Способ термомеханической обработки труднодеформируемых листовых алюминиевых сплавов

 

Способ термомеханической обработки труднодеформируемых листовых алюминиевых сплавов системы алюминий-бериллий-магний включает предварительную термическую обработку листовой заготовки при 550-600^oС с постепенным снижением температуры и выравниванием ее по сечению, последующее механическое деформирование в условиях сжато-напряженного состояния материала с приложением усилий растяжения при температуре 350-380^oС, которое ведут одновременно с непрерывным профилированием листовой заготовки во вращающемся роликовом устройстве, затем осуществляют повторное деформирование с приложением усилий волочения по всему сечению при температуре 200-250^oС и завершающую термическую обработку путем искусственного старения для придания заданных свойств. Техническим результатом является повышение деформируемости и механических свойств изготавливаемых деталей.

Изобретение относится к термомеханической обработке легких сплавов и может быть использовано в машиностроении при изготовлении деталей из тонких листовых материалов, содержащих бериллий.

Заявляемое изобретение направлено на решение народнохозяйственной задачи: повышение деформируемости и механических свойств изготовляемых листовых деталей.

Известен способ низкотемпературной термомеханической обработки (НТМО) сплава системы алюминий-магний-литий (сплав 1420) (см., например, "Технологические рекомендации ТР 1.4.467-78. Штамповка деталей из алюминиевого сплава 1420". НИАТ, 1982, с. 15, рис. 2; с. 67, рис. 15), по которому перед формообразованием проводятся закалка материала с охлаждением в воде, изготовление листовых деталей штамповкой с последующим искусственным старением при разных температурах (t=120...150^oС) и выдержкой τ=5...15 ч с приложением растягивающего усилия при правке со степенью деформации ε=5...15%.

Недостатки способа: в интервале температур старения 120...190^oС, которые считаются наиболее приемлемыми для алюминиево-литиевых сплавов, с увеличением времени старения постепенно снижается относительное удлинение при отсутствии, практически, прироста предела прочности σ_В и предела текучести σ_0,2, что усложняет технологию и увеличивает цикл изготовления.

При проведении НТМО σ_B повышается не более 10...15%, а относительное удлинение δ значительно снижается, что не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к конструкционным авиационным материалам; прирост σ_0,2 за счет правки растяжением при значительном снижении относительного удлинения ухудшает эксплутационные характеристики конструкций изделий.

Известен также способ термомеханической обработки тонкого листа из алюминиевых сплавов, содержащих литий (см. патент 2052533, опубл. Б.И. 26, 1996 г. ). По способу после предварительной обработки пластическое деформирование сплавов алюминий-медь-литий ведут в условиях сжато-напряженного состояния материала, при этом одновременно прикладывают к очагу наибольших пластических деформаций усилие растяжения со степенью остаточной деформации 1,0... 1,5%, а искусственное старение - по двухступенчатому режиму при t₁=120... 135^oС выдержка 2...5 ч и t₂=145...160^oС выдержка 15...25 ч.

Недостатки данного аналога Нет определенности относительно временного периода проведения этапов НТМО. Большинство сплавов системы алюминий-медь-литий могут подвергаться пластическому деформированию не позже 4-6 ч после закалки. При большем времени, например через сутки-двое, происходит естественное старение и пластичность оказывается недостаточной.

Нет определенности относительно количества термообработок, возможности их чередования с операциями пластического деформирования.

Не устанавливается влияние дополнительных термообработок на режимы пластического деформирования и искусственного старения.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является выбранный в качестве прототипа способ термомеханической обработки листовых алюминиевых сплавов (патент 2042735, опубл. Б.И. 24 от 27.08.95), по которому сплавы системы алюминий-медь-литий подвергают предварительной закалке, холодному деформированию в условиях сжато-напряженного состояния материала с одновременным приложением к очагу наибольших пластических деформаций усилия растяжения со степенями, обеспечивающим выравнивание по сечению внутренних напряжений с последующей повторной закалкой и правкой растяжением.

Технический результат - повышение деформируемости и механических свойств изготовляемых деталей.

Для достижения технического результата заявляемого изобретения способ термомеханической обработки труднодеформируемых листовых алюминиевых сплавов содержит следующие общие с прототипом существенные признаки: предварительную термическую обработку, механическое деформирование в условиях сжато-напряженного состояния материала с приложением усилий растяжения, завершающую термическую обработку после механического деформирования. Перечисленные сходные существенные признаки необходимы для достижения технического результата.

У заявляемого изобретения по отношению к прототипу имеются следующие отличительные признаки: в случае труднодеформируемых сплавов системы алюминий-бериллий-магний предварительную термомеханическую обработку проводят в печи высокотемпературного нагрева при 550-600^oС, постепенно снижают температуру, выравнивая ее по сечению; термомеханическую обработку ведут при деформировании листовой заготовки при температуре 350-380^oС в процессе ее непрерывного профилирования во вращающемся роликовом устройстве; повторное деформирование осуществляют с приложением усилий волочения по всему сечению при температуре 200-250^oС, обеспечивающих выравнивание растягивающих напряжений σ_раст по всему сечению; завершающую термическую обработку проводят путем искусственного старения по завершении механического деформирования для придания заданных механических свойств.

