быть достигнуто методами интенсивной пластической деформации, в частности равноканальным угловым прессованием (РКУ-прессованием) (Валиев. Р.З. Развитие равноканального углового прессования для получения ультрамелкозернистых металлов и сплавов. Металлы. 2004. №1. С.15-21). Известен способ получения заготовок с ультрамелкозернистой структурой с размером зерен ~1 мкм из алюминиевого сплава, содержащего, мас.%, 4Mg-1,5Mn-0,4Zr-0,4Sc, путем РКУ-прессования литой заготовки (Добаткин С.В., Захаров В.В., Эстрин Ю., Ростова Т.Д., Уколова О.Г., Чиркова А.В. Повышение прочности и пластичности Al-Mg-Mn-сплавов, легированных цирконием и скандием, при равноканальном угловом прессовании. Технология легких сплавов. 2009. №3. С.46-59).

Известен способ получения сверхпластичных заготовок из алюминиевого сплава на основе системы Al-Mg-Sc, содержащего, мас.%, 4,5Mg-0,22Sc-0,15Zr, близкий по техническому решению и назначению к предлагаемому изобретению, включающий отливку слитка в металлическую изложницу, получение из слитка заготовки квадратного сечения, деформацию заготовки РКУ-прессованием при угле пересечения каналов 90° при температуре 200°С с числом проходов от 6 до 8 и поворотом заготовки после каждого прохода вокруг ее оси на 90° (Перевезенцев В.Н., Чувильдеев В.Н., Копылов В.И., Сысоев А.Н., Лэнгдон Т.Дж. Высокоскоростная сверхпластичность сплавов системы Al-Mg-Sc-Zr. Металлы. 2004. №1. С.36-43). Основным недостатком этого способа является низкая скорость РКУ-прессования (~0.4 мм/с), а также невысокие показатели сверхпластичности заготовок, полученных этим способом, при пониженных температурах.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является способ получения сверхпластичных заготовок из алюминиевого сплава на основе системы Al-Mg-Sc, включающий:

- отливку слитка малого размера;

- получение из слитка заготовки круглого сечения;

- деформацию РКУ - прессованием при угле пересечения каналов 110° при температуре 200°С с восемью проходами, что соответствует истинной деформации ~7,2, с противодавлением (С.В.Добаткин, В.В.Захаров, В.Н.Перевезенцев, Т.Д.Ростова, В.И.Копылов, Г.И.Рааб. Механические свойства субмикрокристаллических сплавов Al-Mg (АМг6) и Al-Mg-Sc (01570). Технология легких сплавов. 2010. №1. С.74-84).

Главным недостатком этого способа является то, что сверхпластичные заготовки из алюминиевых сплавов на основе системы Al-Mg-Sc, полученные этим способом, имеют невысокие показатели сверхпластичности при высоких скоростях пластической деформации (выше 10-2 с-1), представляющих наибольший интерес для сверпластической формовки.

Задачей предлагаемого изобретения является получение сверхпластичных заготовок из алюминиевых сплавов на основе системы Al-Mg-Sc с улучшенными показателями сверхпластичности при высоких скоростях пластической деформации.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе получения сверхпластичных заготовок из алюминиевых сплавов на основе системы Al-Mg-Sc, включающем отливку слитка, получение из слитка заготовки, деформацию полученной из слитка заготовки РКУ-прессованием с противодавлением, перед отливкой слитка расплав перегревают до температуры 760-800°С и выдерживают при этой температуре 0,5-1 ч, слиток отливают полунепрерывным литьем в кристаллизатор скольжения, отлитый слиток отжигают при температуре 360-380°С в течение 3-8 ч, получают из слитка заготовку прямоугольного сечения квадратную в плане с отношением толщины к ширине от 0,17 до 0,33, деформацию полученной из слитка заготовки РКУ-прессованием с противодавлением осуществляют при угле пересечения каналов 90° при температуре 305-325°С с числом проходов от 4 до 8, что соответствует истинной деформации от ~4 до ~8, с величиной противодавления, равной 30-40% от величины приложенного давления, с поворотом заготовки после каждого прохода на 90° относительно оси, перпендикулярной большой грани заготовки и проходящей через центр заготовки, затем заготовку подвергают прокатке при температуре предшествующего РКУ-прессования с суммарным обжатием 80-95% при температуре рабочих валков прокатного стана, равной температуре прокатки.

