RU2176284C2

RU2176284C2 - Method for thermomechanical treatment of semifinished products of aluminium alloys

Info

Publication number: RU2176284C2
Application number: RU99122784A
Authority: RU
Inventors: Ю.А. Горбунов; Г.П. Усынина; Н.В. Окладникова; В.Н. Казаков
Original assignee: Открытое акционерное общество "Красноярский металлургический завод"
Priority date: 1999-11-01
Filing date: 1999-11-01
Publication date: 2001-11-27

Abstract

FIELD: non-ferrous metallurgy, possibly production of calibrated rods. SUBSTANCE: method for thermomechanical treatment of semifinished products of aluminium alloys containing manganese comprises steps of hot deformation and quenching realized at one heating process at rate (10- 15)C/min; preliminary aging at (5-30)C for 0.5-16 hours; plastic deformation with degree (5-19)% and final aging. EFFECT: enhanced limit strength, increased percentage elongation of semifinished products. 2 tbl, 2 ex

Description

Изобретение относится к области цветной металлургии и может бить использовано для термомеханической обработки алюминиевых сплавов, в частности систем алюминий- магний-кремний, алюминий-медь-магний, содержащих марганец, при получении калиброванных прутков. The invention relates to the field of non-ferrous metallurgy and can be used for thermomechanical processing of aluminum alloys, in particular aluminum-magnesium-silicon, aluminum-copper-magnesium systems containing manganese, upon receipt of calibrated rods.

Известен способ термомеханической обработки изделий из алюминиевых сплавов, включающий горячую деформацию, закалку, естественное старение, деформацию при комнатной температуре и искусственное старение /1/. A known method of thermomechanical processing of products from aluminum alloys, including hot deformation, hardening, natural aging, deformation at room temperature and artificial aging / 1 /.

Недостатком известного способа является невозможность получения калиброванных прутков из алюминиевых сплавов с требуемым пределом текучести. The disadvantage of this method is the inability to obtain calibrated rods of aluminum alloys with the required yield strength.

Наиболее близким техническим решением является способ термомеханической обработки термически упрочняемых алюминиевых сплавов, включающий горячую деформацию, закалку, последующую комбинацию пластической деформации и старения, при которой предварительное старения проводят при температуре не выше 200^oC, затем проводят пластическую деформацию, заключающуюся в уменьшении толщины обрабатываемых полуфабрикатов со степенью деформации 10-30%, а окончательное старение проводят при температуре и с продолжительностью выдержки, равными, по крайней мере, температуре и времени выдержки предварительного старения /2/.The closest technical solution is the method of thermomechanical treatment of thermally hardened aluminum alloys, including hot deformation, hardening, a subsequent combination of plastic deformation and aging, in which preliminary aging is carried out at a temperature not exceeding 200 ^o C, then plastic deformation is carried out, which consists in reducing the thickness of the processed semi-finished products with a degree of deformation of 10-30%, and the final aging is carried out at a temperature and with a duration of exposure equal to at most her least temperature and exposure time pre-aging / 2 /.

Недостатком известного способа является низкая пластичность получаемых полуфабрикатов. The disadvantage of this method is the low ductility of the resulting semi-finished products.

Задачей предлагаемого способа является одновременное получение высоких значений предела текучести и относительного удлинения полуфабрикатов. The objective of the proposed method is the simultaneous obtaining of high values of yield strength and elongation of semi-finished products.

Поставленная задача достигается тем, что в способе термомеханической обработки полуфабрикатов из алюминиевых сплавов, содержащих марганец, включающем горячую деформацию, закалку, предварительное старение, пластическую деформацию и окончательное старение, горячую деформацию и закалку проводят с одного нагрева, осуществляемого со скоростью 10-15^oC/мин, предварительное старение ведут при температуре 5-30 ^oC с продолжительностью выдержки 0,5-16 ч, а пластическую деформацию выполняют со степенью 5-19%.The problem is achieved in that in the method of thermomechanical processing of semi-finished products from aluminum alloys containing manganese, including hot deformation, hardening, preliminary aging, plastic deformation and final aging, hot deformation and hardening is carried out with one heating carried out at a speed of 10-15 ^o C / min, pre-aging is carried out at a temperature of 5-30 ^o C with a duration of exposure of 0.5-16 hours, and plastic deformation is performed with a degree of 5-19%.

