Способ получения деформируемых полуфабрикатов из сплавов системы алюминий-медь-марганец

 

Изобретение может быть использовано в производстве штампованных и кованых полуфабрикатов из термически упрочняемых алюминиевых сплавов. Сущность изобретения состоит в том, что после горячей деформации штамповки и поковки подвергают гетерогенизирующему отжигу при температуре 350-400°С в течение 1-10 ч и локальной деформации. В процессе последующего нагрева под закалку, совмещенную с рекристаллизационным отжигом, образуется мелкозернистая структура. Обработка поковок и штамповок по предлагаемому способу позволяет уменьшить величину микрозерна в зоне свариваемых кромок примерно в 10 раз, что исключает образование трещин. 1 з. п. ф-лы, 1 табл.

СОЮЗ СОВЕ ТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4781902/02 (22) 28,11,89 (46) 07.06.92. Бюл. N. 21 (71) Завод "Прогресс" им. Маршала Советского Союза Д. Ф. Устинова (72) П. Ш. Ланцман, В. А. Башмаков, В, С. Евреинов, В. М. Медницкий и В, Я. Вальков (53) 621.785,79(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1126625, кл. С 22 F 1/04, 1984.

Авторское свидетельство СССР

N 272010, кл. В 21 J 5/00, 1968, (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДЕФОРМИРУЕМЫХ ПОЛУФАБРИКАТОВ ИЗ СПЛАВОВ

СИСТЕМЫ АЛЮМИНИЙ-МЕДЬ-МАРГАНЕЦ

Изобретение относится к производству штампованных и кованых полуфабрикатов из алюминиевых сплавов.

Известно, что механические свойства сварных соединений из термически упрочняемых алюминиевых сплавов определяются, в основном, величиной зерна и направлением волокна в полуфабрикатах относительно сварного шва. Грубозернистая структура свариваемых кромок при сварке плавлением приводит к образованию по границам зерен в околошовной зоне хрупких эвтектических фаз и трещин, которые, являясь очагами разрушения. снижают прочность соединения. Отсутствие технологии, гарантирующей получение в районе свариваемых кромок мелкозернистой структуры, приводит к ограничениям в применении кованых и штампованных полуфабрикатов в сварн ых конструкциях отЫЛ 1738865 А1 (я)5 С 22 F 1/057

2 (57) Изобретение может быть использовано в производстве штампованных и кованых полуфабрикатов из термически упрочняемых алюминиевых сплавов. Сущность изобретения состоит в том, что после горячей деформации штамповки и поковки подвергают гетерогенизирующему отжигу при температуре 350 — 400 С в течение 1-10 ч .и локальной деформации. В процессе последующего нагрева под закалку, совмещенную с рекристаллиэационным отжигом, образуется мелкозернистая структура. Обработка поковок и штамповок по предлагаемому способу позволяет уменьшить величину микрозерна в зоне свариваемых кромок примерно в 10 раз, что исключает образование трещин, 1 э. и. ф-лы, 1 табл. ветственного назначения. введению регламентации направления волокна, С целью разгрузки сварных соединений увеличивают толщину свариваемых кромок, что. вызывает повышение массы изделий, (B качестве оптимального при иэготов- . QQ лении поковок и штамповок из сплавов (g системы алюминий-медь-марганец рекс- 0 мендуется температурный диапазон дефор мации 470-300 С. Однако в крупногабаритных штамповках и поковках применяемые методы термомеханической р обработки не обеспечивают должного измельчения зерна, Известны способы улучшения структуры исходной заготовки, заключающиеся в ковке при 200-300 С со степенью деформации 30-85% или деформации горячепрессованной заготовки со степенью 50-60% в температурном диапазоне 20-300 С с по1738865 следующей горячей штамповкой и термообработкой.

Укаэанные способы не обеспечивают мелкозернистой структуры в штампованных изделиях, если суммарная степень дефор- 5 мации при их изготовлении выше 80-85 .

