Способ производства осесимметричных штамповок типа крышка диаметром до 200 мм из высокопрочных алюминиевых сплавов al - zn - mg - cu, легированных скандием и цирконием
Владельцы патента RU 2516680:
Закрытое акционерное общество "Военно-промышленная инвестиционная группа "ВИЛС" (RU)
Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам производства труб осесимметричных штамповок диаметром до 200 мм из высокопрочных алюминиевых сплавов Al-Zn-Mg-Cu, легированных скандием и цирконием. Способ производства осесимметричных штамповок типа крышка диаметром до 200 мм из высокопрочных алюминиевых сплавов Al-Zn-Mg-Cu, легированных скандием и цирконием, включает приготовление алюминиевого расплава, содержащего скандий и цирконий, его перегрев до 765-780°С, отливку круглых слитков малого диаметра при 710-740°С, их гомогенизацию при 400-440°С в течение 4-10 часов, штамповку при 380-440°С, закалку с температуры 465-480°С с равномерным охлаждением всей поверхности штамповок со скоростью, обеспечивающей сохранение после закалки полностью нерекристаллизованной структуры штамповки, и искусственное старение. Штамповки имеют меньший уровень остаточных закалочных напряжений, что обеспечивает стабильность геометрических параметров деталей за счет устранения овализации при обточке штамповок на тонкостенные детали. 2 табл., 1 пр.
Предлагаемое изобретение относится к области металлургии, в частности к способам производства штамповок из высокопрочных алюминиевых сплавов Al-Zn-Mg-Cu, легированных скандием и цирконием.
Известен классический способ производства небольших штамповок из алюминиевых сплавов, заключающийся в литье непрерывным методом круглых слитков, их гомогенизации, прессовании на прутки с последующей штамповкой из них деталей, закалки и искусственном старении. Иногда с целью упрощения технологической схемы производства небольших штамповок (диаметром до 200 мм) в качестве заготовки под штамповку используют слитки малого диаметра (Алюминиевые сплавы. Плавка и литье алюминиевых сплавов: Справочное руководство. - М.: Металлургия, 1983. - С.145-158.; Производство полуфабрикатов из алюминиевых сплавов: Справочное руководство - М.: Металлургия, 1971 - С.403-404). Аналог.
Недостатком этого способа производства штамповок из высокопрочных сплавов Al-Zn-Mg-Cu, легированных скандием и цирконием, является резкое снижение прочностных характеристик готовых термически упрочненных штамповок (на 20-25%).
Известна технологическая схема и приведены конкретные значения технологических (температурных и временных) параметров, используемых при производстве катаных полуфабрикатов из алюминиевых сплавов, легированных скандием и цирконием (Березин Л.Г., Петруньков П.П. Разработка технологии изготовления листов из сплава 01570 шириной 2000-2500 мм. // Технология легких сплавов. - 1991. - №1. - С.32-37), использование которых при производстве штамповок из сплавов Al-Zn-Mg-Cu, легированных скандием и цирконием, дает возможность получать штамповки с более высокими прочностными характеристиками. Прототип.
Полученные штамповки по известной технологии имеют более высокий уровень прочностных характеристик, чем при использовании технологии аналога. Однако весь прочностной потенциал, заложенный природой в сплавах Al-Zn-Mg-Cu с добавками Sc и Zr, не реализуется. Уровень прочностных характеристик термически упрочненных штамповок занижен на 8-10% по сравнению с реально возможным.
Предлагается способ производства осесимметричных штамповок типа крышка диаметром до 200 мм из высокопрочных сплавов Al-Zn-Mg-Cu, легированных скандием и цирконием, включающий приготовление алюминиевого расплава, содержащего скандий и цирконий, его перегрев до 765-780°C, отливку круглых слитков малого диаметра при 710-740°C, их гомогенизацию при 400-440°C в течение 4-10 часов, штамповку при 380-440°C, закалку с температуры 465-480°C с равномерным охлаждением всей поверхности штамповок со скоростью, обеспечивающей сохранение после закалки полностью нерекристаллизованной структуры штамповки, и искусственное старение.
Предлагаемый способ производства осесимметричных штамповок типа крышка диаметром до 200 мм из высокопрочных алюминиевых сплавов Al-Zn-Mg-Cu, легированных скандием и цирконием, отличается от известного тем, что перегрев алюминиевого расплава, содержащего скандий и цирконий, осуществляют при 765-780°C, гомогенизацию отлитых слитков проводят при 400-440°C в течение 4-10 часов, закалку осуществляют с температуры 465-480°C с равномерным охлаждением всей поверхности штамповок со скоростью, обеспечивающей сохранение после закалки полностью нерекристаллизованной структуры штамповки, и искусственное старение.
