RU2492274C1 - Method of extruding semis of high-strength aluminium alloy and parts thus made - Google Patents

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: proposed method comprises casting the ingots of alloy containing the following components in wt %: zinc - 6.-4.1, magnesium - 0.6-1.1, manganese - 0.2-0.5, zirconium - 0.05-0.12, chromium - 0.05-0.15, copper - 0.1 -0.2, titanium - 0.01 -0.06, molybdenum - 0.01 -0.06, aluminium making the rest, at the temperature of 690-710°C and casting rate of 25-50 mm/min. Ingots are homogenised at 450-470°C for 8-12 hours and subjected to hot forming at 10-530°C and outflow rate of 0.1-4.0 m/min. Besides it includes air or air-water mix quenching and two-step ageing: at 90-110°C for 6-12 hours and at 160-190°C for 4-10 hours.

EFFECT: production of log parts with high operating properties.

4 cl, 1 ex, 6 tbl, 4 dwg

Description

Настоящее изобретение относится, к способу производства длинномерных, тонкостенных панелей и профилей, предназначенных для использования на железнодорожном транспорте, но не ограничивается только этой областью, из высокопрочного алюминиевого сплава, имеющего следующее соотношении компонентов, мас.%:The present invention relates to a method for the production of long, thin-walled panels and profiles intended for use in railway transport, but is not limited to this area, from high-strength aluminum alloy having the following ratio of components, wt.%:

Цинк 3,6-4,1Zinc 3.6-4.1

Магний 0,6-1,1Magnesium 0.6-1.1

Марганец 0,2-0,5Manganese 0.2-0.5

Цирконий 0,05-0,12Zirconium 0.05-0.12

Хром 0,05-0,15Chrome 0.05-0.15

Медь 0,1-0,2Copper 0.1-0.2

Титан 0,01-0,06Titanium 0.01-0.06

Молибден 0,01-0,06Molybdenum 0.01-0.06

Алюминий остальноеAluminum rest

За почти 200-летнюю историю железнодорожного транспорта вагоностроение проделало путь от деревянных конструкций кузова к интегральным алюминиевым и гибридным конструкциям.Over the nearly 200-year history of railway transport, carriage building has gone from wooden body structures to integrated aluminum and hybrid structures.

Переход на новые конструкционные материалы всегда сопровождался улучшением технических характеристик подвижного состава, изменениями в конструкции и технологии его изготовления, снижении удельных затрат материальных, финансовых и энергетических ресурсов на единицу полезной работы, например, на один пассажиро-километр.The transition to new structural materials has always been accompanied by an improvement in the technical characteristics of the rolling stock, changes in the design and technology of its manufacture, a reduction in the unit costs of material, financial and energy resources per unit of useful work, for example, per passenger-kilometer.

Применение крупногабаритных экструдированных панелей позволяет на 40% сократить трудоемкость изготовления кузова и снизить его массу до 7,5 т для вагонов длиной 26 м по сравнению с 11 т для такого же кузова из стали.The use of large extruded panels allows reducing the laboriousness of bodywork production by 40% and reducing its weight to 7.5 tons for cars with a length of 26 m compared to 11 tons for the same body made of steel.

Нововведения в этой технологии привели к еще большему, до двух раз по сравнению со стальными, уменьшению затрат времени на изготовление алюминиевых кузовов. Полная стоимость типичного алюминиевого кузова составляет менее 85% стоимости обычного стального кузова.Innovations in this technology have led to even more, up to two times compared with steel, reducing the time spent on the manufacture of aluminum bodies. The total cost of a typical aluminum body is less than 85% of the cost of a conventional steel body.

Технология производства вагонов из крупногабаритных алюминиевых профилей и панелей является экономически выгодным решением. Крупногабаритные профили способны заменить многие сложные классические детали. Прессованные профили могут поставляться в виде готовых для монтажа интегральных деталей. Такие технологии могут быть использованы во многих областях техники. Существующие преимущества и возможности применения изделий из алюминиевых сплавов, позволяют им успешно конкурировать со стальными конструкциямиThe technology for the production of cars from large aluminum profiles and panels is a cost-effective solution. Oversized profiles can replace many complex classic parts. Pressed profiles can be supplied as integral parts ready for installation. Such technologies can be used in many fields of technology. The existing advantages and applications of aluminum alloy products allow them to compete successfully with steel structures

