способ получения деформированной заготовки из алюминиевого сплава системы алюминий-магний-марганец-скандий-цирконий

Формула изобретения

Способ получения деформированной заготовки из алюминиевого сплава системы алюминий-магний-марганец-скандий-цирконий, включающий перегрев расплава, отливку слитка, отжиг слитка, получение из слитка заготовки, деформацию полученной из слитка заготовки равноканальным угловым прессованием при угле пересечения каналов 90°, отличающийся тем, что перегрев расплава осуществляют до температуры 760-800°С с выдержкой 0,5-1,0 ч, отливку слитка проводят методом непрерывного литья в кристаллизатор скольжения, отжиг слитка проводят при температуре 360-380°С в течение 3-8 ч, из слитка получают заготовку прямоугольного сечения, квадратную в плане, с отношением толщины к ширине от 0,17 до 0,33, деформацию заготовки равноканальным угловым прессованием проводят при температуре 305-325°С с числом проходов от 8 до 10, что соответствует истинной деформации от 8 до 10, с противодавлением, равным 40-50% от приложенного давления, и поворотом заготовки после каждого прохода на 90° относительно оси, перпендикулярной большей грани заготовки и проходящей через центр заготовки, после деформации заготовки равноканальным угловым прессованием проводят холодную прокатку с суммарным обжатием 75-80% или холодную прокатку с суммарным обжатием 80-95% и последующим отжигом при температуре 305-335°С в течение 0,5-1,0 ч с охлаждением до комнатной температуры со скоростью 15-35°С/ч.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам получения деформированных заготовок из алюминиевых сплавов системы алюминий - магний - марганец - скандий - цирконий (Al-Mg-Mn-Sc-Zr), применяемых в качестве конструкционного материала.

Известен способ получения деформированных заготовок в виде листов из алюминиевого сплава системы Al-Mg-Mn-Sc-Zr, содержащего в среднем, мас.%, 6 Mg - 0,35 Mn - 0,25 Sc - 0,1 Zr, включающий отливку слитков прямоугольного сечения непрерывным методом в кристаллизатор скольжения, гомогенизацию при 375-390°С в течение 10 часов, горячую прокатку при 390° - 420°С, холодную прокатку с суммарным обжатием 45% с последующим отжигом листов при температуре 310-330°С, 1-2 ч с охлаждением со скоростью 15-30°С/ч (Л.Г.Березин, П.П.Петруньков. Разработка технологии изготовления листов из сплава 01570 шириной 2000-2500 мм. Технология легких сплавов. 1991, № 1. С.32-37). Основным недостатком этого способа является то, что полученные этим способом холоднокатаные листовые заготовки обладают низкой технологической пластичностью - относительное удлинение (5) после холодной прокатки с суммарным обжатием 45% составляет 4-6% и дальнейшая прокатка становится невозможной из-за появления трещин.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является способ получения

деформированных заготовок из алюминиевого сплава системы Al-Mg-Mn-Sc-Zr, включающий:

- перегрев расплава до 820°С;

- отливку слитка в изложницу со скоростью охлаждения металла в интервале температур кристаллизации около 10² град/с, обеспечивающей фиксацию переходных металлов - марганца, скандия и циркония в пересыщенном твердом растворе;

- отжиг слитка при 350°С, 2 ч;

- получение из слитка заготовки квадратного сечения;

- деформацию равноканальным угловым прессованием (РКУ-прессованием) при температуре 300°С при угле пересечения каналов 90° с шестью проходами, что соответствует истинной деформации 6,8 (С.В.Добаткин, В.В.Захаров, Ю.Эстрин, Т.Д.Ростова, О.Г.Уколова, А.В.Чиркова. Повышение прочности и пластичности Al-Mg-Mn-сплавов, легированных цирконием и скандием, при равноканальном угловом прессовании. Технология легких сплавов. 2009. № 3. С.46-59).

Главным недостатком этого способа является то, что деформированные заготовки из сплавов системы Al-Mg-Mn-Sc-Zr, полученные этим способом, имеют невысокие прочностные свойства.

