Патент на изобретение №2235800
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПОЛУФАБРИКАТОВ ИЗ ВЫСОКОПРОЧНОГО АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА И ИЗДЕЛИЯ, ВЫПОЛНЕННЫЕ ИЗ ЭТИХ ПОЛУФАБРИКАТОВ
(57) Реферат:
Изобретение относится к области металлургии алюминиевых сплавов, а именно к способу термической обработки длинномерных полуфабрикатов из высокопрочных и особо прочных термически упрочняемых сплавов системы Al-Zn-Mg-Cu особенно с добавкой циркония, используемых в качестве конструкционного материала для основных силовых элементов планера самолетов, ракетной техники, а также в транспортном и приборном машиностроении. Предложенный способ включает закалку и трехступенчатое старение, при котором на первой и третьей ступенях осуществляют низкотемпературный нагрев при 100-140 Изобретение относится к области металлургии алюминиевых сплавов, а именно к способу термической обработки длинномерных полуфабрикатов из высокопрочных и особопрочных термически упрочняемых сплавов системы Al-Zn-Mg-Cu, особенно с добавкой Zr, используемых в качестве конструкционного материала для основных силовых элементов планера самолетов, ракетной техники, а также в транспортном и приборном машиностроении. Известно, что максимальная прочность этих сплавов обеспечивается в результате закалки и искусственного старения по низкотемпературным (120-140 Для кардинального повышения стойкости к КР и РСК при некотором улучшении характеристик трещиностойкости и, как следствие, с целью повышения эксплуатационной надежности и ресурса конструкций, для сплавов системы Al-Zn-Mg-Cu широко применяются двух- (и даже трех-) ступенчатые режимы коагуляционного смягчающего старения Т2 и Т3 (Т76, Т73, T74) [Промышленные алюминиевые сплавы. Справочник под ред. И.Н.Фридляндера, М.: Металлургия, 1984 с.125, 145-151; Aluminum Standards and Data, Aluminum Association, USA, 1998, p.3.15-3.17]. Они включают первую низкотемпературную (100-125 Однако прочностные характеристики в состояниях Т2 и Т3 на 7-15% ниже, чем в состоянии Т1, что не позволяет реализовать в полной мере весовую эффективность изделий, например обшивки и стрингеры крыла, от использования высокопрочных и особенно особопрочных сплавов с добавкой Zr в современных конструкциях. Наиболее близким по своему техническому решению и назначению к предлагаемому изобретению является способ термической обработки полуфабрикатов из высокопрочного алюминиевого сплава системы Al-Zn-Mg-Cu, включающий закалку и трехступенчатое старение. Искусственное старение включает: 1) I – ступень – нагрев до одной или более температур в пределах 79-163 2) II – ступень – нагрев для совокупного температурно-временного эффекта внутри интервала 170-260 3) III – нагрев до одной или более температур в пределах 79-163 Недостатком этого способа является повышенное коробление полуфабрикатов, особенно длинномерных, недостаточный уровень их прочностных свойств и технологической пластичности, что приводит к нестабильности размеров и свойств полуфабрикатов и изделий, полученных из них. Технической задачей настоящего изобретения является разработка режимов термической обработки полуфабрикатов, преимущественно длинномерных (плит, листов, прессованных) из высокопрочных и особопрочных сплавов системы Al-Zn-Mg-Cu, особенно с добавкой Zr, позволяющих получать изделия из них со стабильно высокими прочностными свойствами и достаточным уровнем сопротивления РСК и КР при обеспечении минимального коробления после закалки и предлагаемого процесса термической обработки. Для достижения поставленной задачи предложен способ термической обработки полуфабрикатов из высокопрочного алюминиевого сплава системы Al-Zn-Mg-Cu, включающий закалку и трехступенчатое старение, при котором на первой и третьей ступенях осуществляют низкотемпературный нагрев при 100-140 Предложено изделие, которое изготовлено данным способом и выполнено из полуфабриката со стабильными размерами и улучшенными прочностными и коррозионными свойствами. Умеренная степень предварительной пластической деформации (до 2,5%) после закалки ограничивает в процессе низкотемпературного старения на первой ступени гетерогенное зарождение крупных метастабильных фаз М’ на дислокациях, введенных деформацией, и ограничивает уменьшение