Способ термической обработки алюминиевых сплавов, содержащих литий и медь

 

Изобретение относится к металлургии легких сплавов и может быть использовано при получении полуфабрикатов и деталей из алюминиево - литиевых сплавов. Цель изобретения - повышение пластичности, коррозионной стойкости, характеристик вязкости разрушения и малоцикловой усталости, при сохранении высоких прочностных свойств. Поставленная цель достигается тем, что в способе, включающем закалку и двухступенчатое старение, первую ступень старения проводят при температурах наиболее интенсивного выделения метастабильных фаз в течение 1 - 5 ч, а вторую ступень - при температурах максимального упрочнения при одноступенчатом старении в течение 10 - 25 ч. При этом температура первой ступени старения равна 110 - 130°С, а второй 145 - 160°С. Свойства листов, обработанных по предложенному способу, следующие: скорость роста трещины усталости 4 - 6 мм/кцикл; малоцикловая усталость (σ_макс= 16 кгс/мм²) 160 - 220 кциклов; коррозионная стойкость 3 - 4 балла. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к металлургии легких сплавов и может быть использовано при производстве полуфабрикатов и деталей их алюминиево-литиевых сплавов. Целью изобретения является повышение пластичности, коррозионной стойкости, вязкости разрушения и малоцикловой усталости (МЦУ) при сохранении высоких прочностных свойств на высоком уровне. Цель достигается применением закалки и двухступенчатого старения, при котором температура первой ступени соответствует температурам наиболее интенсивного выделения метастабильных фаз с выдержкой в течение 1-5 ч, а температура второй ступени соответствует температурам максимального упрочнения при одноступенчатом старении с выдержкой в течение 10-25 ч. При этом первую ступень старения осуществляют при температуре 110-130^оС, а вторую ступень при 145-160^оС. Экспериментально установлено, что в алюминиевых сплавах, содержащих литий и медь, при проведении первой ступени старения в условиях наиболее интенсивного выделения метастабильных фаз происходит выделение очень дисперсных частиц метастабильных фаз Т_I(Al₂CuLi) и небольшое количество частиц δ^I(Al₃Li). Дисперсность частиц фазы Т_I и количество частиц фазы δ^Iтаковы, что не достигается максимальный эффект упрочнения, но обеспечивается высокий уровень пластичности. В процессе второй ступени старения поверхность дисперсных частиц Т_I фазы покрывается оболочкой из δ^I-фазы. При этом объемная доля δ^I-фазы возрастает, а наличие оболочки из δ^I-фазы на частицах фазы Т_I тормозит увеличение размера последних. Продукты распада твердого раствора не образуют сплошных цепочек на границах зерен и субзерен, а приграничные зоны, свободные от выделений, имеют небольшую ширину. Наиболее оптимальное сочетание механических и коррозионных свойств, вязкости разрушения, МПУ обеспечивается при проведении первой ступени старения при температуре 110-130^оС в течение 1-5 ч, второй ступени при температуре 145-160^оС в течение 10-25 ч. Термическую обработку проводили на листах толщиной 2 мм из сплава системы Al-Cu-Li-Zr марки 1451 оптимального состава со следующим содержанием основных легирующих элементов, мас. Al 3; Cu 1,6; Li 0,1; Zr остальное. Перед старением по всем исследуемым режимам листы подвергали закалке при 520^оС после выдержки 20 мин в воду с комнатной температурой. После закалки правка прокаткой с деформацией 1,5-2% П р и м е р 1 (известный). Листы подвергали старению на первой ступени при температуре 150^оС, выдержка 3 ч, а затем температуру в печи повышали до 185^оС (вторая ступень) и проводили старение в течение 4 ч. После этого лист охлаждался на воздухе до комнатной температуры, отбирали образцы и проводили испытания механических свойств при растяжении (σ_в,σ_0,2,δ), скорости роста трещины усталости (СРТУ), коэффициента интенсивности напряжений в вершине трещины (К^у_с), МЦУ и коррозионной стойкости. Результаты приведены в таблице. П р и м е р 2. Способ осуществлялся в последовательности, указанной в примере 1, но на первой ступени старение осуществляли при температуре 110^оС в течение 1 ч, а на второй при температуре 145^оС в течение 10 ч. Полученные результаты испытаний приведены в таблице. Все последующие примеры сведены в таблицу. При термической обработке по данному способу не требуется применение специального оборудования, процесс может осуществляться по принятым в промышленности технологическим схемам. Листы, обработанные по данному способу, характеризуются высоким уровнем прочностных свойств (σ_в,σ_0,2), повышенными на ≈30% пластичностью (δ), МЦУ, К^у_с, улучшенными в 2 раза коррозионной стойкостью (РСК) и СРТУ по сравнению с листами, обработанными по известному способу. В случае завершения температуры и/или увеличения выдержки старения на первой и второй ступенях наблюдается понижение пластичности, МЦУ, К_с^у и ухудшение СРТУ и РСК. Старение при более низкой температуре и/или меньшей выдержке на первой и второй ступенях приводит к понижению прочностных характеристик и ухудшению коррозионной стойкости. Таким образом, использование данного способа термической обработки алюминиевых сплавов, содержащих литий и медь, обеспечивает по сравнению с существующим способом следующие преимущества: повышение пластичности, характеристик вязкости разрушения, коррозионной стойкости, МЦУ при сохранении прочности на высоком уровне. Применение листов из сплава 1451, обработанных по данному способу, позволит повысить ресурс и надежность изделий новой техники.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ, СОДЕРЖАЩИХ ЛИТИЙ И МЕДЬ, включающий закалку и двухстепенчатое старение, отличающийся тем, что, с целью повышения пластичности, коррозионной стойкости, характеристик вязкости разрушения и малоцикловой усталости при сохранении высоких прочностных свойств, первую ступень старения проводят при температурах наиболее интенсивного выделения метастабильных фаз в течение 1 5 ч, а вторую ступень при температурах максимального упрочнения при одноступенчатом старении в течение 10 -25 ч. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что температура первой ступени старения составляет 110 130^oС, а второй ступени 145 160^oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1