Способ получения деформированной заготовки из алюминиевого сплава системы алюминий-магний-марганец-скандий-цирконий

Авторы патента:

C22F1/047 - сплавов с магнием в качестве следующего основного компонента

Владельцы патента RU 2453626:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") (RU)

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам получения деформированных заготовок из алюминиевых сплавов системы алюминий-магний-марганец-скандий-цирконий, применяемых в качестве конструкционного материала. Проводят перегрев расплава до температуры 760-800°С с выдержкой 0,5-1,0 ч, отливку слитка методом непрерывного литья в кристаллизатор скольжения, отжиг слитка при температуре 360-380°С в течение 3-8 ч, получение из слитка заготовки прямоугольного сечения квадратной в плане с отношением толщины к ширине от 0,17 до 0,33. Затем осуществляют деформацию полученной из слитка заготовки равноканальным угловым прессованием при угле пересечения каналов 90° при температуре 305-325°С с числом проходов от 8 до 10, что соответствует истинной деформации от 8 до 10, с противодавлением, равным 40-50% от приложенного давления, и поворотом заготовки после каждого прохода на 90° относительно оси, перпендикулярной большей грани заготовки и проходящей через центр заготовки. После деформации заготовки равноканальным угловым прессованием проводят холодную прокатку с суммарным обжатием 75-80% или холодную прокатку с суммарным обжатием 80-95% и последующим отжигом при температуре 305-335°С в течение 0,5-1,0 ч с охлаждением до комнатной температуры со скоростью 15-35°С/ч. Получают деформированные заготовки с повышенными прочностными свойствами при сохранении пластичности. 1 табл., 1 пр.

Известен способ получения деформированных заготовок в виде листов из алюминиевого сплава системы Al-Mg-Mn-Sc-Zr, содержащего в среднем, мас.%, 6 Mg - 0,35 Mn - 0,25 Sc - 0,1 Zr, включающий отливку слитков прямоугольного сечения непрерывным методом в кристаллизатор скольжения, гомогенизацию при 375-390°С в течение 10 часов, горячую прокатку при 390° - 420°С, холодную прокатку с суммарным обжатием 45% с последующим отжигом листов при температуре 310-330°С, 1-2 ч с охлаждением со скоростью 15-30°С/ч (Л.Г.Березин, П.П.Петруньков. Разработка технологии изготовления листов из сплава 01570 шириной 2000-2500 мм. Технология легких сплавов. 1991, №1. С.32-37). Основным недостатком этого способа является то, что полученные этим способом холоднокатаные листовые заготовки обладают низкой технологической пластичностью - относительное удлинение (5) после холодной прокатки с суммарным обжатием 45% составляет 4-6% и дальнейшая прокатка становится невозможной из-за появления трещин.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является способ получения

деформированных заготовок из алюминиевого сплава системы Al-Mg-Mn-Sc-Zr, включающий:

- перегрев расплава до 820°С;

- отливку слитка в изложницу со скоростью охлаждения металла в интервале температур кристаллизации около 10² град/с, обеспечивающей фиксацию переходных металлов - марганца, скандия и циркония в пересыщенном твердом растворе;

- отжиг слитка при 350°С, 2 ч;

- получение из слитка заготовки квадратного сечения;

- деформацию равноканальным угловым прессованием (РКУ-прессованием) при температуре 300°С при угле пересечения каналов 90° с шестью проходами, что соответствует истинной деформации 6,8 (С.В.Добаткин, В.В.Захаров, Ю.Эстрин, Т.Д.Ростова, О.Г.Уколова, А.В.Чиркова. Повышение прочности и пластичности Al-Mg-Mn-сплавов, легированных цирконием и скандием, при равноканальном угловом прессовании. Технология легких сплавов. 2009. №3. С.46-59).

Главным недостатком этого способа является то, что деформированные заготовки из сплавов системы Al-Mg-Mn-Sc-Zr, полученные этим способом, имеют невысокие прочностные свойства.