Алюминиевые сплавы, из которых изготовляются панели, предназначенные для использования в вагоностроении должны соответствовать следующим требованиям:The aluminum alloys from which the panels are made, intended for use in car building, must meet the following requirements:

1. Обладать необходимой прочностью, высокой энергоемкостью разрушения, высокой сопротивляемостью циклическим нагрузкам, которые действуют на вагоны при их движении, высокой коррозионной стойкостью. [1, 6, 8].1. To possess the necessary strength, high energy intensity of destruction, high resistance to cyclic loads that act on cars during their movement, high corrosion resistance. [1, 6, 8].

2. Обладать хорошей технологичностью в машиностроительном производстве, (хорошо свариваться аргонно-дуговой сваркой, иметь малую склонность к трещинообразованию при сварке, разупрочнение металла в сварном соединении не должно превышать 0,85 от основного металла, обладать определенным запасом пластичности для выполнения небольших правок и формовок).2. Possess good manufacturability in mechanical engineering, (it is good to be welded by argon-arc welding, have a low tendency to crack formation during welding, the softening of the metal in the welded joint should not exceed 0.85 of the base metal, and have a certain plasticity margin for performing small edits and moldings )

3. Т.к. объемы выпуска полуфабрикатов для вагоностроения велик, то сплавы должны обладать высокой технологичностью в прессовом производстве, а именно высокой скоростью истечения; низким удельным давление прессования; возможность прессования сложных тонкостенных изделий, в том числе полых, а также иметь широкий температурный интервал существования и высокую устойчивость твердого раствора основных легирующих компонентов в алюминии, обеспечивающих возможность закалки на прессе.3. Since the output of semi-finished products for car building is large, then the alloys must have high manufacturability in the press industry, namely a high flow rate; low specific pressing pressure; the possibility of pressing complex thin-walled products, including hollow ones, as well as having a wide temperature range of existence and high stability of the solid solution of the main alloying components in aluminum, which provide the possibility of hardening on the press.

Известен алюминиевый сплав (Патент РФ №2288293, публ. 27.11.2006) соответствующий вышеуказанным требованиям и имеющий следующий химический состав мас.%:Known aluminum alloy (RF Patent No. 2288293, publ. 11/27/2006) corresponding to the above requirements and having the following chemical composition wt.%:

Цинк 3,6-4,1Zinc 3.6-4.1

Магний 0,6-1,1Magnesium 0.6-1.1

Марганец 0,2-0,5Manganese 0.2-0.5

Цирконий 0,05-0,12Zirconium 0.05-0.12

Хром 0,05-0,15Chrome 0.05-0.15

Медь 0,1-0,2Copper 0.1-0.2

Титан 0,01-0,06Titanium 0.01-0.06

Молибден 0,01-0,06Molybdenum 0.01-0.06

Алюминий остальное.The rest is aluminum.

Известен способ изготовления изделий из деформируемых алюминиевых сплавов, содержащих по крайней мере один переходный металл, включающий следующие операции: нагрев слитка до температуры предварительной пластической деформации 262-398°С с выдержкой 0,5-7 ч, предварительная пластическая деформация при этой температуре, нагрев перед окончательной пластической деформацией до температуры 405-445°С, выдержка при этой температуре в течение 0,5-7 ч и последующая окончательная пластическая деформация, термическая обработка (Патент РФ №2152451).A known method of manufacturing products from wrought aluminum alloys containing at least one transition metal, comprising the following operations: heating the ingot to a temperature of preliminary plastic deformation of 262-398 ° C with a delay of 0.5-7 hours, preliminary plastic deformation at this temperature, heating before the final plastic deformation to a temperature of 405-445 ° C, holding at this temperature for 0.5-7 hours and subsequent final plastic deformation, heat treatment (RF Patent No. 2152451).

