Способ получения изделий из алюминиевых сплавов


 


Владельцы патента RU 2573543:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиционных материалов" (ФГУП "ВИАМ") (RU)

Изобретение относится к области металлургии, а именно к технологии получения изделий методом горячей деформации алюминиевых сплавов, преимущественно высокопрочных и жаропрочных, для использования главным образом в авиакосмической технике и транспортном машиностроении. Способ получения изделия из алюминиевого сплава включает выплавку сплава, отливку твердой заготовки с глобулярной микроструктурой, нагрев заготовки до температуры, лежащей между температурой солидус и температурой ликвидус сплава заготовки, для получения тиксотропного материала и деформацию штамповкой заготовки в области температур тиксотропного состояния материала, при этом штамповку заготовки проводят с переменной скоростью - сначала со скоростью 45-90 мм/с, а по достижении материалом заготовки температуры не менее чем на 15°C выше температуры солидус данного материал, скорость деформации уменьшают до 2-5 мм/с, после чего осуществляют выдержку заготовки под давлением 50-80 МПа в течение 5-20 с. Технический результат заключается в повышении предела прочности σB, предела текучести σ0,2, относительного удлинения изделий из жаропрочных и высокопрочных алюминиевых сплавов, а также повышении коэффициента использования металла (КИМ) за счет повышения размерной точности изделий, выполненных из указанных сплавов. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к области металлургии, а именно к технологии получения изделий методом горячей деформации алюминиевых сплавов, преимущественно высокопрочных и жаропрочных, для использования главным образом в авиакосмической технике и транспортном машиностроении.

Одним из наиболее перспективных способов получения изделий из алюминиевых сплавов, в частности полуфабрикатов (штамповок), близких по геометрической форме и размерам к конечным деталям и требующих минимальной механической обработки, является горячая деформация в твердожидком состоянии. Для данного процесса требуются заготовки со специально подготовленной, например с использованием водоохлаждаемого желоба, глобулярной структурой.

Известен способ получения изделий при помощи горячей деформации в области температур твердожидкого состояния сплава, который включает в себя повторный нагрев ранее полученного слитка с недендритной структурой до содержания в заготовке твердой фазы 75-90% от объема полученной суспензии, деформирование суспензированной заготовки под давлением в закрытом штампе, предварительно нагретом до температуры 100-450°C, за время, не превышающее 1 с, последующее затвердевание отформованной детали в штампе с выдержкой под давлением 500-2500 кгс (патент США №4771818, опубл. 20.09.1988 г. ). Известный способ характеризуется низкой нагрузкой, скоростным деформированием и скоростным затвердеванием. Полученное данным способом изделие имеет следующие средние значения механических свойств: предел прочности 470 МПа, предел текучести 430 МПа, относительное удлинение 7%. Основным недостатком известного способа, таким образом, являются низкие значения механических свойств и высокие силы деформации.

Известен способ изотермической штамповки заготовок с глобулярной структурой, который включает в себя нагрев заготовки до твердожидкого состояния, установку ее в нагретый штамп, деформирование в штампе и удаление готового изделия (патент РФ №2459683, опубл. 27.08.2012 г. ). Отличие способа состоит в том, что используют штамп в виде контейнера с размещенными в нем двумя полуматрицами, пуансоном и выталкивателем, штамп нагревают до температуры заготовки, находящейся в твердожидком состоянии, после деформирования заготовки полуматрицы с деталью выталкивают из контейнера и производят принудительное интенсивное охлаждение детали до температуры, при которой ее материал находится в твердом состоянии, после чего полуматрицы разводят для удаления готового изделия. Основным недостатком данного способа является необходимость нагрева штамповой оснастки до высоких температур, что приводит к дополнительным энергозатратам, а также вызывает необходимость использовать более дорогостоящие материалы для штампов.

Наиболее близким аналогом предлагаемого способа, принятым за прототип, является способ получения изделий, в том числе из алюминиевых сплавов, включающий отливку заготовок, их нагрев до температуры, лежащей между температурой солидус и температурой ликвидус сплава заготовки, для получения тиксотропного материала, деформацию этого материала (патент США №6311759, опубл. 06.11.2001 г. ). Согласно прототипу оптимальным содержанием твердой фазы в материале заготовки является 60-80% от объема, штамповую оснастку нагревают перед штамповкой до температуры 150-300°C. Основным недостатком известного способа является сохранение прежнего (по сравнению со стандартными режимами штамповки) коэффициента использования металла, около 54%, точность геометрических размеров изделия по отношению к конечной детали не повышается. Также в качестве недостатка можно отметить низкий уровень механических свойств получаемых изделий: предел прочности 397 МПа, предел текучести 341 МПа, относительное удлинение 5%.

