способ производства листов из алюминиевых сплавов

Формула изобретения

1. Способ производства листов из алюминиевых сплавов, включающий получение плоской заготовки и последующую продольную холодную прокатку до конечной толщины, отличающийся тем, что холодную прокатку осуществляют в температурном интервале от -80 и до -196°C с суммарным относительным обжатием 35-99%.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после прокатки заготовки до толщины, превышающей конечную толщину листа в 2,8 9,5 раза, производят ее поворот в плоскости прокатки на угол 90°.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии, конкретно к прокатному производству, и может быть использовано при получении высокопрочного листового проката из алюминиевых сплавов.

Известен способ изготовления листов и лент из алюминиевых сплавов, включающий получение горячекатаной заготовки, последующую холодную прокатку до заданных размеров и окончательный отжиг [1].

Известный способ не обеспечивает получение высоких прочностных и вязкостных свойств листов.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является способ производства листов и лент из алюминиевых сплавов, включающий получение горячекатаной плоской заготовки, ее термообработку и последующую холодную прокатку в несколько проходов [2].

Недостаток известного способа состоит в том, что листы и ленты имеют низкие прочностные и вязкостные свойства.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении прочностных и вязкостных свойств листов.

Для решения технической задачи в известном способе производства листов из алюминиевых сплавов, включающем получение плоской заготовки и последующую продольную холодную прокатку до конечной толщины, согласно изобретению холодную прокатку осуществляют в температурном интервале от -80 и до -196°C с суммарным относительным обжатием 35-99%. Кроме того, в варианте реализации способа после прокатки заготовки до толщины, превышающей конечную толщину листа в 2,8 9,5 раз, производят ее поворот в плоскости прокатки на угол 90°.

Сущность предложенного изобретения состоит в следующем. Эксперименты показали, что эволюция зеренной структуры алюминиевых сплавов в ходе прокатки суммарным относительным обжатием 35-99% при криогенных температурах в интервале от -80 и до -196°C определяется вытягиванием и диспергированием зерен вплоть до наноразмеров, в то время как вклад механического двойникования пренебрежимо мал. Основным видом деформации является {111}<110> дислокационное скольжение. Багодаря образованию большого количества препятствий для перемещения дислокации прочностные свойства листов возрастают. Одновременно с этим измельчение зеренной структуры способствует повышению вязкостных свойств.

Однако если продольную деформацию заготовки осуществлять только в одном направлении, листовой прокат приобретает анизотропию механических свойств: прочностные и вязкостные свойства образцов, вырезанных вдоль прокатки, превышают аналогичные показатели для поперечных образцов. Анизотропия механических свойств сужает возможности применения высокопрочных листов из алюминиевых сплавов.

Для выравнивания механических свойств в продольном и поперечном направлениях после прокатки заготовки до толщины, превышающей конечную толщину листа в 2,8 9,5 раза, производят ее поворот в плоскости прокатки на угол 90°. Поворот заготовки на угол 90° после достижения толщины, превышающей конечную толщину листа в 2,8 9,5 раза, обеспечивает дальнейшее пластическое течение металла в поперечном (по сравнению с начальным) направлением. Это снижает вытянутость зерен микроструктуры, уменьшает строчечность включений, позволяет получить листовой прокат из алюминиевых сплавов с изотропными механическими свойствами.

Экспериментально установлено, что при температуре холодной прокатки выше -80°C или суммарном обжатии менее 35% не достигается диспергирование микроструктуры вплоть до наноразмеров зерен. Листовой прокат имеет недостаточные прочностные и пластические свойства. При температуре холодной прокатки ниже -196°C или суммарном относительном обжатии более 99% вследствие снижения ресурса технологической пластичности имеет место охрупчивание и разрушение прокатываемых листов из алюминиевых сплавов в валках при прокатке или в процессе дальнейшей формовки, что недопустимо.

Если поворот заготовки на угол 90° производить при ее толщине, превышающей конечную менее, чем в 2,8 раза, или более, чем в 9,5 раза, то дальнейшая ее прокатка не обеспечит выравнивания микроструктуры и свойств готовых листов в продольном и поперечном направлениях. В одном случае будут преобладать прочностные свойства «поперек» заключительных проходов, а в другом - «вдоль».

