RU2223157C1 - Method for rolling belts of beryllium bronzes - Google Patents

Abstract

FIELD: rolled stock production, namely manufacture of flat rolled products of dispersion hardened copper-beryllium type alloys. SUBSTANCE: method comprises steps of hot rolling of ingots, their subsequent quenching and multistage cold rolling at heat treatment after each stage of cold rolling; performing hot rolling in temperature range 780 -450 C, at temperature of rolling process termination less than 500 C; quenching after hot rolling at heating until 720 -740 C and soaking at such temperature for 8 - 9 h; at least three times performing cold rolling at normalized values of deformation degree during each rolling stage; realizing heat treatment after each (except last one) cold rolling stage due to quenching rolled piece at normalized heating temperature and soaking period; after last cold deformation stage realizing heat treatment due to aging rolled piece at normalized condition. EFFECT: lowered structural non-uniformity of alloy, stable mechanical properties, minimum scattering of mechanical properties of products. 1 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к области прокатки, конкретно к технологии получения плоского проката из дисперсионно-упрочняемых сплавов системы медь-бериллий или, как их называют, бериллиевых бронз. The invention relates to the field of rolling, and specifically to a technology for producing flat products from dispersion-hardened alloys of a copper-beryllium system or, as they are called, beryllium bronzes.

Известен способ прокатки лент из бериллиевых бронз, включающих горячую прокатку слитков при температуре 820-600^oС, закалку заготовки с ее нагревом до температуры 750-780^oС, холодные прокатки ленты со степенью деформации за проход 48-55% (см., например, Медно-бериллиевые сплавы, их свойства, применение и обработка. С. И. Берман. М.: Металлургия, 1966, 343 с. с илл., с. 209, 254, 260). Этот способ по совокупности существенных признаков выбран в качестве ближайшего аналога изобретения. В известном способе регламентированы такие параметры процесса, как температурный интервал горячей прокатки, температура нагрева под закалку, суммарная степень деформации при холодных прокатках.A known method of rolling strips of beryllium bronze, including hot rolling of ingots at a temperature of 820-600 ^o C, hardening of the workpiece with its heating to a temperature of 750-780 ^o C, cold rolling of a tape with a degree of deformation for a passage of 48-55% (see, for example , Copper-beryllium alloys, their properties, application and processing. S. I. Berman. M.: Metallurgy, 1966, 343 pp. Ill., Pp. 209, 254, 260). This method for the combination of essential features selected as the closest analogue of the invention. In the known method, process parameters such as the temperature interval of hot rolling, the heating temperature for hardening, and the total degree of deformation during cold rolling are regulated.

Однако отсутствие обоснованной связи между режимами прокатки и промежуточными термообработками в данном известном способе не позволяет получить изделие со стабильными высокими механическими свойствами, такими, в частности, как предел упругости под воздействием длительной нагрузки. Это связано с недостаточной однородностью микроструктуры сплава, выражающейся в размерной неоднородности зерна, неоднородности распределения в сплаве твердой (упрочняющей) фазы. However, the lack of a reasonable connection between the rolling regimes and intermediate heat treatments in this known method does not allow to obtain a product with stable high mechanical properties, such as, in particular, the elastic limit under the influence of a long load. This is due to the lack of uniformity of the microstructure of the alloy, expressed in dimensional heterogeneity of the grain, heterogeneity of the distribution in the alloy of the solid (hardening) phase.

От оптимального выбора и сочетания параметров горячей и холодной прокатки и термообработки зависит качество получаемых лент, определяемое совокупностью механических свойств (пределом прочности, пределом упругости, пределом выносливости, твердостью, относительным удлинением) и электропроводностью. При этом важны механические свойства лент на всех этапах передела: как в закаленном (мягком) состоянии и деформированном после закалки (твердом), так и после проведения отделочной термомеханической обработки, режимы которой окончательно определяют совокупность свойств готового изделия. The quality of the obtained ribbons, determined by the combination of mechanical properties (tensile strength, tensile strength, tensile strength, hardness, elongation) and electrical conductivity, depends on the optimal choice and combination of hot and cold rolling and heat treatment parameters. In this case, the mechanical properties of the tapes are important at all stages of the redistribution: both in the hardened (soft) state and deformed after quenching (hard), and after the thermomechanical finishing treatment, the modes of which finally determine the set of properties of the finished product.

Задачей изобретения является разработка оптимальной, с точки зрения повышения точности получаемых конечных свойств, технологии производства плоского проката из бериллиевых бронз, улучшение и стабилизация механических свойств изделий. The objective of the invention is to develop the optimal, from the point of view of increasing the accuracy of the final properties obtained, the technology for the production of flat products from beryllium bronzes, improving and stabilizing the mechanical properties of the products.