Технической задачей настоящего изобретения является разработка способа получения изделий из алюминиевых сплавов, близких по геометрической форме и размерам к конечным деталям, методом горячей деформации при температурах твердожидкого (тиксотропного) состояния заготовки.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение предела прочности σB, предела текучести σ0,2, относительного удлинения изделий из жаропрочных и высокопрочных алюминиевых сплавов, а также повышение коэффициента использования металла (КИМ) за счет повышения размерной точности изделий, выполненных из указанных сплавов.

Для достижения поставленного технического результата предложен способ получения изделия из алюминиевого сплава, включающий плавку сплава, отливку твердой заготовки с глобулярной микроструктурой, нагрев указанной заготовки до температуры, лежащей между температурой солидус и температурой ликвидус сплава заготовки, для получения тиксотропного материала и деформацию тиксотропного материала, в котором деформацию материала проводят с переменной скоростью, после чего осуществляют выдержку материала под давлением, причем деформацию начинают со скоростью 45-90 мм/с, а по достижении материалом заготовки температуры не менее чем на 15°C выше температуры солидус данного материала скорость деформации уменьшают до 2-5 мм/с. В способе выдержку материала могут осуществлять под давлением 50-80 МПа. В способе выдержку материала под давлением могут осуществлять в течение 5-20 секунд. В способе, кроме того, деформацию и выдержку материала под давлением могут проводить за один переход (без смены деформирующего инструмента).

Начальная скорость деформирования в интервале 45-90 мм/с обеспечивает наиболее оптимальные условия протекания данного процесса, так как снижение скорости деформирования до значения менее 45 мм/с приводит к подстыванию торца заготовки в зоне контакта с деформирующим инструментом, что в дальнейшем приводит к образованию на этом участке застойной зоны, т.к. сопротивление деформированию металла на этом участке в 5-10 раз выше, чем в верхней части заготовки. Скорость деформирования свыше 90 мм/с может вызвать нежелательное турбулентное течение металла, которое приводит к разбрызгиванию металла при деформировании, а также к образованию внутренних дефектов в готовом изделии (например, пористости). По мере остывания заготовки в процессе деформирования повышается сопротивление деформации, что требует снижения скорости деформирования. При температуре материала заготовки менее чем на 15°C выше температуры солидус данного материала содержание в нем твердой фазы повышается настолько, что затрудняет полное и равномерное заполнение всех полостей штампа при деформировании с высокой скоростью. Уменьшение скорости деформирования до 2-5 мм/с обеспечивает заполнение наиболее узких и глубоких полостей штампа. Скорость деформирования свыше 5 мм/с приводит к увеличению сопротивления деформации, а скорость деформирования менее 2 мм/с не оказывают заметного влияния на сопротивление деформации заготовки.

Предлагаемые значения давления и времени выдержки, при которых можно обрабатывать заготовку на завершающей стадии деформирования, являются наиболее оптимальными с точки зрения качества получаемого изделия, так как их использование позволяет получить наиболее точную геометрическую форму изделий и максимально уменьшить нарушения их сплошности. Увеличение давления и времени выдержки до значений соответственно свыше 80 МПа и 20 секунд является энергетически невыгодным, так как не приводит к улучшению результата. Осуществление деформации за один переход, без смены деформирующего инструмента, позволяет минимизировать временные и энергетические затраты на производство изделий, а также снизить трудоемкость процесса.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет получать изделия, имеющие высокие механические свойства, высокое качество поверхности и геометрические размеры, близкие к размерам конечной детали, что позволит снизить объем последующей механической обработки и коэффициент использования металла.

Пример осуществления изобретения

Из алюминиевых сплавов 1933 и В-1213 с использованием водоохлаждаемого желоба отливали заготовки (слитки) под деформацию, имеющие глобулярную микроструктуру, диаметром 90 и высотой 85 мм, по три заготовки из каждого сплава.