Задачей настоящего предлагаемого изобретения является получение деформированной заготовки из алюминиевого сплава системы Al-Mg-Mn-Sc-Zr с повышенными прочностными свойствами.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе получения деформированной заготовки из алюминиевого сплава системы Al-Mg-Mn-Sc-Zr, включающем перегрев расплава, отливку слитка, отжиг слитка, получение из слитка заготовки, деформацию полученной из слитка заготовки РКУ-прессованием при угле пересечения каналов 90°, перегрев расплава производят до температуры 760-800°С и выдерживают при этой температуре 0,5-1 ч, слиток отливают методом непрерывного литья в кристаллизатор скольжения, отжиг слитка производят при температуре 360-380°С в течение 3-8 ч, получают из слитка заготовку прямоугольного сечения квадратную в плане с отношением толщины к ширине от 0,17 до 0,33, деформацию полученной из слитка заготовки осуществляют при температуре 305-325°С с числом проходов от 8 до 10, что соответствует истинной деформации от 8 до 10, с противодавлением, равным 40-50% от приложенного давления, и поворотом заготовки после каждого прохода на 90° относительно оси, перпендикулярной большей грани заготовки и проходящей через центр заготовки, затем заготовку подвергают холодной прокатке с суммарным обжатием 75-80% или холодной прокатке с суммарным обжатием 80-95% и последующему отжигу при температуре 305-335°С в течение 0,5-1 ч с охлаждением до комнатной температуры со скоростью 15-35°С/ч.

Предлагаемый способ отличается от известного тем, что перегрев расплава осуществляют до температуры 760-800°С с выдержкой 0,5-1 ч, отливку слитка проводят методом непрерывного литья в кристаллизатор скольжения, отжиг слитка проводят при температуре 360-380°С в течение 3-8 ч, из слитка получают заготовку прямоугольного сечения квадратную в плане с отношением толщины к ширине от 0,17 до 0,33, деформацию заготовки равноканальным угловым прессованием проводят при температуре 305-325°С с числом проходов от 8 до 10, что соответствует истинной деформации от 8 до 10, с противодавлением, равным 40-50% от приложенного давления, и поворотом заготовки после каждого прохода на 90° относительно оси, перпендикулярной большей грани заготовки и проходящей через центр заготовки, после деформации заготовки равноканальным угловым прессованием проводят холодную прокатку с суммарным обжатием 75-80% или холодную прокатку с суммарным обжатием 80-95% и последующим отжигом при температуре 305-335°С в течение 0,5-1 ч с охлаждением до комнатной температуры со скоростью 15-35°С/ч.

Технический результат - получение деформированной заготовки с повышенными прочностными свойствами при сохранении технологической пластичности.

При выдержке в течение 0,5-1 ч перегретого до 760-800°С расплава повышается степень его гомогенности за счет растворения первичных интерметаллидов, входящих в состав компонентов шихты. При отливке слитка методом непрерывного литья в кристаллизатор скольжения, предусматривающим обязательное интенсивное охлаждение слитка водой, обеспечивается скорость охлаждения металла в интервале температур кристаллизации, позволяющая зафиксировать Mn, Sc, Zr в пересыщенном твердом растворе, который распадается при отжиге слитка при 360-380°С в течение 3-8 ч с образованием дисперсных вторичных выделений фаз Al₃(Sc,Zr) и Al₆Mn, оказывающих упрочняющее действие. При РКУ-прессовании при угле пересечения каналов 90° полученной из слитка заготовки прямоугольного сечения квадратной в плане с отношением толщины к ширине от 0,17 до 0,33 при температуре 305-325°С с числом проходов от 8 до 10 с противодавлением, равным 40-50% от приложенного давления, и поворотом заготовки после каждого прохода на 90° относительно оси, перпендикулярной большой грани заготовки и проходящей через центр заготовки, происходит одновременный рост прочностных и пластических свойств за счет измельчения зеренной структуры до величины зерен 500-1000 нм и повышения доли высокоугловых границ примерно до 60%. При холодной прокатке продеформированной РКУ-прессованием заготовки с суммарным обжатием 75-80% происходит упрочнение сплава за счет повышения плотности дислокации и формирования субзеренной структуры, при этом относительное удлинение сохраняется на достаточно высоком уровне за счет накопленного в процессе РКУ-прессования запаса пластичности. При холодной прокатке продеформированной РКУ-прессованием заготовки с суммарным обжатием 80-95% происходит дальнейшее упрочнение заготовки, сопровождающееся снижением пластичности. При выдержке холоднокатаной заготовки в течение 0,5-1 ч при температуре отжига 305-335°С и последующем медленном охлаждении со скоростью 15-35°С/ч с температуры отжига до комнатной происходит рост субзерен, в результате чего повышается пластичность, при этом прочность металла остается на высоком уровне.