Способ прокатки лент из бериллиевых бронз предусматривает горячую прокатку слитков с последующей закалкой и многостадийную холодную прокатку с термообработкой после каждой холодной прокатки. The method of rolling ribbons from beryllium bronzes provides for hot rolling of ingots with subsequent quenching and multi-stage cold rolling with heat treatment after each cold rolling.

В соответствии с изобретением горячую прокатку производят в диапазоне температур 780-450^oС при температуре конца прокатки ниже 500^oС, закалку после горячей прокатки - с нагревом до температуры 720-740^oС и выдержкой при этой температуре в течение 8-9 часов, холодную прокатку - по меньшей мере трехкратно, на начальной стадии со степенью деформации 70-75%, на промежуточной - со степенью деформации 45-50%, на заключительной - со степенью деформации 11-37%, при этом термообработку после каждой, кроме последней, холодной прокатки производят посредством закалки проката с его нагревом до температуры 780^oС и выдержкой при этой температуре в течение времени t= 55lnh+168, где t - время выдержки, с; h - толщина проката, мм, после последней холодной деформации - посредством старения проката при температуре 340-500^oС с выдержкой в течение 3-10 мин.In accordance with the invention, hot rolling is carried out in the temperature range of 780-450 ^o C at a temperature of the end of rolling below 500 ^o C, hardening after hot rolling with heating to a temperature of 720-740 ^o C and holding at this temperature for 8-9 hours, cold rolling - at least three times, at the initial stage with a degree of deformation of 70-75%, at the intermediate stage with a degree of deformation of 45-50%, at the final stage with a degree of deformation of 11-37%, while the heat treatment after each, except the last, cold rolling produced by hardening rokata with its heating to a temperature of 780 ^o C and held at this temperature for a time t = 55lnh + 168 where t - residence time, s; h is the thickness of the rolled product, mm, after the last cold deformation, by aging the rolled product at a temperature of 340-500 ^o With exposure for 3-10 minutes

Задача изобретения решается качественно новым подходом к технологической схеме не как к последовательности отдельных операций, приводящих к трансформации заготовки в плоский прокат заданной геометрии, свойства которого задаются на конечной стадии (последняя холодная прокатка и термообработка после нее), а как к единому процессу деформационно-термоциклической обработки, сущность которой заключается в постоянном накоплении положительных изменений в структуре метала. Изобретение позволяет получить мелкозернистую с минимальной разнозернистостью матрицу твердого раствора на основе меди, в которой после старения формируется модулированная (квазипериодическая) структура выделений CuBe (упрочняющей фазы). The objective of the invention is solved by a qualitatively new approach to the technological scheme not as a sequence of separate operations leading to the transformation of the workpiece into flat products of a given geometry, the properties of which are set at the final stage (the last cold rolling and heat treatment after it), but as a single process of deformation-thermocyclic processing, the essence of which is the constant accumulation of positive changes in the structure of metal. EFFECT: invention makes it possible to obtain a fine-grained copper-based solid solution matrix with a minimum grain size, in which, after aging, a modulated (quasiperiodic) structure of CuBe (hardening phase) precipitates is formed.

Регламентируемые режимы технологического процесса
- Температурный интервал горячей прокатки
- Температура нагрева и время выдержки при закалке, проводимой после горячей деформации
- Степень деформации на разных стадиях холодной прокатки, число циклов "холодная деформация-термообработка", температура нагрева и время выдержки при закалке и старении, проводимых после холодных деформаций.Regulated Process Modes
- Temperature range of hot rolling
- Heating temperature and holding time during quenching carried out after hot deformation
- The degree of deformation at different stages of cold rolling, the number of cycles of "cold deformation-heat treatment", heating temperature and holding time during quenching and aging, carried out after cold deformation.

