Патент на изобретение №2376397

(54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ

(57) Реферат:

Изобретение относится к авиационному и космическому материаловедению и может быть использовано для изготовления изделий авиационной, ракетокосмической техники и машиностроения – деталей управления и кресел, несущих деталей внутреннего набора: кронштейнов, качалок, штамповки и др. Литую заготовку нагревают и осуществляют двухступенчатую деформацию с охлаждением на воздухе. Вторую ступень деформации проводят в изотермических условиях при температуре на 50 – 100°С ниже температуры первой ступени со скоростью 4·10^-2-5·10^-1 с^-1 и с суммарной степенью деформации 65-85%. Между первой и второй ступенями деформации проводят термическую обработку при температуре 180-300°С в течение 1-12 часов. Получаемые деформируемые полуфабрикаты отличаются повышенными прочностными, пластическими и коррозионными свойствами при сохранении малой анизотропии, что способствует повышению ресурса, надежности конкретных изделий из этих полуфабрикатов, расширяет возможность их применения. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к области авиационного и космического материаловедения и может быть использовано при изготовлении деформированных полуфабрикатов из магниевых сплавов, предназначенных для изделий авиационной, ракетокосмической техники и машиностроения (детали управления, детали кресел, несущие детали внутреннего набора: кронштейны, качалки, штамповки и др.).

Известен способ обработки магниевых сплавов, включающий нагрев магниевого сплава до температуры 250-600°C, выдержку при этой температуре в течение (1-100) часов, охлаждение сплава до температур (0-100)°C; прессование сплава при температуре от 200 до 500°C со степенью вытяжки не менее 1:10, охлаждение деформированного полуфабриката со скоростью не менее 300°C/мин до температур (0-100)°C (Заявка US 2003/0140992).

Недостатком известного способа является его длительность, трудоемкость и небезопасность. Реализация известного способа представляет опасность, поскольку нагрев сплавов до рекомендуемого верхнего предела в 600°C может привести к оплавлению и даже воспламенению структурной составляющей сплавов – эвтектики, что не позволяет применять указанный способ во всех интервалах рекомендуемых технологических параметров для получения деформированных полуфабрикатов. Это значительно затрудняет изготовление из них качественных изделий, обладающих требуемыми прочностными и пластическими свойствами, ввиду опасности возможного пережога.

Известен способ обработки магниевых сплавов, включающий нагрев, ступенчатую деформацию и охлаждение, в котором нагрев проводят до 280-360°C, деформацию проводят, по крайней мере, с одним дополнительным переходом, при этом все переходы деформации проводят с одного нагрева непрерывно друг за другом со скоростью (2·10^-1-6·10^-2) с^-1 и суммарной степенью деформации 88-93%, а охлаждение осуществляют на воздухе (патент РФ 2148104).

К недостаткам этого способа следует отнести малый уровень предела текучести и значительную анизотропию прочностных свойств деформированных полуфабрикатов, что служит препятствием к изготовлению из них изделий, работающих в условиях действия нагрузки в поперечном направлении по отношению к волокну.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является способ обработки магниевых сплавов, включающий нагрев литой заготовки, ступенчатую деформацию и охлаждение на воздухе, в котором нагрев заготовки до 280-420°C проводят перед каждым переходом ступенчатой деформации, ступенчатую деформацию заготовки осуществляют с суммарной степенью деформации 94-99,5%, а после охлаждения заготовки на воздухе проводят окончательный нагрев до 370-420°C в изотермических условиях и окончательную деформацию со скоростью (1·10^-4-2·10^-2) с^-1 (патент РФ 2213800).

Основными недостатками прототипа являются:

– получение материала с недостаточно высокими характеристиками прочности и пластичности;

– невысокая коррозионная стойкость получаемых деформированных полуфабрикатов магниевых сплавов и изделий из них.

Технической задачей изобретения является разработка способа, позволяющего повысить прочность, пластичность и коррозионную стойкость деформированных полуфабрикатов из магниевых сплавов при сохранении малой анизотропии прочностных свойств (не более 10-11%).

Поставленная техническая задача достигается тем, что предложен способ обработки магниевых сплавов, включающий нагрев литой заготовки, двухступенчатую деформацию и охлаждение на воздухе, в котором вторую ступень деформации проводят в изотермических условиях при температуре на (50-100)°C ниже температуры первой ступени со скоростью 4·10^-2-5·10^-1 c^-1 и с суммарной степенью деформации 65-85%, а между первой и второй ступенями деформации проводят термическую обработку при температуре 180-300°C в течение 1-12 часов.

Первую ступень деформации проводят при температуре (370-450)°C в течение времени, необходимого для получения деформированной структуры.