Пример осуществления способа с использованием в качестве шихтовых материалов алюминия, магния и лигатур Al-Mn, Al-Sc и Al-Zr готовили расплав сплава системы Al-Mg-Mn-Sc-Zr, содержащего, мас.%, 4,75 Mg - 0,32 Mn - 0,22 Sc - 0,1 Zr. Перед отливкой слитка расплав перегревали до 780°С и выдерживали при этой температуре 1 ч. Затем методом непрерывного литья в кристаллизатор скольжения отливали слиток прямоугольного сечения, который подвергали отжигу при 370°С в течение 8 ч. Из отожженного слитка вырезали заготовки прямоугольного сечения квадратные в плане с размером сечения 34×152 мм, что соответствовало отношению толщины заготовки к ее ширине, равному 0,22, и размером в плане 152×152 мм, которые подвергли РКУ-прессованию при угле пересечения каналов 90° при 310°С за 10 проходов давлением 12 кгс/мм² с противодавлением, равным 6 кгс/мм², что составляло 50% от приложенного давления, и поворотом заготовки после каждого прохода на 90° относительно оси, перпендикулярной большой грани заготовки с размером 152×152 мм и проходящей через ее центр, после чего одну из заготовок, продеформированных РКУ-прессованием, подвергли холодной прокатке до толщины 7 мм, суммарное обжатие при этом составляло 79,4% (вариант 1). Вторую заготовку, продеформированную РКУ-прессованием по тому же режиму, что и первая, подвергли холодной прокатке до толщины 4 мм, суммарное обжатие при этом составляло 88,2%, затем ее отожгли при 320°С в течение 0,7 ч и охладили со скоростью 30°С/ч до комнатной температуры (вариант 2). Деформированные заготовки, полученные по двум вариантам (вариант 1 и вариант 2), испытывали на растяжение на стандартных образцах с определением σ_в, σ_0,2, и δ. Также испытывали деформированную заготовку из этого же сплава, полученную по известному способу. Результаты испытаний приведены в таблице.

Из таблицы видно, что производство деформированных заготовок из алюминиевых сплавов системы Al-Mg-Mn-Sc-Zr по предлагаемому способу (вариант 1) позволяет повысить прочностные свойства деформированных заготовок (предел прочности в 1,1 раза, предел текучести примерно в 1,4 раза) при сохранении пластичности. При производстве деформированных заготовок по предлагаемому способу (вариант 2) повышаются их прочностные свойства (предел текучести в 1,1 раза), одновременно с этим повышается также пластичность заготовки.

Реализация предлагаемого способа в промышленном производстве позволит повысить прочностные свойства, а также технологическую пластичность деформированных заготовок из алюминиевых сплавов системы Al-Mg-Mn-Sc-Zr, используемых в качестве конструкционного материала для изделий космической техники, а также в других отраслях промышленности с соответствующим улучшением массогабаритных характеристик конструкций.

