Способ получения листов из сплава системы алюминий-магний-марганец

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам получения листов из алюминиевых сплавов на основе системы алюминий-магний-марганец, применяемых для изготовления ряда ответственных конструкций в судостроении, авиационной и ракетной промышленности, в вагоностроении для скоростных поездов, а также для изготовления корпусов автомобилей. Способ включает кристаллизацию слитков со скоростью не менее 100 К/с с температурой разливки 700-720°С, гомогенизационный отжиг при температуре 360°С в течение 6 ч, после чего осуществляют прокатку при комнатной температуре с суммарным обжатием 80% с последующим рекристаллизационным отжигом при температуре 320°С в течение 2 ч. Способ обеспечивает получение листов с однородной мелкозернистой структурой и равномерным распределением дисперсных наноразмерных частиц. 1 пр., 1 табл.

 

Предлагаемое изобретение относится к области металлургии, а именно к термической обработке и к способам получения листов из алюминиевых сплавов на основе системы алюминий-магний-марганец (Al-Mg-Mn), применяемых для изготовления ряда ответственных конструкций в судостроении, авиационной и ракетной промышленности, в вагоностроении для скоростных поездов, а также для изготовления корпусов автомобилей.

В настоящее время в промышленности сплавы системы Al-Mg-Mn являются самым распространенным конструкционным материалом корпусов катеров, яхт, судов на подводных крыльях, надстроек больших кораблей и судов. Как правило, эти сплавы применяются в виде тонких (толщина 3-8 мм) листов и профилей. Вполне очевидно, что корпус должен сочетать высокую прочность с малым весом. Известно, что для достижения высокой прочности и пластичности необходимо формирование мелкой однородной структуры (размер зерна менее 10 мкм). Также известно, что наличие дисперсных наноразмерных частиц и их гомогенное распределение способствует формированию однородной мелкозернистой структуры и обеспечивает стабильность структуры в листе во время термормеханической обработки (ТМО).

Сплавы системы Al-Mg-Mn содержат частицы Al6Mn, которые в зависимости от ТМО могут иметь различный размер и форму. Стабильность однородной ультрамелкозернистой структуры в Al-Mg-Mn сплавах во время термомеханической обработки обеспечивает наличие дисперсных наночастиц Al6Mn равноосной формы (I. Nikulin, А. Kipelova, S. Malopheyev, R. Kaibyshev, Acta Mater. 60 (2012) 487-4 97; Nikulin I, Kipelova A, Malopheyev S, Kaibyshev R. Mater Trans 52 (2011) 882).

Известен способ получения листов из алюминиевого сплава (RU №2042736, публ. от 27.08.1995), включающий горячее прессование литых заготовок при температуре 450-550°С, отжиг при температуре 450-550°С в течение 4-16 ч, горячую прокатку при температуре 350-450°С с суммарной степенью деформации ≥70%, холодную прокатку с суммарной степенью деформации ≥80%, отжиг при 150-250°С в течение 1-5 ч. Основным недостатком этого способа является трудоемкость и энергозатратность процесса получения листов, также размер зерна превышает 10 мкм и размер частиц составляет ~2 мкм.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является способ получения листов из алюминиевого сплава на основе системы Al-Mg-Mn (RU №2451105, публ. 20.05.2012), включающий:

- кристаллизацию слитков со скоростью не менее 15 К/с с температурой разливки не менее 800°С;

- гомогенизацию, совмещенную с гетерогенизационным отжигом при температуре 480°С в течение 6 ч;

- горячую прокатку при температуре 430°С с суммарным обжатием 50%;

- предварительную холодную прокатку с обжатием 70%;

- промежуточный отжиг при температуре 510°С в течение 30 мин;

- окончательную холодную прокатку с обжатием 70%.

Главным недостатком этого способа является трудоемкость получения листов и энергозатратность.

Задачей предлагаемого изобретения является получение листов из алюминиевых сплавов на основе системы Al-Mg-Mn с однородной мелкозернистой структурой и равномерным распределением дисперсных наноразмерных частиц при сокращении количества и продолжительности технологических операций и снижении энергозатрат.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе получения листов из алюминиевых сплавов на основе системы Al-Mg-Mn, включающем кристаллизацию слитков, гомогенизацию, прокатку и отжиг проводят операции следующим образом: слиток отливают полунепрерывным литьем в кристаллизатор скольжения, кристаллизацию проводят со скоростью не менее 100 К/с с температурой разливки 700-720°С, затем проводят гомогенизационный отжиг при температуре 360°С в течение 6 ч, после чего осуществляют прокатку при комнатной температуре с суммарным обжатием 80% с последующим рекристаллизационным отжигом при температуре 320°С в течение 2 ч.