Известен способ получения полуфабрикатов из сплавов системы Al-Zn-Mg-Cu с повышенными статическими механическими характеристиками, состоящий из следующих операций: двухступенчатая гомогенизация - температура 460°С, выдержка 7 ч + температура 466°С, выдержка 23 ч, ковка при температуре 400°С, закалка с температуры 475°С и двухступенчатое старение по режиму: температура 120°С, выдержка 6 ч + температура 135°С, выдержка 7 ч (Заявка США №2003/219353).A known method of producing semi-finished products from alloys of the Al-Zn-Mg-Cu system with increased static mechanical characteristics, consisting of the following operations: two-stage homogenization - temperature 460 ° C, holding 7 hours + temperature 466 ° C, holding 23 hours, forging at a temperature of 400 ° C, quenching from a temperature of 475 ° C and two-stage aging according to the regime: temperature 120 ° C, holding 6 hours + temperature 135 ° C, holding 7 hours (US Application No. 2003/219353).

Недостатками указанных способов являются неоднородность структуры полуфабрикатов, низкие показатели вязкости разрушения K1C, значительная анизотропия механических свойств и пониженные коррозионные свойства, что приводит к снижению ресурса и надежности в эксплуатации изделий.The disadvantages of these methods are the heterogeneity of the structure of the semi-finished products, low fracture toughness indices K1C, significant anisotropy of the mechanical properties and reduced corrosion properties, which leads to a decrease in the resource and reliability in the operation of the products.

Наиболее близким к предложенному способу, принятым за прототип, является способ изготовления прессованных полуфабрикатов из алюминиевого сплава и изделие, полученное из них включающий отливку слитков, их отжиг при температуре 320-395°С горячее прессование, термическую обработку на твердый раствор при температуре 430-565С, закалку и старение.Closest to the proposed method, adopted as a prototype, is a method of manufacturing pressed semi-finished products from aluminum alloy and a product obtained from them including casting ingots, annealing them at a temperature of 320-395 ° C, hot pressing, heat treatment for solid solution at a temperature of 430-565C hardening and aging.

Недостатком этого способа является то, что способ специализирован для изготовления силовых деталей планера самолетов и не удовлетворяет технологическим требованиям массового производства тонкостенных, длинномерных, полых панелей и профилей, применяемых в конструкциях железнодорожных вагонов, и не гарантирует их стабильности свойств, а также экономически мало конкурентоспособен.The disadvantage of this method is that the method is specialized for the manufacture of power parts for an airframe and does not satisfy the technological requirements for the mass production of thin-walled, long-length, hollow panels and profiles used in the construction of railway cars, and does not guarantee their stability properties, and is also not economically competitive.

Задачей настоящего изобретения является разработка экономичного способа изготовления прессованных, длинномерных, тонкостенных, полых панелей шириной до 790 мм и профилей, предназначенных для железнодорожного транспорта, обладающих комплексом прочностных, технологических и эксплуатационных свойств, отвечающих перспективным требованиям в этой области техники.The objective of the present invention is to develop an economical method of manufacturing extruded, long, thin-walled, hollow panels with a width of up to 790 mm and profiles designed for railway transport with a set of strength, technological and operational properties that meet promising requirements in this technical field.

Техническим результатом, достигаемым при применении предлагаемого способа, является создание конкурентоспособной технологии производства из высоколегированного алюминиевого сплава системы Al-Zn-Mg-Cu-Zr полуфабрикатов, в которой хорошие механические, технологические и коррозионные свойства изделий обеспечивается оптимальными режимами термомеханической обработки.The technical result achieved by the application of the proposed method is the creation of a competitive technology for the production of semi-finished Al-Zn-Mg-Cu-Zr semi-finished products from a highly alloyed aluminum alloy, in which good mechanical, technological and corrosion properties of the products are ensured by optimal thermomechanical processing conditions.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе прессованных полуфабрикатов из высокопрочного алюминиевого сплава, включающий отливку слитков, горячее прессование, термическую обработку на твердый раствор, закалку и старение, отличающийся тем, что слитки отливают из сплава, имеющего следующее соотношении компонентов, мас.%:The specified technical result is achieved in that in the method of pressed semi-finished products from high-strength aluminum alloy, including ingot casting, hot pressing, heat treatment for solid solution, quenching and aging, characterized in that the ingots are cast from an alloy having the following ratio of components, wt.% :

