Способ изготовления изделий из алюминиевых сплавов, содержащих литий
Изобретение относится к области металлургии. Способ изготовления изделий из алюминиевых сплавов, содержащих литий и медь, включает ступенчатый гомогенизационный отжиг по режиму: нагрев до температуры на 10-40oС выше температуры минимальной устойчивости твердого раствора в области фазы T2 (Al6CuLi3), выдержка в течение 3-30 ч, охлаждение со скоростью 3-60°С/ч до температуры на 20-40°С ниже температуры минимальной устойчивости твердого раствора в области фазы T2 (Al6CuLi3), выдержка 1-10 ч, охлаждение до комнатной температуры, нагрев до 320-425°С, выдержка в течение 0,25-10 ч с последующей горячей деформацией, после чего проводят закалку, правку и старение. Способ позволяет повысить надежность изделий при их работе в конструкциях. 4 з.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при изготовлении полуфабрикатов, изделий из алюминиево-литиевых сплавов в качестве конструкционных материалов в изделиях новой техники.
Известен способ изготовления полуфабрикатов из сплавов системы AI-Mg-Li, AI-Cu-Li и AI-Li-Cu-Mg, включающий гомогенизационный отжиг слитков, горячую прокатку, закалку, правку и старение (Производство полуфабрикатов из алюминиевых сплавов. Металлургиздат, 1985 г., с.13- 32). Недостатком этого способа является низкая технологическая пластичность из-за значительной анизотропии механических свойств, в частности относительного удлинения в долевом и поперечном направлениях относительно направления волокна полуфабриката. Это влечет за собой низкую надежность получаемых изделий при работе. Известен способ изготовления изделий из алюминиево-литиевых сплавов, включающий ступенчатый гомогенизационный отжиг слитков, горячую прокатку, закалку, правку и старение (патент РФ N 1697449, C 22 F 1/04, 1990). Наиболее близким к заявленному изобретению является способ изготовления полуфабрикатов из сплавов системы Al-Cu-Mg-Li, включающий получение слитков, гомогенизацию, горячую деформацию, которую начинают при 360-450oC и заканчивают при 260-350oC, закалку, правку растяжением со степенью 3,5-5,5% и старение (RU, 1769550 С (Научно-производственное объединение "Всероссийский институт авиационных материалов), 15.08.94, С 22 F 1/057). Недостатком этого способа является низкая технологическая пластичность из-за большой анизотропии механических свойств. Это не позволяет получать изделия с высокой надежностью в работе. Предлагаемый способ изготовления изделий из алюминиевых сплавов, содержащих литий и медь, включает ступенчатый гомогенизационный отжиг слитка: нагрев до температуры на 10 - 40oC выше температуры минимальной устойчивости твердого раствора в области фазы T2 (Al6CuLi3), выдержка при этой температуре 3 - 30 часов, охлаждение со скоростью 3 - 60oC/ч до температуры на 20 - 40oC ниже температуры минимальной устойчивости твердого раствора в области фазы T2 (Al6CuLi3), выдержка при этой температуре 1 - 10 ч, охлаждение до комнатной температуры, нагрев до температуры 320 - 425oC, выдержка при этой температуре 0,25-10 ч последующей горячей деформацией. Правку проводят растяжением, сжатием или изгибом со степенью деформации 0,2 - 6%. Горячую деформацию проводят прокаткой, прессованием или свободной ковкой. Технический результат - повышение технологической пластичности за счет уменьшения анизотропии относительного удлинения, что повышает надежность получаемых изделий в работе. Предлагаемая последовательность операций и их режимы позволяют создать центры для равномерного выделения, содержащих литий фаз в литой структуре (такими центрами являются выделившиеся дисперсоиды, содержащие переходные металлы), снизить концентрацию лития в твердом растворе за счет выделения содержащих литий фаз в центре зерна, что приводит к изменению характера распада твердого раствора в приграничных областях, сопровождающегося