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

Изобретение относится к области металлургии сплавов на основе алюминия, в частности сплавов систем Al-Mg-Li и Al-Mg-Sc, используемых в качестве обшивочных листов в авиакосмической технике и судостроении, в том числе и в сварных вариантах.

Высокие требования к комплексу свойств и структуре обшивочных листов, к их размерам и качеству определяют сложность проблемы их получения. Особенно это касается производства листов указанных систем, как наименее технологичных.

Применительно к обшивкам сплавы должны иметь повышенные характеристики вязкости разрушения с достаточно высокой прочностью и отличаться изотропностью свойств. Изотропность свойств достигается получением в листах полностью рекристаллизованной структуры, но при этом возможно снижение как прочностных свойств, так и вязкости разрушения.

Известен способ получения листов из сплавов системы AI-Mg-Li с полностью рекристаллизованной структурой и изотропными свойствами (патент РФ 1529750, МКИ С 22 F 1/04, БИ N 9, 1996 г.). Однако при этом способе из-за необходимой высокой степени холодной деформации, которая приводит к растрескиванию боковых кромок, возможно изготавливать только узкие листы шириной не более 1200 мм. А для обшивки современных транспортных средств необходимы листы шириной 2000 - 3000 мм.

Кроме того, известен способ получения листов из Al-Li сплавов, обеспечивающий получение такой нерекристаллизованной структуры, при которой листы обладают высокой прочностью и вязкостью разрушения (патент 4921548 США, НКМ 148/12.7 А). Однако при этом не уменьшается анизотропия свойств.

Наиболее близким к предложенному способу является способ получения листов с рекристаллизованной структурой из высокопрочного AI-Li сплава с высокой вязкостью разрушения (патент 4816087 США, НКМ 148/2).

Известный способ, принятый за прототип, включает гомогенизацию слитков при 482-566^oC в течение 20-40 ч, охлаждение слитков до температуры первой горячей прокатки 471-482^oC и горячую прокатку, повторный нагрев до 482-566^oC, охлаждение до температуры второй горячей прокатки 460-477^oC и горячую прокатку, отжиг при 415-438^oC в течение 10-14 ч, холодную продольную прокатку отожженного сплава, обработку на твердый раствор без какого-то предварительного отжига, закалку с высокой скоростью и старение, обеспечивающие "дуплексную" рекристализованную структуру в сплаве, имеющем высокую прочность и хорошую вязкость разрушения.

Так называемая "дуплексная" рекристализованная структура представляет из себя 2 типа структуры по толщине листа: в приповерхностных зонах структура с мелким зерном, диаметром от 3 до 74 мкм, а в центральной зоне - с крупным зерном, со средним диаметром от 100 до 2000 мкм для Al-Li сплава типа 2091 системы Al-Li-Cu-Mg. Такая структура обеспечивает при высоком уровне прочностных свойств более высокий уровень характеристик вязкости разрушения в листах. Но при этом сохраняется анизотропия свойств. Это и является недостатком известного способа.

Технической задачей настоящего изобретения является повышение характеристик вязкости разрушения и уменьшение анизотропии при сохранении высоких прочностных свойств.

Поставленная задача достигается тем, что слитки после гомогенизации охлаждают со скоростью 5-50^oC/ч до температуры 100-150^oC и нагревают затем до температуры горячей прокатки 360-450^oC, проводят горячую прокатку в один или несколько этапов, нагревая перед каждым этапом до 360-450^oC и осуществляя прокатку в продольном и/или в поперечном направлении по отношению к оси слитка. Перед холодной прокатной заготовку отжигают при температуре минимальной устойчивости пересыщенного твердого раствора в течение 1-6 ч и охлаждают со скоростью 20-750^oC/ч до температуры 100-150^oC и проводят холодную прокатку в один или несколько этапов, при этом прокатка проводится в продольном и/или поперечном направлении по отношению к оси слитка со степенью деформации 15-40% на каждом этапе. Окончательная термическая обработка холоднокатаных листов включает обработку на твердый раствор при 450-540^oC с последующим охлаждением со скоростью 0,3-1000^oC/с до температуры 20-40^oC и искусственное старение или отжиг при температуре 280-395^oC с последующим охлаждением со скоростью 20-750^oC/ч до температуры 100-150^oC.

Медленное охлаждение слитков после гомогенизации (5-50^oC/ч), проведение горячей прокатки при температуре 360-450^oC, отжига заготовки перед холодной прокаткой при температуре минимальной устойчивости твердого раствора и регламентация скорости охлаждения после отжигов способствуют наиболее полному выделению избыточных интерметаллидных фаз при существенном снижении пересыщения твердого раствора. В результате формируется гетерогенная структура с равномерным распределением частиц стабильных фаз, что позволяет обеспечить высокую технологическую пластичность даже труднодеформируемых сплавов систем Al-Mg-Li и Al-Mg-Sc.

Сочетание продольной и поперечной деформации как при горячей, так и при холодной прокатках позволяет сформировать в листах определенный тип кристаллографической текстуры. Это, в свою очередь, после закалки или отжига с регламентированными температурой нагрева и скоростью охлаждения обеспечивает формирование развитой полигонизованной структуры, при которой листы имеют минимальную анизотропию свойств, высокие характеристики вязкости разрушения и прочности.

