×
19.04.2019
219.017.2d1e

Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПОЛУФАБРИКАТОВ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к области металлургии сплавов на основе алюминия, в том числе сплавов системы Al-Mg-Li, используемых в виде тонкостенных прессованных полуфабрикатов для стрингерного и силового набора фюзеляжа в клепаных и сварных конструкциях авиакосмической техники и судостроения. Предложенный способ включает горячую деформацию и закалку, проводимые с одного нагрева, и холодную пластическую деформацию. Горячую деформацию проводят со степенью не менее 82% с последующим охлаждением на воздухе со скоростью 0,3-10°С/сек, а холодную пластическую деформацию осуществляют со степенью не более 4%. В частных случаях осуществления изобретения горячую деформацию и закалку проводят с одного нагрева при 380-480°С; после холодной пластической деформации проводят одно- или трехступенчатое искусственное старение; при одноступенчатом старении нагрев проводят при 115-125°С и выдержке 5-12 часов; при трехступенчатом старении нагрев на первой ступени проводят при 80-90°С и выдержке 3-6 часов, на второй ступени - при 115-125°С и выдержке 10-16 часов, на третьей ступени - при 95-105°С и выдержке 10-12 часов. Техническим результатом изобретения является создание способа, обеспечивающего повышение характеристик прочности, пластичности и коррозионной стойкости полуфабрикатов и изделий из них. 4 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к области металлургии сплавов на основе алюминия, в том числе сплавов системы Al-Mg-Li, используемых в виде тонкостенных прессованных полуфабрикатов для стрингерного и силового набора фюзеляжа в клепаных и сварных конструкциях авиакосмической техники и судостроения.

Для перспективных изделий авиакосмической техники и машиностроения предъявляются повышенные требования по снижению веса и повышению ресурса и надежности. С целью обеспечения выполнения этих требований необходимо применение тонкостенных прессованных полуфабрикатов с высокими характеристиками прочности, пластичности и коррозионной стойкости.

Известен способ получения прессованных полуфабрикатов из алюминиевого сплава системы Al-Li-Mg, включающий отливку слитков, гомогенизацию слитков при температуре 400-500°С, прессование полуфабрикатов при температуре 320-420°С со степенью деформации не более 80%, термическую обработку на твердый раствор при 350-480°С, закалку со скоростью 0,5-3 Vкр и старение при 100-200°С, 0,5-36 ч (патент РФ №2163938).

Недостатком способа является дополнительный процесс термической обработки, который связан с нагревом до температур 350-480°С после охлаждения с температуры горячей деформации, а также невысокая степень деформации при прессовании.

Известен также способ получения прессованных полуфабрикатов из алюминиево-литиевых сплавов, включающий гомогенизацию слитков и прессование при температуре 520-540°С со скоростью 17 м/мин, закалку в воде и старение (патент США №5820708).

Введение дополнительного нагрева прессованных профилей, особенно в тонких сечениях, а также высокая температура прессования в указанном способе приводят к огрублению структуры: появлению укрупненного зерна, образованию на периферии крупнокристаллического ободка, областей, обедненных литием, и продуктов взаимодействия атмосферы печи с металлом. Это приводит к снижению механических характеристик профилей, к снижению сопротивления межкристаллитной коррозии вследствие диффузии водорода внутрь металла по границам зерен. Закалка в воде снижает сопротивление коррозионному растрескиванию из-за преимущественного распада твердого раствора при старении по границам зерен и образования зон, свободных от выделений.

Прессованные профили из сплавов Al-Mg-Li с пониженными механическими и коррозионными свойствами не пригодны для изготовления силовых элементов самолетных конструкций, особенно сварных конструкций, эксплуатирующихся в условиях морского климата.

Наиболее близким к предложенному способу является способ термомеханической обработки полуфабрикатов из алюминиевых сплавов, содержащих марганец, взятый в качестве прототипа.

Известный способ включает горячую деформацию и закалку в воде с одного нагрева, осуществляемого со скоростью 10-15°С в минуту, предварительное старение при 5-30°С в течение 0,5-16 ч, пластическую деформацию со степенью 5-19% и окончательное старение (патент РФ №2176284).