уменьшением ширины зоны, свободной от выделений -фазы (Al3Li). При этом уменьшается и объемная доля выделений фазы T1 по границам зерен, что приводит к повышению технологической пластичности за счет уменьшения анизотропии относительного удлинения и повышению надежности (нетртто/0,2). При технологии изготовления изделий с режимом ниже предлагаемых происходит высокое пересыщение твердого раствора литием, происходит неоднородный распад твердого раствора по зерну, что приводит к увеличению ширины зоны, свободной от выделений -фазы (Al3Li), и возрастанию чувствительности материала к сосредоточенной деформации при правке. Последующее искусственное старение усугубляет картину, в результате чего анизотропия относительного удлинения возрастает, снижается надежность (нетртто/0,2). При технологии изготовления изделий с режимами выше предлагаемых происходит растворение T2-фазы (Al6CuLi3), при этом T1-фаза (Al2CuLi) выделяется по границам зерен, что снижает технологическую пластичность из-за повышаемой анизотропии относительного удлинения. Пример 1 Слиток из сплава 1460 (система AI-Cu-Li) нагревали до температуры 540oC, что на 40oC выше температуры минимальной устойчивости твердого раствора в области фазы T2 (Al6CuLi3) - 500oC,. выдерживали при этой температуре 30 ч, охлаждали со скоростью 60oC/ч до температуры 480oC, что на 20oC ниже температуры минимальной устойчивости твердого раствора в области T2-фазы (Al6CuLi3) - 500oC, выдерживали при этой температуре 10 ч, охлаждали с печью до комнатной температуры. Затем производили нагрев до температуры 425oC,. выдерживали при этой температуре 10 ч и вели горячую прокатку на лист толщиной 6 мм. Затем листы закаливали по режиму: нагрев до 540oC, выдерживали при этой температуре 30 мин и охлаждали в воде. После этого листы правили растяжением со степенью деформации 3%. Старили по режиму: нагрев до температуры 150oC с выдержкой при этой температуре 20 ч. Пример 2 Слиток из сплава 1460 (система AI-Cu-Li) нагревали до температуры 510oC, что на 10oC выше температуры минимальной устойчивости твердого раствора в области фазы T2 (Al6CuLi3) - 500oC, выдерживали при этой температуре 3 ч, охлаждали со скоростью 3oC/ч до температуры 460oC, что на 40oC ниже температуры минимальной устойчивости твердого раствора в области T2-фазы (Al6CuLi3) - 500oC, выдерживали при этой температуре 1 ч, после чего охлаждали на воздухе до комнатной температуры. Затем нагревали до температуры 320oC и выдерживали при этой температуре 0,25 ч, вели горячую прокатку на плиту толщиной 20 мм. Закаливали по режиму: нагрев до температуры 540oC с последующей выдержкой при этой температуре 1 ч и охлаждали в воде. Вели правку изгибом со степенью деформации 6%. Старение проводили по режиму: нагрев до температуры 150oC с выдержкой 20 ч. Пример 3 Слиток из сплава 1460 (система AI-Cu-Li) нагревали до температуры 530oC, что на 30oC выше температуры минимальной устойчивости твердого раствора в области фазы T2 (Al6CuLi3) - 500oC, выдерживали при этой температуре 20 ч, охлаждали с печью со скоростью 30oC/ч до температуры 470oC, что на 30oC ниже температуры минимальной устойчивости твердого раствора в области фазы T2 (Al6CuLi3) - 500oC и выдерживали 5 ч, охлаждали с печью до комнатной температуры. Затем нагревали до температуры 400oC и выдерживали 5 ч. После чего вели горячую прокатку на лист толщиной 6 мм. Листы закаливали по режиму: нагрев до температуры 540oC с выдержкой при этой температуре 0,5 ч и охлаждали на воздухе под вентилятором до комнатной температуры. Затем вели правку растяжением со степенью деформации 3%. Старение производили по режиму: нагрев до температуры 150oC с выдержкой при этой температуре 20 ч. Пример 4 Слиток из сплава 1470 (система AI-Li-Cu-Mg) нагревали до температуры 510oC, что на 40oC выше температуры минимальной устойчивости твердого раствора в области фазы T2 (Al6CuLi3) - 470oC, выдерживали при этой температуре 30 ч и охлаждали с печью со скоростью 60oC/ч до температуры 430oC, что на 40oC ниже температуры минимальной устойчивости твердого раствора в области фазы T2 (Al6CuLi3) - 470oC, выдерживали при этой температуре 10 ч и охлаждали с печью до комнатной температуры. Нагревали до температуры 425oC с выдержкой при этой температуре 10 ч и вели горячее прессование на полосу сечением 10х100 мм. Полосы закаливали по режиму: нагрев до температуры 495oС с выдержкой при этой температуре 0,5 ч охлаждали в воде. Вели правку изгибом со степенью деформации 4%. Старение проводили по режиму: нагрев до температуры 170oC с выдержкой при этой температуре 12 ч. Пример 5 Слиток из сплава 1470 (система AI-Li- Cu-Mg) нагревали до температуры 490oC, что на 20oC выше температуры минимальной устойчивости твердого раствора в области фазы T2 (Al6CuLi3) - 470oC, выдерживали при этой температуре 20 ч и охлаждали с печью со скоростью 30oC/ч до температуры 450oC, что на 20oC ниже температуры минимальной устойчивости твердого раствора в области фазы T2 (Al6CuLi3) - 470oC, выдерживали при этой температуре 1 ч, охлаждали на воздухе до комнатной температуры, нагревали до 400oC с выдержкой при этой температуре 6 ч. Подвергали ковке на поковку сечением 100х300 мм. Закаливали с охлаждением на воздухе под вентилятором. Правили сжатием со степенью деформации 0,2%. Затем подвергали старению по режиму: нагрев до температуры 170oC с выдержкой при этой температуре 3 ч, нагрев до температуры 205oC с выдержкой при этой температуре 2 ч. Пример 6 Слиток из сплава 1460 (система Al-Cu-Li) нагревали до температуры 545oC, что на 45oC выше температуры минимальной устойчивости твердого раствора в области фазы T2 (Al6CuLi3) - 500oC, выдерживали при этой температуре 35 ч, охлаждали с печью со скоростью 65oC/ч до температуры 495oC, что на 5oC ниже температуры минимальной устойчивости твердого раствора в области фазы T2 (Al6CuLi3) с выдержкой при этой температуре 12 ч. Охлаждали до комнатной температуры. После этого нагревали до температуры 430oC с выдержкой при этой температуре 12 ч и вели свободную ковку. Поковки закаливали по режиму: нагрев до температуры 535oC с выдержкой при этой температуре 2 ч, охлаждали водой. Поковки правили сжатием со степенью деформации 6,5%. Старение производили по режиму: нагрев до температуры 150oC с выдержкой при этой температуре 20 ч. Пример 7 Слиток из сплава 1460 (система Al-Cu-Li) нагревали до температуры 500oC - температура минимальной устойчивости твердого раствора в области фазы T2 (Al6CuLi3), выдерживали при этой температуре 2 ч, охлаждали со скоростью 2oC/ч до температуры 420oC, что на 80oC ниже температуры минимальной устойчивости твердого раствора в области фазы T2 (Al6CuLi3) - 500oC, выдерживали при этой температуре 0,5 ч, охлаждали до комнатной температуры. Затем нагревали до температуры 310oC и выдерживали 0,1 ч. Прокатывали на плиту толщиной 20 мм. Закаливали по режиму: нагрев до 535oC с выдержкой при этой температуре 1 ч, охлаждение в воде. Плиту правили растяжением со степенью деформации 0,1%. Старение производили по режиму: нагрев до температуры 150oC с выдержкой при этой температуре 20 ч. Также была испытана технология по способу-прототипу. Проводили испытания механических свойств полуфабрикатов в состоянии поставки. Испытывали механические свойства на разрыв гладких образцов вдоль и поперек волокна. Кроме того, испытывали образцы с центральным надрезом и нанесенной усталостной толщиной. Определяли в, 0,2, , нетртто. Результаты испытаний приведены в таблице. Таким образом, предложенный способ позволяет повысить технологическую пластичность горячедеформированных изделий в 2,2 - 2,5 раза за счет снижения анизотропии относительного удлинения и повысить надежность работы изделий в 1,6- 2,0 раза.
Формула изобретения
РИСУНКИ
Рисунок 1