Горячая деформация проводится в несколько проходов в температурном интервале 780-450^oС с суммарной деформацией более 90%. Деформация на последних проходах проводится в температурной области (ниже 500^oС) минимальной стабильности пересыщенного твердого раствора Be в Сu, что ведет к возникновению встречно идущего процесса выпадения и растворения упрочняющей фазы. Благодаря совмещению процессов выпадения вторичной упрочняющей фазы и ее дробления проводимой пластической деформацией становится возможным приведение частиц упрочняющей фазы в нестабильное состояние, следствием чего является их растворение, в свою очередь приводящее к повышению однородности и стабильности механических свойств сплава. Кроме того, дробление скоплений твердой фазы исключает быстрое упрочнение и появление трещин при последующей холодной прокатке
Следующую за горячей прокаткой термообработку проводят по режиму: нагрев, выдержка при температуре 720-740^oС в течение 8-9 часов в шахтной печи с охлаждением в воду. Закалка, проводимая в указанном режиме, необходима для повышения пластичности металла (что, в свою очередь, необходимо для дальнейшей деформации) с сохранением положительных результатов воздействия на структуру металла горячей прокаткой. Оптимальный режим закалки подобран опытным путем исходя из температурных условий предшествующей горячей прокатки и толщины подката.Hot deformation is carried out in several passes in the temperature range of 780-450 ^o With a total deformation of more than 90%. The deformation in the last passes is carried out in the temperature range (below 500 ^o C) of the minimum stability of a supersaturated solid solution of Be in Cu, which leads to the occurrence of an oncoming process of precipitation and dissolution of the hardening phase. By combining the processes of precipitation of the secondary hardening phase and its crushing by plastic deformation, it becomes possible to bring the particles of the hardening phase into an unstable state, the consequence of which is their dissolution, which in turn leads to an increase in the uniformity and stability of the mechanical properties of the alloy. In addition, the crushing of accumulations of solid phase eliminates rapid hardening and cracking during subsequent cold rolling
Following hot rolling, the heat treatment is carried out according to the regime: heating, holding at a temperature of 720-740 ^o C for 8-9 hours in a shaft furnace with cooling into water. Quenching, carried out in the indicated mode, is necessary to increase the ductility of the metal (which, in turn, is necessary for further deformation) while maintaining positive results on the metal structure by hot rolling. The optimal hardening mode is selected empirically based on the temperature conditions of the previous hot rolling and the thickness of the tackle.

Так, в частности, нагрев ниже температуры 720^oС и выдержка меньше 8 ч не обеспечивают восстановления пластичности в достаточной степени, нагрев выше температуры 740^oС и выдержка более 9 ч могут привести к чрезмерному росту зерна, что в дальнейшем осложнило бы процесс управления зернистостью.So, in particular, heating below 720 ^o C and holding for less than 8 hours do not sufficiently restore plasticity, heating above 740 ^o C and holding for more than 9 hours can lead to excessive grain growth, which would further complicate the grain management process .

Дальнейшую обработку сплава также проводят исходя из условий получения наиболее благоприятной микроструктуры таким образом, чтобы не допустить роста зерна и повысить однородность упрочняющей фазы, что позволяет получить наиболее благоприятную микроструктуру сплава. Further processing of the alloy is also carried out based on the conditions for obtaining the most favorable microstructure in such a way as to prevent grain growth and increase the uniformity of the hardening phase, which allows to obtain the most favorable microstructure of the alloy.

Холодную прокатку проводят в несколько стадий, чередуя каждую холодную прокатку с термообработкой в режиме деформационно-термоциклической обработки (ДТЦО). Количество циклов "холодная прокатка-термообработка" не должно быть меньше 3, меньшее их количество не обеспечивает достижения достаточно высокого уровня и стабильности (минимального разброса) механических свойств сплава. Cold rolling is carried out in several stages, alternating each cold rolling with heat treatment in the deformation-thermocyclic processing mode (DTTSO). The number of cycles "cold rolling-heat treatment" should not be less than 3, their smaller number does not ensure the achievement of a sufficiently high level and stability (minimum scatter) of the mechanical properties of the alloy.

Деформационно-термоциклическая обработка заключается в периодическом повторении операции холодной прокатки с регламентированными обжатиями (на начальной стадии обжатие составляет 70-75%, на промежуточной - 45-50%, на заключительной - 11-37%) и закалки в лентозакалочных печах при температуре 780^oС с выдержкой в течение времени, определяемого по зависимости:
t=55lnh+168,
где t - время выдержки, с;
h - толщина проката, мм.The deformation-thermocyclic treatment consists in periodically repeating the operation of cold rolling with regulated compressions (at the initial stage, compression is 70-75%, at the intermediate stage - 45-50%, at the final - 11-37%) and quenching in tape-quenching furnaces at a temperature of 780 ^o With exposure for a time determined by the dependence:
t = 55lnh + 168,
where t is the exposure time, s;
h - rolled thickness, mm.