Совмещение горячей деформации с закалкой на столе пресса исключает развитие рекристаллизации в полуфабрикатах, которая обычно протекает при нагреве под закалку, и позволяет получить нерекристаллизованную структуру сплава с повышенным уровнем прочностных характеристик. The combination of hot deformation with quenching on the press table eliminates the development of recrystallization in semi-finished products, which usually occurs during heating under quenching, and allows one to obtain an unrecrystallized alloy structure with a high level of strength characteristics.

Нагрев заготовок перед деформацией проводится со скоростью 10 - 15^oC, которая является оптимальной для того, чтобы произошло полное растворение фаз основных легирующих элементов в матрице, что необходимо для проведения закалки сразу после прессования. При скорости нагрева заготовок 16^oC/мин и выше упрочняющие фазы не успевают перейти в твердый раствор, следовательно, необходимая степень закалки при последующем охлаждении полуфабрикатов не достигается.The preforms are heated before deformation at a rate of 10-15 ^° C, which is optimal for complete dissolution of the phases of the main alloying elements in the matrix, which is necessary for quenching immediately after pressing. When the workpiece heating rate of 16 ^o C / min and above, the hardening phases do not have time to go into the solid solution, therefore, the necessary degree of hardening during subsequent cooling of the semi-finished products is not achieved.

При скорости нагрева менее 10^oC/мин значительно уменьшается содержание марганца в твердом растворе, необходимого для подавления рекристаллизации в сплаве, что приводит к снижению прочностных свойств полуфабрикатов.When the heating rate is less than 10 ^o C / min, the manganese content in the solid solution, which is necessary to suppress recrystallization in the alloy, is significantly reduced, which leads to a decrease in the strength properties of the semi-finished products.

Предварительное старение проводят при температуре 5-30^oC с продолжительностью выдержки 0,5 -16 ч, обеспечивающих повышение предела текучести на 20-40% по сравнению с закаленным.Pre-aging is carried out at a temperature of 5-30 ^o C with a duration of exposure of 0.5 to 16 hours, providing an increase in yield strength by 20-40% compared with hardened.

При температуре ниже 5^oC и времени выдержки меньше 0,5 часа нарастания предела текучести до 20% не происходит, так как диффузионные процессы еще не достигли своего достаточного развития.At temperatures below 5 ^o C and a holding time of less than 0.5 hours, the increase in the yield strength to 20% does not occur, since the diffusion processes have not yet reached their sufficient development.

При температуре выше 30^oC и времени выдержки более 16 ч процесс старения у естественно стареющих сплавов ускоряется настолько, что имеем предел текучести выше 40% (от закаленного состояния) и снижение пластических характеристик до значений, при которых пластическая деформация очень затруднена.At temperatures above 30 ^° C and a holding time of more than 16 hours, the aging process of naturally aging alloys is accelerated so much that we have a yield strength of more than 40% (from the quenched state) and a decrease in plastic characteristics to values at which plastic deformation is very difficult.

У искусственно стареющих сплавов такие условия обуславливают снижение текучести при последующем искусственном старении в результате огрубления структуры. For artificially aging alloys, such conditions cause a decrease in yield during subsequent artificial aging as a result of coarsening of the structure.

