RU2744582C1 - Способ получения массивных полуфабрикатов из высокопрочных алюминиевых сплавов - Google Patents
Способ получения массивных полуфабрикатов из высокопрочных алюминиевых сплавов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2744582C1 RU2744582C1 RU2020128419A RU2020128419A RU2744582C1 RU 2744582 C1 RU2744582 C1 RU 2744582C1 RU 2020128419 A RU2020128419 A RU 2020128419A RU 2020128419 A RU2020128419 A RU 2020128419A RU 2744582 C1 RU2744582 C1 RU 2744582C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- semi
- temperature
- deformation
- cooling
- products
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C21/00—Alloys based on aluminium
- C22C21/10—Alloys based on aluminium with zinc as the next major constituent
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
- C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
- C22F1/053—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon of alloys with zinc as the next major constituent
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Forging (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к способу получения из деформируемых алюминиевых сплавов на основе системы Al-Zn-Mg-Cu массивных полуфабрикатов, предназначенных для изготовления крупногабаритных деталей, имеющих сложную форму - типа шпангоутов, фитингов, балок, для использования в авиакосмической, судостроительной автомобильной и машиностроительной отраслях промышленности. Способ получения крупногабаритных полуфабрикатов из сплавов на основе системы Al-Zn-Mg-Cu включает литье слитка, гомогенизацию, охлаждение, нагрев слитка до температуры деформации, пластическую деформацию, охлаждение до температуры 20-200°С, предварительную правку при температуре 20-200°С с остаточной деформацией до 5%, нагрев до температуры закалки, выдержку, охлаждение в воде или в водном растворе полимера, окончательную правку полуфабрикатов методом растяжения с остаточной деформацией 1-3% или методом сжатия с остаточной деформацией 1,5-5% и последующее старение по ступенчатому режиму в интервале температур 90-190°С. Способ изготовления массивных полуфабрикатов позволяет изготавливать полуфабрикаты с пониженным уровнем остаточных напряжений и коробления, однородными свойствами по толщине полуфабриката при высоких значениях характеристик прочности, вязкости разрушения и коррозионной стойкости. 4 з.п. ф-лы, 4 табл., 7 пр.
Description
Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности, к способу получения из высокопрочных деформируемых алюминиевых сплавов на основе системы Al-Zn-Mg-Cu массивных полуфабрикатов с пониженным уровнем остаточных напряжений и однородными свойствами по толщине, предназначенных для изготовления деталей, в том числе крупногабаритных, имеющих сложную форму - типа шпангоутов, фитингов, балок и др., для использования в авиакосмической, судостроительной автомобильной и машиностроительной промышленностях.
При изготовлении и упрочняющей термической обработке массивных и сложных по форме полуфабрикатов толщиной 100 - 150 мм возникают значительные остаточные напряжения, которые при последующей механической обработке приводят к недопустимым поводкам и короблению, браку и увеличению трудоемкости изготовления деталей. Для снижения остаточных напряжений полуфабрикаты подвергают правке обжатием или растяжением в свежезакаленном состоянии. Другим способом снижения остаточных напряжений служит замедление скорости охлаждения при закалке, за счет охлаждения в горячей воде или растворе полимеров.
Однако, для применения таких способов снижения остаточных напряжений в массивных полуфабрикатах необходимо, чтобы сплав обладал низкой чувствительностью к скорости охлаждения при закалке, т.е. высокой устойчивостью пересыщенного твердого раствора основных легирующих элементов в алюминии и связанной с ней прокаливаемостью полуфабрикатов.
Одним из критериев прокаливаемости служит максимально допустимая толщина закаливаемого полуфабриката, при которой не происходит ухудшения механических и коррозионных свойства в центральных зонах по толщине в сравнении с периферией полуфабрикатов ввиду более низкой скорости охлаждения центральных слоев и распадом пересыщенного твердого раствора в процессе охлаждения при закалке. Прокаливаемость сплава зависит от содержания основных легирующих элементов, малых добавок элементов антирекристаллизаторов, модификаторов и примесей.
Допустимая толщина плит и поковок из сплавов системы Al-Zn-Mg-Cu с добавками Mn, Cr, Zr, обеспечивающая получение стабильного уровня механических и коррозионных свойств по толщине полуфабриката, обычно составляет 50-80 мм. Во избежание снижения свойств в центральных по толщине зонах массивных полуфабрикатов толщиной 100-150 мм, их подвергают предварительной механической обработке в горячедеформированном состоянии до сечений толщиной менее 50-80 мм, а затем проводят закалку заготовок. При этом в заготовках возникают значительные остаточные закалочные напряжения и существенно увеличивается трудоемкость изготовления и правки деталей из массивных полуфабрикатов.