Пример осуществления.

Были отлиты слитки сплава 1424 системы AI-Mg-Li. Из одного слитка изготавливали листы по технологии прототипа, а из трех слитков - по заявленному способу (см. табл. 1). Для этого сплава температура минимальной устойчивости пересыщенного твердого раствора 300^oC.

Листы были закалены с температуры 530^oC и искусственно состарены по принятому для этого сплава режиму. Свойства листов приведены в таблице 2.

Листы из сплава 1570 системы Al-Mg-Sc, изготовленные по предложенному способу и отожженные по режиму - нагрев при температуре 310^oC, выдержка 2 часа, охлаждение со скоростью 40^oC/ч до температуры 100^oC, затем на воздухе - имеют аналогичную структуру и свойства.

Из таблицы 2 видно, что листы, изготовленные по способу прототипа, имеют разницу свойств в продольном и поперечном направлениях по относительному удлинения до 2,5 раз, по вязкости разрушения до 18%, по прочностным свойствам до 7%. Листы, полученные по предложенному способу, характеризуются:
изотропностью всех исследованных свойств (предел прочности, предел текучести, относительное удлинение, вязкость разрушения);
сохранением высокого уровня прочностных свойств;
повышенным уровнем вязкости разрушения (на 25% в продольном и на 8% в поперечном направлении);
развитой полигонизованной структурой.

В случае отклонения от предложенных параметров охлаждения слитков после гомогенизации, горячей прокатки и промежуточного отжига не обеспечивается полное выделение избыточных фаз и наблюдается их огрубление. В результате этого снижается технологическая пластичность и происходит растрескивание боковых кромок при холодной прокатке, что в свою очередь делает невозможным изготовление широких листов. Горячая и холодная прокатка в одном направлении по отношению к оси слитка не обеспечивает необходимой кристаллографической текстуры и полигонизованной структуры после окончательной обработки и поэтому сохраняется анизотропия свойств.

Таким образом, изготовление листов предложенным способом обеспечивает получение развитой полигонизованной структуры с определенной кристаллографической текстурой в листах, что приводит к существенному снижению анизотропии свойств при высоких характеристиках вязкости разрушения и сохранении высокой прочности.

Высокая технологическая пластичность и возможность осуществления поперечной прокатки с достаточной степенью деформации на каждом этапе без образования трещин на боковых кромках позволяет получать крупногабаритные листы шириной до 3000 мм с необходимым уровнем свойств и минимальной анизотропией для обшивки фюзеляжа аэробусов нового поколения, рассчитанных на 600-800 пассажиров.

Способ изготовления листов из алюминиевых сплавов включает гомогенизацию, охлаждение со скоростью 5-50°С/ч до 100-150°С, нагрев до температуры горячей прокатки 360-450°С, горячую прокатку, отжиг горячекатаной заготовки, перед холодной прокаткой листовую заготовку отжигают при температуре наименьшей устойчивости в течение 1-6 ч и охлаждают со скоростью 20-750°С до температуры 100-150°С, холодную прокатку и окончательную термообработку, причем горячую и холодную прокатку осуществляют в один или несколько этапов, при этом прокатка проводится в продольном и/или поперечном направлении по отношению к оси слитка, а холодную прокатку проводят со степенью деформации 15-40%.Окончательная термическая обработка включает обработку на твердый раствор при 450-540°С с последующим охлаждением со скоростью 0,3-1000°С/с до температуры 20-40°С и искусственному старению либо отжигу при 280-395°С с последующим охлаждением со скоростью 20-750°С/с до 100-150°С. При горячей прокатке в несколько этапов перед каждым этапом листы нагревают до 360-450°С. Способ позволяет повысить вязкость разрушения и уменьшить анизотропию свойств при сохранении высокой прочности широких(до 3000 мм) листов, используемых в авиакосмической технике и судостроении. 4 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Способ изготовления листов из алюминиевых сплавов, включающий гомогенизацию, горячую прокатку, отжиг горячекатаной заготовки, холодную прокатку и окончательную термическую обработку, отличающийся тем, что после гомогенизации слитки охлаждают со скоростью 5 - 50^oC/ч до 100 - 150^oC и нагревают до температуры горячей прокатки 360 - 450^oC, перед холодной прокаткой листовую заготовку отжигают при температуре минимальной устойчивости пересыщенного твердого раствора в течение 1 - 6 ч и охлаждают со скоростью 20 - 750^oC/ч до 100 - 150^oC, причем горячую и холодную прокатку осуществляют в один или несколько этапов, при этом прокатка проводится в продольном и/или в поперечном направлении по отношению к оси слитка. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед вторым и каждым последующим этапом горячей прокатки листы нагревают до 360 - 450^oC. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что холодную прокатку проводят со степенью деформации 15 - 40% на каждом этапе. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что окончательная термическая обработка включает обработку на твердый раствор при 450 - 540^oC с последующим охлаждением со скоростью 0,3 - 1000^oC/с до 20 - 40^oC и искусственное старение. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что окончательная термическая обработка включает отжиг при 280 - 395^oC с последующим охлаждением со скоростью 20 - 750^oC/ч до 100 - 150^oC.