Способ термомеханической обработки для повышения технологической пластичности объемных полуфабрикатов из al-cu-mg-ag сплавов

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способу термомеханической обработки полуфабрикатов из Al-Cu-Mg-Ag сплавов для дальнейшей формовки из них объемных деталей сложной формы, применяемых в авиакосмической технике и транспортном машиностроении. Термомеханическая обработка полуфабрикатов включает деформацию гомогенизированных и механически обработанных слитков сплава методом равноканального углового прессования при 380-450°C в 1-2 прохода прессования до истинной степени деформации (ε) ~1-2, закалку в воду после выдержки при 500-530°C в течение 1-5 часов, гетерогенизационный отжиг при 400-450°C в течение 3 часов, последующее контролируемое охлаждение со скоростью не более 50°C/ч до температуры 280-380°C и последующее охлаждение внутри выключенной печи до 25-100°C, продолжительностью не более 12 часов. Техническим результатом изобретения является повышение технологической пластичности полуфабрикатов из алюминиевых сплавов системы Al-Cu-Mg-Ag, позволяющей проводить формовку объемных заготовок из данных сплавов. 4 з.п. ф-лы, 2 пр., 1 табл.

 

Изобретение относится к области металлургии алюминиевых сплавов, а именно к способу термомеханической обработки для повышения технологической пластичности полуфабрикатов из Al-Cu-Mg-Ag сплавов и дальнейшей формовки из них объемных деталей сложной формы, применяемых в авиакосмической технике и транспортном машиностроении.

Современные способы изготовления сложных высокоточных деталей в промышленности основаны на получении предварительных листовых или объемных заготовок и последующем процессе многоступенчатого сложного формообразования методами деформации давлением. Большинство высокопрочных алюминиевых сплавов, применяемых в авиастроении и транспортном машиностроении, являются термоупрочняемыми сплавами, имеющими сложную многофазную структуру, как в литом, так и в гомогенизированном состоянии. Часто технологические операции, включающие термическую и механическую обработку полуфабрикатов для изготовления требуемых деталей из данных сплавов, сопровождаются выделением в объеме заготовки высокой плотности дисперсных частиц различных фаз, что приводит к понижению технологической пластичности и, как следствие, увеличению длительности и числа операций процесса многоступенчатой формовки. Для повышения технологической пластичности данных сплавов необходимо проведение термомеханической обработки, включающей гомогенизационный отжиг для растворения грубых эвтектических включений, образовавшихся в процессе литья заготовок, и последующий гетерогенизационный отжиг для равномерного выделения частиц термодинамически стабильных фаз сферической формы по объему заготовки. Повысить пластичность объемных полуфабрикатов и решить проблему образования трещин можно разработав режим предварительной термомеханической обработки, включающей деформацию методом равноканального углового (РКУ) прессования, закалку и последующий гетерогенизационный отжиг.

Известен способ получения деформированных полуфабрикатов сложной формы из высокопрочных алюминиевых сплавов и изделий из таких полуфабрикатов (Патент РФ №2296811, МПК C22F 1/04, опубл. 10.04.2007), включающий следующие операции:

- отливка слитков,

- отжиг слитка при 400-420°C с выдержкой в течение 3 часов,

- обточка слитка,

- горячее прессование профилированной заготовки с коэффициентом распрессовки литого слитка 1,025-1,6,

- закалка заготовки,

- холодная деформация в три этапа: первый этап - правка растяжением,

второй этап - объемная гибка заготовки, третий этап - формовка изделия с локальной пластической деформацией сжатием со степенью деформации 1-15% в зонах сопряжения элементов заготовки;

- старение.

Известен способ получения тонкого листа для сверхпластической формовки из термоупрочняемых сплавов на основе алюминия системы Al-Mg-Li (SU №1529750, МПК C22F 1/04, опубл. 27.03.1996), включающий гомогенизацию слитков при 475-520°C в течение 3-8 ч, горячую прокатку, закалку с 490-520°C, гетерогенизационный отжиг при 385-410°C в течение 1-2 ч и холодную прокатку с промежуточными отжигами при 385-410°C в течение 5-30 минут через каждые 30-55% деформации, причем охлаждение после гетерогенизационного и промежуточных отжигов проводят со скоростью, равной 350-750°C/с.