Пластическая деформация со степенью 5-19% в результате увеличения плотности дислокаций в кристаллической решетке ускоряет распад твердого раствора при последующем старении и обеспечивает получение требуемого предела текучести сплавов, при этом относительное удлинение не снижается ниже допустимого уровня. При деформации со степенью менее 5% и более 19% не достигается необходимого сочетания прочностных и пластических характеристик в полуфабрикатах. Plastic deformation with a degree of 5-19% as a result of an increase in the density of dislocations in the crystal lattice accelerates the decomposition of a solid solution during subsequent aging and provides the desired yield strength of alloys, while the elongation does not decrease below an acceptable level. With deformation with a degree of less than 5% and more than 19%, the necessary combination of strength and plastic characteristics in semi-finished products is not achieved.

Способ осуществляется следующим образом:
Пример 1
Из слитков диаметром 190 мм сплава 2007 (системы алюминий-медь-магний-свинец) со следующим химическим составом: Cu 3,53-3,59; Mn 0,67; Mg 0,75-0,78; Fe 0,42; Si 0,47-0,48; Pb 0,83; Al - остальное.The method is as follows:
Example 1
From ingots with a diameter of 190 mm of alloy 2007 (aluminum-copper-magnesium-lead systems) with the following chemical composition: Cu 3.53-3.59; Mn 0.67; Mg 0.75-0.78; Fe 0.42; Si 0.47-0.48; Pb 0.83; Al is the rest.

Были отпрессованы прутки диаметром 8,8 мм при температуре 450^oC и закалены в воду на столе пресса. При этом нагрев заготовок перед деформацией осуществлялся со скоростями: 5, 10, 15, 20^oC/мин. После прессования и закалки производили смотку прутков в бухту. Предварительное старение сплава осуществлялось при температурах: 0, 5, 30, 60^oC в течение 0,1,0,5, 16, 20 ч. Волочение прутков производили со степенями деформации: 2, 5, 19, 25% и окончательное естественное старение в течение 10 сут.Rods with a diameter of 8.8 mm were pressed at a temperature of 450 ^o C and quenched in water on a press table. In this case, the preforms were heated before deformation at the rates of 5, 10, 15, 20 ^o C / min. After pressing and hardening, the coils were coiled. The preliminary aging of the alloy was carried out at temperatures: 0, 5, 30, 60 ^o C for 0.1, 0.5, 16, 20 hours. The bars were drawn with degrees of deformation: 2, 5, 19, 25% and the final natural aging within 10 days.

Механические свойства прутков, изготовленных из сплава 2007 по предложенному способу согласно примеру 1, представлены в таблице 1. Для сравнения в таблице 1 приведены механические свойства калиброванных прутков из сплава 2007, изготовленных по известному способу, принятому в качестве прототипа. The mechanical properties of rods made from alloy 2007 according to the proposed method according to example 1 are presented in table 1. For comparison, table 1 shows the mechanical properties of calibrated rods made from alloy 2007 made by a known method adopted as a prototype.

Пример 2
Из слитков диаметром 215 мм сплава 6082 (система алюминий- магний-кремний) со следующим химическим составом: Mg 0,58-0,73; Si 1,12-1,15; Fe 0,28; Mn 0,56-0,57; Al - остальное.Example 2
From ingots with a diameter of 215 mm of alloy 6082 (aluminum-magnesium-silicon system) with the following chemical composition: Mg 0.58-0.73; Si 1.12-1.15; Fe 0.28; Mn 0.56-0.57; Al is the rest.

Были отпрессованы прутки диаметром 14,8 мм при температуре 460^oC и закалены в воду на столе пресса. При этом нагрев заготовок перед деформацией осуществлялся со скоростями: 5, 10, 15, 20^oC/мин. После закалки проводили смотку прутков в бухту. Предварительное старение сплава осуществлялось при температурах: 0,5, 30, 60^oC в течение 0,1, 0,5, 16, 20 ч. Волочение прутков проводили со степенями деформации: 2, 5, 19, 25%. Окончательное старение проводили при температуре 165^oC в течение 10 ч.The bars were pressed with a diameter of 14.8 mm at a temperature of 460 ^o C and quenched in water on the press table. In this case, the preforms were heated before deformation at the rates of 5, 10, 15, 20 ^o C / min. After quenching, the coils were rewound into a bay. Preliminary aging of the alloy was carried out at temperatures: 0.5, 30, 60 ^o C for 0.1, 0.5, 16, 20 hours. The drawing of the rods was carried out with degrees of deformation: 2, 5, 19, 25%. The final aging was carried out at a temperature of 165 ^o C for 10 hours

