RU1769550C - Способ изготовления полуфабрикатов из сплавов системы алюминий-медь-магний-литий - Google Patents

Abstract

Использование: изобретение относится к металлургии, а именно к изготовлению полуфабрикатов из сплавов пониженной плотности системы Al-Cu-Mg-Li, с целью применения их для силовых конструктивных элементов планера самолета. Сущность способа состоит в том, что после отливки и, гомогенизации сплава проводят горячую деформацию с температурой 360-450°С и заканчивают ее при 260-350°С, затем проводят закалку и сплавы подвергают правке растяжением с остаточной деформацией 3,5-5,5% и последующему старению: при 120-150°С в течение 4-12 ч для полуфабрикатов толщиной до 10 мм, 1-ая ступень при 120-150°С в течение 4-12 ч и II-ая ступень при 165-175°С в течение 10-24 ч для полуфабрикатов толщиной свыше 10 мм. 2 з.п. ф-лы, 4 табл.

Description

Предлагаемое изобретение относится к области металлургии, а именно к области изготовления полуфабрикатов из сплавов пониженной плотности системы Al-Cu-Mg-Li, с целью применения для силовых конструктивных элементов планера самолета.

Сплавы системы Al-Cu-Mg-Li превосходят сплавы системы Al-Cu-Mg как по плотности, так и по модулю упругости, имеют близкий уровень прочностных свойств, то уступают естественно состаренным сплавам в пластичности и вязкости разрушения.

Известен способ получения деформируемых полуфабрикатов из сплава Д16, который включает получение слитков, гомогенизацию, горячую деформацию, закалку, правку и старение. Для сплавов типа Д16 установлено, что по сравнению с рекристаллизованной нерекристаллизованная структура имеет преимущество по прочности, вязкости и выносливости и разработан способ ее получения в катаных плитах. При изготовлении полуфабрикатов из сплава типа Д16 величина деформации при правке растяжением составляет 1,5-3%, увеличение степени деформации приводит наряду с повышением прочностных свойств к снижению характеристик трещиностойкости, в частности скорости роста трещины усталости.

Что касается искусственного старения, то предварительное естественное старение или старение при более низких температурах, чем окончательное, не оказывает влияния на свойства сплава.

Для сплавов типа Д16 применяется одноступенчатое старение при 190^оС в течение 12-16 ч.

Известен используемый за рубежом способ получения полуфабрикатов из сплава 8090 (системы Al-Cu-Mg-Li), который практически аналогичен принятому для сплава Д16чТ1 и приводит к получению невысоких значений пластичности и вязкости.

За прототип принят существующий способ получения полуфабрикатов из сплава 1440, который включает получение слитков, гомогенизацию, горячую деформацию в интервале максимальной пластичности при 440-470^оС, закалку, правку растяжением с остаточной деформацией 1,5-3%, искусственное старение при 170-190^оС в течение 10-24 ч.

Вышеуказанный способ приводит к получению недостаточно высоких значений относительного удлинения и характеристик трещиностойкости.

Целью изобретения является разработка способа получения полуфабрикатов из сплавов системы Al-Cu-Mg-Li, обладающих повышенными характеристиками трещиностойкости и пластичности без снижения уровня прочностных свойств.

Такое повышение достигается сочетанием рекристаллизованной структуры с увеличенной степенью деформации при правке растяжением и определенным старением.

С этой целью предлагается следующий способ изготовления полуфабрикатов.

Получение слитков и гомогенизация. Прокатка при 360-450^оС с температурой конца 260-350^оС; возможна дальнейшая холодная прокатка для тонких листов. Закалка, правка растяжением с остаточной деформацией 3,5-5,5%. Старение: при 120-150^оС в течение 4-12 ч для полуфабрикатов толщиной до 10 мм; I-я ступень при 120-150^оС в течение 4-12 ч, нагрев и II-ая ступень при 165-175^оС в течение 10-24 ч для полуфабрикатов толщиной свыше 10 мм.