Основным недостатком этих способов является низкая технологическая пластичность, что не позволяет проводить формовку объемных деталей из термоупрочняемых алюминиевых сплавов с высокой степенью деформации, достигающей ~30-40%.

Известен способ отжига катаных полуфабрикатов или изготавливаемых из них изделий из сплавов на основе алюминия (Патент РФ 2347006, МПК C22F 1/04, опубл. 20.02.2009). В данном изобретении отжиг проводят в две ступени, на первой из которых полуфабрикаты или изделия нагревают со скоростью более 100°C/ч до температуры в интервале с нижним пределом не ниже температуры начала рекристаллизации и верхним пределом не выше температуры равновесного солидуса алюминиевого сплава и выдержкой при этой температуре не более 60 мин. На второй ступени катаные полуфабрикаты или изделия подвергают отжигу при температуре в интервале с верхним пределом не выше температуры минимальной устойчивости твердого раствора алюминиевого сплава и нижним пределом не ниже температуры сольвуса зон Гинье-Престона с выдержкой при этой температуре в течение не более 10 ч. Однако этот способ не позволяет получить листы из термоупрочняемых алюминиевых сплавов с достаточно высокими показателями пластичности из-за малой выдержки на первой ступени отжига и, как следствие, не полной коагуляции интерметаллидных фаз.

Задачей изобретения является разработка способа термомеханической обработки термоупрочняемых алюминиевых сплавов системы Al-Cu-Mg-Ag, который обеспечивает получение технического результата - повышение технологической пластичности полуфабрикатов, позволяющей проводить формовку объемных заготовок из данных сплавов с высокой степенью деформации, достигающей ~30-40%.

Заявляемый технический результат достигается за счет того, что способ включает следующие операции:

- отливка слитков;

- гомогенизационный отжиг слитков при температурах 450-510°C в течение 2-24 часов. Обеспечивает растворение грубых эвтектических включений и распределение легирующих элементов по объему слитков;

- механическая обработка слитка для проведения РКУ прессования (токарная обработка, фрезерная обработка заготовок);

- РКУ прессование при 380-450°C в 1-2 прохода прессования до истинной степени деформации (ε) ~1…2 с последующим охлаждением с температуры деформации заготовок на воздухе. РКУ прессование проводится с целью устранения дефектов литья;

- нагрев полуфабрикатов до 500-530°C, выдержка при заданной температуре в течение 1-5 часов и последующая закалка в воду. При данной операции происходят процессы структурных превращений, такие как формирование пересыщенного твердого раствора, рекристаллизация и другие;

- гетерогенизационный отжиг, включающий в себя нагрев заготовок до 400-450°C, выдержку при этой температуре в течение 3-5 часов, контролируемое охлаждение со скоростью не более 50°C/ч до температуры 200-380°C, последующее охлаждение внутри выключенной печи до 25-100°C, продолжительностью не более 12 часов. Гетерогенизационный отжиг приводит к распаду пересыщенного твердого раствора и выделению наноразмерных частиц интерметаллидных фаз размером около 150-300 нм.

В результате обработки по предложенному способу обеспечивается получение термоупрочняемых Al-Cu-Mg-Ag сплавов со структурой, которая позволяет проводить формовку объемных полуфабрикатов из данных сплавов со степенями деформации, достигающими ~30-40%, не приводящую к образованию дефектов деформации получаемых изделий (трещины, разрывы, задиры и т.д.).

Примеры осуществления.