Использование предлагаемого способа позволяет получать осесимметричные штамповки диаметром до 200 мм из высокопрочных сплавов Al-Zn-Mg-Cu, легированных скандием и цирконием, в закаленном и искусственно состаренном состоянии с высокими прочностными свойствами.
Упомянутые штамповки используются в основном в атомной промышленности в изделиях ответственного назначения, и к ним предъявляют высокие требования по уровню прочностных свойств.
Пример
Методом непрерывного литья с использованием электрической печи емкостью 180 кг были отлиты два слитка диаметром 92 мм весом по 90 кг следующего химического состава (таблица 1).
| Таблица 1 | ||||||||||
| Фактический химический состав отлитых слитков из сплава Al-Zn-Mg-Cu, легированного скандием и цирконием, вес.% | ||||||||||
| Al | Zn | Mg | Cu | Sc | Zr | Be | Fe | Ni | Co | Si |
| Основа | 7,1 | 3,6 | 1,1 | 0,21 | 0,11 | 0,002 | 0,45 | 0,52 | 0,11 | 0,17 |
Слитки гомогенизировали и из них вытачивали заготовки под штамповки диаметром 80×60 мм, из которых методом обратного выдавливания получали крышки-штамповки диаметром 146 мм с толщиной стенки 20 мм по известному и по предлагаемому способам.
Известный способ (прототип).
При проведении плавки по известному способу алюминиевый расплав, содержащий скандий, цирконий и кобальт перегревали до 750°C, выдерживали при этой температуре 1 час, дошихтовывали остальные легирующие компоненты (цинк, магний, медь и др.) и при температуре 715°C осуществляли отливку слитка. Слиток гомогенизировали по режиму 380°C, 8 ч, обрабатывали на заготовки и штамповали на крышки, которые закаливали в воде с температуры 470°C, искусственно старили 140°C, 16 ч, и испытывали на растяжение в хордовом и радиальном направлениях.
Предлагаемый способ.
Алюминиевый расплав, содержащий скандий, цирконий, кобальт, перегревали до 775°C, выдерживали 1 час, дошихтовывали легирующие элементы (цинк, магний, медь и др.) и при температуре 730°C осуществляли отливку слитка. Слиток гомогенизировали по режиму 430°C, 8 ч, обрабатывали на заготовки и штамповали на крышки, которые затем закаливали в воде с 470°C. Условия закалки были подобраны экспериментальным путем. Крышки-штамповки устанавливали вертикально в шахматном порядке в специально спроектированной закалочной корзине с расстоянием между штамповками около 40 мм. Воду нагревали до 60°C и в процессе закалки осуществляли интенсивный барботаж воды с помощью регламентированной подачи сжатого воздуха со дна закалочного бака. После закалки штамповки старили по режиму 140°C, 16 ч.
В таблице 2 представлены результаты исследования опытных партий штамповок, изготовленных по известному способу и по предлагаемому способу.
| Таблица 2 | ||||
| Результаты исследования штамповок, полученных по известному и по предлагаемому способам | ||||
| Способ получения штамповки | Направление вырезки образцов | Механические свойства | ||
| σв, МПа | σ0,2, МПа | δ, % | ||
| Известный | Хордовое | 617 | 583 | 6,7 |
| Радиальное | 615 | 581 | 6,5 | |
| Предлагаемый | Хордовое | 674 | 637 | 5,1 |
| Радиальное | 675 | 639 | 4,8 |
Рассмотрение таблицы 2 показывает, что предлагаемый способ получения штамповок из сплава Al-Zn-Mg-Cu с добавками Sc и Zr позволяет получать штамповки с более высокими прочностными характеристиками. Причина, объясняющая достижение более высоких прочностных сплавов при использовании предлагаемого способа, заключается в том, что штамповки в этом случае сохраняют после закалки полностью нерекристаллизованную структуру, в то время как структура штамповок, полученных по известному способу, частично рекристаллизована. Кроме того, в структуре штамповок, полученных по известному способу, имеются крупные интерметаллиды Al3(Sc, Zr) (до 10 мкм), отрицательно влияющие на механические свойства.
Способ производства осесимметричных штамповок типа крышка диаметром до 200 мм из высокопрочных алюминиевых сплавов Al-Zn-Mg-Cu, легированных скандием и цирконием, включающий приготовление алюминиевого расплава, содержащего скандий и цирконий, его перегрев до 765-780°С, отливку круглых слитков малого диаметра при 710-740°С, их гомогенизацию при 400-440°С в течение 4-10 часов, штамповку при 380-440°С, закалку с температуры 465-480°С с равномерным охлаждением всей поверхности штамповок со скоростью, обеспечивающей сохранение после закалки полностью нерекристаллизованной структуры штамповки, и искусственное старение.