Из уровня техники известен способ изготовления полуфабрикатов из сплава, содержащего 5,2-6,7% Zn, l,65-2,0%Mg, l,8-2,4%Cu, 0,08-0,15% Zr, не более 0,06% Fe, не более 0,11%(Si+Fe), остальное Al, включающий гомогенизацию сплава путем нагрева в интервале температур 398-476°С и дальнейший нагрев до 410-487°С, горячую прокатку сплава при температуре выше 398°С, обработку на твердый раствор (нагрев до температуры закалки) при температуре по крайней мере 471°С, охлаждение указанного сплава, правку растяжением со степенью деформации по крайней мере 1%, искусственное старение путем нагрева в интервале температур 79-143°С и дальнейший нагрев в интервале 148-176°С (ЕР 0829552 опуб. 18.03.1998, B64C 3/00).
Недостатком указанного способа служит значительное снижение уровня механических свойств и вязкости разрушения, а также ухудшение коррозионных свойств в центральной зоне по толщине массивных полуфабрикатов толщиной 100-150 мм, составляющее 10-20% по сравнению со свойствами периферийной зоны, а также заметное коробление полуфабрикатов, что отрицательно влияет на трудоемкость изготовления и правки деталей в процессе механической обработки.
Известен способ получения катаных, кованых и прессованных массивных полуфабрикатов для силовых элементов преимущественно крыла самолета из сплава системы Al-Zn-Mg-Cu следующего состава, % масс: Zn=5,7-8,7; Mg=1,7-2,5; Cu=1,2-2,2; Zr=0,05-0,15; Fe=0,07-0,14; Si<0,11; Mn<0,02; Cr<0,02; Mg+Cu<4,l; остальное Al и примеси <0,05 каждая и <0,10 в сумме. Способ включает следующие этапы: отливку слитка и его гомогенизация при температуре 465°С, прокатку плит толщиной 130-200 мм при температуре начала прокатки 410-420°С, конца прокатки 425-440°С, закалку с температуры 480°С в холодную воду, правку со степенью остаточной деформации 2% и последующее старение по режиму 115°С, 6 ч + 172°С, 10 ч. (US 6027582 опуб. 22.02.2000, C22C 21/10).
Недостатком указанного способа являются низкие значения прочностных и коррозионных характеристик и вязкости разрушения, что обуславливает низкий ресурс работы изделия. Другим недостатком данного способа является высокий уровень остаточных закалочных напряжений, вызывающий при последующей механической обработке существенные поводки и коробление в детали.
Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, заявленного технического решение является способ получения изделий из алюминиевых сплавов, включающий литье слитка, гомогенизацию и/или предварительный нагрев слитка после литья, горячую обработку давлением до получения предварительно деформированной заготовки одним или более способами, выбранными из группы, состоящей из прокатки, штамповки и ковки, необязательный повторный нагрев предварительно деформированной заготовки, горячую и/или холодную обработку давлением до получения формованной заготовки нужной формы, термообработку на твердый раствор упомянутой формованной заготовки при температуре и в течение времени, достаточных для перевода в твердый раствор по существу всех растворимых компонентов в сплаве, закалку подвергнутой термообработке на твердый раствор заготовки путем спреерного охлаждения или закалки погружением в воду или другую закалочную среду, необязательное растяжение или сжатие закаленной заготовки или холодной обработки иным образом для снятия напряжение, например, правка листовых изделий, искусственное старение закаленной и необязательно растянутой или сжатой заготовки до достижения желательного состояния, например, состояний, выбранных из группы: Т6, Т74, Т76, Т7651, Т7451, Т77, Т79 (RU 2353693, опуб. 27.04.2009, C22C 21/10).
Недостатком данного способа является повышенный уровень остаточных напряжений в полуфабрикатах, что приводит к значительным поводкам и короблению полуфабрикатов после термической обработки, а также в процессе последующей механической обработки деталей, увеличивает трудоемкость их изготовления и снижает коэффициент использования материала.
Технической задачей заявленного изобретения является разработка способа изготовления массивных кованых, катаных и/или прессованных полуфабрикатов из высокопрочных алюминиевых сплавов на основе системы Al-Zn-Mg-Cu с добавками Mn, Cr, Zr, обладающих пониженным уровнем остаточных напряжений и коробления.