Варианты реализации способа

1. Горячекатаную заготовку из сплава алюминия с магнием (3,5% Mg по массе) толщиной H=40 мм, шириной B=100 мм и длиной L=300 мм погружают в жидкий азот и охлаждают до температуры t=-130°C.

Охлажденную заготовку узкой стороной задают в валки реверсивного стана кварто 800 и осуществляют ее продольную прокатку за 8 проходов с промежуточным охлаждением в толщине 12 мм до исходной температуры -130°C. Прокатку завершают при конечной толщине листа h=8,0 мм. Суммарное относительное обжатие составляет:

.

Прокатанный лист отпускают при температуре 150°C, вырезают образцы вдоль и поперек направления прокатки и проводят испытания механических свойств:

	в, кг/мм2	т, кг/мм2	5, %	KCU, кг·м/см2
Вдоль	40	29	10	9
Поперек	33	25	7,8	7

2. Все те же операции, что и в примере 1, только после обжатия заготовки до промежуточной толщины h_n=32 мм, которая превышает конечную толщину листа h в n=4 раза:

производят поворот заготовки в плоскости прокатки на угол 90°, после чего продолжают ее многопроходную прокатку до конечной толщины h=8,0 мм с промежуточным охлаждением в толщине 12 мм до исходной температуры -130°C.

Прокатанный лист имеет следующие механические свойства:

	в, кг/мм2	т, кг/мм2	5, %	KCU, кг·м/см2
вдоль	37	25	9,0	8
поперек	37	25	9,0	8

Варианты реализации предложенного способа и показатели их эффективности приведены в таблице.

Режимы производства листов из алюминиймагниевого сплава
№ п/п	t, °C	, %	, раз	Поворот на 90°	в, кг/мм2	т, кг/мм2	5, %	KCU, кг·м/см2
1	-70	34	не регл.	нет	28/22	24/20	8/5	7/4
2	-80	35	не регл.	-:-	39/32	28/24	9/5,9	9/6
3	-130	80	не регл.	-:-	40/33	29/25	10/7,8	9/7
4	-196	99	не регл.	-:-	41/34	29/24	9/6,2	9/6
5	-200	99,5	не регл.	-:-	31/22	26/22	8/6,1	7/3
6	-70	34	2,7	есть	28/23	21/24	6/8	7/5
7	-80	35	2,8	-:-	37/37	25/25	9/9	8/8
8	-130	80	4,0	-:-	37/37	25/25	9/9	8/8
9	-196	99	9,5	-:-	37/37	25/25	9/9	8/8
10	-200	99,5	10,0	-:-	31/22	26/23	8/6	8/4
11	+20	75	не регл.	нет	27/22	23/19	8/5	6/3

Из данных, представленных в таблице, следует, что при реализации предложенного способа (варианты № 2-4, № 7-9) достигается повышение прочностных и вязкостных свойств листов из алюминиевых сплавов. Кроме того, поворот заготовки на 90° после достижения ей толщины, в 2,8 9,5 раза превышающей конечную толщину листа (варианты № 7-9), обеспечивает повышение изотропности механических свойств.

В случаях запредельных значений заявленных параметров (варианты № 1, № 5, № 6 и № 9), а также реализации известного способа (вариант 11, [2]) имеет место снижение прочностных и вязкостных свойств листового проката, возрастает их анизотропия в продольном и поперечном направлениях.

Технико-экономические преимущества предложенного способа состоят в том, что прокатка при криогенной температуре от -80 и до -196°C с суммарным относительным обжатием 35-99% способствует интенсивному измельчению микроструктуры алюминиевых сплавов вплоть до наноструктурных размеров по всей толщине листа, исключению протекания динамического возврата и самопроизвольного разупрочнения. Благодаря этому достигается одновременное повышение прочностных и вязкостных свойств. Кроме того, дополнительный поворот заготовки толщиной, превышающей конечную толщину листа в 2,8 9,5 раза, на угол 90°, обеспечивает уменьшение анизотропии механических свойств листов из алюминиевых сплавов с микрокристаллической структурой.

Благодаря повышению прочностных и вязкостных свойств листов из алюминиевых сплавов достигнуто снижение их толщины и массы на 10-15% при сохранении общей прочности изделия.

Литературные источники

1. Ивао Осаму "Алюминиевая фольга и технология ее производства". "Киндзоку. Киндоки." 1977, 47, № 8, р.36-42.

2. Авторское свидетельство СССР № 1548259, МПК C22F 1/04, 1988.