Пример 1. Из литого и гомогенизированного алюминиевого сплава следующего химического состава: медь 4,35% (здесь и далее химический состав указан в массовых процентах), магний 0,46%, серебро 0,63%, марганец 0,36%, титан 0,12%, алюминий - остальное, методом механической обработки получили заготовки для последующей термомеханической обработки. Гомогенизационный отжиг осуществляли при t=505±5°C в течение 24 часов с последующим охлаждением отливок внутри выключенной печи до ~100°С. Дальнейшую термомеханическую обработку проводили по схеме: деформация методом РКУ прессования при t=400±10°C в 2 прохода до получения истинной степени деформации ~2; нагрев до 525±5°C, выдержка при заданной температуре 1 час; закалка в воду; гетерогенизационный отжиг заготовок до t=430±5°C, выдержка в течение 3 часов; контролируемое охлаждение со скоростью ~10°C/ч до t=370±5°C и окончательное охлаждение заготовок внутри выключенной печи до температуры t=100°C.

Пример 2. Отличающийся от примера 1 тем, что после гетерогенизационного отжига заготовок контролируемое охлаждение со скоростью ~10°C/ч проводили до 280±5°C, далее выдерживали заготовки при заданной температуре 2 часа и охлаждали внутри выключенной печи до ~100°C.

Из полученных полуфабрикатов были вырезаны образцы для испытания механических свойств при комнатной температуре. В таблице 1 приведены результаты испытаний.

Таблица 1
Механические свойства на растяжение полуфабрикатов из термоупрочняемого Al-Cu-Mg-Ag сплава (скорость деформирования - 5,6×10-3 с-1).
Способ термообработки Предел текучести σ0,2, МПа Предел прочности σB, МПа Относительное удлинение до разрушения δ, %
После гомогенизационного отжига 195 335 15
Пример 1 105 200 30
Пример 2 75 190 42

Как видно из полученных данных, предлагаемый способ термомеханической обработки позволяет повысить технологическую пластичность объемных полуфабрикатов из Al-Cu-Mg-Ag сплавов до ~30-40%.

1. Способ термомеханической обработки объемных полуфабрикатов из алюминиевых сплавов системы Al-Cu-Mg-Ag, включающий гомогенизационный отжиг слитков при температуре 450-510°C в течение 2-24 часов, механическую обработку, последующую деформацию заготовок методом равноканального углового прессования, нагрев полученных полуфабрикатов до температуры 500-530°C, выдержку при данной температуре в течение 1-5 часов и закалку в воду, после чего осуществляют гетерогенизационный отжиг при температуре 400-450°C в течение 3-5 часов и последующее контролируемое охлаждение.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что равноканальное угловое прессование осуществляют при температуре 380-450°C в 1-2 прохода прессования до истинной степени деформации ε=1-2 с последующим охлаждением заготовок с температуры деформации на воздухе.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что контролируемое охлаждение осуществляют со скоростью не более 50°C/ч до температуры 200-380°C.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что после контролируемого охлаждения до температуры 200-380°C проводят выдержку заготовок при данной температуре в течение 1-2 часов.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что последующее охлаждение заготовок осуществляют внутри выключенной печи до температуры 25-100°C продолжительностью не более 12 часов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым сплавам на основе алюминия, и может быть использовано при получении изделий, работающих в диапазоне температур до 350°С.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к алюминиево-медным сплавам, содержащим ванадий. Заявлен алюминиевый сплав, состоящий из, вес.%: Cu 3,3-4,1, Mg 0,7-1,3, V 0,01-0,16, Mn 0,01-0,7, 0,01-0,25 по меньшей мере одного регулирующего зеренную структуру элемента, выбранного из группы, состоящей из Zr, Sc, Cr и Hf, Zn вплоть до 1,0, Ag вплоть до 0,6, Fe вплоть до 0,25 и Si вплоть до 0,25, алюминий, другие элементы и примеси - остальное.

Изобретение относится к алюминиево-медно-литиевым сплавам, имеющим улучшенное сочетание свойств, и продуктам из них, таким как стрингер и лонжерон самолета. Продукт из деформируемого алюминиевого сплава состоит из: 3,6-4,0 вес.% Cu, 1,1-1,2 вес.% Li, 0,4-0,55 вес.% Ag, 0,25-0,45 вес.% Mg, 0,4-0,6 вес.% Zn, 0,2-0,4 вес.% Mn и 0,05-0,15 вес.% Zr, остальное составляют алюминий и второстепенные элементы и примеси.

