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

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

Реферат

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.