Проведение ДТЦО в указанном режиме: многократные холодные деформации с кратковременными промежуточными закалками позволяет воздействовать на однородность микроструктуры, при соблюдении заявленных режимов деформаций и термообработок становится возможным сохранение дислокационной структуры сплава, устранение области зонного распада пересыщенного твердого раствора. Получаемая в результате обработки субзернистая ячеистая структура предопределяет равномерность выпадения упрочняющей фазы по границам зерен. Carrying out DTCO in the indicated mode: repeated cold deformations with short-term intermediate hardening allows affecting the uniformity of the microstructure, while observing the declared deformation and heat treatment regimes, it becomes possible to preserve the alloy's dislocation structure and eliminate the zone decay region of the supersaturated solid solution. The subgranular cellular structure obtained as a result of processing predetermines the uniformity of the precipitation of the hardening phase along the grain boundaries.

Расчет времени выдержки (с помощью приведенной математической зависимости) в сочетании с выбором температуры нагрева под закалку обеспечивает наиболее полное растворение Be в Сu при сохранении мелкозернистой нерекристаллизованной зеренной структуры. Многократное чередование холодной деформации и термообработки, проводимых в указанных режимах, приводит к постоянному накоплению от цикла к циклу положительных изменений в структуре сплава, позволяет получить мелкозернистую микроструктуру с пониженной величиной разнозернистости, обеспечивающую изотропность и стабильность механических свойств. Деформационные, температурные и временные режимы ДТЦО подобраны опытным путем исходя из условий достижения необходимых структуры и свойств изделий, минимизации разброса механических свойств. The calculation of the exposure time (using the mathematical dependence given) in combination with the choice of the tempering temperature for quenching provides the most complete dissolution of Be in Cu while maintaining a fine-grained unrecrystallized grain structure. Repeated alternation of cold deformation and heat treatment, carried out in the indicated modes, leads to constant accumulation from cycle to cycle of positive changes in the alloy structure, which allows to obtain a fine-grained microstructure with a reduced size of the grain size, providing isotropy and stability of mechanical properties. The deformation, temperature and time regimes of DTTsO are selected empirically based on the conditions for achieving the necessary structure and properties of products, minimizing the dispersion of mechanical properties.

Совокупность уровня свойств готового изделия определяется на завершающем этапе производства режимами проведения последней холодной прокатки в сочетании с завершающей термообработкой старением. Благодаря предшествующей обработке на этот этап производства попадают заготовки, уже имеющие благоприятную микроструктуру, что делает возможным формирование механических свойств изделий в широком диапазоне. Подбором определенных сочетаний степени деформации при последней прокатке и температурно-временного режима старения после нее можно добиться получения как максимальной прочности при умеренной технологичности (пластичности), так и высокой технологичности при умеренных прочностных характеристиках, также возможны переходные варианты (см. таблицу). The combination of the level of properties of the finished product is determined at the final stage of production by the modes of the last cold rolling in combination with the final heat treatment of aging. Thanks to the previous processing, workpieces that already have a favorable microstructure fall into this stage of production, which makes it possible to form the mechanical properties of products in a wide range. By selecting certain combinations of the degree of deformation during the last rolling and the temperature-time regime of aging after it, one can achieve both maximum strength with moderate processability (ductility) and high processability with moderate strength characteristics, transitional variants are also possible (see table).

При использовании аналогичной технологии с параметрами прокатки и термообработки, выходящими за пределы заявленных интервалов значений этих параметров, получаемые изделия имеют значительно более высокую степень разнозернистости, недостаточно стабильные и высокие механические свойства. When using a similar technology with rolling and heat treatment parameters that go beyond the declared ranges of these parameters, the resulting products have a significantly higher degree of different grain size, insufficiently stable and high mechanical properties.

Пример
Заготовку из сплава, содержащего следующие компоненты, мас.%: бериллий 1,95%, никель 35%, медь остальное, прокатали в горячем состоянии при температуре конца прокатки, составляющей 490^oС с толщины 80 мм до толщины 5 мм. Закалку после горячей прокатки провели с нагревом до 730^oС и выдержкой в шахтной печи в течение 8 ч.Example
A billet made of an alloy containing the following components, wt.%: Beryllium 1.95%, nickel 35%, copper balance, was hot rolled at a temperature of rolling end of 490 ^° C from a thickness of 80 mm to a thickness of 5 mm. Hardening after hot rolling was carried out with heating to 730 ^o With and exposure in a shaft furnace for 8 hours

Начальная стадия холодной прокатки (один цикл прокатки в реверсивном прокатном стане) проведена с толщины 5 мм до толщины 1,5 мм (степень деформации составляет 70%), последующая закалка с выдержкой при температуре 780^oС в течение 90 с.The initial stage of cold rolling (one rolling cycle in a reversing rolling mill) was carried out from a thickness of 5 mm to a thickness of 1.5 mm (the degree of deformation is 70%), followed by hardening at a temperature of 780 ^o C for 90 s.

