Сверхпластичный сплав на основе алюминия


 


Владельцы патента RU 2491365:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" (RU)

Изобретение относится к области металлургии, а именно к разработке новых сплавов и технологий получения из них листовых полуфабрикатов методами термической обработки и обработки давлением. Сплав содержит, в мас.%: 3,5-4,5 цинка, 3,5-4,5 магния, 0,6-1,0 меди, 2,0-3,0 никеля, 0,25-0,3 циркония, алюминий - остальное, при этом после упрочняющей термической обработки сплав имеет предел текучести 570 МПа, предел прочности 600 МПа, твердость 160 HV, а после деформации при температуре 440-480°С со скоростью 0,001-0,01 1/с сплав имеет удлинение более 500%. Техническим результатом изобретения является получение сплава с равноосной однородной мелкозернистой структурой. 4 пр.

 

Изобретение относится к области металлургии, а именно к разработке новых сплавов и получения из них сверхпластичных деформированных листовых полуфабрикатов методами термической обработки и обработки давлением. Изобретение - новый алюминиевый сплав, предназначенный для изготовления сверхпластичных листов.

Одним из необходимых факторов достижения эффекта сверхпластичности является микрозеренная структура сплавов, с размером зерна менее 10 мкм (И.И.Новиков, В.К.Портной «Сверхпластичность сплавов с ультрамелким зерном», 1981 г.).

Среди существующих способов (технологий) в промышленности известны способы получения листов различных сплавов с микрозеренной структурой при помощи термомеханической обработки и последующей рекристаллизации.

Формирование микрозеренной структуры при рекристаллизации возможно двумя способами. Во-первых, благодаря рекристаллизации при нагреве листа до температуры сверхпластической деформации, во-вторых, в случае, торможения статической рекристаллизации, микрозеренная структура может формироваться в процессе сверхпластической деформации благодаря непрерывной динамической рекристаллизации. Данный материал относиться ко второму типу. Обеспечить эффект торможения статической рекристаллизации можно в присутствие при температуре сверхпластической деформации дисперсных частиц размером менее 100 нм. Такие частицы в алюминиевых сплавах образуют переходные металлы - скандий и цирконий. Хорошо известен сплав для сверхпластической листовой формовки Supral 100. Данный сплав имеет состав Al-(5-6)%Cu-(0,4-0,6)%Zr. Технология его получения основана на высокой скорости охлаждения при кристаллизации, обеспечивающей повышенное содержание циркония в твердом растворе и последующее выделение при термодеформационной обработке дисперсных частиц алюминида циркония, стабилизирующих зеренную структуру и сдерживающих рекристаллизацию. В процессе сверхпластической деформации сплав рекристаллизуется, формируется микрозеренная структура, что обеспечивает высокие показатели сверхпластичности. Однако сплав по уровню механических свойств среди алюминиевых является среднепрочным.

Наиболее близкими по составу являются следующие сплавы АА7022 или АА7122. Однако данные сплавы содержат большее количество цинка (4,3-5,5)%, но меньшее количество магния (2,6-3,7)% и не содержат никеля. Известен никельсодержащий сплав системы Al-Zn-Mg-Cu-Ni (USA Patent 6,585,932), однако описанный в патенте сплав содержит в среднем 2% магния и 6% цинка, т.е. цинк и магний в другом количестве и соотношении.

Способы получения сверхпластичного состояния для высокопрочных сплавов (АА 7000 серии) описаны в патентах US 4.486.244 от 4.12.1984, 4.618.382 от 21.10.1986, 4.867.805 от 19.09.1989, 5.490.885 от 13.02.1996 и 5.772.804 от 30.06.1998, 5.122.196 от 16.06.1992, 06-010087 от 18.01.1994.

Однако сплавы имеют размер зерна около 8-10 мкм и сверхпластичны только в интервале скоростей 10-5-10-3 с-1.

Наиболее близка к данной технология получения сверхпластичных листов из сплавов АА7000 серии описанная в патенте US 4.486.244 от 4.12.1984. Однако описываемый способ исключает необходимость применения операции гетерогенизации (промежуточной закалки с последующим отжигом при 400°С), не требует высокоскоростных нагревов до температур сверхпластической деформации, применения больших или интенсивных пластических деформаций.

