Способ обработки магниевых сплавов
Владельцы патента RU 2376397:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") (RU)
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 4·10-2 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. | δ | |||
| 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 |
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.
