СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПОЛУФАБРИКАТОВ ИЗ ДЕФОРМИРУЕМЫХ АЛЮМИНИЕВО-ЛИТИЕВЫХ СПЛАВОВ Российский патент 1995 года по МПК C22F1/04 

Описание патента на изобретение RU2048591C1

Изобретение относится к способу термической обработки различных полуфабрикатов (катаных, прессованных, кованых) из деформируемых алюминиево-литиевых сплавов, используемых в качестве конструкционных материалов в изделиях новой техники и изделиях народного хозяйства, в том числе и для сварных соединений.

Известен способ термической обработки деформируемых алюминиево-литиевых сплавов, включающий нагрев под закалку, охлаждение, холодную деформацию и последующее искусственное старение [1]
В известном способе при обеспечении требуемого уровня прочностных свойств не всегда удается обеспечить достаточно высокую пластичность, вязкость разрушения (К), коррозионную стойкость. Наличие высоких внутренних остаточных напряжений при недостаточно высокой вязкости разрушения, коррозионной стойкости может пpивести к преждевременному коррозионному или усталостному разрушению, снижению работоспособности изделия.

Наиболее близким к изобретению является известный способ термической обработки алюминиево-литиевых сплавов, включающий нагрев под закалку, охлаждение в воде, деформацию и двухступенчатое старение на I-й ступени при температуре 120-180оС, на II-ступени при 215-270оС [2] Этот способ термической обработки обеспечивает удовлетворительный уровень характеристик механических свойств и коррозионной стойкости листов из Al-Li сплавов.

Однако при закалке в воде из-за больших скоростей охлаждения в полуфабрикатах, особенно массивных полуфабрикатов сложной конфигурации, возникает опасность появления на поверхности высоких внутренних остаточных напряжений коробления, требующего применения трудоемкой неконтролируемой и нерегулируемой правки полуфабриката, часто с большой степенью. Помимо увеличения трудоемкости изготовления такая пpавка приводит к появлению дополнительных несимметричных напряжений, что может вызвать появление трещин, увеличить коробление при последующей механической обработке, ухудшить свойства материала (уменьшение запаса пластичности, сопротивление усталости, характеристик разрушения, коррозионной стойкости).

Технической задачей изобретения является повышение вязкости разрушения и коррозионной стойкости, уменьшение внутренних остаточных напряжений при высоком уровне механических свойств.

Предлагаемый способ термической обработки алюминиево-литиевых сплавов включает нагрев под закалку, охлаждение со скоростью в пределах 0,5-3 Vкр (Vкр критическая скорость охлаждения при закалке), и двухступенчатое старение I ступени при температуре 100-185оС, в течение 2-24 ч, на II ступени при температуре 200-230оС в течение 0,5-12 ч. Для катаных и прессованных полуфабрикатов для устранения кривизны и снижения внутренних остаточных напряжений проводят холодную деформацию со степенью 0,2-6% при этом повышаются и стабилизируются прочноcтные свойства при сохранении коррозионной стойкости.

Vкр каждого сплава определяют по С диаграмме распада переохлажденного твердого раствора алюминия с учетом характеристик трещиностойкости, механических и коррозионных свойств. Этой скорости охлаждения соответствует минимальная ширина зоны свободной от выделения, максимальная трещиностойкость при статической и циклической нагрузке, максимальное сопротивление разрушению, минимальная чувствительность к зерногранич- ному разрушению материала и оптимальное сочетание механических и коррозионных свойств. (4. Диаграмма изотермического распада раствора в алюминиевых сплавах Справочник. Под ред. И.И.Новикова, М. Металлургия, 1973, с.19-22).

При закалке стандартных алюминиевых сплавов, не содержащих литий, охлаждение осуществляют со скоростью, превышающей Vкр, так как снижение скорости охлаждения ниже Vкр на этих сплавах приводит к уменьшению их механических свойств и коррозионной стойкости при повышении анизотропии свойств. Последующее старение практически не устраняет это негативное влияние. Особенно нежелательно снижение скорости охлаждения ниже Vкр при наличии деформации после закалки перед старением. При закалке стандартных алюминиевых сплавов ограничивают только нижний предел скорости охлаждения, обычно выше Vкр.