Для нагрева слитков до требуемой температуры с получением тиксотропного материала использовали камерную печь, для контроля температуры нагрева слитка применяли термопары типа ТХА (термопара хромель-алюмель). Горячую деформацию в области температур тиксотропного состояния проводили с использованием установки на базе гидравлического пресса силой 1600 кН.

Процесс деформации проводили за один переход штамповки с переменной скоростью. Технологические параметры изготовления заготовок из алюминиевых сплавов, механические свойства полученных из них изделий и коэффициент использования металла после механической обработки изделий приведены в таблице.

Определение механических свойств полученных изделий (штамповок) проводили по ГОСТ 1497. Коэффициент использования металла определялся как отношение массы готовой детали после механической обработки к массе изделия (штамповки).

Одновременно с вышеуказанными заготовками были изготовлены заготовки с использованием способа, известного из прототипа. Технологические параметры изготовления таких заготовок, механические свойства полученных из них изделий и коэффициент использования металла после механической обработки изделий также приведены в таблице.

Как следует из таблицы, разработанный способ получения изделий из алюминиевых сплавов обеспечивает более экономное расходование металла (сплава) по сравнению с прототипом. Кроме того, механические свойства изделий, полученных с использованием разработанного способа, значительно превосходят механические свойства изделий, полученных с использованием способа по прототипу, в результате чего обеспечивается заявленный технический результат.

Таблица
Технологические параметры изготовления заготовок из алюминиевых сплавов, механические свойства полученных из них изделий и коэффициент использования металла после механической обработки изделий
№ п/п Сплав заготовки Температура нагрева заготовок для получения тиксотропного материала, °C Начальная скорость деформации заготовок, мм/с Температура заготовки, при которой проводилось изменение скорости деформации, °C Последующая скорость деформации заготовок, мм/с Давление выдержки заготовок, МПа Время выдержки заготовок под давлением, с Механические свойства изделий КИМ, %
σВ, МПа σ0,2, МПа δ, %
1 1933 616 45 606 2 50 5 510 460 10,0 67
2 619 70 610 3 65 12 512 465 11,0 65
3 621 90 612 5 80 20 520 465 10,5 65
4 В-1213 622 45 606 2 50 5 505 435 10,5 66
5 624 70 610 3 65 12 510 435 10,0 66
6 626 90 612 5 80 20 505 435 10,0 65
7 Прототип 622 150 - - - - 395 340 6,0 54
8 624 150 - - - - 397 340 4,5 53
9 626 150 - - - - 395 341 5,5 54

1. Способ получения изделия из алюминиевого сплава, включающий выплавку сплава, отливку твердой заготовки с глобулярной микроструктурой, нагрев заготовки до температуры, лежащей между температурой солидус и температурой ликвидус сплава заготовки, для получения тиксотропного материала и деформацию штамповкой заготовки в области температур тиксотропного состояния материала, отличающийся тем, что штамповку заготовки проводят с переменной скоростью, причем сначала со скоростью 45-90 мм/с, а по достижении материалом заготовки температуры не менее чем на 15°C выше температуры солидус данного материала скорость деформации уменьшают до 2-5 мм/с, после чего осуществляют выдержку заготовки под давлением 50-80 МПа в течение 5-20 с.

2. Способ получения изделия по п. 1, отличающийся тем, что деформацию и выдержку материала под давлением проводят за один переход.



 

Похожие патенты:

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.

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.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к способам прессования полуфабрикатов из сплавов на основе алюминия и конструкциям прессового инструмента.
Изобретение относится к металлургии алюминиевых сплавов, содержащих металлы, практически не растворяющиеся в твердом алюминии: железо, никель, кобальт, редкоземельные металлы, иттрий, и предназначено для изготовления проводников электрического тока в виде проволоки диаметром 0,1-0,3 мм, работающих при повышенных температурах до 250°C.

Изобретение относится к способу изготовления многослойного материала для высокотемпературной пайки и может быть использовано, например, для изготовления тонких листов в теплообменниках.

Изобретение относится к производству изделий из алюминиевых сплавов, в частности к изготовлению алюминиевой фольги, которая может быть использована в качестве бытовой фольги, для изготовления упаковочной тары и т.д.

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.

