способ производства заклепочной проволоки из сплавов системы al-cu-mg (варианты)
Классы МПК: | C22F1/057 сплавов с медью в качестве следующего основного компонента |
Автор(ы): | Ходаков Сергей Павлович (RU), Комаров Владимир Михайлович (RU), Телешов Виктор Владимирович (RU), Захаров Валерий Владимирович (RU), Козлов Александр Николаевич (RU), Окулова Галина Тихоновна (RU), Сигалов Юрий Михайлович (RU), Пименов Юрий Петрович (RU), Головлева Анна Петровна (RU) |
Патентообладатель(и): | Открытое акционерное общество "Всероссийский институт легких сплавов" (ОАО "ВИЛС") (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2007-08-27 публикация патента:
10.05.2009 |
Предлагаемое изобретение относится к области металлургии, в частности к способам производства заклепочной проволоки из сплавов системы Al-Cu-Mg, применяемой в авиакосмической промышленности. Способ включает получение слитков, их гомогенизацию и механическую обработку, горячую прокатку, отжиг, охлаждение и волочение в несколько переходов. Гомогенизации подвергают слитки диаметром 130-150 мм с содержанием водорода менее 0,25 см3/100 г металла и величиной зерна менее 1 мм при температуре 500-525°С в течение 8-12 часов с последующим охлаждением с печью со скоростью 10-50°С/ч до температуры 250-400°С и далее на воздухе. Механическую обработку заготовок ведут до диаметра 100-120 мм, затем заготовки нагревают до температуры 370-400°С в течение 5-8 часов и проводят горячую прокатку до диаметра 8-14 мм с температурой конца прокатки не менее 85°С. После этого ведут отжиг при температуре 390-420°С продолжительностью 1-3 часа и охлаждение с печью со скоростью 20-30°С/ч до температуры 200-250°С, далее на воздухе. Волочение осуществляют на конечный диаметр проволоки с общей степенью деформации 0,45-0,65, подвергая готовую проволоку окончательному низкотемпературному отжигу при температуре 260-280°С продолжительностью 1-2 часа с дальнейшим охлаждением на воздухе. Повышают физико-механические свойства металла: стабильность структуры слитков, технологическую пластичность слитков и готовой проволоки, сопротивление срезу. 2 н.п. ф-лы, 3 табл.
Формула изобретения
1. Способ производства заклепочной проволоки из сплавов системы Al-Cu-Mg, включающий получение слитков, их гомогенизацию и механическую обработку, горячую прокатку, отжиг, охлаждение и волочение в несколько переходов, отличающийся тем, что гомогенизации подвергают слитки диаметром 130-150 мм с содержанием водорода менее 0,25 см3/100 г металла и величиной зерна менее 1 мм при температуре 500-525°С в течение 8-12 ч и последующим охлаждением с печью со скоростью 10-50°С/ч до температуры 250-400°С и далее на воздухе, механическую обработку заготовок ведут до диаметра 100-120 мм, затем заготовки нагревают до температуры 370-400°С в течение 5-8 ч и проводят горячую прокатку до диаметра 8-14 мм с температурой конца прокатки не менее 85°С, после чего ведут отжиг при температуре 390-420°С продолжительностью 1-3 ч и охлаждение с печью со скоростью 20-30°С/ч до температуры 200-250°С, далее на воздухе, а волочение осуществляют на конечный диаметр проволоки с общей степенью деформации 0,45-0,65, подвергая готовую проволоку окончательному низкотемпературному отжигу при температуре 260-280°С продолжительностью 1-2 ч с дальнейшим охлаждением на воздухе.