Обработка по указанному способу алюминиевых сплавов, содержащих магний, литий и другие элементы, приводит к существенному снижению пластичности полуфабрикатов за счет деформационного упрочнения при пластической деформации со степенью более 5 % и последующего упрочняющего старения. Прессованные профили, изготовленные по этому способу, невозможно использовать для изготовления сложных по конфигурации деталей самолетных конструкций из-за растрескивания их при формообразовании.

Технической задачей настоящего изобретения является создание способа термомеханической обработки полуфабрикатов из алюминиевых сплавов, обеспечивающего повышение характеристик прочности, пластичности и коррозионной стойкости полуфабрикатов и изделий из них путем формирования не-рекристаллизованной, с развитой мелкозернистой субструктурой и однородного распада твердого раствора в объеме зерен.

Для достижения поставленной цели предложен способ термомеханической обработки полуфабрикатов из алюминиевых сплавов, включающий горячую деформацию и закалку, проводимые с одного нагрева, и холодную пластическую деформацию, отличающийся тем, что горячую деформацию проводят со степенью не менее 82% с последующим охлаждением на воздухе со скоростью 0,3-10°С/сек, а холодную пластическую деформацию осуществляют со степенью не более 4%.

Горячую деформацию и закалку проводят с одного нагрева при температуре 380-480°С.

После холодной пластической деформации можно проводить искусственное старение в одну или три ступени. При одноступенчатом старении нагрев проводят при температуре 115-125°С и выдержке 5-12 часов. При трехступенчатом старении нагрев на первой ступени проводят при температуре 80-90°С и выдержке 3-6 часов, на второй ступени - при температуре 115-125°С и выдержке 10-16 часов, на третьей ступени - при температуре 95-105°С и выдержке 10-12 часов. Одноступенчатое старение осуществляют на полуфабрикатах, используемых при изготовлении силовых элементов конструкций, где необходим максимальный уровень прочности. Трехступенчатое старение применяется для полуфабрикатов, используемых при изготовлении элементов обшивки фюзеляжных конструкций, требующих высоких характеристик вязкости разрушения.

Из полуфабрикатов, полученных по этому способу, изготавливают изделия стрингерного и силового набора фюзеляжных конструкций в самолетостроении, а также клепаных и сварных конструкций судостроения.

Понижение степени горячей деформации менее 82% приводит к недостаточной проработке и неоднородному распределению легирующих элементов в матрице и соответственно к появлению градиента концентраций внутри зерен и снижению коррозионной стойкости. Повышение степени окончательной холодной деформации выше 4% приводит к резкому падению пластичности материала. Снижение скорости охлаждения полуфабрикатов на воздухе менее 0,3°С/сек приводит к образованию укрупненных частиц упрочняющих фаз, которые вносят незначительный вклад при искусственном старении полуфабрикатов и способствуют получению пониженных прочностных характеристик, а при скорости более 10°С/сек происходит снижение сопротивления коррозионному растрескиванию из-за гетерогенного распада по границам зерен. Снижение температуры нагрева заготовки под деформацию ниже 380°С приводит к неполному растворению легирующих элементов Li и Mg, что способствует снижению пресыщения твердого раствора алюминия и понижению прочностных характеристик полуфабрикатов. Увеличение температуры нагрева заготовки выше 480°С способствует появлению крупнозернистой структуры, что также способствует снижению прочностных характеристик полуфабрикатов.

Пример осуществления

Прессованные профили изготавливали из сплавов 2-х составов:

5,3% Mg, 1,9% Li, 0,1%Zr (примеры 1, 2, 4) и 4,9% Mg, 1,7% Li, 0,6% Zn, 0,08% Zr и 0,06% Sc (примеры 3, 5). Прессованные профили были получены из промежуточной заготовки (примеры №1-3, 5), диаметром 92 и 112 мм и из литой заготовки (пример №4), диаметром 270 мм. Режимы термомеханической обработки и свойства профилей по предлагаемому способу и способу прототипа представлены в таблицах №1 и 2.