Технический результат заявленного изобретения заключается в разработке способа изготовления массивных кованых и катаных полуфабрикатов, обладающих пониженным уровнем остаточных напряжений и коробления, однородными свойствами по толщине полуфабриката, при высоких значениях характеристик прочности, вязкости разрушения и коррозионной стойкости.
Заявленный технический результат достигается тем, что способ получения крупногабаритных полуфабрикатов из сплавов на основе системы Al-Zn-Mg-Cu, включает литье слитка, гомогенизационный отжиг слитка, охлаждение, нагрев слитка до температуры деформации, пластическую деформацию слитка, охлаждение деформированного полуфабриката до температуры 20-200°С. Далее проводят предварительную правку полуфабриката при температуре в интервале 20-200°С с остаточной деформацией до 5%, нагрев правленного полуфабриката до температуры закалки, выдержку, охлаждение в воде или в водном растворе полимера. Окончательную правку полуфабрикатов проводят в свежезакаленном состоянии методом растяжения с остаточной деформацией 1-3%, или методом сжатия с остаточной деформацией 1,5-5%. Последующее старение проводят по ступенчатому режиму в интервале температур 90-190°С.
Предпочтительно предварительную правку полуфабриката проводят методом изгиба, растяжения или сжатия.
В варианте выполнения старение проводят по двухступенчатому режиму: температура 1-ой ступени 90-120°С, время выдержки 8-24 ч, температура 2-ой ступени 160-180°С, время выдержки 4-10 ч. Или по трехступенчатому режиму: температура 1-ой ступени 110-120°С, время выдержки 12-24 ч, температура 2-ой ступени 160-180°С, время выдержки 4-10 ч, температура 3-ой ступени 110-140°С, время выдержки 5-25 ч.
Содержание цинка и магния в сплаве системы Al-Zn-Mg-Cu предпочтительно соответствует соотношению Zn/Mg≥4,0 при суммарном содержании цинка и магния в пределах 8,2-10,2% и содержании меди не более 1,2%.
Авторами было установлено, что для обеспечения пониженного уровня остаточных напряжений, снижения поводок и коробления в процессе изготовления массивных полуфабрикатов и деталей, получаемых из них путем механической обработки, при одновременном обеспечении высоких однородных по толщине полуфабрикатов механических и коррозионных свойств, в качестве материала для изготовления деталей сложной формы целесообразно использовать массивные полуфабрикаты из высокопрочных сплавов, (например марки 1933) сбалансированного химического состава по основным элементам системы Al-Zn-Mg-Cu, обладающих повышенной прокаливаемостью. Это позволяет проводить закалку массивных полуфабрикатов толщиной до 150 мм с последующей их правкой растяжением или сжатием для снятия остаточных закалочных напряжений и исключить операцию предварительной механической обработки массивных полуфабрикатов перед закалкой.
Следует отметить, что проведение предварительной правки полуфабрикатов в горячедеформированном состоянии в интервале температур 20-200°С путем растяжения, сжатия или изгиба с остаточной деформацией до 5% способствует не только дополнительному снижению уровня остаточных напряжений после окончательной правки и значительному уменьшению поводок и коробления в термоупрочненных массивных полуфабрикатах из высокопрочных алюминиевых сплавов, но и оказывает положительное влияние на формирование в процессе закалки однородной полигонизованной структуры по толщине полуфабриката, обеспечивающей получение высокого уровня механических свойств, вязкости разрушения и коррозионной стойкости.
На стадии выдержки достигается наиболее полное растворение в твердом растворе сплава частиц интерметаллидных фаз, что приводит к получению предельно пересыщенного твердого раствора при быстром охлаждении до комнатной температуры. Струйное охлаждение в воде или в водном растворе полимера обеспечивает равномерное охлаждение, что способствует получению менее высокого уровня остаточных напряжений и вызываемых ими поводок и коробления полуфабрикатов. Окончательная правка полуфабрикатов в свежезакаленном состоянии методом растяжения с остаточной деформацией 1-3%, или методом сжатия с остаточной деформацией 1,5-5%, проведенная на полуфабрикатах, подвергавшихся перед закалкой предварительной правке способом изгиба, растяжения или сжатия со степенью остаточной деформации до 5%, обеспечивает снижение остаточных напряжений при обеспечении однородной структуры и повышенного уровня прочностных характеристик, вязкости разрушения и коррозионной стойкости по всей толщине массивных полуфабрикатов по сравнению с результатами правки, проведенной в один этап - только после закалки.