Цинк 3,6-4,1Zinc 3.6-4.1

Магний 0,6-1,1Magnesium 0.6-1.1

Марганец 0,2-0,5Manganese 0.2-0.5

Цирконий 0,05-0,12Zirconium 0.05-0.12

Хром 0,05-0,15Chrome 0.05-0.15

Медь 0,1-0,2Copper 0.1-0.2

Титан 0,01-0,06Titanium 0.01-0.06

Молибден 0,01-0,06Molybdenum 0.01-0.06

Алюминий остальное,The rest is aluminum

при температуре литья 690-710°С со скоростью 25-50 мм/мин подвергают гомогенизации при температуре 450-470°С в течение 8-12 часов, горячее прессование проводят при температуре 410-530°С при скорости истечения 0,1-4,0 м/мин, закалку производят от температуры деформации непосредственно после прессования на прессе, на воздухе или воздушно-водяной смесью и двухступенчатое старение по режиму: температура 90-110°С, выдержка 6-12 ч + температура 160-190°С, выдержка 4-10 ч.at a casting temperature of 690-710 ° C at a speed of 25-50 mm / min, homogenize at a temperature of 450-470 ° C for 8-12 hours, hot pressing is carried out at a temperature of 410-530 ° C at a flow rate of 0.1-4 , 0 m / min, hardening is carried out from the deformation temperature immediately after pressing on a press, in air or with an air-water mixture and two-stage aging according to the regime: temperature 90-110 ° С, holding time 6-12 h + temperature 160-190 ° С, 4-10 hours exposure

При значительной толщине в сечении элементов профиля закалку изделия производят водой после нагрева в печи от температуры 450°С.With a significant thickness in the cross section of the profile elements, the product is quenched with water after heating in a furnace from a temperature of 450 ° C.

Возможно также выполнение естественного старения в течение не менее 7 суток.It is also possible to perform natural aging for at least 7 days.

Из полуфабрикатов, полученных этим способом, изготавливают длинномерные, тонкостенные панели и профили, предназначенные для использования на железнодорожном транспорте.Of the semi-finished products obtained in this way, long, thin-walled panels and profiles are made for use in railway transport.

Выбор алюминиевого сплава данного химического состава обусловлен тем, что в процессе выплавки крупных слитков из данного сплава не образуются интерметаллиды Al₃Zr кристаллизационного происхождения, а наличие в составе сплава меди и микродобавок переходных металлов Cr, Мо, Ti, а также корректировка режима двухступенчатого старения позволили получить высокое сопротивление расслаивающей коррозии (3 балл) и коррозии под напряжением при высоком уровне механических свойств.The choice of an aluminum alloy of this chemical composition is due to the fact that during the smelting of large ingots from this alloy, Al ₃ Zr intermetallic compounds of crystallization origin are not formed, and the presence of transition metals Cr, Mo, Ti in the composition of copper and microadditives, as well as the correction of the two-stage aging mode, allowed get high resistance to delaminating corrosion (3 points) and stress corrosion at a high level of mechanical properties.

Механические свойства сплава значительно превышают механические свойства сплавов типа АД31, применяемых для изготовления вагонов за рубежом, и очень близки свойствам сплава 1915, пассажирские вагоны из которого более тридцати лет эксплуатируются в России.The mechanical properties of the alloy significantly exceed the mechanical properties of alloys of the type AD31 used for the manufacture of cars abroad, and are very close to the properties of the alloy 1915, passenger cars of which have been operated in Russia for more than thirty years.

Режимы литья при температуре 690-710°С и скорости литья 25-50 мм/мин подобраны опытным путем и обеспечивают равномерную структуру сплава по всему объему слитка.Casting modes at a temperature of 690-710 ° C and a casting speed of 25-50 mm / min are selected empirically and provide a uniform alloy structure throughout the entire volume of the ingot.