Механические свойства прутков, изготовленных из сплава 6082 по предложенному способу согласно примеру 2, приведены в таблице 2. Для сравнения в таблице 2 приведены механические свойства прутков из сплава 6082, изготовленных по известному способу, принятому в качестве прототипа. The mechanical properties of the rods made of alloy 6082 according to the proposed method according to example 2 are shown in table 2. For comparison, table 2 shows the mechanical properties of rods made of alloy 6082 made by the known method adopted as a prototype.

Из таблиц 1 и 2 видно, что предлагаемый способ по сравнению с известным позволяет получить калиброванные прутки из сплавов систем алюминий-медь-магний (свинец), алюминии-магний- кремний разных диаметров с требуемым уровнем прочностных (в частности, предела текучести) и пластических характеристик, соответствующих Европейскому стандарту Е N 754-2-1997. Предел прочности прутков диаметром 8,8 мм из сплава 2007 составил 405-430 МПа, предел текучести 320-380 МПа, относительное удлинение 9,0-10,5%
Прутки из сплава 6082 имели предел прочности 321-350 МПа, предел текучести 305-324 МПа и относительное удлинение 11-12%. Относительное удлинение в предлагаемом способе на 4-6% выше, чем в известном. Кроме того, предлагаемый способ позволяет избежать коробление прутков за счет смотки их в бухту после прессования- закалки.From tables 1 and 2 it can be seen that the proposed method, in comparison with the known one, allows to obtain calibrated rods from alloys of aluminum-copper-magnesium (lead), aluminum-magnesium-silicon alloys of different diameters with the required level of strength (in particular, yield strength) and plastic characteristics complying with European standard E N 754-2-1997. The tensile strength of rods with a diameter of 8.8 mm from alloy 2007 was 405-430 MPa, yield strength 320-380 MPa, elongation of 9.0-10.5%
The bars of alloy 6082 had a tensile strength of 321-350 MPa, a yield strength of 305-324 MPa, and an elongation of 11-12%. The relative elongation in the proposed method is 4-6% higher than in the known. In addition, the proposed method avoids warping of the rods by winding them into the bay after pressing-hardening.

Предлагаемый способ позволяет снизить трудоемкость на 6- 10%, энергозатраты на 10-15%, повысить производительность процесса изготовления калиброванных прутков за счет сокращения специальной операции - закалки прутков в печах. The proposed method allows to reduce the complexity by 6-10%, energy consumption by 10-15%, to increase the productivity of the manufacturing process of calibrated rods by reducing the special operation - hardening rods in furnaces.

Источники информации:
1. Рабинович М.Х. Термомеханическая обработка алюминиевых сплавов. - М.: Машиностроение, 1972, с. 6.Sources of information:
1. Rabinovich M.Kh. Thermomechanical processing of aluminum alloys. - M.: Mechanical Engineering, 1972, p. 6.

2. Патент N 3706606, США, кл. 148-12, 1972 г. (прототип). 2. Patent N 3706606, USA, cl. 148-12, 1972 (prototype).

Claims

The method of thermomechanical processing of semi-finished products from aluminum alloys containing manganese, including hot deformation, hardening, pre-aging, plastic deformation and final aging, characterized in that hot hardening and deformation are carried out with one heating, carried out at a speed of 10-15 ^o C per minute, preliminary aging is carried out at a temperature of 5-30 ^o With a exposure time of 0.5-16 hours, and plastic deformation is performed with a degree of 5-19%.