Таким образом, поставленная задача решена. Совокупность существенных признаков в предлагаемом способе позволяет получить технический результат, заключающийся в получение листов с однородной мелкозернистой структурой и равномерным распределением дисперсных наноразмерных частиц при сокращении количества и продолжительности технологических операций и снижении энергозатрат.

Температура разливки 700-720°С обеспечивает полное растворение интерметаллидных фаз и обеспечивает достаточную жидкотекучесть при разливке в форму. Перегрев свыше 720°С нежелателен, так как при этом сильно повышается окисляемость металла и образуется водородная пористость. Высокая скорость кристаллизации обеспечивает образование пересыщенного твердого раствора Zr и Mn в алюминиевой матрице и формирование исходной более мелкозернистой структуры.

При выдержке в течение 0,5-1 ч при 700-720°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, предусматривающим обязательное интенсивное охлаждение слитка водой, обеспечивается скорость охлаждения металла в интервале температур кристаллизации, позволяющая зафиксировать цирконий, входящий в состав сплава, в пересыщенном твердом растворе, который распадается при отжиге слитка при 360°С в течение 6 ч с образованием дисперсных вторичных когерентных выделений фазы Al3Zr размером менее 5 нм, тормозящих рост зерен при повышенных температурах. Также низкая температура гомогенизации обеспечивает стабильность размера и морфологии дисперсных наноразмерных частиц Al6Mn. Сохранение размера и формы частиц Al6Mn в нанометровом диапазоне сферической формы способствует формированию стабильной и однородной мелкозернистой структуры при деформации и отжиге.

При прокатке заготовки при температуре с суммарным обжатием 80% происходит измельчение зерен, и при последующем рекристаллизационном отжиге формируется полностью рекристаллизованная однородная по сечению заготовки структура с размером зерен ~5 мкм и равномерным распределением дисперсных наноразмерных частиц сферической формы Al6Mn (35 нм).

Пример осуществления способа

С использованием в качестве шихтовых материалов алюминия, магния и лигатур AlZr и AlMn, AlTiB готовили расплав алюминиевого сплава на основе системы Al-Mg-Mn содержащего, мас. %: Al - 5.4, Mg - 0.5, Mn - 0.1, Zr - 0.12, Si - 0.014 и Fe.

Перед отливкой слитка расплав выдерживали 1 ч при температуре 710°С и затем методом полунепрерывного литья в кристаллизатор скольжения отливали слиток (скорость кристаллизации не менее 100 К/с), который затем подвергали гомогенизационному отжигу при 360°С в течение 6 ч с последующим охлаждением с печью. После гомогенизации слитки обрабатываются для удаления поверхностных дефектов.

Затем проводили прокатку при комнатной температуре с суммарным обжатием 80%.

В дальнейшем один лист был подвергнут последующему стандартному рекристаллизационному отжигу при температуре 400°С в течение 2 часов (Т.A. Lebedkina, М.А. Lebyodkin, Т.Т. Lamark, М. Janecek, Y. Estrin, MSE А 615 (2014) 7-13). Другие листы были подвергнуты рекристаллизационному отжигу в интервале температур 300-360°С в течение 2 часов. Плиты после всех температур подвергались анализу на предмет установления размера зерна и частиц в листах для получения сравнительных данных. Из этих данных видно, что проведение рекристаллизационного отжига при температуре 320°С в течение 2 часов обеспечивает формирование однородной мелкозернистой структуры (Таблица 1).

Исследование тонкой структуры в листе, после холодной прокатки с суммарным обжатием 80% и последующего рекристаллизационного отжига при температуре 320°С в течение 2 часов, показало, что дисперсные наноразмерные частицы Al6Mn не изменили свою форму и размер и имеют однородное распределение по матрице.

Анализ структуры листа, полученного по данной технологии, проводился согласно стандарту ASTM Е1382-97 с использованием оптических микроскопов с программами количественного анализа изображения; просвечивающего электронного микроскопа с приставками для локального химического анализа, сканирующего электронного микроскопа с приставками для анализа разориентировок и локального химического анализа энергодисперсионным и волновым методами. Определение размера зерен методом оптической микроскопии, определение природы, размера и распределения вторых фаз методом сканирующей и просвечивающей микроскопии проводились согласно стандартам ASTM Е3-01 и ASTM Е1382-97.

Производство листов из алюминиевых сплавов на основе системы Al-Mg-Mn по предлагаемому способу позволяет сократить продолжительность и количество технологических операций и при этом обеспечивает формирование однородной мелкозернистой структуры с размером зерна 5 мкм и однородное распределение дисперсных наноразмерных частиц равноосной формы (35 нм).

Предлагаемый способ реализуем в промышленном производстве и позволяет повысить производительность процесса листовых деталей из алюминиевых сплавов на основе системы Al-Mg-Mn за счет сокращения продолжительности и количества технологических операций. Листы из алюминиевых сплавов на основе системы Al-Mg-Mn, получаемые предлагаемым способом, могут быть использованы в качестве конструкционного материала для изготовления ряда ответственных конструкций в судостроении, авиационной и ракетной промышленности, в вагоностроении для скоростных поездов, а также для изготовления корпусов автомобилей.

