СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ ДЕФОРМИРУЕМЫХ СПЛАВОВ Российский патент 2000 года по МПК C22F1/04 

Предлагаемое изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано в кузнечных, прокатных и других цехах металлургических заводов по обработке металлов давлением.

Известен способ изготовления деталей из высокопрочных алюминиевых деформируемых сплавов, содержащий следующие операции: предварительную гомогенизацию слитка при температуре 460^oC в течение 8 - 48 ч, охлаждение до 413^oC в течение 3 ч, выдержку при этой же температуре в течение 3 - 5 ч, охлаждение до 232 - 260^oC и выдержку при этой температуре в течение 4 ч, пластическое деформирование, по крайней мере, на 50% при температуре от комнатной до 260^oC, окончательную гомогенизацию и рекристаллизацию деформированного сплава при температуре 460-482^oC в течение 24 - 48 ч /патент США N 3847681, МКИ C 22 F 1/04, 1974/.

Недостатком данного способа является большой разброс свойств, особенно пластичности в коротком поперечном направлении, обусловленный наличием многочисленных расслоений (внутренних микроразрывов материала), являющихся результатом нарушения целостности металла в процессе пластической деформации.

Известен способ изготовления деталей из алюминиевого сплава системы Al-Zi-Mg- с добавкой переходного металла циркония, содержащий следующие операции: гомогенизацию слитка при температуре 450 - 540^oC в течение 1 - 50 ч в одну или несколько стадий, ковку при температуре 220 - 450^oC, прокатку при температуре 220 - 400^oC, кроме того, до или после ковки осуществляют нагрев при температуре 220 - 400^oC в течение 1 - 150 ч (заявка Японии N 2-259051, МКИ C 22 F 1/04, 1990, прототип).

Недостатком данного способа является наличие расслоений (внутренних микроразрывов материала), образующихся при пластической деформации, что снижает механические и конструкционные свойства деталей.

Предлагается способ изготовления деталей из алюминиевых деформируемых сплавов, содержащих по крайней мере один переходной металл, включающий по меньшей мере один нагрев слитка до температуры предварительной пластической деформации, предварительную пластическую деформацию при этой температуре, по меньшей мере один нагрев до температуры окончательной пластической деформации, окончательную пластическую деформацию при этой температуре и термическую обработку. Нагрев до температуры предварительной деформации ведут до температуры 262 - 398^oC с выдержкой при этой температуре в течение 0,5-7 ч; нагрев перед окончательной деформацией ведут до температуры 405 - 445^oC с выдержкой при этой температуре в течение 0,5 - 7 ч.

Предлагаемый способ отличается от прототипа тем, что нагрев до температуры предварительной деформации ведут до температуры 262 - 398^oC с выдержкой при этой температуре в течение 0,5 - 7 ч, нагрев перед окончательной деформацией ведут до температуры 405 - 445^oC с выдержкой при этой температуре в течение 0,5 - 7 ч.

ТЕХНИЧЕСКИЙ РЕЗУЛЬТАТ - уменьшение анизотропии свойств, повышение пластичности, вязкости разрушения, что влечет за собой уменьшение конструктивных запасов при расчете рабочих сечений элементов силовых узлов и, как следствие, снижение их веса.

Предлагаемый способ позволяет удержать в твердом растворе переходные металлы, что исключает образование в структуре микроучастков с локальным скоплением алюмитидов переходных металлов (продуктов распада пересыщенного твердого раствора переходного металла в алюминии), которые являются очагами зарождения микроразрывов материала во время пластической деформации.

Предотвращение образования этих дефектов приводит к повышению уровня пластичности и вязкости разрушения. В коротком поперечном направлении, что влечет за собой уменьшение анизотропии свойств, повышение равномерности свойств по всему объему детали, что в конечном итоге исключает повышенные конструктивные допуски и обеспечивает снижение веса силовых узлов.

ПРИМЕРЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
В качестве исходной заготовки были взяты слитки ⊘ 271 х 365 мм (после обточки) в количестве 6 шт., полученные путем полунепрерывного литья алюминиевого сплава, содержащего 0,3% Cu, 0,63% Mg, 0,26 Mn, 0,42% Fe, 0,76% Si, 0,15% Cr, 0,045Ti, ост. Al, из которых были изготовлены штамповки типа стакана габаритами: диаметр 435 мм, высота 300 мм, толщина стенки 30 мм, толщина донной части 80 мм по двум способам.

ПРИМЕР 1.

Способ согласно предлагаемому изобретению из слитков N 1, 2, 3.