Авторами установлено, что проведение термической обработки при температуре 180-300°C в течение 1-12 часов способствует формированию мелкозернистой и равноосной структуры с равномерно распределенными в объеме зерен упрочняющими высокодисперсными интерметаллическими фазами; проведение второй ступени деформации в изотермических условиях при температуре на (50-100)°C ниже, чем на первой ступени со скоростью 4·10^-2-5·10^-1 c^-1 с суммарной степенью деформации 65-85% дает возможность получить регламентированную мелкозернистую (d зерна 10 мкм) структуру магниевых сплавов с высокодисперсными включениями интерметаллидов, что в результате приводит к повышению прочности, пластичности и коррозионной стойкости деформированных заготовок, а также позволяет сохранить анизотропию прочностных свойств на уровне не более 10-11%.

Примеры осуществления

Пример 1

Литые заготовки из магниевого сплава МА14 нагревали до температуры первой ступени деформации – 370°C, проводили 3 обжатия за один нагрев, по результатам микроанализа определяли достижение полностью деформированной структуры в заготовках. Затем проводили термическую обработку (т/о) при температуре 180°C в течение 1 часа. После этого заготовки нагревали до температуры 320°C (на 50°C ниже, чем на 1-й стадии деформации) и проводили вторую ступень деформации (объемную штамповку) в изотермических условиях со скоростью 410^-2 c^-1 и с суммарной степенью деформации 65%.

Примеры 2-6 осуществляли аналогично Примеру 1, см. табл.

Примеры 7, 8. Способ-прототип

Литые заготовки из магниевых сплавов МА14, ВМД10 нагревали перед каждым переходом ступенчатой деформации, ступенчатую деформацию заготовки осуществляли с суммарной степенью деформации 94-99,5%, а после охлаждения заготовки на воздухе проводили окончательный нагрев до 370-420°C в изотермических условиях и окончательную деформацию со скоростью 1·10^-4 c^-1-2·10^-2.

В таблице приведены свойства деформированных методом объемной штамповки полуфабрикатов из магниевых сплавов по указанным режимам предлагаемого способа, а также изготовленных по способу-прототипу.

Предлагаемый способ обработки магниевых сплавов по сравнению со способом-прототипом, как это следует из анализа представленных в таблице результатов, имеет следующие преимущества:

– предел прочности деформированных полуфабрикатов из магниевых сплавов повышается на 15-20%;

– относительное удлинение стабильно выше 11%;

– общая коррозионная стойкость возрастает на 20-30%;

– сохраняется малая анизотропия прочностных свойств (не более 10-11%).

Получаемые по предлагаемому способу обработки деформируемые полуфабрикаты отличаются повышенными прочностными, пластичными и коррозионными свойствами при сохранении малой анизотропии, что способствует повышению ресурса, надежности конкретных изделий из этих полуфабрикатов, расширяет возможность их применения.

Таблица
Способ	Сплав	Деформация первой ступени	Термообра-ботка	Вторая ступень деформации (в изотермических условиях)	Свойства	Коэффици-ент анизотропии предела прочности
Условия нагрева	Т,°С	Условия деформации	Т, °C	Время, час.	Т,°C	Скорость, с-1	Суммар-ная степень, %	.	Vкорр.
МПа	г/м3 сут	%
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
Предлага-емый способ	МА14	Один нагрев	370	2 обжатия, последующий контроль микрострук-туры	180	1	320	4·10-2	65		23	11,3	10,2
410	4 обжатия, последующий контроль микрострук-туры	240	6	335	2·10-1	75		26	12,8	10,7
450	5 обжатий, последующий контроль микрострук-туры	300	12	350	5·10-1	85		28	12,5	7,1
Предлага-емый способ	ВМД10	Один нагрев	370	2 обжатия, последующий контроль микрострук-туры	180	1	320	4·10-2	66		18	12,4	8,5
410	4 обжатия, последующий контроль микрострук-туры	240	6	335	2·10-1	75		20	13,0	7,3
450	5 обжатий, последующий контроль микрострук-туры	300	12	350	5·10-1	85		21	13,8	10
Способ- прототип	МА14	нагрев перед каждым пере-ходом	280	Суммарная степень деформации 94-99,5%	Отсутст-вует	370	1·10-4÷ 2·10-2	–		33-35	7,5-9,2	10,6-14
ВМД10	420	420		25-26	10,5-11,0	10-11
*) в числителе приведены значения свойств в долевом направлении, в знаменателе – в поперечном направлении по отношению к волокну

Формула изобретения

1. Способ обработки магниевых сплавов, включающий нагрев литой заготовки, двухступенчатую деформацию и охлаждение на воздухе, отличающийся тем, что вторую ступень деформации проводят в изотермических условиях при температуре на 50-100°С ниже температуры первой ступени со скоростью 4·10^-2-5·10^-1 с^-1 и с суммарной степенью деформации 65-85%, а между первой и второй ступенями деформации проводят термическую обработку при температуре 180-300°С в течение 1-12 ч.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что первую ступень деформации проводят при температуре 370-450°С в течение времени, необходимого для получения деформированной структуры.