Для обшивки фюзеляжа пассажирских самолетов используются тонкие листы, от которых требуются высокие вязкость разрушения (К_с) и выносливость (МЦУ), что является определяющим с точки зрения как живучести, так и весовой эффективности, при прочности на уровне сплава Д16Т. Поэтому для тонких листов сплава системы Al-Cu-Mg-Li возможно использование мягких режимов старения.

Что касается более толстых полуфабрикатов, которые могут работать как в сжатых зонах, так и при высоких статических нагрузках, то они должны иметь более высокие значения пределов прочности и текучести и их целесообразно подвергать более сильному старению.

П р и м е р. В промышленных условиях были отлиты слитки сплава 1440 размером 225х1100 мм и 275х1100 мм. После гомогенизации при 515^оС и механической обработки слитки были прокатаны при различных температурах на листы толщиной 6 мм и плиты толщиной 20 мм. Закалку проводили с 530^оС в воду. После закалки полуфабрикаты правили растяжением с различными степенями остаточной деформации. Искусственное старение проводили по одноступенчатому и двухступенчатому режимам. Определяли свойства при растяжении, вязкость разрушения (К_с ^у) на образцах шириной 200 мм, скорость роста трещины усталости (СРТУ).

Режимы прокатки и старения листов приведены в табл.1, плит - в табл.2, результаты испытаний - в табл.3,4.

Полуфабрикаты с более низкой температурой конца прокатки 260^оС, как показало микроисследование, имели частично рекристаллизованную структуру, и, как видно из табл.3,4, - более высокую вязкость и пластичность. При этом наиболее оптимальное сочетание свойств достигается после правки растяжением 3,5-5,5% и старения по предлагаемым режимам. Так К_с ^у возрастает на 6-12%, относительное удлинение-на 40-50% , СРТУ уменьшается на 15-25% при том же уровне прочностных свойств.

После обычно принятой правки 2% и старения полуфабрикаты имеют более низкий уровень относительного удлинения.

Увеличение степени деформации при правке до 6,5% приводит к ухудшению характеристик трещиностойкости (СРТУ, К_с ^у).

Разработка ступенчатого старения основана на выявленном факте, что длительное естественное старение приводит к упрочнению сплава, а при наложении искусственного старения - к повышению пластичности при понижении прочности. Поэтому I ступень старения как бы имитирует предшествующее естественное старение, а II ступень обеспечивает прочностные свойства, включая предел текучести, не ниже, чем у сплава типа Д16 в искусственно состаренном состоянии.

Таким образом предлагаемый способ позволяет получать полуфабрикаты из сплавов системы Al-Cu-Mg-Li, обладающие повышенными характеристиками пластичности, трещиностойкости (К_с ^у, СРТУ) без снижения уровня прочностных свойств.

Эти полуфабрикаты могут быть использованы для силовых деталей планера самолета взамен сплава Д16чТ, что позволит снизить вес деталей на 10% за счет меньшей плотности и на 15% при использовании и повышенной жесткости.

Claims (3)

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУФАБРИКАТОВ ИЗ СПЛАВОВ СИСТЕМЫ АЛЮМИНИЙ-МЕДЬ-МАГНИЙ-ЛИТИЙ, включающий получение слитков, гомогенизацию, горячую деформацию, закалку, правку растяжением и старение, отличающийся тем, что, с целью повышения трещиностойкости и пластичности при сохранении прочности, горячую деформацию начинают при 360 - 450^oС и заканчивают при 260 - 350^oС, а правку проводят со степенями 3,5 - 5,5%.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что старение полуфабрикатов толщиной до 10 мм проводят при 120 - 150^oС в течение 4 - 12ч.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что старение полуфабрикатов толщиной свыше 10 мм проводят ступенчато: при 120 - 150^oС в течение 4 - 12 ч на первой и при 165 - 175^oС в течение 10 - 24 ч на второй.

Images