количества растворенных легирующих элементов, участвующих в гомогенном однородном распаде твердого раствора с образование преимущественно зон ГП и некоторого количества мелких фаз М’, образовавшихся на зонах. В результате на второй ступени в процессе высокотемпературного нагрева происходит более полный возврат – растворение упрочняющих выделений внутри зерна, а не их рост и переход в стабильные фазы М на второй и третьей ступенях старения, что вызывает уменьшение прочностных свойств. На второй ступени происходит также дальнейший распад и формирование необходимой структуры выделений стабильных фаз по границам зерен для повышения стойкости к РСК и КР. Одновременно пластическая деформация при растяжении установленной величины до 2,5% достаточна для уменьшения коробления и основной доли остаточных напряжений, возникающих в результате резкого охлаждения при закалке. Регламентированное быстрое охлаждение (>1 Окончательное растяжение до 1,5% после второй высокотемпературной ступени старения уменьшает коробление, приводит к дополнительному приросту предела текучести. Применение высокой степени одноразовой, предварительной деформации растяжением после закалки, без окончательной деформации после второй ступени термообработки, недостаточно снижает коробление и огрубляет внутризеренные выделения фазы М’, что не позволяет получать стабильно высокие прочностные свойства и геометрические параметры полуфабрикатов. Перерыв после закалки и после второй высокотемпературной ступени старения перед проведением деформации растяжением не превышает 3-х час. Ограничение перерыва перед процессом растяжения предотвращает вероятность распада пересыщенного твердого раствора и, соответственно, облегчает проведение растяжения. Пример осуществления В условиях опытно-промышленного производства были изготовлены прессованием полосы габаритами 15-20 Режимы термической обработки полуфабрикатов по предлагаемому и известному способам приведены в таблице 1, где пример 1-3 – предлагаемый, 4 – прототип. Механические свойства при растяжении определяли на круглых образцах с диаметром рабочей части d0=5 мм, вырезанных из центральной части сечения полос. Оценку коррозионной стойкости (РСК, КР) производили по измерению удельной электрической проводимости вихретоковым методом на поверхности после фрезерования 10% толщины сечения. Сопротивление расслаивающей коррозии изучали также прямыми испытаниями плоских образцов размером 5 Коробление оценивали по максимальному отклонению полос от горизонтальной плоскости на базе L0=1500 мм после их одностороннего фрезерования на 10%. Структуру распада твердого раствора изучали в электронном просвечивающем микроскопе JEM200CX и Tesla BS540. В таблице 2 представлены характеристики, полученные по предлагаемому и известному способам. Как видно из полученных и представленных результатов, предложенный способ термической обработки полуфабрикатов позволяет поднять прочностные свойства, особенно предел текучести (до 25 МПа), и стабилизировать их, существенно снизить коробление и, соответственно, обеспечить стабильность размеров изделий при обеспечении повышенного сопротивления расслаивающей коррозии. Предложенный способ термической обработки полуфабрикатов из высокопрочного сплава обеспечивает повышение весовой эффективности и ресурса эксплуатации изделий. Способ рекомендуется для производства катаных (листов, плит) и прессованных (профилей, полос, панелей и др.) полуфабрикатов, особенно длинномерных из крупных слитков. Полуфабрикаты, полученные предложенным способом, предназначены для основных силовых элементов планера самолета (обшивки и стрингеры крыла, силовые балки фюзеляжа и др.), ракетной техники и других изделий. Формула изобретения
1. Способ термической обработки полуфабрикатов из высокопрочного алюминиевого сплава системы Al-Zn-Mg-Cu, включающий закалку и трехступенчатое старение, при котором на первой и третьей ступенях осуществляют низкотемпературный нагрев при 100-140 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после второй ступени старения проводят охлаждение со скоростью v>1 3. Изделие из высокопрочного алюминиевого сплава, отличающееся тем, что оно выполнено из полуфабриката, полученного способом по п.1 или 2. |
||||||||||||||||||||||||||