Например, в ракетостроении применение предлагаемого способа позволит заменить дорогие крупногабаритные массивные детали, типа обечайки, получаемые ковкой и раскаткой, на легкие, сваренные из листа конструкции. Это позволит существенно облегчить ракету и удешевить производство ракетоносителя. Поскольку большинство производимых в настоящее время ракет используется для запуска искусственных спутников земли, это позволит увеличить массу выводимого на орбиту груза и уменьшить стоимость вывода 1 кг полезного груза на орбиту.

Таблица
Способ получения деформированной заготовки	Механические свойства деформированной заготовки
Предел прочности, σ_в, кгс/мм²	Предел текучести, σ_0,2 кгс/мм²	Относительное удлинение, δ, %
Предлагаемый, вариант 1	479	446	17
Предлагаемый, вариант 2	451	358	19
Известный	430	325	17

Способ получения деформированной заготовки из алюминиевого сплава системы алюминий-магний-марганец-скандий-цирконий, включающий перегрев расплава, отливку слитка, отжиг слитка, получение из слитка заготовки, деформацию полученной из слитка заготовки равноканальным угловым прессованием при угле пересечения каналов 90°, отличающийся тем, что перегрев расплава осуществляют до температуры 760-800°С с выдержкой 0,5-1,0 ч, отливку слитка проводят методом непрерывного литья в кристаллизатор скольжения, отжиг слитка проводят при температуре 360-380°С в течение 3-8 ч, из слитка получают заготовку прямоугольного сечения, квадратную в плане, с отношением толщины к ширине от 0,17 до 0,33, деформацию заготовки равноканальным угловым прессованием проводят при температуре 305-325°С с числом проходов от 8 до 10, что соответствует истинной деформации от 8 до 10, с противодавлением, равным 40-50% от приложенного давления, и поворотом заготовки после каждого прохода на 90° относительно оси, перпендикулярной большей грани заготовки и проходящей через центр заготовки, после деформации заготовки равноканальным угловым прессованием проводят холодную прокатку с суммарным обжатием 75-80% или холодную прокатку с суммарным обжатием 80-95% и последующим отжигом при температуре 305-335°С в течение 0,5-1,0 ч с охлаждением до комнатной температуры со скоростью 15-35°С/ч.

Изобретение относится к литейному и прокатному производству. .

Способ получения сверхпластичных листов из алюминиевых сплавов системы алюминий-магний-литий // 2345173

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам получения сверхпластичных листов из алюминиевых сплавов системы алюминий-магний-литий, и может быть использовано для сверхпластической формовки изделий сложной формы, а также при производстве прессованных профилей в качестве конструкционного материала.

Упрощенный способ изготовления катаных продуктов из сплавов al-zn-mg и продукты, полученные данным способом // 2326182

Изобретение относится к сплавам типа Al-Zn-Mg, а именно к сплавам, предназначенным для сварных конструкций, таких как конструкции, используемые в области морского строительства, при изготовлении кузовов автомобилей, промышленных транспортных средств и неподвижных или подвижных резервуаров.

Способ получения конструкционного материала из сплава на основе алюминия с содержанием магния // 2299924

Изобретение относится к литейному и прокатному производству. .

Сплав на основе алюминия для изготовления конструкционной фольги, способ получения слитков из сплава на основе алюминия для изготовления конструкционной фольги и способ изготовления конструкционной фольги из сплава на основе алюминия // 2298591

Изобретение относится к области металлургии цветных металлов и может быть использовано в металлургической, машиностроительной и авиационной промышленности, в частности для производства сотовых конструкций.

Сплав на основе алюминия и способ его термической обработки // 2296176

Изобретение относится к области металлургии сплавов на основе алюминия системы Al-Mg-Li-Cu, используемых в качестве конструкционного материала для авиакосмической техники и транспортного машиностроения в виде обшивки и внутреннего силового набора.