Последующее старение в интервале температур 90-190°С в зависимости от конкретного ступенчатого режима обеспечивает получение требуемого комплекса свойств, соответствующего либо состоянию Т1 с повышенными характеристиками прочности и усталостной долговечности, либо состояниям Т2 и Т3, с пониженной на 5-10% прочностью, но с повышенными более, чем в 2 раза характеристиками коррозионной стойкости и трещиностойкости, а также повышенной на 20-40% вязкостью разрушения по сравнению с состоянием Т1.
Примеры осуществления.
В промышленных условиях были отлиты методом полунепрерывного литья слитки диаметром 305 мм для изготовления поковок и плоские сечением 400×1320 мм для изготовления плит из высокопрочного сплава системы Al-Zn-Mg-Cu сбалансированного состава с различным соотношением Zn/Mg. Из полученных слитков были изготовлены массивные полуфабрикаты - поковки и плиты толщиной 100-150 мм. Технологические параметры их изготовления и режимы термической обработки представлены в таблицах 1 и 2, где примеры 1-2, 4-6 предлагаемый способ, примеры 3, 7 - способ-прототип.
В таблицах 3, 4 представлен комплекс свойств и геометрические параметры полуфабрикатов после окончательной термической обработки полуфабрикатов, полученных по предлагаемому способу (примеры 1-2 и 4-6) и способу-прототипу (примеры 3, 7).
Как видно из таблицы 3 предложенный способ позволяет получить массивные плиты из сплава системы Al-Zn-Mg-Cu с отношением Zn/Mg≥4,0 в термически обработанном состоянии с пониженным более, чем в 2 раза уровнем остаточных напряжений и уменьшением поводок и коробления в полуфабрикатах более, чем в 5 раз по сравнению с плитами, полученными по способу-прототипу.
Аналогичное положительное влияние на комплекс механических и коррозионных свойств, величину остаточных напряжений поводки и коробление оказывает предложенный способ при изготовлении массивных поковок (таблица 4). При этом правка путем деформации растяжением, сжатием и/или изгибом перед нагревом под закалку способствует также формированию устойчивой к рекристаллизации полигонизованной структуры в массивных полуфабрикатах, что препятствует росту размера зерна и обеспечивает высокий уровень прочностных свойств, пластичности, вязкости разрушения и коррозионной стойкости материала.
Claims (5)
1. Способ получения крупногабаритных полуфабрикатов из сплавов на основе системы Al-Zn-Mg-Cu, включающий литье слитка, гомогенизационный отжиг слитка, охлаждение, нагрев слитка до температуры деформации, пластическую деформацию слитка, охлаждение деформированного полуфабриката до температуры 20-200°С, отличающийся тем, что далее проводят предварительную правку полуфабриката при температуре 20-200°С с остаточной деформацией до 5%, нагрев правленного полуфабриката до температуры закалки, выдержку, охлаждение в воде или в водном растворе полимера, окончательную правку полуфабрикатов в свежезакаленном состоянии методом растяжения с остаточной деформацией 1-3%, или методом сжатия с остаточной деформацией 1,5-5% и последующее старение по ступенчатому режиму в интервале температур 90-190°С.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что предварительную правку полуфабриката проводят методом изгиба, растяжения или сжатия.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что старение проводят по двухступенчатому режиму: температура 1-й ступени 90-120°С, время выдержки 8-24 ч, температура 2-й ступени 160-180°С, время выдержки 4-10 ч.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что старение проводят по трехступенчатому режиму: температура 1-й ступени 110-120°С, время выдержки 12-24 ч, температура 2-й ступени 160-180°С, время выдержки 4-10 ч, температура 3-й ступени 110-140°С, время выдержки 5-25 ч.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что содержание цинка и магния в сплаве системы Al-Zn-Mg-Cu соответствует соотношению Zn/Mg≥4,0 при суммарном содержании цинка и магния в пределах 8,2-10,2% и содержании меди не более 1,2%.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020128419A RU2744582C1 (ru) | 2020-08-26 | 2020-08-26 | Способ получения массивных полуфабрикатов из высокопрочных алюминиевых сплавов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020128419A RU2744582C1 (ru) | 2020-08-26 | 2020-08-26 | Способ получения массивных полуфабрикатов из высокопрочных алюминиевых сплавов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2744582C1 true RU2744582C1 (ru) | 2021-03-11 |