Технической задачей данного изобретения является получение листа из высокопрочного алюминиевого сплава с однородной мелкозернистой структурой, формирующейся только в процессе сверхпластической деформации, и равномерным распределением дисперсных частиц интерметаллидов, детали из которого, могут быть получены методом сверхпластической формовки.

Высокопрочные сплавы разработаны на базе системы Al-Zn-Mg-Cu (сплавы АА7000 серии (USA) или сплавы типа В95 (РФ)). Настоящий сплав имеет следующий химический состав (3,5-4,5)% Mg-(3,5-4,5)% Zn-(0,6-1,0)% Cu-(2-3)% Ni-(0,25-0,30)% Zr. Цинк и магний содержатся в примерно равных концентрациях. Указанное содержание легирующих элементов позволяет достичь заданного комплекса свойств: механических свойств (предел текучести, предел прочности) после обработки по режиму закалка и старение и высоких показателей сверхпластичности.

Для решения поставленной задачи предлагается следующая технология; расплав с температуры 800°С заливают в водоохлаждаемую изложницу (скорость охлаждения не менее 15 К/с). Далее следует двухступенчатый гомогенизационный отжиг (440°С, 3-6 часов и 500°С, 3-4 часа). Температура второй ступени выше температуры неравновесного солидуса 485°С. Горячую прокатку проводят при температуре 430°С с суммарным обжатием 70%. Далее следует холодная прокатка с обжатием 70%.

Для листов сплава, полученных по указанной технологии, определен режим старения 110°С, 6 ч +140°С, 12 часов, обеспечивающий максимальные характеристики прочности при комнатной температуре - предел текучести 570 МПа, предел прочности 600 МПа, твердость 160 HV.

В результате нагрева холоднодеформированного листа до температуры сверхпластической формовки формируется частично рекристаллизованная структура. Сплав полностью рекристаллизуется только во время сверхпластической деформации. Равноосная микрозеренная структура формируется за счет равномерного распределения частиц интерметаллидов никель и цирконий содержащих фаз. Равномерность распределения частиц достигается за счет проработки структуры в процессе обработки давлением.

Пример 1:

Сплав 1

Сплав состава 4% Mg - 4% Zn - 0,8% Cu - 3% Ni - 0,28% Zr был обработан следующим образом.

Технология 1

1. Для приготовления сплава использовали алюминий марки А99, магний Мг90, цинк Ц0 и лигатуры, например «Al - 53,5 масс.% Cu», «Al - 20 масс.% Ni» и «Al - 3,5 масс.% Zr».

2. Плавку вели в графито-шамотных тиглях с последовательным введением в расплавленный алюминий лигатур «Al-3,5% Zr»; «Al - 20% Ni»; «Al - 53,5 масс.% Cu» и магния в чистом виде. Перед введением магния расплав доводили до температуры 780°С для более быстрого растворения и меньших потерь на угар во время последующего нагрева до 800°С. Для более полной гомогенизации расплава перед разливкой выдерживали его в течение 10-15 мин. при 800°С. Если не обеспечить указанного перегрева расплава, то при кристаллизации выделяются первичные алюминиды циркония, что в последствие снижает показатели сверхпластичности материала.

3. Разливку расплава проводили на установке полунепрерывного литья со скоростями охлаждения не менее 15 К/с. Меньшие скорости охлаждения могут привести к обеднению алюминиевого твердого раствора цирконием из-за выделения первичных кристаллов.

4. Гомогенизационный отжиг слитков проводили в 2 ступени - при 440°С в течение 3 часов и при 500°С в течение 3 часов. Вторая ступень гомогенизации по температуре выше неравновесного солидуса. При таком режиме гомогенизация слитков проходит полностью. После гомогенизации слитки следует обработать для удаления поверхностных дефектов и отрезать усадочную раковину. Температура солидуса гомогенизированного сплава составляет 506°С.

5. Горячую прокатку проводили при 420±10°С с суммарным обжатием 70%.

6. Холодную прокатку проводили с суммарным обжатием 70%.

Далее оценивали механические свойства и показатели сверхпластичности листов.

Для определения механических свойств образцы подвергали закалке с температуры 480°С, 20 минут выдержки и старению по режиму 110°С, 6 ч +140°С, 12 часов. Предел текучести составил 570 МПа, предел прочности 600 МПа, относительное удлинение 5%.