Изобретение относится к металлургической промышленности и касается способа получения слоистого композиционного материала на основе алюминиевых сплавов и низколегированной стали.

Изобретение относится к области порошковой металлургии сплавов на основе алюминия, используемых в подшипниках скольжения. Cпособ получения антифрикционного износостойкого сплава на основе алюминия включает получение смеси чистых порошков алюминия и олова, содержащей 35-45% вес.

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.

Группа изобретений относится к металлическим волокнам жаростойкого сплава, которые могут быть использованы для получения истираемых уплотнений проточной части турбины авиационного газотурбинного двигателя.

Изобретение относится к получению композиционного армированного порошкового материала для нанесения покрытий холодным сверхзвуковым газодинамическим напылением.

Группа изобретений относится к порошковой металлургии. Порошковая смесь для получения титанового сплава включает порошок титанового сплава, содержащий алюминий и ванадий или содержащий в дополнение к алюминию и ванадию по меньшей мере один из циркония, олова, молибдена, железа и хрома, и по меньшей мере один металлический порошок, выбранный из порошка меди, порошка хрома и порошка железа, смешанного с порошком титанового сплава.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству жаропрочных сплавов на основе никеля, легированных редкоземельными металлами. Способ получения сплава на основе никеля включает загрузку в плавильный тигель шихты в виде металлических отходов или смеси металлических отходов и легирующих металлов, введение в шихту рафинирующей добавки, расплавление шихты и разливку полученного расплава через фильтр.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению армированных композиционных материалов, и может быть использовано для получения композиционных материалов, работающих в условиях трения в качестве электротехнических изделий, таких как токосъемники, вставки пантографов, электротехнические щетки и т.п.

Изобретение относится к области получения литых композиционных материалов и может быть использовано для получения пропиткой композиционных материалов с углеграфитовым каркасом, которые работают в условиях трения в качестве электротехнических изделий, таких как токосъемники, вставки пантографов, электротехнические щетки и т.п.

Изобретение относится к производству полупроводниковых материалов, в частности к получению термоэлектрических бинарных сплавов типа висмут-сурьма, применяемых для изготовления варизонных полупроводников для термоэлектрических элементов малогабаритных холодильников Пельтье, работающих в интервале температур 100-200 К.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к вторичной переработке алюминиевых отходов, таких как бывшая в употреблении алюминиевая тара из-под напитков и продуктов, и может быть использовано для получения вторичных алюминиевых сплавов, алюминиевых раскислителей для выплавки сплавов, в том числе сталей.

Изобретение относится к области металлургии цветных металлов и сплавов, в частности к кремнийсодержащим алюмоматричным композиционным сплавам антифрикционного назначения.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению композиционных катодов для ионно-плазменного синтеза многокомпонентных наноструктурных нитридных покрытий.
Изобретение относится к области нанотехнологии, а именно к композиционным материалам с металлической матрицей и наноразмерными упрочняющими частицами. Задачей изобретения является повышение прочностных характеристик композиционного материала при минимизации объемной доли упрочняющих частиц. Для выполнения поставленной задачи, согласно представленному техническому решению, в композиционном материале с металлической матрицей и наноразмерными упрочняющими частицами в агломерированном состоянии, изготовленном с расплавлением матрицы, содержание наноразмерных упрочняющих частиц в агломерированном состоянии не превышает 5% объемных от всего объема наночастиц, а остальные наноразмерные упрочняющие частицы находятся в неагломерированном состоянии. Поставленная задача может достигаться также тем, что в композиционном материале с металлической матрицей и наноразмерными упрочняющими частицами количество наночастиц в агломератах в конечном продукте не превышает 10. Для выполнения поставленной задачи в способе изготовления композита с металлической матрицей и наноразмерными упрочняющими частицами, включающем подготовку композиционных гранул методом механического легирования исходных смесей металлических частиц и упрочняющих наночастиц, нагрев гранул до полного или частичного расплавления и формование или деформирование изделий в жидком или полужидком состоянии, согласно изобретению, подготовленные композиционные гранулы вносят в расплав материала матрицы или ее компонента и перемешивают, при этом температуру расплава поддерживают в интервале температур 1,01-1,3 от температуры плавления материала расплава. 2 н. 20 з.п. ф-лы, 6 пр.
Наверх