Способ термической обработки листов и сварных соединений сплавов системы алюминий - магний - кремний // 2278903

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам термической обработки листов и сварных соединений сплавов системы алюминий - магний - кремний. .

Способ изготовления броневых листов и плит из сплавов на основе алюминия и изделие из них // 2260488

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при изготовлении броневых листов и плит на основе алюминия, применяемых в авиа- и судостроении, в производстве наземных бронированных транспортных средств и др.

Способ производства калиброванных прутков из сплавов системы алюминий-магний-кремний // 2241781

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано в производстве калиброванных прутков из сплавов системы алюминий-магний-кремний. .

Способ получения изделий из сплава алюминий-магний-литий // 2232828

Изобретение относится к способу изготовления конструкционных деталей самолетов из сплава алюминий-магний-литий. .

Изделие из сплава al-mg, подходящее для применений в качестве броневого листа // 2461638

Изобретение относится к листовому изделию из алюминиевого сплава и может быть использовано для изготовления броневого листа

Способ получения сверхпластичных заготовок из алюминиевых сплавов на основе системы алюминий-магний-скандий // 2465365

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам получения сверхпластичных заготовок из алюминиевых сплавов на основе системы алюминий-магний-скандий (Al-Mg-Sc), содержащих также цирконий или цирконий и марганец, применяемых для сверхпластической формовки изделий сложной формы, а также в качестве конструкционного материала

Высокопрочный деформируемый сплав на основе алюминия с пониженной плотностью и способ его обработки // 2468107

Сверхпластичный сплав на основе алюминия // 2491365

Изобретение относится к области металлургии, а именно к разработке новых сплавов и технологий получения из них листовых полуфабрикатов методами термической обработки и обработки давлением

Способ холодной многопроходной прокатки тонких лент из алюминиевых сплавов // 2501881

Изобретение относится к обработке металлов давлением, например, к производству тонких лент из сплавов систем Al-Mg, Al-Mg-Mn и может быть использовано для производства упаковочной тары в пищевой промышленности. Для повышения пластичности и штампуемости обрабатываемого металла и снижения разброса механических свойств в способе холодной многопроходной прокатки тонких лент из алюминиевых сплавов системы Al-Mg или Al-Mg-Mn прокатке подвергают полностью рекристаллизованную горячекатаную заготовку ленты. Заготовка ленты имеет кубическую текстуру и толщину, в 9-10 раз превышающую конечную толщину ленты. Прокатку проводят со степенью деформации 45-57% в каждом из двух последних проходов и со скоростью деформации не менее 10 м/с в последнем проходе с обеспечением температуры 140-160°C в рулоне при смотке ленты в рулон массой не менее 8 т. 1 табл.

Алюминиевая лента с высоким содержанием марганца и магния // 2522242

Изобретение относится к алюминиевому сплаву для производства подложек для офсетных печатных форм. Алюминиевый сплав содержит следующие компоненты, в мас.%: 0,2% ≤ Fe ≤0,5%, 0,41% ≤ Mg ≤ 0,7%, 0,05% ≤ Si ≤ 0,25%, 0,31% ≤ Mn ≤0,6%, Cu ≤0,04%, Ti ≤ 0,05%, Zn ≤ 0,05%, Cr ≤ 0,01%, остальное - Al и неизбежные примеси, каждая из которых присутствует в количестве не более 0,05%, а в целом они составляют максимум 0,15%. Техническим результатом изобретения является создание алюминиевого сплава и алюминиевой ленты, изготовленной из алюминиевого сплава, которая пригодна для производства подложек для печатных форм, обладающих более высоким сопротивлением усталости при изгибе поперек направления вращения и большей термической устойчивостью без снижения способности к зернению. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 4 табл., 2 ил.