Технологический режим обеспечил формирование частично нерекристаллизованнои структуры перед началом сверхпластическои деформации при температуре до 480°С. В процессе сверхпластической деформации структура полностью рекристаллизуется, после 600% деформации со скоростью 2×10-3 с-1 средний размер зерна в сплаве составил 4,5 мкм.

Максимальное удлинение до разрыва, полученное при температурах 440-480°С и максимальной скорости деформации 1×10-2 c-1, составило 650%, при скорости (5×10-3 c-1) - 750%, а при (2×10-3 c-1) - составило 690%.

Пример 2

Сплав 2

Сплав состава 3,5% Mg - 4,0% Zn - 0,8% Cu - 3% Ni - 0,30% Zr был обработан по технологии 1, описанной в примере 1.

Максимальное удлинение до разрыва, полученное при температурах 440-480°С и максимальной скорости деформации 1×10-2 c-1, составило 470%, а при скорости (2×10-3 с-1) - составило 550%.

Пример 3

Сплав 3

Сплав состава 4,5% Mg - 3,5% Zn - 0,8% Cu - 3% Ni - 0,30% Zr был обработан по технологии 1, описанной в примере 1.

Максимальное удлинение до разрыва, полученное при температурах 440-480°С и скорости деформации 1×10-2 c-1, составило 300%, а при скорости (2×10-3 c-1) составило 580%.

Пример 4

Сплав 4

Сплав состава 4,0% Mg - 4,0% Zn - 0,8% Cu - 2% Ni - 0,30% Zr был обработан по технологии 1, описанной в примере 1.

Максимальное удлинение до разрыва, полученное при температурах 440-480°С и скорости деформации 1×10-2 c-1 составило 400%, а при скорости (2×10-3 c-1) 440%.

Сверхпластичный алюминиевый сплав, содержащий цинк, магний, медь, никель и цирконий, отличающийся тем, что он содержит компоненты в следующих соотношениях, мас.%:

цинк 3,5-4,5
магний 3,5-4,5
медь 0,6-1,0
никель 2,0-3,0
цирконий 0,25-0,3
алюминий остальное,

при этом после упрочняющей обработки сплав имеет предел текучести 570 МПа, предел прочности 600 МПа, твердость 160 HV, а после деформации при температуре 440-480°С со скоростью 0,001-0,01 1/с сплав имеет удлинение более 500%.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам производства труб из высокопрочных алюминиевых сплавов системы Al-Zn-Mg-Cu, легированных скандием и цирконием.

Изобретение относится к области металлургии сплавов на основе алюминия, в частности сплавов систем Al-Mg-Si и Al-Zn-Mg, используемых в качестве конструкционных и обшивочных листов в авиакосмической технике, судостроении и транспортном машиностроении, в том числе и в сварных конструкциях.
Изобретение относится к алюминиевым сплавам, в частности к тем, из которых получают высокопрочный алюминиевый полуфабрикат, а также к способу получения таких алюминиевых полуфабрикатов.

Изобретение относится к алюминиевоцинкомагниевым сплавам и к продуктам, выполненным из таких сплавов, которые могут быть использованы для изготовления литейных форм для производимых литьем под давлением пластмасс.
Изобретение относится к способу изготовления слоистой плиты на основе алюминия для противопульной сварной брони. .
Изобретение относится к сплаву серии АА7000 и к способу изготовления продуктов из этого алюминиевого сплава, а именно к алюминиевым деформированным продуктам относительно большой толщины, в частности от 30 до 300 мм.

Изобретение относится к сплавам на основе алюминия, а именно к Аl-Zn-Cu-Mg сплавам на основе алюминия, а также способу изготовления катаного или кованого деформированного продукта из него и к самому катаному или кованому деформированному продукту.

Изобретение относится к продукту из свариваемого деформируемого алюминиевого сплава и способу его получения. .
Изобретение относится к деформированному продукту из высокопрочного, высоковязкого Al-Zn сплава и к способу изготовления такого продукта. .

Изобретение относится к области металлургии и машиностроения, а именно к способу получения изделий из высокопрочных, особенно сверхпрочных алюминиевых сплавов системы Al-Zn-Mg-Cu-Zr, применяемых в качестве обшивок крыла и других силовых элементов планера самолетов, а также наземных транспортных средств.
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.

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, конкретно к сплавам на основе алюминия, и может быть использовано при получении крупногабаритных отливок сложной формы, предназначенных для изготовления деталей ответственного назначения, в частности корпусов редукторов, применяемых в авиастроении.
Наверх