Известен также способ термомеханической обработки алюминиевых сплавов, согласно которому прессованную заготовку осаживают в холодную со степенью дефор- 10 мации выше 10;(„затем подвергают отжигу на полную рекристаллизацию, производят горячую штамповку и упрочняющую термическую обработку. 15

Известный способ неприменим в тех случаях, когда штамповки изготавливаются с предварительной фасонной ковкой и когда в качестве исходной заготовки используются горячекатаная плита или слиток. Кроме 20 того, мелкозернистая структура, получаемая по данному способу после операций холодной деформации и отжига, не сохраня.ется в зонах штамповки, претерпевших горячую деформацию со степенью более 80%. 25

Цель изобретения — предотвращение образования трещин при сварке в околошовной зоне и повышение прочности сварных соединений путем получения у поковок или штамповок в местах расположения сва- 30 риваемых кромок изготавливаемых из них деталей мелкозернистой структуры.

Для достижения поставленной цели штамповки и поковки подвергают после горячей деформации гетерогенизирующему 35 отжигу при 350-400 С в течение 1-10 ч с последующей локальной холодной деформацией зон расположения сварных кромок на 20-40 в температурном. интервале от

-196 до +250 С, а затем упрочняющей тер- 40 мической обработке, Гетерогенизирующий отжиг повышает пластичность штамповок и поковок, а также приводит к коагуляции вторых фаз, в результате чего возрастает структурная неодно- 45 родность, что способствует получению мелкозернистой микроструктуры при рекристаллизации.

Размер участков, подвергаемых локаль- 50 ной холодной деформации, выбирается исходя из формы полуфабрикатов и размеров зоны термического влияния, зависящих от вида сварки и толщины свариваемых кром ок. 55

Низкотемпературная (до -196 С) локальная деформация позволяет исключить образование трещин, так как для сплавов системы алюминий — медь-марганец пластичность с понижением температуры повышается.

Таким образом, предлагаемый способ отличается от известного тем, что холодная деформация является заключительной операцией формообразования и проводится локально, только в зонах свариваемых кромок, е перед холодной деформацией вводится гетерогенизирующий отжиг. При этом холодная деформация проводится перед закалкой, степень деформации выбрана такой, чтобы обеспечить при нагревании под закалку прохождение полной рекристаллизации с образованием мелкозернистой структуры. Температурный диапазон деформации выбран таким, чтобы обеспечить осуществление холодной деформации беэ трещин.

Проведение после горячей деформации гетерогенизирующего отжига с последующей локальной холодной деформацией со степенью 20 — 40 в диапазоне температур от — 196 до 250 С позволяет гарантированно получать в результате рекристаллизации в процессе нагрева и выдержки под закалку мелкозернистую структуру в зоне свариваемых кромок.

8 таблице приведены конкретные режимы реализации предлагаемого способа по примерам.

Пример 1. Сплав 1201, Штамповку фланца ф 640 мм, изготовленную на гидравлическом прессеусипием 30000 т из катаной плиты в три перехода при 320-360 С, отожгли при 380 С в течение 2,5 ч и осадили в зоне свариваемых кромок на 20 при 20 С.

Затем провели упрочняющую термическую обработку: закалка 5350C — выдержка 1,0—

2,5 ч — охлаждение в воде; старение 180190 С вЂ” выдержка 18-20 ч.

Величина микрозерна в зоне свариваемых кромок штамповки, изготовленной по известной технологии, 190 мкм, по предлагаемой 40 мкм. Далее иэ штамповок, полученных по известной и предлагаемой технологии, изготовили фланцы и сварили их импульсно-дуговой сваркой с плитами.

Анализ макро-и микроструктуры зон термического влияния сварных швов показал наличие выделений эвтектических прослоек и микротрещин по границам зерен в детали, изготовленной no известной технологии, и отсутствие их в детали, изготовленной по предлагаемой технологии.