Таблица 1
№ способаГорячая деформацияСкорость охлаждения, °С/ секПредварительное старениеХолодная пластическая деформация, (%)Окончательное старение
Т,°ССтепень, %Т,°СВремя, часТ,°СВремя, час
1380905--0,5--
2400822--31255
3430950,3--480+125+956+10+12
44508510--211512
5480923--1,590+115+1053+16+10
6430 со скоростью нагрева 10°С/мин60-252141256
№1-5 -предлагаемый способ
№ 6 - прототип

Прессованные полуфабрикаты, изготовленные по предлагаемому способу, имеют нерекристаллизованную структуру с развитой мелкозернистой субструктурой и характеризуются высоким уровнем прочности, текучести и относительного удлинения. Как видно из таблицы 2, предел прочности у этих полуфабрикатов на 20-60 МПа выше, чем у полуфабрикатов по способу-прототипу, предел текучести выше на 50-80 МПа, относительное удлинение превосходит более чем в 1,6 раза. Они не склонны к межкристаллитной коррозии и имеют более высокое сопротивление коррозионному растрескиванию и расслаивающей коррозии.

Таким образом, изготовление прессованных полуфабрикатов по предложенному способу и изделий из них обеспечивает наилучшее сочетание механических и коррозионных свойств. Применение полученных полуфабрикатов для изготовления изделий авиакосмической техники позволит повысить их надежность и обеспечит увеличение весовой эффективности.

1.Способтермомеханическойобработкиполуфабрикатовизалюминиевыхсплавов,включающийгорячуюдеформациюизакалку,проводимыесодногонагрева,ихолоднуюпластическуюдеформацию,отличающийсятем,чтогорячуюдеформациюпроводятсостепеньюнеменее82%споследующимохлаждениемнавоздухесоскоростью0,3-10°С/с,ахолоднуюпластическуюдеформациюосуществляютсостепеньюнеболее4%.12.Способпоп.1,отличающийсятем,чтогорячуюдеформациюизакалкупроводятсодногонагревапритемпературе380-480°С.23.Способпоп.1,отличающийсятем,чтопослехолоднойпластическойдеформациипроводятодно-илитрехступенчатоеискусственноестарение.34.Способпоп.3,отличающийсятем,чтоприодноступенчатомстарениинагревпроводятпритемпературе115-125°Сивыдержке5-12ч.45.Способпоп.3,отличающийсятем,чтопритрехступенчатомстарениинагревнапервойступенипроводятпритемпературе80-90°Сивыдержке3-6ч,навторойступени-притемпературе115-125°Сивыдержке10-16ч,натретьейступени-притемпературе95-105°Сивыдержке10-12ч.5
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 131-140 из 354.
13.01.2017
№217.015.7dd5

Припой на основе титана для пайки сплава на основе интерметаллида ниобия

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокотемпературным припоям на основе титана, которое может найти применение при изготовлении паяных деталей горячего тракта газотурбинных двигателей. Припой на основе титана для пайки сплава на основе интерметаллида ниобия с температурой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002600785
Дата охранного документа: 27.10.2016
13.01.2017
№217.015.7dd8

Способ нанесения керамического слоя теплозащитного покрытия

Способ включает размещение изделия с жаростойким покрытием в камере распыления, заполненной смесью кислорода и инертного газа, нагрев изделия, магнетронное распыление мишени из сплава на основе циркония с образованием керамического слоя и термообработку изделия и отличается тем, что нагрев...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002600783
Дата охранного документа: 27.10.2016
13.01.2017
№217.015.7de8

Слоистый алюмостеклопластик и изделие, выполненное из него

Изобретение относится к области слоистых алюмополимерных композиционных материалов и касается слоистого алюмостеклопластика и изделия, выполненного из него. Слоистый алюмостеклопластик содержит по меньшей мере два слоя высокомодульного Al-Li сплава с уложенными между ними двумя слоями...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002600765
Дата охранного документа: 27.10.2016
13.01.2017
№217.015.825b

Жаропрочный свариваемый сплав на основе кобальта и изделие, выполненное из него

Изобретение относится к области металлургии жаропрочных свариваемых деформируемых сплавов и изделий, выполненных из этих сплавов, и может быть использовано для изготовления элементов камеры сгорания, сопла и других узлов газотурбинных двигателей и установок, работающих до температуры 1250°C....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002601720
Дата охранного документа: 10.11.2016
13.01.2017
№217.015.8290

Высокотемпературное антиокислительное покрытие для керамических композиционных материалов на основе карбида кремния

Изобретение относится к области покрытий керамических материалов, в частности к керамическим покрытиям, и может быть использовано для защиты керамических материалов, применяемых в авиакосмической технике. Высокотемпературное антиокислительное покрытие для керамических композиционных материалов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002601676
Дата охранного документа: 10.11.2016
13.01.2017
№217.015.829c