Опыт работы с Al-Li-сплавами показал, что у них в отличие от стандартных алюминиевых сплавов при снижении скорости охлаждения ниже Vкр коррозионная стойкость в высотном направлении улучшается (Производственная инструкция ПИ 1,2,255-83, Термическая обработка полуфабрикатов и деталей из алюминия и алюминиевых деформируемых сплавов, с.2,24). Однако с уменьшением скорости охлаждения выносливость при циклических нагрузках, а также механические свойства Al-Li-сплавов снижаются, что обуславливает ограничение скорости охлаждения по нижнему пределу.

С повышением скорости охлаждения выше Vкр коррозионная стойкость падает и увеличивается анизотропия свойств. Поэтому для Al-Li-сплавов при закалке в отличие от стандартных алюминиевых сплавов необходимо регламентировать скорость охлаждения при закалке по нижнему и верхнему пределам с целью снижения внутренних остаточных напряжений, повышения коррозионной стойкости и изотропности свойств, что связано, видимо, с особенностью фазового состава Al-Li-сплавов.

Регламентация скорости охлаждения при закалке, как по нижнему, так и по верхнему пределам в сочетании с двухступенчатым режимом старения позволяет получить высокие и изотропные механические свойства, высокие коррозионную стойкость и вязкость разрушения (К) материала.

Установленный уровень верхнего и нижнего пределов скорости охлаждения тесно связан с режимом двухступенчатого искусственного старения, так как только при выбранных режимах закалки и старения создается определенное соотношение и морфология выделений стабильных метастабильных фаз, содержащих и не содержащих литий (в последних литий может быть растворен в фазе, не изменяя стехеометрического состава), которые и обеспечивают получение требуемого уровня свойств и их сочетание.

Скорости охлаждения ниже нижнего предела приводят к снижению механических свойств, вязкости разрушения К, а при скорости охлаждения выше верхнего предела увеличиваются внутренние остаточные напряжения, снижаются коррозионные свойства материала и повышается анизотропия свойств. При снижении температуры и времени на первой ступени старения не достигается требуемый уровень свойств, а при повышении температуры времени выдержки на этой ступени старения растет темп разупрочнения на второй ступени, что делает процесс трудноуправляемым и нетехнологичным, а также не обеспечивается требуемый уровень механических свойств. Режим старения на второй ступени выбран из условия обеспечения оптимального сочетания коррозионных свойств, выносливости при циклических нагрузках, К, прочностных и пластических свойств. При старении полуфабрикатов при температурах и выдержках ниже нижнего предела на II ступени старения получаются низкие пластические и коррозионные свойства, особенно в высотном направлении, а при температурах и выдержках выше верхнего предела снижаются прочностные свойства.

Для реализации предлагаемого технического решения в качестве закалочной среды используют водовоздушные смеси, воздух под давлением, термоизоляционные покрытия, водные растворы полимеров, кипящую воду и др.

Связь скорости охлаждения при закалке с Vкр позволяет использовать предлагаемый способ для различных видов полуфабрикатов из широкого класса Al-Li-сплавов на базе различных систем легирования: Al-Li-Mg, Al-Li-Cu, Al-Li-Mg-Cu и др.

Для прессованных и катаных полуфабрикатов для устранения кривизны и снижения внутренних остаточных напряжений после закалки проводят дополнительную холодную деформацию. Это позволяет повысить и стабилизировать прочностные свойства при сохранении высокой коррозионной стойкости сплава. Степень деформации выше 6% приводит к снижению пластичности. Установление нижнего предела деформации (0,2%) определяется необходимостью обеспечения гарантированного уровня снятия напряжений.

Ниже приведены примеры опробования предлагаемого способа различных полуфабрикатов и марок алюминиево-литиевых сплавов.

П р и м е р 1. Сплав 1470 принадлежит к системе Al-Li-Cu-Mg, имеет Vкр 0,5оС/с. Поковки толщиной 80 мм из сплава 1470 охлаждали при закалке со скоростью 0,25оС/с, что составляло 0,5 Vкр. Старение сплава проводили по режиму 150оС, 4 ч + + 205оС, 2 ч.

П р и м е р 2. Сплав 1421 принадлежит к системе Al-Mg-Li, имеет Vкр 0,8оС/с. Штамповки толщиной 100 мм из сплава 1421 охлаждали при закалке со скоростью 0,4оС/с, что составляло 0,5Vкр. Старение сплава проводили по режиму 100оС, 24 ч + 200оС, 12 ч.