Подготовка структуры сплава к закалке на прессе начинается при проведении гомогенизационного отжига отлитых слитков. Во время выдержки при температуре гомогенизации происходит растворение грубых частиц избыточной фазы Mg2Si, образовавшихся при кристаллизации расплава по эвтектической реакции и выделившихся по границам зерен и дендритных ветвей. К моменту окончания выдержки частицы Mg2Si в структуре слитка практически отсутствуют, а магний и кремний находятся в твердом алюминиевом растворе. Гомогенизация слитков проводится при температуре 450-470°С в течение 8-12 часов, превышение этих границ ведет к выделению по границам зерен легкоплавких элементов, гомогенизация при более низких параметрах не гарантирует приемлемого выравнивания химической микронеоднородности зерен.The preparation of the alloy structure for quenching on the press begins during the homogenization annealing of cast ingots. During aging at the homogenization temperature, the coarse particles of the excess Mg2Si phase are dissolved, which formed during crystallization of the melt by the eutectic reaction and precipitated along the boundaries of grains and dendritic branches. By the end of the exposure, Mg2Si particles are practically absent in the structure of the ingot, and magnesium and silicon are in solid aluminum solution. Homogenization of ingots is carried out at a temperature of 450-470 ° C for 8-12 hours, exceeding these boundaries leads to the release of fusible elements along the grain boundaries, homogenization at lower parameters does not guarantee acceptable alignment of the chemical microinhomogeneity of the grains.

Образование твердого раствора основных легирующих компонентов в алюминии в данном сплаве происходит при повышении температуры значительно легче и быстрее, чем, например, в сплаве АД31, который легирован кремнием, за счет более легкого и быстрого растворения частиц η (MgZns) относительно частиц Mg₂Si (фаза Mg₂Si - одна из самых термически стабильных фаз, которые образуют основные легирующие компоненты в промышленных алюминиевых сплавах (Cu, Mg, Zn, Si) между собой и алюминием).The formation of a solid solution of the main alloying components in aluminum in this alloy occurs with increasing temperature much easier and faster than, for example, in the AD31 alloy, which is doped with silicon, due to the easier and faster dissolution of η (MgZns) particles relative to Mg ₂ Si particles ( the Mg ₂ Si phase is one of the most thermally stable phases that form the main alloying components in industrial aluminum alloys (Cu, Mg, Zn, Si) between themselves and aluminum).

Таким образом, данный сплав обладает высокой устойчивостью пересыщенного твердого раствора основных легирующих компонентов (цинка и магния) в алюминии, температурный интервал пониженной устойчивости твердого раствора смещен в область пониженных температур, а температура прессования совпадает с температурным интервалом существования твердого раствора цинка и магния в алюминии, который очень широк (340-615°С). Эти особенности обеспечивают хорошую возможность проведения закалки на прессе прессуемых полуфабрикатов.Thus, this alloy has high stability of a supersaturated solid solution of the main alloying components (zinc and magnesium) in aluminum, the temperature range of the reduced stability of the solid solution is shifted to lower temperatures, and the pressing temperature coincides with the temperature range of the existence of a solid solution of zinc and magnesium in aluminum, which is very wide (340-615 ° C). These features provide a good opportunity for press hardening of pressed semi-finished products.

Привлекательность низких температур прессования заключается в том, что при этом достигается высокое качество поверхности прессованного полуфабриката и уменьшается вероятность образования внутренних расслоений.The attractiveness of low pressing temperatures lies in the fact that this achieves a high surface quality of the pressed semi-finished product and reduces the likelihood of internal delamination.

Прессование при температуре прессования ниже температуры 410°С не рационально, т.к. возрастают усилия прессования, прессование при температуре выше 530°С приводит к снижению качества изделий.Pressing at a pressing temperature below 410 ° C is not rational, because pressing forces increase, pressing at temperatures above 530 ° C leads to a decrease in product quality.

Скорость истечения варьируется в пределах 0,1-4,0 м/мин и зависит от площади и конфигурации сечений изделия, в частности при прессовании сложных тонкостенных полых панелей или профилей для снижения усилия прессования температура нагрева может быть повышена до 500-530°С. Прессование таких сложных полуфабрикатов проводят с пониженными скоростями истечения, и выделяющееся деформационное тепло успевает уйти в инструмент. В этом случае величина повышения температуры невелика.The flow rate varies from 0.1-4.0 m / min and depends on the area and configuration of the product cross sections, in particular when pressing complex thin-walled hollow panels or profiles to reduce the pressing force, the heating temperature can be increased to 500-530 ° C. The pressing of such complex semi-finished products is carried out with reduced flow rates, and the generated deformation heat manages to go into the tool. In this case, the temperature increase is small.