2. Способ производства заклепочной проволоки из сплавов системы Al-Cu-Mg, включающий получение слитков, их гомогенизацию и механическую обработку, горячую прокатку, отжиг, охлаждение и волочение в несколько переходов по крайней мере с одним промежуточным отжигом, отличающийся тем, что гомогенизации подвергают слитки диаметром 130-150 мм с содержанием водорода менее 0,25 см3/100 г металла и величиной зерна менее 1 мм при температуре 500-525°С в течение 8-12 ч и последующим охлаждением с печью со скоростью 10-50°С/ч до температуры 250-400°С и далее на воздухе, механическую обработку заготовок ведут до диаметра 100-120 мм, затем заготовки нагревают до температуры 370-400°С в течение 5-8 ч и проводят горячую прокатку до диаметра 8-14 мм с температурой конца прокатки не менее 85°С, после чего ведут отжиг при температуре 390-420°С продолжительностью 1-3 ч и охлаждение с печью со скоростью 20-30°С/ч до температуры 200-250°С, далее на воздухе, а волочение осуществляют на конечный диаметр проволоки с общей степенью деформации 0,70-0,98 по крайней мере с одним дополнительным промежуточным отжигом при температуре 360-380°С продолжительностью 1-3 ч с дальнейшим охлаждением на воздухе, со степенью деформации между промежуточными отжигами 0,20-0,40 и степенью деформации после последнего промежуточного отжига 0,45-0,65, готовую проволоку подвергают окончательному низкотемпературному отжигу при температуре 260-280°С продолжительностью 1-2 ч с дальнейшим охлаждением на воздухе.
Описание изобретения к патенту
Предлагаемое изобретение относится к области металлургии, в частности к способам производства заклепочной проволоки из сплавов системы Al-Cu-Mg, применяемой в авиакосмической промышленности.
Известен способ непрерывного изготовления металлической проволоки, в котором круглую металлическую проволоку за одну или несколько операций уменьшают в диаметре прокаткой до получения необходимого размера и формы (Патент США № 6886385, В21С 1/04. 2006 г.).
Недостатком известного способа является недостаточно высокий уровень механических свойств получаемой проволоки из алюминиевых сплавов.
Известен способ производства заклепочной проволоки из сплавов системы Al-Cu-Mg, включающий получение слитков, их гомогенизацию и механическую обработку, горячую прокатку, отжиг, охлаждение и волочение в несколько переходов с промежуточным отжигом (Структура и свойства полуфабрикатов из алюминиевых сплавов. Справ. изд. 2-е изд. М.: Металлургия, 1984, 408 с. // Глава XXII. Структура и свойства проволоки для крепежных деталей. с.370-388), прототип.
Недостатком известного способа являются низкие физико-механические свойства получаемого металла (например пластичность, сопротивление срезу, стабильность структуры), приводящие к низкому выходу годного.
Предлагаемый способ производства заклепочной проволоки из сплавов системы Al-Cu-Mg включает получение слитков, гомогенизацию слитков диаметром 130-150 мм с содержанием водорода менее 0,25 см3/100 г металла и величиной зерна менее 1 мм при температуре 500-525°С в течение 8-12 часов и последующее охлаждение со скоростью 10-50°С/ч с печью до температуры 250-400°С и далее на воздухе, механическую обработку заготовок до диаметра 100-120 мм с последующим нагревом до температуры 370-400°С в течение 5-8 часов, горячую прокатку до диаметра 8-14 мм с температурой конца прокатки не менее 85°С, последующий отжиг при температуре 390-420°С продолжительностью 1-3 часа и охлаждение с печью со скоростью 20-30°С/ч до температуры 200-250°С, далее на воздухе, волочение на конечный диаметр проволоки с общей степенью деформации 0,45-0,65, окончательный низкотемпературный отжиг готовой проволоки при температуре 260-280°С продолжительностью 1-2 часа с дальнейшим охлаждением на воздухе.
Предлагаемый способ производства заклепочной проволоки из сплавов системы Al-Cu-Mg включает получение слитков, гомогенизацию слитков диаметром 130-150 мм с содержанием водорода менее 0,25 см3/100 г металла и величиной зерна менее 1 мм при температуре 500-525°С в течение 8-12 часов и последующее охлаждение со скоростью 10-50°С/ч с печью до температуры 250-400°С и далее на воздухе, механическую обработку заготовок до диаметра 100-120 мм с последующим нагревом до температуры 370-400°С в течение 5-8 часов, горячую прокатку до диаметра 8-14 мм с температурой конца прокатки не менее 85°С, последующий отжиг при температуре 390-420°С продолжительностью 1-3 часа и охлаждение с печью со скоростью 20-30°С/ч до температуры 200-250°С, далее на воздухе, волочение на конечный диаметр проволоки с общей степенью деформации 0,70-0,98 по крайней мере с одним дополнительным промежуточным отжигом при температуре 360-380°С продолжительностью 1-3 часа с дальнейшим охлаждением на воздухе, со степенью деформации между промежуточными отжигами 0,20-0,40 и степенью деформации после последнего промежуточного отжига 0,45-0,65, окончательный низкотемпературный отжиг готовой проволоки при температуре 260-280°С продолжительностью 1-2 часа с дальнейшим охлаждением на воздухе.