П р и м е р 3. Сплав 1450 принадлежит к системе Al-Cu-Li, имеет Vкр 10оС/с. Катаные плиты толщиной 35 мм из сплава 1450 охлаждали при закалке со скоростью 15оС/с, что составляло 1,5 Vкр. Старение сплава проводили по режиму 185оС, 2 ч + + 230оС, 0,5 ч.

П р и м е р 4. Катаные плиты толщиной 35 мм из сплава 1450 охлаждали по закалке со скоростью 15оС/с, что составляло 1,5 Vкр. Холодную деформацию проводили после закалки перед старением со степенью 0,2% затем старение сплава проводили по режиму 185оС, 2 ч + 230оС, 0,5 ч.

П р и м е р 5. Катаные плиты толщиной 35 мм из сплава 1450 охлаждали при закалке со скоростью 30оС/с, что составляло 3 Vкр. Холодную деформацию проводили после закалки перед старением со степенью 6,0% затем старение сплава проводили по режиму 185оС, 2 ч 230оС, 0,5 ч.

П р и м е р 6. Плиты толщиной 35 мм из сплава 1450 охлаждали при закалке со скоростью 3оС/с, что составляло 0,3 Vкр. Старение сплава проводили по режиму 190оС, 24 ч + 200оС, 14 ч.

П р и м е р 7. Катаные плиты толщиной 20 мм из сплава 1450 охлаждали при закалке со скоростью 45оС/с. Холодную деформацию проводили после закалки перед старением со степенью 3,0% Старение сплава проводили по режиму 170оС, 10 ч + + 230оС, 0,5 ч. (известный способ).

П р и м е р 8. Катаные плиты толщиной 20 мм из сплава 1450 охлаждали по закалке со скоростью 45оС/с, что составляло 4,5 Vкр. Холодную деформацию проводили после закалки перед старением со степенью 8,0% затем старение сплава проводили по режиму 185оС, 2 ч + 230оС, 0,5 ч.

В таблице приведены механические, коррозионные свойства и вязкость разрушения К, внутренние остаточные напряжения и МЦУ.

Как видно из данных таблицы полуфабрикаты, термообработанные по предлагаемому способу, имеют более низкие внутренние остаточные напряжения, более высокую вязкость разрушения в сравнении с известным при практически одинаковом уровне механических свойств, что повышает надежность работы изделия и предопределяет эффективность и экономичность использования предложенного технического решения в различных отраслях промышленности. Деформация со степенью 0,2-6% приводит к дополнительному повышению прочности при сохранении высоких ресурсных характеристик.

Таким образом, полученные результаты по опробованию предлагаемого способа дают основание рекомендовать его для широкого использования при термообработке различных полуфабрикатов из термически упрочняемых алюминиево-литиевых сплавов.