Способ получения листов из алюминиевых сплавов на основе системы алюминий-магний-марганец, включающий кристаллизацию слитков, гомогенизацию, прокатку и отжиг, отличающийся тем, что кристаллизацию проводят со скоростью не менее 100 К/с с температурой разливки 700-720°С, гомогенизацию осуществляют при температуре 360°С в течение 6 ч, а прокатку проводят при комнатной температуре с суммарным обжатием 80% с последующим рекристаллизационным отжигом при температуре 320°С в течение 2 ч.



 

Похожие патенты:

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.

Изобретение относится к холоднокатаной полосе, изготовленной из алюминиевого сплава AlMg, а также к способу ее изготовления и может быть использовано для изготовления компонентов автомобиля, в частности частей кузова и его комплектующих.

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 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 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 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.
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.

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%.
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.

Изобретение относится к сплавам на основе алюминия, которые могут быть использованы для высоконагруженных конструкций. Сплав на основе алюминия содержит магний, скандий, по крайней мере один элемент из группы, содержащей хром, цирконий, гафний и титан, по крайней мере один элемент из группы, содержащей цинк, медь и марганец, по крайней мере один элемент из группы, содержащей церий, лантан, иттрий, эрбий, иттербий, гадолиний, диспрозий, европий, лютеций и тулий.

Изобретение относится к алюминиевому сплаву и может быть использовано для изготовления конструкционных элементов в производстве автомобилей, летательных аппаратов и кораблей.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым сплавам на основе алюминия, предназначенным для использования в виде деформированных полуфабрикатов, преимущественно в виде листов, в качестве конструкционного материала.

Изобретение относится к холоднокатаной полосе, изготовленной из алюминиевого сплава AlMg, а также к способу ее изготовления и может быть использовано для изготовления компонентов автомобиля, в частности частей кузова и его комплектующих.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению полосы из алюминиевого сплава типа AA 5xxx с содержанием Mg по меньшей мере 4 мас. %, и может быть использовано для изготовления компонентов автомобиля.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым термически неупрочняемым сплавам на основе алюминия, предназначенным для использования в виде деформированных полуфабрикатов в качестве конструкционного материала.
Изобретение относится к продуктам из алюминиевых сплавов и может быть использовано в транспортной промышленности. Продукт из высокопрочного коррозионностойкого свариваемого алюминиевого сплава содержит, мас.%: Mg от 3,5 до 6,0, Mn от 0,4 до 1,2, Fe < 0,5, Si < 0,5, Cu < 0,15, Zr от 0,05 до 0,25, Cr от 0,03 до 0,3, Ti от 0,03 до 0,2, Sc от 0,1 до 0,3, Zn < 1,7, Li < 0,5, Ag < 0,4, необязательно, один или более из следующих образующих дисперсоиды элементов, выбранных из группы, состоящей из эрбия, иттрия, гафния, ванадия, каждый < 0,5 мас.%, и примеси < 0,05 каждый, в сумме < 0,15, а остальное - алюминий.

Изобретение относится к способу получения фасонной панели из алюминиевого сплава, в частности сплава серии 5000, который может быть использован в аэрокосмической или автомобильной промышленности.

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к термически неупрочняемым алюминиевым сплавам системы алюминий - магний, и может быть использовано для изготовления высоконагруженных элементов изделий.

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 относится к изготовлению твердосплавных гранул, включающий смешивание порошков карбида вольфрама и кобальта, пластифицирование полученной смеси с использованием растворенного в бензине каучука, прессование, размол, ситовое разделение на фракции с отсевом гранул размером до 400 мкм и не менее 130 мкм, смешивание отсеянных гранул с порошком более мелкодисперсной инертной не спекаемой засыпки, отжиг, выделение спеченных гранул путем ситового отсева инертной порошковой засыпки.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам получения листов из алюминиевых сплавов на основе системы алюминий-магний-марганец, применяемых для изготовления ряда ответственных конструкций в судостроении, авиационной и ракетной промышленности, в вагоностроении для скоростных поездов, а также для изготовления корпусов автомобилей. Способ включает кристаллизацию слитков со скоростью не менее 100 Кс с температурой разливки 700-720°С, гомогенизационный отжиг при температуре 360°С в течение 6 ч, после чего осуществляют прокатку при комнатной температуре с суммарным обжатием 80 с последующим рекристаллизационным отжигом при температуре 320°С в течение 2 ч. Способ обеспечивает получение листов с однородной мелкозернистой структурой и равномерным распределением дисперсных наноразмерных частиц. 1 пр., 1 табл.

Наверх