Способ производства прессованных изделий из термически упрочняемых алюминиевых сплавов

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к обработке давлением термически упрочняемых алюминиевых сплавов с изменением их физической структуры, и может быть использовано при производстве прессованных изделий. Способ включает отливку слитка, его гомогенизацию, механическую обработку с получением заготовок, последующее прессование из заготовок изделий в две стадии - на первой стадии с постоянной скоростью истечения металла, на второй стадии с монотонно уменьшаемой скоростью, причем вторую начинают после выдавливания по меньшей мере 10% заготовки, закалку и правку изделий растяжением со степенью деформации 0,5-2,5%. В частных воплощениях изобретения вторую стадию прессования осуществляют непрерывно за первой стадией; после закалки проводят естественное старение в течение 48-96 ч, а правку проводят со степенью деформации 1,5-2,5%; правку проводят со степенью деформации 0,5-0,9%, а затем полученные изделия подвергают волочению; после волочения проводят правку и старение. Техническим результатом изобретения является повышение механических свойств и точности прессованных изделий из алюминиевых сплавов. 6 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к обработке давлением термически упрочняемых алюминиевых сплавов с изменением их физической структуры, и может быть использовано при производстве прессованных изделий.

Известен способ производства прессованных изделий из термически упрочняемых алюминиевых сплавов путем отливки слитка, прессования изделий, закалки, отделочных операций (Г. Я. Гун, В.И. Яковлев, Б.А. Прудковский и др. "Прессование алюминиевых сплавов", издательство "Металлургия" 1974 год, стр. 9-20).

Известен способ производства прессованных изделий из термически упрочняемых алюминиевых сплавов (системы алюминий-магний-кремний), включающий отливку слитка, гомогенизацию слитка (560^oС, 4 ч), его механическую обработку с получением заготовок, последующее прессование при 480-500^oС из заготовок изделий, закалку на прессе и правку изделий растяжением, а также искусственное или естественное старение (З.Н. Арчакова и др. "Структура и свойства полуфабрикатов из алюминиевых сплавов", справочник "Алюминиевые сплавы", М.: Металлургия, 1984, с. 207-219). Данный способ является наиболее близким к предложенному.

Однако точность прессованных изделий и уровень (гарантируемый) их механических свойств изделий, выполненных в соответствии с известными способами, достаточно часто не удовлетворяют требованиям потребителей прессованной продукции.

На оба параметра качества пресс-изделий особое влияние оказывают как условия прессования, так и технология операций после закалки.

При прессовании по мере выдавливания слитка происходит изменение температуры (разогрев) в очаге деформации, что приводит к изменению размеров по длине прессуемого изделия.

Кроме того, изменение температуры в процессе прессования оказывает существенное влияние на структуру изделий, что приводит при последующей закалке к различной степени рекристаллизации по длине прессовки.

В алюминиевых сплавах степень рекристаллизации оказывает существенное влияние как на уровень механических свойств, так и на условия проведения отделочных операций (деформации растяжением со степенью 1-4%, а для особо точных изделий волочения после закалки).

Задачей изобретения является повышение гарантированного уровня механических свойств и точности прессованных изделий из алюминиевых сплавов.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе производства прессованных полуфабрикатов из термически упрочняемых алюминиевых сплавов, включающем отливку слитка, гомогенизацию слитка, его механическую обработку с получением заготовок, последующее прессование из заготовок изделий, закалку и правку изделий растяжением, прессование осуществляют в две стадии - на первой стадии с постоянной скоростью истечения металла, на второй стадии с монотонно уменьшаемой скоростью, причем вторую стадию начинают после выдавливания по меньшей мере 10% заготовки. Скорость на второй стадии желательно уменьшить к концу второй стадии по меньшей мере в два раза.

В частных воплощениях способа вторую стадию прессования осуществляют непрерывно за первой стадией. Правку проводят со степенью деформации 0,5-2,5%.

После волочения осуществляют дополнительную правку и старение.

После закалки в некоторых случаях проводят естественное старение в течение 48-96 ч, а правку проводят со степенью деформации 1,5-2,5%.

Возможно также проведение правки со степенью деформации 0,5-0,9%, а затем полученные изделия подвергают волочению. После волочения осуществляют дополнительную правку и старение.

Сущность способа состоит в следующем.

Осуществление прессования в две стадии - с постоянной скоростью на первой и с уменьшающейся скоростью на второй приближают процесс прессования к изотермическому, обеспечивая стабильность размеров и структуры по длине прессуемого изделия.

Важно, чтобы вторая стадия прессования начиналась после выдавливания по меньшей мере 10% заготовки. При таких условиях прессования достигается оптимальная проработка структуры, что на последующих этапах обработки (закалке и правке растяжением со степенями 0,5-2,5%) позволяет достичь декларируемого уровня свойств.