Изобретение относится к продуктам из алюминиевых сплавов и способам их изготовления. .

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в точном приборостроении и машиностроении, в частности при термической обработке листовых заготовок из алюминиевого сплава Д16 перед дальнейшим изготовлением из них деталей высокоточных приборов, например рам, корпусов, крышек, стенок, плат и др.

Изобретение относится к способу изготовления изделия и изделию, полученному указанным способом, из деформируемого алюминиевого сплава серии АА2000, обладающего повышенными прочностью и вязкостью разрушения и пониженной скоростью роста усталостных трещин и имеющего состав в мас.%: Cu от 4,4 до 5,5, Mg от 0,3 до 1,0, Fe<0,20%, Si<0,20, Zn от 0,10 до 0,40 и Mn от 0,15 до 0,35 в качестве элемента-дисперсоидообразователя в сочетании с Ag от 0,2 до 0,8 и, необязательно, одним или более из элементов-дисперсоидообразователей, выбранных из группы, состоящей из: Zr<0,5, Sc<0,7, Cr<0,4, Hf<0,3, Ti<0,4, V<0,4, остальное - алюминий и другие примеси или случайные элементы, при этом содержание Mg и Cu соответствует соотношению -1,1[Mg]+5,38 [Cu] 5,5.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при термической стабилизации размеров высокоточных деталей. .

Изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым материалам на основе алюминия, и может быть использовано при получении изделий, работающих при повышенных температурах до 350°С.
Изобретение относится к области термической обработки и может быть применено при термической стабилизации размеров высокоточных деталей из сплава АК4-1 ч. .

Изобретение относится к области металлургии, в частности к термически упрочняемым сплавам на основе алюминия, а именно к способу деформационно-термической обработки высокопрочных сплавов системы Al-Cu-Mg, используемых в качестве конструкционных материалов для деталей авиакосмической техники и транспортного машиностроения. Способ включает гомогенизационный отжиг отлитых слитков при температуре 450-525°C в течение 2-24 ч, обработку на твердый раствор при температуре 510-530°C в течение 1-2 ч, закалку в воду, последующую холодную деформацию и искусственное старение в интервале температур 160-195°C в течение 2-3 ч, причем после перед обработкой на твердый раствор осуществляют горячую деформацию заготовок методом равноканального углового прессования с истинной степенью деформации ε 1-2 при температуре 340-450°C, а холодную деформацию проводят до суммарной степени 1-60%. После гомогенизационного отжига перед равноканальным угловым прессованием можно проводить охлаждение заготовок внутри выключенной печи до температуры 20-100°C, продолжительностью не более 12 ч. Способ направлен на повышение механических свойств полуфабрикатов сплава указанной системы с сохранением пластичности на уровне исходного материала, что позволяет повысить надежность и эффективность изделий авиакосмической техники и транспортного машиностроения, изготовленных из полученных полуфабрикатов. 3 з.п. ф-лы, 2 пр., 1 табл.

Изобретение относится к порошковой металлургии. Способ получения порошка квазикристаллического материала системы Al-Cu-Fe включает перемешивание порошков алюминия, меди и железа при соотношении компонентов, соответствующем области существования квазикристаллической фазы сплава системы Al-Cu-Fe, нагрев полученной смеси в камере в бескислородной атмосфере с последующим измельчением спека до получения порошка заданной дисперсности. Нагрев смеси производят до температуры 600-700°С, обеспечивающей инициализацию экзотермического процесса самопроизвольного формирования квазикристаллической фазы сплава, при этом измеряют текущую температуру нагрева в камере и температуру нагрева смеси порошков. При превышении температуры смеси порошков над текущей температурой нагрева в камере проводят отжиг при температуре 800-1300°С с обеспечением стабилизации квазикристаллической фазы сплава по всему объему смеси порошков. Обеспечивается получение качественного порошка квазикристаллического материала. 5 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл, 4 пр.
Наверх