Предлагаемый способ отличается от известного тем, что перегрев расплава производят до температуры 760-800°С и выдерживают при этой температуре 0,5-1 ч, слиток отливают полунепрерывным литьем в кристаллизатор скольжения, отлитый слиток отжигают при температуре 360-380°С в течение 3-8 ч, получают из слитка заготовку прямоугольного сечения, квадратную в плане, с отношением толщины к ширине от 0,17 до 0,33, деформацию полученной из слитка заготовки РКУ-прессованием с противодавлением осуществляют при угле пересечения каналов 90° при температуре 305-325°С с числом проходов от 4 до 8, что соответртвует истинной деформации от ~4 до ~8, с величиной противодавления, равной 30- 40% от величины приложенного давления, с поворотом заготовки после каждого прохода на 90° относительно оси, перпендикулярной большой грани заготовки и проходящей через центр заготовки, затем заготовку подвергают прокатке при температуре предшествующего РКУ-прессования с суммарным обжатием 80-95% при температуре рабочих валков прокатного стана, равной температуре прокатки.

Технический результат - получение сверхпластичных заготовок с улучшенными показателями сверхпластичности при высоких скоростях пластической деформации.

При выдержке в течение 0,5-1 ч перегретого до 760-800°С расплава повышается степень его гомогенности за счет растворения первичных интерметаллидов, входящих в состав компонентов шихты. При отливке слитка методом полунепрерывного литья в кристаллизатор скольжения, предусматривающем обязательное интенсивное охлаждение слитка водой, обеспечивается скорость охлаждения металла в интервале температур кристаллизации, позволяющая зафиксировать скандий и цирконий, входящие в состав сплава, в пересыщенном твердом растворе, который распадается при отжиге слитка при 360-380°С в течение 3-8 ч с образованием дисперсных вторичных когерентных выделений фазы Al3(Sc, Zr) размером 5-10 нм, тормозящих рост зерен при повышенных температурах. При РКУ-прессовании при угле пересечения каналов 90° полученной из слитка заготовки прямоугольного сечения квадратной в плане с отношением толщины к ширине от 0,17 до 0,33 при температуре 305-325°С с числом проходов от 4 до 8, что соответствует истинной деформации от ~4 до ~8, с противодавлением, равным 30-40% от приложенного давления, с поворотом заготовки после каждого прохода на 90° относительно оси, перпендикулярной большой грани заготовки и проходящей через центр заготовки, происходит измельчение зерен и формируется однородная по сечению заготовки структура с размером зерен ~1 мкм и их объемной долей ~0,9, при этом в материале сохраняются нерекристаллизованные области, представляющие собой участки исходных крупных зерен. При прокатке продеформированной РКУ-прессованием заготовки при температуре предшествующего РКУ-прессования с суммарным обжатием 80-95% при температуре рабочих валков прокатного стана, равной температуре прокатки, дополнительно измельчаются нерекристаллизованные области исходных зерен, сохранившиеся после РКУ-прессования, в результате чего объемная доля ультрамелких зерен увеличивается до 0,98, а их средний размер сохраняется на уровне 1 мкм.

Пример осуществления способа.

С использованием в качестве шихтовых материалов алюминия, магния и лигатур Al-Sc, Al-Zr и Al-Mn готовили расплав алюминиевого сплава на основе системы Al-Mg-Sc, содержащего, мас.%, 5Mg-0,2Sc-0,08Zr-0,18Mn. Перед отливкой слитка расплав перегревали до 780°С и выдерживали при этой температуре 1 ч. Затем методом полунепрерывного литья в кристаллизатор скольжения отливали слиток прямоугольного сечения, который подвергали отжигу при 370°С в течение 8 ч. Из отожженного слитка вырезали заготовку прямоугольного сечения, квадратную в плане, с размером сечения 34×152 мм, что соответствовало отношению толщины заготовки к ее ширине, равному 0,22, и размером в плане 152×152 мм, которую подвергли РКУ-прессованию при угле пересечения каналов 90° при 310°С за 8 проходов давлением 12 кгс/мм2 с противодавлением, равным 4,8 кгс/мм2, что составляло 40% от приложенного давления, с поворотом заготовки после каждого прохода на 90° относительно оси, перпендикулярной большой грани заготовки с размером 152×152 мм и проходящей через ее центр, после чего заготовку, продеформированную РКУ-прессованием, подвергли прокатке при температуре предшествующего РКУ-пресования 310°С до толщины 4 мм при температуре рабочих валков прокатного стана, равной температуре прокатки 310°С, суммарное обжатие при этом составляло 88,2%. Полученную сверхпластичную заготовку испытывали на растяжение на плоских образцах с размером рабочей части 1,5×3×6 мм при температурах 400 и 450°С и скоростях деформации 5×10-2 с-1 и 1,4×10-1 с-1. В качестве показателя сверхпластичности взяли величину относительного удлинения образцов до разрушения. Также испытывали сверхпластичную заготовку из этого же сплава, полученную по известному способу. Сравнительные результаты испытаний приведены в таблице.