Задачей настоящего предлагаемого изобретения является получение деформированной заготовки из алюминиевого сплава системы Al-Mg-Mn-Sc-Zr с повышенными прочностными свойствами.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе получения деформированной заготовки из алюминиевого сплава системы Al-Mg-Mn-Sc-Zr, включающем перегрев расплава, отливку слитка, отжиг слитка, получение из слитка заготовки, деформацию полученной из слитка заготовки РКУ-прессованием при угле пересечения каналов 90°, перегрев расплава производят до температуры 760-800°С и выдерживают при этой температуре 0,5-1 ч, слиток отливают методом непрерывного литья в кристаллизатор скольжения, отжиг слитка производят при температуре 360-380°С в течение 3-8 ч, получают из слитка заготовку прямоугольного сечения квадратную в плане с отношением толщины к ширине от 0,17 до 0,33, деформацию полученной из слитка заготовки осуществляют при температуре 305-325°С с числом проходов от 8 до 10, что соответствует истинной деформации от 8 до 10, с противодавлением, равным 40-50% от приложенного давления, и поворотом заготовки после каждого прохода на 90° относительно оси, перпендикулярной большей грани заготовки и проходящей через центр заготовки, затем заготовку подвергают холодной прокатке с суммарным обжатием 75-80% или холодной прокатке с суммарным обжатием 80-95% и последующему отжигу при температуре 305-335°С в течение 0,5-1 ч с охлаждением до комнатной температуры со скоростью 15-35°С/ч.

Предлагаемый способ отличается от известного тем, что перегрев расплава осуществляют до температуры 760-800°С с выдержкой 0,5-1 ч, отливку слитка проводят методом непрерывного литья в кристаллизатор скольжения, отжиг слитка проводят при температуре 360-380°С в течение 3-8 ч, из слитка получают заготовку прямоугольного сечения квадратную в плане с отношением толщины к ширине от 0,17 до 0,33, деформацию заготовки равноканальным угловым прессованием проводят при температуре 305-325°С с числом проходов от 8 до 10, что соответствует истинной деформации от 8 до 10, с противодавлением, равным 40-50% от приложенного давления, и поворотом заготовки после каждого прохода на 90° относительно оси, перпендикулярной большей грани заготовки и проходящей через центр заготовки, после деформации заготовки равноканальным угловым прессованием проводят холодную прокатку с суммарным обжатием 75-80% или холодную прокатку с суммарным обжатием 80-95% и последующим отжигом при температуре 305-335°С в течение 0,5-1 ч с охлаждением до комнатной температуры со скоростью 15-35°С/ч.

Технический результат - получение деформированной заготовки с повышенными прочностными свойствами при сохранении технологической пластичности.

При выдержке в течение 0,5-1 ч перегретого до 760-800°С расплава повышается степень его гомогенности за счет растворения первичных интерметаллидов, входящих в состав компонентов шихты. При отливке слитка методом непрерывного литья в кристаллизатор скольжения, предусматривающим обязательное интенсивное охлаждение слитка водой, обеспечивается скорость охлаждения металла в интервале температур кристаллизации, позволяющая зафиксировать Mn, Sc, Zr в пересыщенном твердом растворе, который распадается при отжиге слитка при 360-380°С в течение 3-8 ч с образованием дисперсных вторичных выделений фаз Al₃(Sc,Zr) и Al₆ Mn, оказывающих упрочняющее действие. При РКУ-прессовании при угле пересечения каналов 90° полученной из слитка заготовки прямоугольного сечения квадратной в плане с отношением толщины к ширине от 0,17 до 0,33 при температуре 305-325°С с числом проходов от 8 до 10 с противодавлением, равным 40-50% от приложенного давления, и поворотом заготовки после каждого прохода на 90° относительно оси, перпендикулярной большой грани заготовки и проходящей через центр заготовки, происходит одновременный рост прочностных и пластических свойств за счет измельчения зеренной структуры до величины зерен 500-1000 нм и повышения доли высокоугловых границ примерно до 60%. При холодной прокатке продеформированной РКУ-прессованием заготовки с суммарным обжатием 75-80% происходит упрочнение сплава за счет повышения плотности дислокации и формирования субзеренной структуры, при этом относительное удлинение сохраняется на достаточно высоком уровне за счет накопленного в процессе РКУ-прессования запаса пластичности. При холодной прокатке продеформированной РКУ-прессованием заготовки с суммарным обжатием 80-95% происходит дальнейшее упрочнение заготовки, сопровождающееся снижением пластичности. При выдержке холоднокатаной заготовки в течение 0,5-1 ч при температуре отжига 305-335°С и последующем медленном охлаждении со скоростью 15-35°С/ч с температуры отжига до комнатной происходит рост субзерен, в результате чего повышается пластичность, при этом прочность металла остается на высоком уровне.