Предложенный способ отличается от прототипа тем, что гомогенизации подвергают слитки диаметром 130-150 мм с содержанием водорода менее
0,25 см3/100 г металла и величиной зерна менее 1 мм при температуре 500-525°С в течение 8-12 часов и последующим охлаждением со скоростью 10-50°С/ч с печью до температуры 250-400°С и далее на воздухе, механическую обработку заготовок ведут до диаметра 100-120 мм с последующим нагревом до температуры 370-400°С в течение 5-8 часов, горячую прокатку проводят до диаметра 8-14 мм с температурой конца прокатки не менее 85°С, после чего ведут отжиг при температуре 390-420°С продолжительностью 1-3 часа и охлаждение со скоростью 20-30°С/ч с печью до температуры 200-250°С, далее на воздухе, а волочение осуществляют на конечный диаметр проволоки с общей степенью деформации 0,45-0,65, подвергая готовую проволоку окончательному низкотемпературному отжигу при температуре 260-280°С продолжительностью 1-2 часа с дальнейшим охлаждением на воздухе.
Предложенный способ отличается от прототипа тем, что гомогенизации подвергают слитки диаметром 130-150 мм с содержанием водорода менее
0,25 см3/100 г металла и величиной зерна менее 1 мм при температуре 500-525°С в течение 8-12 часов и последующим охлаждением со скоростью 10-50°С/ч с печью до температуры 250-400°С и далее на воздухе, механическую обработку заготовок ведут до диаметра 100-120 мм с последующим нагревом до температуры 370-400°С в течение 5-8 часов, горячую прокатку проводят до диаметра 8-14 мм с температурой конца прокатки не менее 85°С, после чего ведут отжиг при температуре 390-420°С продолжительностью 1-3 часа и охлаждение с печью со скоростью 20-30°С/ч до температуры 200-250°С, далее на воздухе, а волочение осуществляют на конечный диаметр проволоки с общей степенью деформации 0,70-0,98 по крайней мере с одним дополнительным промежуточным отжигом при температуре 360-380°С продолжительностью 1-3 часа с дальнейшим охлаждением на воздухе, со степенью деформации между промежуточными отжигами 0,20-0,40 и степенью деформации после последнего промежуточного отжига 0,45-0,65, готовую проволоку подвергают окончательному низкотемпературному отжигу при температуре 260-280°С продолжительностью 1-2 часа с дальнейшим охлаждением на воздухе.
Технический результат - повышение физико-механических свойств металла (стабильности структуры слитков, технологической пластичности слитков и готовой проволоки, сопротивления срезу) и, как следствие, повышение качества изделий и выхода годного при производстве проволоки.
Использование предлагаемого способа позволяет получить однородную мелкозернистую структуру заготовок, за счет чего повышается пластичность металла, позволяющая проводить прокатку с высокой степенью деформации без появления поверхностных дефектов и проводить последующее волочение с получением проволоки без поверхностных дефектов с мелкозернистой рекристаллизованной структурой и с повышенными характеристиками прочности и пластичности. Это ведет к улучшению расклепываемости и повышает выход годного при производстве проволоки.
Пример 1.
Приготовили в электрической печи сопротивления емкостью 1,5 т плавку массой 1000 кг из алюминиевого сплава марки В65 (4,43 Cu, 0,23 Mg, 0,40 Mn, 0,06 Ti, 0,08 Fe, 0,09 Si, мас.%, алюминий - остальное), из которой отлили полунепрерывным методом слитки диаметром 134 мм со средним сечением (хордой) зерна 0,6 мм при содержании водорода 0,22 см3/100 г металла и отсутствии неметаллических включений и пористости. Слитки гомогенизировали при температуре 520°С продолжительностью 10 часов, охлаждали со скоростью 20°С/ч с печью до температуры 340°С и далее на воздухе, подвергали механической обработке на диаметр 120 мм для удаления мелких поверхностных дефектов и окисных плен.