Способ получения сверхпластичной заготовки Условия испытаний на растяжение Показатель сверхпластичности
Температура, °С Скорость деформации, с-1 Относительное удлинение до разрушения, %
Предлагаемый 400 5×10-2 1800
1,4×10-1 1400
450 5×10-2 2300
1,4×10-1 2200
Известный 400 5×10-2 800
1,4×10-1 800
450 5×10-2 1200
1,4×10-1 1000

Из таблицы видно, что производство сверхпластичных заготовок из алюминиевых сплавов на основе системы Al-Mg-Sc по предлагаемому способу позволяет улучшить показатели сверхпластичности при высоких скоростях деформации. Относительное удлинение до разрушения - основной показатель сверхпластичности повышается примерно в 2 раза.

Предлагаемый способ, реализуемый в промышленном производстве, позволяет оптимизировать технологический процесс сверхпластической формовки изделий сложной формы из алюминиевых сплавов на основе системы Al-Mg-Sc за счет сокращения продолжительности формообразующих операций, осуществляемых в режиме высокоскоростной сверхпластичности, а также за счет сокращения времени нагрева заготовки. Сверхпластичные заготовки из алюминиевых сплавов на основе системы Al-Mg-Sc, получаемые предлагаемым способом, могут быть использованы в качестве конструкционного материала для изделий космической техники.

Способ получения сверхпластичных заготовок из алюминиевых сплавов на основе системы алюминий-магний-скандий, включающий отливку слитка, получение из слитка заготовки, деформацию полученной из слитка заготовки равноканальным угловым прессованием с противодавлением, отличающийся тем, что перед отливкой слитка расплав нагревают до температуры 760-800°С и выдерживают при этой температуре 0,5-1,0 ч, слиток отливают полунепрерывным литьем в кристаллизатор скольжения, отлитый слиток отжигают при температуре 360-380°С в течение 3-8 ч, получают из слитка квадратную в плане заготовку прямоугольного сечения с отношением толщины к ширине от 0,17 до 0,33, деформацию заготовки осуществляют равноканальным угловым прессованием с противодавлением при угле пересечения каналов 90° и температуре 305-325°С с числом проходов от 4 до 8, соответствующим истинной деформации от ~4 до ~8, и с величиной противодавления, равной 30-40% от величины приложенного давления, с поворотом заготовки после каждого прохода на 90° относительно оси, перпендикулярной большой грани заготовки и проходящей через центр заготовки, затем заготовку подвергают прокатке с суммарным обжатием 80-95% при температуре предшествующего равноканального углового прессования и температуре рабочих валков прокатного стана, равной температуре прокатки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к листовому изделию из алюминиевого сплава и может быть использовано для изготовления броневого листа. .
Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам получения деформированных заготовок из алюминиевых сплавов системы алюминий-магний-марганец-скандий-цирконий, применяемых в качестве конструкционного материала.

Изобретение относится к литейному и прокатному производству. .

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам получения сверхпластичных листов из алюминиевых сплавов системы алюминий-магний-литий, и может быть использовано для сверхпластической формовки изделий сложной формы, а также при производстве прессованных профилей в качестве конструкционного материала.

Изобретение относится к сплавам типа Al-Zn-Mg, а именно к сплавам, предназначенным для сварных конструкций, таких как конструкции, используемые в области морского строительства, при изготовлении кузовов автомобилей, промышленных транспортных средств и неподвижных или подвижных резервуаров.