Способ изготовления листов и плит из алюминиевых сплавов // 2525953

Изобретение относится к металлургии деформируемых термически неупрочняемых алюминиевых сплавов, предназначенных для использования в качестве конструкционного материала в виде деформируемых полуфабрикатов в морской и авиакосмической технике, транспортном и химическом машиностроении, в т.ч. в криогенной технике, например судах-газовозах для перевозки сжиженных при низких температурах газов. Способ включает получение слитка из алюминиевого сплава, содержащего магний и скандий, методом полунепрерывного литья, гомогенизирующий отжиг при температуре 300-360°C продолжительностью до 8 часов, механическую обработку слитка, нагрев литых заготовок под прокатку при 340-380°C до 8 часов, горячую прокатку с получением листа или плиты и последующий отжиг при температуре 380-440°C до 4 часов. Способ обеспечивает получение высоких механических свойств при комнатной и низких (криогенных) температурах. 1 пр., 1 табл.

Способ обработки листовых заготовок из алюминиевых сплавов системы al-mg. // 2544721

Изобретение относится к обработке давлением металлических сплавов системы алюминий-магний, демонстрирующих прерывистую пластическую деформацию и локализацию деформации в полосах, вызывающих ухудшение качества поверхности и внезапное разрушение этих сплавов, и может быть использовано в авиакосмической и автомобильной отраслях. Способ включает механическую обработку давлением заготовки при комнатной температуре с одновременным пропусканием через нее постоянного электрического тока низкой плотности 20-30 А/мм2, который полностью подавляет полосообразование и прерывистую деформацию алюминий-магниевого сплава. Изобретение позволяет повысить качество обрабатываемой поверхности и увеличить ресурс долговечности алюминий-магниевых сплавов без снижения их прочности и пластичности. 3 ил.

Лист алюминиевого сплава и способ его изготовления // 2556171

Изобретение относится к области металлургии, а именно, к листам из алюминиевого сплава. Лист алюминиевого сплава, содержит подложку из алюминиевого сплава с составом, содержащим, в мас.%: 3,0-4,0 магния, 0,2-0,4 марганца, 0,1-0,5 железа, не менее 0,03 - менее 0,10 меди, и менее 0,20 кремния, причем остаток составляют алюминий и неизбежные примеси. Пиковая концентрация в распределении концентрации меди в направлении толщины в области на глубине от 15 нм до 200 нм от поверхности подложки из алюминиевого сплава равна или больше 0,15 мас.%. Подложка из алюминиевого сплава имеет рекристаллизованную структуру со средним размером зерна в 15 мкм или менее. Лист имеет высокую формуемость и способность к химической конверсионной обработке. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 3 ил., 2 табл., 6 пр.

Коррозионностойкие алюминиевые сплавы, имеющие высокое содержание магния, и способы их получения // 2563570

Изобретение относится к коррозионностойким алюминиевым сплавам с высоким содержанием магния и способам их получения. Разработаны системы и способы для непрерывной отливки изделий в виде листов или пластин из Al-Mg сплава, имеющих высокое содержание магния. Способ включает непрерывное литье Al-Mg сплава, содержащего от 6 вес.% до 10 вес.% Mg, горячую прокатку Al-Mg сплава до толщины, составляющей менее 6,35 мм, отжиг Al-Mg сплава в печи. Стадия отжига включает нагревание Al-Mg сплава при повышенной температуре и в течение периода времени, достаточного для получения отожженного состояния, и охлаждение Al-Mg сплава. Этап нагревания при отжиге включает нагревание Al-Mg сплава до температуры Т1 в диапазоне от приблизительно 365°С до приблизительно 500°С, в течение, по меньшей мере, около 2 часов. После стадии охлаждения Al-Mg сплав включает множество зерен, имеющих границы, и по существу свободен от сплошной пленки из β-фазы на границах зерен. Изделия из Al-Mg сплава устойчивы к коррозионному растрескиванию под напряжением и межкристаллитной коррозии. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 14 ил., 1 табл., 3 пр.