Похожие патенты RU2048591C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУФАБРИКАТОВ И/ИЛИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ АЛЮМИНИЙ-ЛИТИЕВЫХ СПЛАВОВ 1994
  • Шевелева Л.М.
  • Грушко О.Е.
  • Шнейдер Г.Л.
RU2048592C1
СПОСОБ ОБРАБОТКИ ПОЛУФАБРИКАТОВ ИЗ СПЛАВОВ СИСТЕМЫ АЛЮМИНИЙ - МАГНИЙ - ЛИТИЙ - СКАНДИЙ 1991
  • Данилов С.Ф.
  • Фридляндер И.Н.
  • Малышева Е.Н.
  • Горохова Т.А.
  • Дриц А.М.
  • Каримова С.А.
  • Шнейдер Г.Л.
  • Суббота А.П.
  • Можаровский С.М.
  • Ребик А.И.
  • Соседков С.М.
RU2031970C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУФАБРИКАТОВ ИЗ АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА И ИЗДЕЛИЕ, ПОЛУЧЕННОЕ ЭТИМ СПОСОБОМ 2003
  • Колобнев Н.И.
  • Самохвалов С.В.
  • Хохлатова Л.Б.
  • Чертовиков В.М.
RU2238997C1
ВЫСОКОПРОЧНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЯ ИЗ НЕГО 2010
  • Каблов Евгений Николаевич
  • Ткаченко Евгения Анатольевна
  • Антипов Владислав Валерьевич
  • Вахромов Роман Олегович
RU2443793C1
СПОСОБ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПОЛУФАБРИКАТОВ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ 2004
  • Колобнев Н.И.
  • Хохлатова Л.Б.
  • Сетюков О.А.
  • Волошина Е.Е.
  • Можаровский С.М.
  • Бурляева И.П.
RU2256720C1
КОРРОЗИОННО-СТОЙКИЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ, СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛУФАБРИКАТОВ И ИЗДЕЛИЕ ИЗ НЕГО 1999
  • Грушко О.Е.
  • Еремина Н.Г.
  • Иванова Л.А.
  • Шевелева Л.М.
RU2163938C1
СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПОЛУФАБРИКАТОВ И ИЗДЕЛИЕ ИЗ СПЛАВА НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ 2003
  • Фридляндер И.Н.
  • Колобнев Н.И.
  • Хохлатова Л.Б.
  • Самохвалов С.В.
RU2235799C1
СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПОЛУФАБРИКАТОВ И ИЗДЕЛИЙ ИЗ СПЛАВА НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ 2002
  • Фридляндер И.Н.
  • Хохлатова Л.Б.
  • Колобнев Н.И.
  • Колесенкова О.К.
RU2235143C2
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ИЗ СПЛАВОВ СИСТЕМЫ АЛЮМИНИЙ-МАГНИЙ-ЛИТИЙ 1990
  • Шевелева Л.М.
  • Никишева Г.К.
  • Шнейдер Г.Л.
  • Капуткин Е.Я.
  • Белянин В.П.
  • Герчиков Л.В.
RU1762572C
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРЕССОВАННЫХ ПОЛУФАБРИКАТОВ ИЗ АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА И ИЗДЕЛИЕ, ПОЛУЧЕННОЕ ИЗ НИХ 2003
  • Колобнев Н.И.
  • Самохвалов С.В.
  • Хохлатова Л.Б.
  • Колесенкова О.К.
RU2238998C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 048 591 C1

Реферат патента 1995 года СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПОЛУФАБРИКАТОВ ИЗ ДЕФОРМИРУЕМЫХ АЛЮМИНИЕВО-ЛИТИЕВЫХ СПЛАВОВ

Изобретение относится к способам термической обработки полуфабрикатов из деформируемых алюминиево-литиевых сплавов, используемых в качестве конструкционных материалов новой техники и изделиях народного хозяйства, в том числе и для сварных соединений. Способ термической обработки включает нагрев под закалку и закалочное охлаждение со скоростью 0,5-3 Vкр, где Vкр - критическая скорость охлаждения и двухступенчатое охлаждение старение. Способ позволяет повысить вязкость разрушения и коррозионную стойкость, уменьшить внутренние остаточные напряжения при высоком уровне механических свойств. 1 з. п. ф-лы, 1 табл.

Формула изобретения RU 2 048 591 C1

1. СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПОЛУФАБРИКАТОВ ИЗ ДЕФОРМИРУЕМЫХ АЛЮМИНИЕВО-ЛИТИЕВЫХ СПЛАВОВ, включающий нагрев под закалку, охлаждение и двухступенчатое старение на первой ступени при 100 185oС и на второй ступени при 200 230oС, отличающийся тем, что охлаждение при закалке проводят со скоростью 0,5 3,0 критических скоростей охлаждения при закалке. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для прессованных и катаных полуфабрикатов после закалки дополнительно проводят холодную деформацию со степенью 0,2 6,0%

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 1995 года RU2048591C1

Аппарат для очищения воды при помощи химических реактивов 1917
  • Гордон И.Д.
SU2A1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИМЕРОВ 2013
  • Кеелапандал Рамамоорти Шанкара Нараянан
  • Зэтье Оливер
  • Бэррэтт Джон Скотт
  • Фонсека Зепеда Габриэла Евгения
RU2607521C2
Машина для добывания торфа и т.п. 1922
  • Панкратов(-А?) В.И.
  • Панкратов(-А?) И.И.
  • Панкратов(-А?) И.С.
SU22A1

RU 2 048 591 C1

Авторы

Шнейдер Г.Л.

Шевелева Л.М.

Дриц А.М.

Кафельников В.В.

Даты

1995-11-20Публикация

1994-04-27Подача