Изобретение относится к литейному и прокатному производству. .
Изобретение относится к области металлургии цветных металлов и может быть использовано в металлургической, машиностроительной и авиационной промышленности, в частности для производства сотовых конструкций.
Изобретение относится к области металлургии сплавов на основе алюминия системы Al-Mg-Li-Cu, используемых в качестве конструкционного материала для авиакосмической техники и транспортного машиностроения в виде обшивки и внутреннего силового набора.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам термической обработки листов и сварных соединений сплавов системы алюминий - магний - кремний. .

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при изготовлении броневых листов и плит на основе алюминия, применяемых в авиа- и судостроении, в производстве наземных бронированных транспортных средств и др.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к разработке новых сплавов и технологий получения из них листовых полуфабрикатов методами термической обработки и обработки давлением
Изобретение относится к обработке металлов давлением, например, к производству тонких лент из сплавов систем Al-Mg, Al-Mg-Mn и может быть использовано для производства упаковочной тары в пищевой промышленности. Для повышения пластичности и штампуемости обрабатываемого металла и снижения разброса механических свойств в способе холодной многопроходной прокатки тонких лент из алюминиевых сплавов системы Al-Mg или Al-Mg-Mn прокатке подвергают полностью рекристаллизованную горячекатаную заготовку ленты. Заготовка ленты имеет кубическую текстуру и толщину, в 9-10 раз превышающую конечную толщину ленты. Прокатку проводят со степенью деформации 45-57% в каждом из двух последних проходов и со скоростью деформации не менее 10 м/с в последнем проходе с обеспечением температуры 140-160°C в рулоне при смотке ленты в рулон массой не менее 8 т. 1 табл.

Изобретение относится к алюминиевому сплаву для производства подложек для офсетных печатных форм. Алюминиевый сплав содержит следующие компоненты, в мас.%: 0,2% ≤ Fe ≤0,5%, 0,41% ≤ Mg ≤ 0,7%, 0,05% ≤ Si ≤ 0,25%, 0,31% ≤ Mn ≤0,6%, Cu ≤0,04%, Ti ≤ 0,05%, Zn ≤ 0,05%, Cr ≤ 0,01%, остальное - Al и неизбежные примеси, каждая из которых присутствует в количестве не более 0,05%, а в целом они составляют максимум 0,15%. Техническим результатом изобретения является создание алюминиевого сплава и алюминиевой ленты, изготовленной из алюминиевого сплава, которая пригодна для производства подложек для печатных форм, обладающих более высоким сопротивлением усталости при изгибе поперек направления вращения и большей термической устойчивостью без снижения способности к зернению. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 4 табл., 2 ил.
Изобретение относится к металлургии деформируемых термически неупрочняемых алюминиевых сплавов, предназначенных для использования в качестве конструкционного материала в виде деформируемых полуфабрикатов в морской и авиакосмической технике, транспортном и химическом машиностроении, в т.ч. в криогенной технике, например судах-газовозах для перевозки сжиженных при низких температурах газов. Способ включает получение слитка из алюминиевого сплава, содержащего магний и скандий, методом полунепрерывного литья, гомогенизирующий отжиг при температуре 300-360°C продолжительностью до 8 часов, механическую обработку слитка, нагрев литых заготовок под прокатку при 340-380°C до 8 часов, горячую прокатку с получением листа или плиты и последующий отжиг при температуре 380-440°C до 4 часов. Способ обеспечивает получение высоких механических свойств при комнатной и низких (криогенных) температурах. 1 пр., 1 табл.

Изобретение относится к обработке давлением металлических сплавов системы алюминий-магний, демонстрирующих прерывистую пластическую деформацию и локализацию деформации в полосах, вызывающих ухудшение качества поверхности и внезапное разрушение этих сплавов, и может быть использовано в авиакосмической и автомобильной отраслях. Способ включает механическую обработку давлением заготовки при комнатной температуре с одновременным пропусканием через нее постоянного электрического тока низкой плотности 20-30 А/мм2, который полностью подавляет полосообразование и прерывистую деформацию алюминий-магниевого сплава. Изобретение позволяет повысить качество обрабатываемой поверхности и увеличить ресурс долговечности алюминий-магниевых сплавов без снижения их прочности и пластичности. 3 ил.