Family
ID=74874282
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020128419A RU2744582C1 (ru) | 2020-08-26 | 2020-08-26 | Способ получения массивных полуфабрикатов из высокопрочных алюминиевых сплавов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2744582C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6027582A (en) * | 1996-01-25 | 2000-02-22 | Pechiney Rhenalu | Thick alZnMgCu alloy products with improved properties |
RU2353693C2 (ru) * | 2003-04-10 | 2009-04-27 | Корус Алюминиум Вальцпродукте Гмбх | СПЛАВ Al-Zn-Mg-Cu |
RU2492274C1 (ru) * | 2012-01-12 | 2013-09-10 | Открытое Акционерное Общество "Корпорация Всмпо-Ависма" | Способ изготовления прессованных полуфабрикатов из высокопрочного алюминиевого сплава и изделия, получаемые из них |
CN109881058A (zh) * | 2019-03-22 | 2019-06-14 | 广西南南铝加工有限公司 | 一种Al-Zn-Cu-Mg大规格扁铸锭的制备方法 |
CN109957688A (zh) * | 2019-03-22 | 2019-07-02 | 广西南南铝加工有限公司 | 一种Al-Zn-Mg大规格扁铸锭的制备方法 |
-
2020
- 2020-08-26 RU RU2020128419A patent/RU2744582C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6027582A (en) * | 1996-01-25 | 2000-02-22 | Pechiney Rhenalu | Thick alZnMgCu alloy products with improved properties |
RU2353693C2 (ru) * | 2003-04-10 | 2009-04-27 | Корус Алюминиум Вальцпродукте Гмбх | СПЛАВ Al-Zn-Mg-Cu |
RU2492274C1 (ru) * | 2012-01-12 | 2013-09-10 | Открытое Акционерное Общество "Корпорация Всмпо-Ависма" | Способ изготовления прессованных полуфабрикатов из высокопрочного алюминиевого сплава и изделия, получаемые из них |
CN109881058A (zh) * | 2019-03-22 | 2019-06-14 | 广西南南铝加工有限公司 | 一种Al-Zn-Cu-Mg大规格扁铸锭的制备方法 |
CN109957688A (zh) * | 2019-03-22 | 2019-07-02 | 广西南南铝加工有限公司 | 一种Al-Zn-Mg大规格扁铸锭的制备方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6458003B2 (ja) | 自動車車体パネルの製造に好適なアルミニウム合金材料およびその生成方法 | |
US8372220B2 (en) | Aluminum alloy forgings and process for production thereof | |
RU2329330C2 (ru) | Продукты из алюминиевого сплава и способ искусственного старения | |
CN113293273B (zh) | 一种紧固件用2xxx系铝合金棒材、线材的加工方法 | |
US9347558B2 (en) | Wrought and cast aluminum alloy with improved resistance to mechanical property degradation | |
EP1306455A1 (en) | High-strength alloy based on aluminium and a product made of said alloy | |
JP2009501847A5 (ru) | ||
CN109415780A (zh) | 6xxx系列铝合金锻造坯料及其制造方法 | |
CN112725671B (zh) | 一种Al-Cu-Mg铝合金线材及其制备方法 | |
CN113302327A (zh) | 7xxx系列铝合金产品 | |
RU2569275C1 (ru) | Плита из высокопрочного алюминиевого сплава и способ ее изготовления | |
JP5540546B2 (ja) | 高力アルミニウム合金ボルトの製造方法 | |
JPS63282232A (ja) | 塑性加工用高強度マグネシウム合金とその製法 | |
RU2744582C1 (ru) | Способ получения массивных полуфабрикатов из высокопрочных алюминиевых сплавов | |
CN112813319A (zh) | 一种超高强铆钉制造用铝合金线材的制备方法 | |
WO2009102233A1 (ru) | Способ штамповки заготовок из наноструктурных титановых сплавов | |
RU2758737C1 (ru) | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОВАНОЙ ЗАГОТОВКИ В ВИДЕ ПРУТКА ИЗ (α+β)-ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ | |
JPH01152237A (ja) | エンジン部材用アルミニウム合金材 | |
CN105671376B (zh) | 高强高塑重力铸造与室温冷轧亚共晶铝硅合金材料及其制造方法 | |
JP5588884B2 (ja) | マグネシウム合金鍛造ピストンの製造方法およびマグネシウム合金鍛造ピストン | |
CN110284085B (zh) | 一种同时提高7xxx铝合金强度和延伸率的方法 | |
CN116529412A (zh) | 制造2xxx系列铝合金产品的方法 | |
RU2299264C1 (ru) | Способ изготовления изделий из деформируемых алюминиевых сплавов | |
CN112593130A (zh) | 一种传动轴用2014a棒材材料及生产工艺 | |
JPH09249953A (ja) | アルミ押出し材鍛造製品の製造方法 |