Полученные после механической обработки заготовки длиной 1 м нагрели до температуры 390°С в течение 7 часов и подвергли горячей прокатке до диаметра 10 мм с температурой конца прокатки 90°С.
Провели отжиг катанки при 410°С - 2 ч с охлаждением с печью со скоростью 25°С/ч до температуры 250°С, далее охлаждение на воздухе с последующим волочением катанки на конечный диаметр проволоки 6 мм на многократном волочильном станке за четыре перехода через фильеры диаметром 8,5-7,3-6,5-6,0 мм с общей степенью деформации =0,64 и степенью деформации по отдельным переходам 0,28, 0,26, 0,21 и 0,15 соответственно.
Степень деформации при этом определяется по соотношению
=(D2-d2)/D2,
где - степень деформации; D - диаметр проволоки до волочения, мм; d -промежуточный или конечный диаметр проволоки, мм.
Затем провели низкотемпературный отжиг проволоки при 270°С продолжительностью 1,5 часа.
Провели испытания проволоки с определением временного сопротивления В, относительного удлинения 5, сопротивления срезу ср и расклепываемости после окончательной термической обработки, заключающейся согласно директивным документам в нагреве при температуре 520°С с выдержкой 1 час, последующей закалке в воду с температурой 20°С и старения при 75°С с выдержкой 24 часа.
В таблице 1 приведены свойства полученной проволоки после окончательной термической обработки, удовлетворяющие требованиям технических условий. Образцы проволоки проходят испытания на расклепываемость без появления трещин.
Таблица 1. Механические свойства проволоки диаметром 6 мм из сплава В65, изготовленной по варианту 1. | ||
Состояние | Свойство | Значение |
Старение75°С-24 ч | В, МПа | 397 |
5, % | 30,1 | |
ср, МПа | 261 |
Пример 2.
Для прокатки использовали заготовки, получение которых описано в примере 1. Заготовку подвергли горячей прокатке после нагрева до температуры 390°С в течение 7 часов до диаметра 13 мм с температурой конца прокатки 150°С. Катанку диаметром 13 мм подвергли отжигу при 410°С - 2 ч с охлаждением с печью со скоростью 25°С/ч до температуры 250°С, далее охлаждение на воздухе.
Волочение отожженной катанки на конечный диаметр проволоки 6 мм проводили на многократном волочильном станке с двумя промежуточными отжигами при температуре 375°С продолжительностью 2 часа с дальнейшим охлаждением на воздухе по схеме (диаметр фильеры): 11,5-10,1-отжиг-9,1-8,6-отжиг-7,4-6,3-6,0 с общей степенью деформации =0,79 и степенью деформации между промежуточными отжигами 0,40 и 0,28 со степенью деформации после последнего промежуточного отжига 0,51. Низкотемпературный отжиг провели при 270°С продолжительностью 1 час.
В таблице 2 приведены свойства полученной проволоки после окончательной термической обработки по примененному выше в варианте 1 режиму. Кроме высоких механических свойств, она обладает хорошей деформируемостью при осадке после отжига проволоки в холоднодеформированном состоянии и после упрочняющей термической обработки.
Таблица 2. Механические свойства проволоки диаметром 6 мм из сплава В65, изготовленной по варианту 2. | ||
Состояние | Свойство | Значение |
Старение75°С-24 ч | В, МПа | 423 |
5, % | 31,3 | |
ср, МПа | 282 |
Также провели испытания проволоки, полученной по способу-прототипу.
В таблице 3 сопоставлены свойства и выход годного при изготовлении проволоки по вариантам 1 и 2 и по известному способу.
Таблица 3. Свойства проволоки, изготовленной по предлагаемому способу и по прототипу | |||||
Способ изготовления | B, МПа | 5, % | cp, МПа | Расклепываемость, % | Выход годного, % |
Пример 1 | 417 | 30,8 | 275 | 100 | 80 |
Пример 2 | 423 | 31,3 | 282 | 100 | 80 |
Способ - прототип | 397 | 30,1 | 261 | 65 | 50 |
Таким образом, предложенный способ позволяет повысить прочность и пластичность получаемой проволоки без поверхностных дефектов и, как следствие, улучшить расклепываемость на 35% и повысить выход годного на 30%.
Класс C22F1/057 сплавов с медью в качестве следующего основного компонента