Высокотемпературный пленочный клей

Изобретение относится к области создания высокотемпературных цианатэфирных клеев повышенной теплостойкости (рабочей температурой до 200°C) для соединения полимерных композиционных материалов (ПКМ) методом склеивания, применяемых при изготовлении деталей и сборочных единиц авиационной техники, в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002601480
Дата охранного документа: 10.11.2016
13.01.2017
№217.015.82c4

Эпоксидное связующее, препрег на его основе и изделие, выполненное из него

Изобретение относится к эпоксидным связующим для создания конструкционных полимерных композиционных материалов на основе волокнистых наполнителей и может быть использовано в строительной индустрии, авиационной, космической, автомобиле-, судостроительной промышленности и других областях...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002601486
Дата охранного документа: 10.11.2016
13.01.2017
№217.015.83f3

Способ плавки и литья магниево-циркониевых сплавов

Изобретение относится к области металлургии сплавов и может быть использовано при производстве жаропрочных, высокопрочных и специальных магниевых сплавов, содержащих редкоземельные металлы (РЗМ), цинк, цирконий и др. Способ получения литых магниево-циркониевых сплавов, содержащих РЗМ, включает...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002601718
Дата охранного документа: 10.11.2016
13.01.2017
№217.015.8544

Способ определения предела выносливости металлических материалов

Изобретение относится к области исследования прочностных свойств твердых материалов и может быть использовано для определения усталостной прочности конструкционных материалов, работающих в условиях циклического нагружения. Сущность: осуществляют циклическое нагружение образца в условиях...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002603243
Дата охранного документа: 27.11.2016
13.01.2017
№217.015.8734

Способ термомеханической обработки полуфабрикатов из двухфазных (α+β) титановых сплавов

Изобретение относится к области металлургии, в частности к термомеханической обработке полуфабрикатов из двухфазных (α+β)-титановых сплавов, и может быть использовано в машиностроении и авиационной технике. Способ термомеханической обработки полуфабрикатов из двухфазных (α+β)-титановых сплавов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002603416
Дата охранного документа: 27.11.2016
Показаны записи 1-5 из 5.
20.03.2019
№219.016.e485

Способ термической обработки полуфабрикатов и изделие из сплава на основе алюминия

Изобретение относится к металлургии сплавов на основе алюминия и может быть использовано при изготовлении катаных, прессованных, кованых полуфабрикатов и изделий в виде обшивки и внутреннего силового набора фюзеляжа самолетов. Предложенный способ включает закалку и трехступенчатое искусственное...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02235799
Дата охранного документа: 10.09.2004
20.03.2019
№219.016.e490

Способ изготовления прессованных полуфабрикатов из алюминиевого сплава и изделие, полученное из них

Изобретение относится к области металлургии термически упрочняемых сплавов на основе алюминия, используемых в виде прессованных полуфабрикатов для стрингерного и силового набора фюзеляжей самолетов различного назначения, включая морскую авиацию. Предложенный способ включает отливку слитков,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02238998
Дата охранного документа: 27.10.2004
20.03.2019
№219.016.e493

Способ изготовления полуфабрикатов из алюминиевого сплава и изделие, полученное этим способом

Изобретение относится к области металлургии алюминиевых сплавов, в частности к сплавам, содержащим литий и медь, используемым в виде катаных, прессованных и кованых полуфабрикатов для изготовления силовых элементов клепаных и сварных конструкций авиационной и космической техники. Предложенный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02238997
Дата охранного документа: 27.10.2004
09.05.2019
№219.017.5135

Способ изготовления листов из алюминиевых сплавов

Способ изготовления листов из алюминиевых сплавов включает гомогенизацию, охлаждение со скоростью 5-50°С/ч до 100-150°С, нагрев до температуры горячей прокатки 360-450°С, горячую прокатку, отжиг горячекатаной заготовки, перед холодной прокаткой листовую заготовку отжигают при температуре...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002158783
Дата охранного документа: 10.11.2000
19.06.2019
№219.017.8c2b

Сплав на основе алюминия и изделие, выполненное из него

Изобретение относится к высокопрочным деформируемым термически упрочняемым свариваемым сплавам на основе алюминия, в частности системы Al - Cu - Li, используемым в качестве конструкционных материалов в изделиях авиакосмической техники, таких как сварные топливные баки для работы при температуре...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002163940
Дата охранного документа: 10.03.2001
+ добавить свой РИД