Таким образом, для сплавов алюминий-бериллий-магний проводится высокотемпературная термомеханическая обработка (ВТМО), включающая не менее двух механических обработок и не менее двух термических обработок.

Отдельные отличительные признаки предлагаемого технического решения в той или иной степени известны в литературе. Например, деформирование (правка растяжением) известно из а.с. СССР 1114482, кл. В 21 D 5/06, опубл. Б.И. 35 от 23.09.84.

Протягивание заготовки в условиях волочения известно, например, из а.с. СССР 1248690, кл. В 21 D 5/06, опубл. 29 от 07.08.86.

Нагрев алюминиевых сплавов перед механическим деформированием до t=515.. . 535^oС известен, например, из патента 2042735, из а.с. СССР 1314705, кл. C 22 F 1/047, когда перед прокаткой (деформированием) тонкого листа алюминиевых сплавов производят нагрев до 470...495^oС.

Однако использование совокупности существенных признаков в их иных граничных условиях, причем для сплавов системы алюминий-бериллий-магний, неизвестно из уровня техники.

Это придает объекту новые свойства: повышается пластичность и, следовательно, деформируемость материала; сочетание термообработок, особенно завершающего искусственного старения, с деформированием в условиях сжато-напряженного состояния материала и приложением усилия волочения, создающего растягивающие напряжения и их выравнивание по всему сечению профилируемой заготовки, повышает прочностные характеристики материала, сохраняя структуру мелкозернистой.

На основании прoведенного анализа можно сделать вывод: в предложенном техническом решении появляются новые свойства и обеспечивается достижение технического результата, поэтому это решение обладает существенными отличиями.

Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность изобретения, может многократно использоваться в машиностроении при изготовлении деталей, прежде всего листовых профилей для авиакосмической техники.

Заявляемый способ термомеханической обработки труднодеформируемых листовых алюминиевых сплавов может быть реализован с помощью следующих материальных объектов: на волочильно-прокатном оборудовании (ВПУ) в составе стана с использованием двух электропечей высокотемпературного нагрева (скоростного и стабилизационного нагрева). Способ отрабатывался с использованием промышленного цепного стана ЦС-28 и ВПУ-170; из сплавов системы Al-Be-Mg использовали сплавы АБМ1-1, АБМ1; при гибке (деформировании) в процессе непрерывного профилирования во вращающемся роликовом (гибочном) устройстве в условиях сжато-напряженного состояния получили локальное утолщение по зонам сгиба профилируемой заготовки толщиной S₀=1,2...1,8 мм до 65% с внутренними радиусами r≤S₀, что повысило жесткостные и прочностные характеристики материала и изготовляемых деталей. Получено повышение критических напряжений при потере устойчивости (сжатии) изготовленных деталей на 25-30%; при пластичности материала листа в исходном состоянии (δ≤6,0%) за счет деформирования заготовки при t=350-380^oC получено относительное удлинение (пластичность) δ≥23-25%, что обеспечило пластическое течение материала в замкнутом калибре вращающихся роликовых пар в заданном направлении (в зону сгиба);
повторное деформирование в условиях волочения с использованием ВПУ и навесной печи, обеспечивающей t= 200-250^oC в зоне гибочного роликового устройства и тянущей каретки стана, создающей усилие волочения (правку растяжением с относительным удлинением ε=3-5%), позволило выравнять σ_раст по сечению. Правка велась со скоростью деформирования при волочении на 3-5% выше, чем скорость профилирования заготовки (предыдущего деформирования).

Заявляемое изобретение позволит вести изготовление деталей сплавов, содержащих бериллий, что обеспечит улучшение акустических свойств и снизит массу авиакосмических летательных аппаратов.

Формула изобретения

Способ термомеханической обработки труднодеформируемых листовых алюминиевых сплавов, включающий предварительную термическую обработку листовой заготовки, последующее механическое деформирование в условиях сжато-напряженного состояния материала с приложением усилий растяжения и завершающую термическую обработку, отличающийся тем, что в качестве труднодеформируемых сплавов используют сплавы системы алюминий-бериллий-магний, предварительную термическую обработку проводят при 550-600^oС с постепенным снижением температуры и выравниванием ее по сечению, деформирование осуществляют при температуре 350-380^oС и ведут его одновременно с непрерывным профилированием листовой заготовки во вращающемся роликовом устройстве, затем осуществляют повторное деформирование с приложением усилий волочения по всему сечению при температуре 200-250^oС, а завершающую термическую обработку проводят путем искусственного старения для придания заданных свойств.