Изобретение относится к области металлургии, а именно, к листам из алюминиевого сплава. Лист алюминиевого сплава, содержит подложку из алюминиевого сплава с составом, содержащим, в мас.%: 3,0-4,0 магния, 0,2-0,4 марганца, 0,1-0,5 железа, не менее 0,03 - менее 0,10 меди, и менее 0,20 кремния, причем остаток составляют алюминий и неизбежные примеси. Пиковая концентрация в распределении концентрации меди в направлении толщины в области на глубине от 15 нм до 200 нм от поверхности подложки из алюминиевого сплава равна или больше 0,15 мас.%. Подложка из алюминиевого сплава имеет рекристаллизованную структуру со средним размером зерна в 15 мкм или менее. Лист имеет высокую формуемость и способность к химической конверсионной обработке. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 3 ил., 2 табл., 6 пр.

Изобретение относится к коррозионностойким алюминиевым сплавам с высоким содержанием магния и способам их получения. Разработаны системы и способы для непрерывной отливки изделий в виде листов или пластин из Al-Mg сплава, имеющих высокое содержание магния. Способ включает непрерывное литье Al-Mg сплава, содержащего от 6 вес.% до 10 вес.% Mg, горячую прокатку Al-Mg сплава до толщины, составляющей менее 6,35 мм, отжиг Al-Mg сплава в печи. Стадия отжига включает нагревание Al-Mg сплава при повышенной температуре и в течение периода времени, достаточного для получения отожженного состояния, и охлаждение Al-Mg сплава. Этап нагревания при отжиге включает нагревание Al-Mg сплава до температуры Т1 в диапазоне от приблизительно 365°С до приблизительно 500°С, в течение, по меньшей мере, около 2 часов. После стадии охлаждения Al-Mg сплав включает множество зерен, имеющих границы, и по существу свободен от сплошной пленки из β-фазы на границах зерен. Изделия из Al-Mg сплава устойчивы к коррозионному растрескиванию под напряжением и межкристаллитной коррозии. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 14 ил., 1 табл., 3 пр.

Изобретение относится к области металлургии сплавов, а именно к технологии обработки алюминиевых сплавов системы Al-Mg-Mn, и может быть использовано для изготовления различных полуфабрикатов для авиакосмической, транспортной и судостроительной промышленностей. Способ включает равноканальное угловое прессование сплава системы Al-Mg-Mn, причем сначала литой сплав Al-Mg-Mn гомогенизируют в интервале температур 340-355оС в течение 7-8 часов с последующим охлаждением в печи до температуры не выше 60оС, далее вырезают заготовку нужного размера, нагревают ее в печи до температуры 280-295оС и проводят равноканальное угловое прессование в интервале температур 280-295оС с общим числом проходов, соответствующим истинной степени деформации от 8 до 12, и скоростью деформирования от 5 до 10 мм/c с последующим охлаждением в воде комнатной температуры. Предложенный способ позволяет получать заготовки из сплавов системы Al-Mg-Mn с повышенными механическими свойствами за счет образования в них мелкодисперсных частиц Al6Mn и однородной мелкозернистой структуры. 3 ил., 1 табл., 1 пр.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, более конкретно к способам изготовления листовых заготовок из деформируемых термически неупрочняемых алюминиево-магниевых сплавов с добавками переходных металлов. Изобретение может быть использовано в различных отраслях промышленности: судостроении, автомобилестроении, авиакосмической и других. Способ изготовления листовой заготовки из деформируемого термически неупрочняемого алюминиево-магниевого сплава, содержащего переходные металлы, образующие алюминиды переходных металлов, включает деформирование исходной заготовки при температуре выше температуры сольвуса β-фазы сплава, Тс, за несколько переходов и последующую за несколько проходов холодную прокатку, при этом деформирование исходной заготовки осуществляют с истинной суммарной степенью деформации, e, выбираемой в интервале 3-7, в интервале температур на 45-77°С выше температуры сольвуса β-фазы сплава, Тс, а холодную прокатку осуществляют с суммарным обжатием 65-80%. Технический результат заключается в обеспечении возможности изготовления листовой заготовки, обладающей как высокой прочностью, так и технологической пластичностью, при деформировании в разных условиях, а именно при холодной штамповке и сверхпластической формовке. 2 з.п. ф-лы, 4 ил., 2 табл., 6 пр.
Наверх