Пример осуществления способа с использованием в качестве шихтовых материалов алюминия, магния и лигатур Al-Mn, Al-Sc и Al-Zr готовили расплав сплава системы Al-Mg-Mn-Sc-Zr, содержащего, мас.%, 4,75 Mg - 0,32 Mn - 0,22 Sc - 0,1 Zr. Перед отливкой слитка расплав перегревали до 780°С и выдерживали при этой температуре 1 ч. Затем методом непрерывного литья в кристаллизатор скольжения отливали слиток прямоугольного сечения, который подвергали отжигу при 370°С в течение 8 ч. Из отожженного слитка вырезали заготовки прямоугольного сечения квадратные в плане с размером сечения 34×152 мм, что соответствовало отношению толщины заготовки к ее ширине, равному 0,22, и размером в плане 152×152 мм, которые подвергли РКУ-прессованию при угле пересечения каналов 90° при 310°С за 10 проходов давлением 12 кгс/мм ² с противодавлением, равным 6 кгс/мм², что составляло 50% от приложенного давления, и поворотом заготовки после каждого прохода на 90° относительно оси, перпендикулярной большой грани заготовки с размером 152×152 мм и проходящей через ее центр, после чего одну из заготовок, продеформированных РКУ-прессованием, подвергли холодной прокатке до толщины 7 мм, суммарное обжатие при этом составляло 79,4% (вариант 1). Вторую заготовку, продеформированную РКУ-прессованием по тому же режиму, что и первая, подвергли холодной прокатке до толщины 4 мм, суммарное обжатие при этом составляло 88,2%, затем ее отожгли при 320°С в течение 0,7 ч и охладили со скоростью 30°С/ч до комнатной температуры (вариант 2). Деформированные заготовки, полученные по двум вариантам (вариант 1 и вариант 2), испытывали на растяжение на стандартных образцах с определением _в, _0,2, и . Также испытывали деформированную заготовку из этого же сплава, полученную по известному способу. Результаты испытаний приведены в таблице.

Из таблицы видно, что производство деформированных заготовок из алюминиевых сплавов системы Al-Mg-Mn-Sc-Zr по предлагаемому способу (вариант 1) позволяет повысить прочностные свойства деформированных заготовок (предел прочности в 1,1 раза, предел текучести примерно в 1,4 раза) при сохранении пластичности. При производстве деформированных заготовок по предлагаемому способу (вариант 2) повышаются их прочностные свойства (предел текучести в 1,1 раза), одновременно с этим повышается также пластичность заготовки.

Реализация предлагаемого способа в промышленном производстве позволит повысить прочностные свойства, а также технологическую пластичность деформированных заготовок из алюминиевых сплавов системы Al-Mg-Mn-Sc-Zr, используемых в качестве конструкционного материала для изделий космической техники, а также в других отраслях промышленности с соответствующим улучшением массогабаритных характеристик конструкций.

Например, в ракетостроении применение предлагаемого способа позволит заменить дорогие крупногабаритные массивные детали, типа обечайки, получаемые ковкой и раскаткой, на легкие, сваренные из листа конструкции. Это позволит существенно облегчить ракету и удешевить производство ракетоносителя. Поскольку большинство производимых в настоящее время ракет используется для запуска искусственных спутников земли, это позволит увеличить массу выводимого на орбиту груза и уменьшить стоимость вывода 1 кг полезного груза на орбиту.

Таблица
Способ получения деформированной заготовки	Механические свойства деформированной заготовки
Предел прочности, в, кгс/мм2	Предел текучести, 0,2 кгс/мм2	Относительное удлинение, , %
Предлагаемый, вариант 1	479	446	17
Предлагаемый, вариант 2	451	358	19
Известный	430	325	17