СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИСТОВ ИЗ СПЛАВА СИСТЕМЫ АЛЮМИНИЙ-МАГНИЙ-МАРГАНЕЦ Российский патент 2012 года по МПК C22F1/04 

Изобретение относится к области металлургии, преимущественно к термической обработке и обработке давлением металлов, и предназначено для изготовления сверхпластичных листов из алюминиевого сплава.

Одним из основных способов сверхпластического состояния в алюминиевых сплавах является достижение мелкозернистой структуры (И.И.Новиков, В.К.Портной «Сверхпластичность сплавов с ультрамелким зерном», 1981 г.).

В промышленности известен ряд способов изготовления алюминиевых сплавов с мелкозернистой структрой (патент Японии N 3100146 от 13.09.89, патент США N 4284437 от 18.08.81), в которых сплав разливают непрерывным способом в полосу толщиной 5-10 мм, отжигают и прокатывают вхолодную до конечного размера, затем проводят рекристаллизационный отжиг. Но ввиду сложности технологического процесса (литье полосы) и недостаточной степени деформации при холодной прокатке структура в подложках получается неоднородной с включениями крупных интерметаллидов (до 9 мкм) и достаточно большим размером зерна (20 мкм), что является неприемлемым для сверхпластической формовки.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому способу является патент РФ №2042736 от 27.08.1995, по которому в результате горячего прессования, горячей прокатки, холодной прокатки и рекристаллизационного отжига получают листы из алюминиевого сплава с размером частиц интерметаллидов не более 2 мкм и размером зерна не более 20 мкм. Однако такой технологический процесс не позволяет получить значения структурных характеристик, необходимых для сверхпластияческой формовки (размер зерна менее 10 мкм).

Технической задачей данного изобретения является получение листа из алюминиевого сплава с однородной мелкозернистой структурой и равномерным распределением дисперсных частиц интерметаллидов, детали из которого могут быть получены методом сверхпластической формовки. Для решения поставленной задачи предлагается следующая технология: расплав с температуры 800°С заливают в водоохлаждаемую изложницу (скорость охлаждения не менее 15 К/с), далее проводят гомогенизационный отжиг при температуре 480°С в течение 6 ч, подвергают горячей прокатке при температуре 430°C с суммарным обжатием 50%. Далее проводят холодную прокатку по следующей схеме: прокатка с обжатием 70%, промежуточный рекристаллизационный отжиг при температуре 510°С в течение 30 мин, прокатка с обжатием 70%. В результате последующего нагрева под сверхпластическую формовку формируется однородная ультрамелкозернистая структура (размер зерна менее 5 мкм), за счет равномерного распределения частиц интерметаллидов, содержащих совместно хром и марганец. Равномерность распределения частиц достигается за счет относительно быстрой кристализации расплава, а также тщательной проработки структуры в процессе горячей и холодной пластической деформации.

Пример

Сплав состава Al - 6,0-6,5 Mg - 0.2-0.6 Mn - 0,08-0,2 0Cr - 0,05-0,30 Fe был обработан следующим образом.

1. Для приготовления сплава использовался алюминий марки А7 или более чистый, магний Мг90, лигатуры, например « Al - 10 мас.% Мn», «Al - 5 мас.% Ti» и «Al - 10 мас.% Сr». Плавку вели в графито-шамотных тиглях с последовательным введением в расплавленный алюминий лигатур «Аl - 10% Сr»; «Аl - 10% Мn»; «Al - 5% Ti» и магния в чистом виде. Перед введением магния расплав доводили до температуры 780°С для более быстрого растворения и меньших потерь на угар во время последующего нагрева до 800°С. Для более полной гомогенизации расплава перед разливкой выдерживали его в течение 15 мин при 800°С. Температура разливки объясняется тем, что ниже 700°С из расплава выделяются первичные алюминиды хрома, что впоследствии снижает сверхпластические свойства материала.

Разливку расплава проводили на установке полунепрерывного литья со скоростями охлаждения не менее 15 К/с. Меньшие скорости охлаждения могут привести к обеднению алюминиевого твердого раствора из-за выделения первичных кристаллов.

Следующим этапом технологического процесса является гомогенизирующий отжиг слитков. Гомогенизацию проводили при 480°С в течение 6 ч. При таком режиме полностью успевает пройти гомогенизация слитков и образование дисперсоидов. После гомогенизации слитки следует обработать для удаления поверхностных дефектов и отрезать усадочную раковину.

Горячую прокатку проводили при 430±5°C с суммарным обжатием 50%.

Холодную прокатку проводили с суммарным обжатием 70%.

Рекристаллизационный отжиг при 510°С проводили в течение 30 мин.

Заключительную холодную прокатку проводили с суммарным обжатием 70%.

Оценку твердости готовых листов проводили по методу Виккерса на твердомере ИТ 5010 (ГОСТ 23677-79). Твердость листа оказалась 168±5 HV, что впоследствии гарантировало формирование микрозеренной структуры при нагреве листов в течение 20 мин до температуры сверхпластической деформации.

Данный режим обеспечил получение структуры с размером зерна 5 мкм, что в отличие от наиболее схожей технологии позволяет осуществлять сверхпластическую формовку листов, что подтверждает тот факт, что максимальное удлинение до разрыва, полученное при испытаниях с постоянной максимальной скоростью деформации (1·10^-2 с^-1) при температуре 500°С, составило 320%.

Изобретение предназначено для оптимизации технологии получения листов из сплава Al-Mg-Mn, предназначенных для сверхпластической формовки. Возможность усложнения геометрической формы изделий за счет увеличения относительного удлинения при высокотемпературной деформации с повышенными скоростями обеспечивается за счет того, что расплав с температуры 800°С заливают в водоохлаждаемую изложницу, кристаллизацию проводят со скоростью охлаждения не менее 15 К/с, далее проводят гомогенизационный отжиг при температуре 480°C в течение 6 ч, подвергают горячей прокатке при температуре 430°C с суммарным обжатием 50%, проводят холодную прокатку по следующей схеме: прокатка с обжатием 70%, промежуточный рекристаллизационный отжиг при температуре 510°С в течение 30 мин, прокатка с обжатием 70%. Полученный лист имеет δ_т=320%, σ=17 МПа при температуре 500°С и скорости деформации 10^-2 с^-1. 1 пр.

Способ изготовления листов из сплава системы алюминий-магний-марганец, пригодных для сверхпластической формовки деталей сложной формы, включающий кристаллизацию слитков со скоростью не менее 15 К/с с температурой разливки не менее 800°С, гомогенизацию, совмещенную с гетерогенизационным отжигом при температуре 480°С в течение 6 ч, горячую прокатку при температуре 430°C с суммарным обжатием 50%, предварительную холодную прокатку с обжатием 70%, промежуточный отжиг при температуре 510°С в течение 30 мин и окончательную холодную прокатку с обжатием 70%.