Пример 2. Сплав 1201. Штамповку фланца 4 950 мм, изготовленную на гидравлическом прессе усилием 30000 т в пять переходов при 320-360 С, отожгли при

380 С в течение 10 ч и продеформировали свариваемые кромки со степенью 30 npu

250 С с последующей упрочняющей термической обработкой. Величина зерна в зоне

1738865

2. Способ по и. 1, отл и ч а ю щи и с я тем, что термическую обработку, обеспечивающую рекристаллиэацию, совмещают с упрочняющей термической обработкой.

Наличие трещин

Локальная деформация свариваемой к омки

Способ обработки

Размер зерна, мкм

Предел прочности при

-196 С кгс1мм

При- .Вид помер луфабриката

Степень деформации, %

Температура деформаии, ОС

Есть

Нет

Штамповка фланца

Ф 650 мм

Штамповка фланца ф 900 мм

Кольцевая поковка ф 500 мм

Поковка ф 40мм

Известный

Предлагаемый

20

Есть

Нет

18,1*

35,2

Известный

Предлагаемый

250

25,7*

37,2

Есть

Нет

Известный

Предлагаемый

30

30 ,17

16

32

22

Есть

Нет

Известный

Предлагаемый

-196

-196

-196

* Приведены минимальные значения в случаях неблагоприятного направления волокна относительно сварного шва. свариваемых кромок штамповки, изготовленной по известной схеме, 1000 мкм, по предлагаемой 50 мкм. 5

Пример 3, Сплав 1201, Заготовки ф

200х220 мм нагрели до 480 С и.осадили на молоте с весом падающих частей 3 т до 65 мм, прошили отверстие 4 90 мм, раскатали до наружного диаметра 430 мм, внутренне- 10

ro 300 мм, после этого провели отжиг при

350 С в течение 5 ч, продеформировали сварную кромку при 20 С со степенью 30 с последующей упрочняющей термической обработкой. Величина зерна в сварных 15 кромках поковок, изготовленных по известному способу, 1000 мкм, по предлагаемому

30 мкм.

П р и м е.р 4. Сплав 1201. Заготовки, вырезанные иэ горячепрессованного прут- 20 ка; нагрели до 450 С,осадили в торец на молоте с весом падающих частей 3 т, отожгли при 400 С в течение 1 ч, осадили на гидравлическом прессе при 20 С и -196 С со степенью деформации 20, 30 и 40 с 25 последующей упрочняющей термической обработкой.

Величина зерна в поковке, полученной по известному способу, 500 мкм, а по предлагаемому способу после деформации со 30 степенью 30 22 и 17 мкм соответственно при температурах 20 и -196 С. После деформации на 457; при 20 С трещин не обнаружено, Это связано с повышением пластичности у сплавов системы алюми- 35 ний-медь-марганец с понижением температуры, Таким образом, проведение после горячей деформации штамповок и поковок гетерогенизирующего отжига при 350-400 С в течение 1-10 ч и локальной деформации зон сварных кромок со степенью 20-40 в диапазоне температур от -196 до +250ОС с последующей упрочняющей термической обработкой позволяет гарантированно получать мелкозернистую микроструктуру в этих зонах и исключать образование трещин в зонах термического влияния сварных швов.

Формула изобретения

1. Способ получения деформируемых полуфабрикатов из сплавов системы алюминий-медь-марганец преимущественно под сварку, включающий холодную деформацию со степенью 20-40, последующую термическую обработку, обеспечивающую рекристаллизацию структуры и горячую деформацию, отличающий с ятем,что, с целью предотвращения образования трещин при сварке в околошовной зоне и повышения прочности сварного соединения, после горячей деформации проводят гетерогенизирующий отжиг при 350-400ОC в течение 1-10 ч, а холодную деформацию осуществляют локально в зоне свариваемых кромок при -196-250 С после гетерогениэирующего отжига.