Предварительное естественное старение перед деформацией растяжением также уменьшает разброс механических свойств по длине пресс изделия, т.к. чем больше рекристаллизация структуры, тем быстрее идет процесс естественного старения. Вследствие этого деформация растяжением при правке протекает более равномерно по длине изделия, что в свою очередь позволяет получать более точные изделия по размерам поперечного сечения.

Временный диапазон предварительного естественного старения обусловлен тем, что при выдержке до 48 ч процесс старения идет недостаточно активно, а при выдержке свыше 96 ч изделия набирают прочность, препятствующую деформации растяжением.

При деформации растяжением в свежезакаленном состоянии дислокации скапливаются по границам зерен, а при деформации после предварительного естественного старения дислокации задерживаются зонами Гинъе-Престона, равномерно распределяясь в объеме зерна, что также сказывается на повышении уровня механических свойств.

Предварительная деформация растяжением при производстве волоченных изделий позволяет получать изделия с уменьшенной кривизной, т.к. такая деформация значительно снижает уровень термических напряжений, вызванных закалкой.

Диапазон деформации растяжением (в данном случае, 0,5-0,9%) обусловлен тем, что деформация менее 0,5% недостаточно эффективно снижает уровень термических напряжений, а деформация свыше 0,9% приводит к нагартовке изделий, что затрудняет процесс последующего волочения.

Сущность способа может быть осуществлена по следующим технологическим схемам: отливка слитков гомогенизация разрезка слитков на заготовки нагрев заготовки прессование с постоянной скоростью прессование с изменением скорости истечения металла по мере выдавливания заготовки закалка - а) естественное старение - правка растяжением б) правка растяжением - волочение - правка на роликоправильной машине.

Пример 1
Отливали слитки ⊘ 320•6000 мм из сплава 2017 (Д1), гомогенизировали при температуре 500±10^oС в течение 12 ч, обтачивали и разрезали на заготовки ⊘ 295•600 мм, нагревали заготовки до 420^oС, прессовали пруток ⊘ 41 мм с начальной скоростью истечения металла 2 м/мин, а после выдавливания 200 мм заготовки скорости истечения монотонно снижали до 0,5 м/мин к концу прессования, закаливали прутки с температуры 495±5^oС в воду, выдерживали прутки в течение 60 ч на воздухе, правили растяжением со степенью деформации 2%.

В результате испытаний получили механические свойства: σ_в=46-49 кг/мм²; σ₀₂=35-37 кг/мм², δ - 14-18%.

По известному способу σ_в=37-44 кг/мм², σ₀₂=28-34 кг/мм², δ=12-20%.

Разброс размера 41 мм по длине прутка составил ±0,08 мм. По известному способу ±0,3 мм.

Пример 2
Отливали слитки ⊘ 162•6000 мм из сплава 6061 (АДЗЗ), гомогенизировали при температуре 560±10^oС в течение 24 ч, разрезали на заготовки размером ⊘ 162•450 мм, нагревали заготовки до 500^oС, прессовали пруток ⊘ 25 мм с начальной скоростью истечения металла 8 м/мин, а после выдавливания 150 мм заготовки скорость истечения монотонно снижали до 2 м/мин в конце прессования, закаливали прутки с температуры 520^oС в воду, деформировали прутки растяжением со степенью 0,7%, волочили, правили на роликоправильной машине и искусственно старили.

В результате испытаний установлено, что полученные прутки имеют следующие прочностные характеристики: σ_в=32-33 кгс/мм², σ₀₂=27-30 кгс/мм², а δ= 12-14% (характеристики прутка, полученного известным способом σ_в=28-30 кгс/мм², σ₀₂= 24-26 кгс/мм², а δ=12-14%). Кривизна данных прутков не превышает 0,5 мм на метр длины (кривизна прутков по известному методу составила 2 мм на метр длины).

Таким образом, предлагаемый способ позволит повысить уровень прочностных характеристик и точности выпускаемых изделий.

Формула изобретения

1. Способ производства прессованных полуфабрикатов из термически упрочняемых алюминиевых сплавов, включающий отливку слитка, гомогенизацию слитка, его механическую обработку с получением заготовок, последующее прессование из заготовок изделий, закалку и правку изделий растяжением, отличающийся тем, что прессование осуществляют в две стадии - на первой стадии с постоянной скоростью истечения металла, на второй стадии с монотонно уменьшаемой скоростью, причем вторую стадию начинают после выдавливания по меньшей мере 10% заготовки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что вторую стадию прессования осуществляют непрерывно за первой стадией.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что скорость на второй стадии уменьшают к концу второй стадии по меньшей мере в два раза.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что правку проводят со степенью деформации 0,5-2,5%.

5. Способ по любому из пп.1-4 формулы, отличающийся тем, что после закалки проводят естественное старение в течение 48-96 ч, а правку проводят со степенью деформации 1,5-2,5%.

6. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что правку проводят со степенью деформации 0,5-0,9%, а затем полученные изделия подвергают волочению.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что после волочения осуществляют дополнительную правку и старение.