Промежуточная стадия холодной прокатки (3 цикла прокатки в реверсивном прокатном стане) с термообработками проведена в следующем режиме:
- первый цикл прокатки - с толщины 1,5 мм до толщины 0,8 мм (степень деформации 47%), закалка с выдержкой в течение 156 с,
- второй цикл прокатки - с толщины 0,8 мм до толщины 0,4 мм (степень деформации 50%), закалка с выдержкой в течение 120 с,
- третий цикл прокатки - с толщины 0,4 мм до толщины 0,2 мм (степень деформации 50%), закалка с выдержкой в течение 80 с.The intermediate stage of cold rolling (3 rolling cycles in a reversing rolling mill) with heat treatments was carried out in the following mode:
- the first rolling cycle - from a thickness of 1.5 mm to a thickness of 0.8 mm (degree of deformation of 47%), quenching with holding for 156 s,
- the second rolling cycle - from a thickness of 0.8 mm to a thickness of 0.4 mm (degree of deformation of 50%), quenching with holding for 120 s,
- the third rolling cycle - from a thickness of 0.4 mm to a thickness of 0.2 mm (degree of deformation of 50%), quenching with holding for 80 s.

Заключительная стадия холодной прокатки (один цикл прокатки в реверсивном прокатном стане) проведена с толщины 0,2 мм до толщины 0,17 мм (степень деформации 15%), заключительная термообработка старением с нагревом до температуры 500^oС и выдержкой в течение 8 мин.The final stage of cold rolling (one rolling cycle in a reversing rolling mill) was carried out from a thickness of 0.2 mm to a thickness of 0.17 mm (degree of deformation of 15%), the final heat treatment by aging with heating to a temperature of 500 ^o C and holding for 8 minutes

Полученные в результате обработки ленты имели следующие механические свойства (при их минимальном разбросе в объеме изделия): предел прочности 804 МПа, предел упругости 613 МПа, относительное удлинение 20%, твердость 284 HV. Показатели размерной неоднородности зерна в структуре сплава значительно снижены по сравнению с изделиями, полученными по технологии, известной из способа-прототипа. The strips obtained as a result of processing had the following mechanical properties (with their minimum dispersion in the product volume): tensile strength 804 MPa, elasticity 613 MPa, elongation 20%, hardness 284 HV. Indicators of grain size heterogeneity in the alloy structure are significantly reduced in comparison with products obtained by the technology known from the prototype method.

Сплав указанного выше состава не исчерпывает назначения описываемого способа, данная технология может быть использована для обработки медно-бериллиевых сплавов в широком диапазоне их составов. The alloy of the above composition does not exhaust the purpose of the described method, this technology can be used to process copper-beryllium alloys in a wide range of their compositions.

Claims (1)

Способ прокатки лент из бериллиевых бронз, включающий горячую прокатку слитков с последующей закалкой и многостадийную холодную прокатку с термообработкой после каждой холодной прокатки, отличающийся тем, что горячую прокатку производят в диапазоне температур 780-450°С, при температуре конца прокатки ниже 500°С, закалку после горячей прокатки - с нагревом до 720-740°С и выдержкой при этой температуре в течение 8-9 ч, холодную прокатку - по меньшей мере трехкратно, на начальной стадии - со степенью деформации 70-75%, на промежуточной - со степенью деформации 45-50%, на заключительной - со степенью деформации 11-37%, при этом термообработку после каждой, кроме последней, холодной прокатки производят посредством закалки проката с его нагревом до температуры 780°С и выдержкой при этой температуре в течение времениA method of rolling ribbons from beryllium bronzes, including hot rolling of ingots followed by hardening and multi-stage cold rolling with heat treatment after each cold rolling, characterized in that the hot rolling is carried out in the temperature range of 780-450 ° C, at a temperature of rolling end below 500 ° C, quenching after hot rolling - with heating to 720-740 ° C and holding at this temperature for 8-9 hours, cold rolling - at least three times, at the initial stage - with a degree of deformation of 70-75%, at the intermediate - with a degree defo mation 45-50%, the final - with the strain of 11-37%, wherein the heat treatment after each except the last cold rolling, by quenching produce rolled with its heating to a temperature of 780 ° C and held at this temperature for a time t=55lnh+168,t = 55lnh + 168, где t - время выдержки, с;where t is the exposure time, s; h - толщина проката, мм;h is the thickness of the rolled, mm; после последней холодной деформации посредством старения проката при температуре 340-500°С с выдержкой в течение 3-10 мин.after the last cold deformation by aging of the rolled products at a temperature of 340-500 ° C with holding for 3-10 minutes

Images