1. Нагрев слитков до температуры:
310^oC, выдержка 3,5 ч - 1 - /первый/ слиток,
262^oC, выдержка 7 ч - 2 /второй/ слиток,
398^oC, выдержка 0,5 ч - 3 /третий/ слиток.

2. Пластическое деформирование - ковка /осадка слитка на 50% от исходной длины, вытяжка, осадка на высоту 230 мм / при температуре 310^oC - 1-й слиток, 262^oC - 2-й слиток, 398^oC - 3-й слиток.

3. Нагрев кованых заготовок до температуры:
430^oC, выдержка 2,5 ч - 1-й слиток,
405^oC, выдержка 7 ч - 2-й слиток,
445^oC, выдержка 0,5 ч - 3-й слиток.

4. Пластическое деформирование - заготовительная штамповка при температуре:
430^oC - 1-й слиток,
405^oC - 2-й слиток,
445^oC - 3-й слиток.

5. Нагрев заготовительных штамповок до температур:
430^oC, выдержка 2,5 ч - 1-й слиток,
405^oC, выдержка 7 ч, - 2-й слиток,
445^oC, выдержка 0,5 ч - 3-й слиток.

6. Пластическое деформирование на требуемые размеры - окончательная штамповка при температуре:
430^oC - 1-й слиток,
405^oC - 2-й слиток,
445^oC - 3-й слиток.

7. Термическая обработка:
- закалка: нагрев до температуры 525^oC, выдержка 1,5 ч, охлаждение в воде с температурой 30^oC.

- старение: нагрев до температуры 155^oC, выдержка 10 ч.

Из слитков N 4 и 5 были изготовлены штамповки по запредельным режимам, и в частности:
штамповка из слитка N 4:
- нагрев до температуры 400^oC, выдержка 30 ч, ковка при этой температуре;
- нагрев до температуры 450^oC, выдержка 24 ч, заготовительная штамповка при этой температуре;
- нагрев до температуры 450^oC, выдержка 12 ч, окончательная штамповка при этой температуре;
штамповка из слитка N 5:
- нагрев до температуры 250^oC, выдержка 48 ч, ковка при этой температуре;
- нагрев до температуры 400^oC, выдержка 35 ч, заготовительная штамповка при этой температуре;
- нагрев до температуры 400^oC, выдержка 15 ч, окончательная штамповка при этой температуре.

Термическую обработку проводили аналогично примеру 1.

ПРИМЕР 2 - по способу-прототипу из слитка N 6.

1. Гомогенизация слитка при температуре 530^oC, выдержка в течение 48 ч.

2. Нагрев до температуры 420^oC, выдержка в течение 50 ч, ковка при этой температуре.

3. Нагрев до температуры 400^oC, выдержка в течение 30 ч, заготовительная штамповка при этой температуре.

4. Нагрев до температуры 400^oC, выдержка в течение 15 ч, окончательная штамповка при этой температуре.

Термическую обработку проводили аналогично примеру 1.

В таблице представлены свойства штамповок, изготовленных по предлагаемому способу и по способу - прототипу.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет изготавливать детали с повышенными свойствами и в особенности с повышенными характеристиками пластичности /относительного удлинения/ и вязкости разрушения в коротком поперечном направлении, что влечет за собой уменьшение анизотропии свойств (разницы свойств между долевым и коротким поперечным направлением), повышение равномерности свойств по объему детали.

Это позволит уменьшить конструктивные запасы при расчете рабочих сечений элементов силовых узлов и снизить на 10 - 20% их массу.

Способ изготовления деталей из алюминиевых деформируемых сплавов, содержащих по крайней мере один переходный металл, включает по меньшей мере один нагрев слитка до 262-398°С, выдержку в течение 0,5-7 ч, окончательную пластическую деформацию при этой температуре и термическую обработку. Способ позволяет уменьшить анизотропию свойств, повысить пластичность, а также вязкость разрушения, что приводит к снижению веса силовых узлов. 1 табл.

Способ изготовления деталей из алюминиевых деформируемых сплавов, содержащих по крайней мере один переходный металл, включающий по меньшей мере один нагрев слитка до температуры предварительной пластической деформации, предварительную пластическую деформацию при этой температуре, по меньшей мере один нагрев до температуры окончательной пластической деформации, окончательную пластическую деформацию при этой температуре и термическую обработку, отличающийся тем, что нагрев до температуры предварительной деформации ведут до температуры 262 - 398^oC с выдержкой при этой температуре в течение 0,5 - 7 ч, а нагрев перед окончательной деформацией ведут до температуры 405 - 445^oC с выдержкой при этой температуре в течение 0,5 - 7 ч.