Вследствие того что температурный интервал существования твердого раствора в сплаве имеет очень широкий диапазон (340-615°С), то для фиксации твердого раствора при прессовании тонкостенных панелей и профилей достаточно охлаждения воздухом или водовоздушной смесью, что позволяет выполнять эту операцию непосредственно после прессования на столе пресса.Due to the fact that the temperature range for the existence of a solid solution in the alloy has a very wide range (340-615 ° C), cooling the air or water-air mixture is sufficient for fixing the solid solution when pressing thin-walled panels and profiles, which allows this operation to be performed immediately after pressing on the table press.

При изготовлении монолитных профилей, имеющих значительную площадь поперечного сечения проводится закалка в воде, от температуры 450°С, после нагрева в печи, что гарантирует равномерность свойств по всему объему изделия.In the manufacture of monolithic profiles having a significant cross-sectional area, water is quenched from a temperature of 450 ° C after heating in a furnace, which guarantees uniformity of properties throughout the entire volume of the product.

Полуфабрикаты из данного сплава можно применять как в естественно состаренном состоянии, так и после искусственного старения. Прочностные свойства в естественно состаренном состоянии после длительного многомесячного вылеживания даже немного выше, чем после искусственного старения, однако прессованные полуфабрикаты в естественно состаренном состоянии более чувствительны к расслаивающей коррозии. Поэтому при выборе состояния полуфабриката для конкретных условий эксплуатации следует руководствоваться выбором оптимального сочетания прочности и коррозионной стойкости.Semi-finished products from this alloy can be used both in a naturally aged state and after artificial aging. Strength properties in a naturally aged state after long months of aging are even slightly higher than after artificial aging, however, pressed semi-finished products in a naturally aged state are more sensitive to delaminating corrosion. Therefore, when choosing the state of the semi-finished product for specific operating conditions, one should be guided by the choice of the optimal combination of strength and corrosion resistance.

Искусственное двухступенчатое старение по режиму: температура 90-110°С, выдержка 6-12 ч + температура 160-190°С, выдержка 4-10 ч. На первой ступени идет интенсивное образование зон Гинье-Престона, которые на второй ступени служат зародышами образования упрочняющих частиц фазы η (MgZn2). В результате частицы выделяются с высокой плотностью в единице объема матрицы и максимально упрочняют сплав. При этом при перестаривании происходит минимальная потеря прочностных свойств.Artificial two-stage aging according to the regime: temperature 90-110 ° C, holding 6-12 h + temperature 160-190 ° C, holding 4-10 h. At the first stage there is an intensive formation of Guinier-Preston zones, which at the second stage serve as nuclei of formation hardening particles of the η (MgZn2) phase. As a result, particles are released with a high density per unit volume of the matrix and maximally strengthen the alloy. In this case, when overcooking, a minimal loss of strength properties occurs.

Температура второй ступени старения для сплава была выбрана 160-190°С. Основанием для такого выбора послужил тот факт, что при более низкой температуре при увеличении длительности выдержки, как показали предварительные эксперименты, не происходит заметного роста сопротивления расслаивающей коррозии. Небольшое повышение температуры второй ступени до 200°С приводит к сильному снижению прочностных характеристик. Оптимальное время вытяжки на первой и второй ступени, при котором при минимальном снижении свойств достигалось бы максимальное повышение сопротивления расслаивающей коррозии, были подобраны опытным путем.The temperature of the second stage of aging for the alloy was chosen 160-190 ° C. The reason for this choice was the fact that at a lower temperature with increasing exposure time, as shown by preliminary experiments, there is no noticeable increase in the resistance to delamination corrosion. A slight increase in the temperature of the second stage to 200 ° C leads to a strong decrease in strength characteristics. The optimal drawing times in the first and second stages, at which, with a minimum decrease in properties, a maximum increase in the resistance to delaminating corrosion would be achieved, were experimentally selected.

Изобретение иллюстрируется фотографиями, где показаны поперечные сечения:The invention is illustrated by photographs showing cross sections:

Фиг.1 - профиля (габариты 350×110 мм);Figure 1 - profile (dimensions 350 × 110 mm);

Фиг.2 - панели (габариты 790×52 мм);Figure 2 - panel (dimensions 790 × 52 mm);

Фиг.3 - панели шифра (габариты 790×50 мм).Figure 3 - cipher panels (dimensions 790 × 50 mm).

На Фиг.4 (а-д - светлопольное изображение, е - темнопольное изображение в рефлексе фазы Al₃Zr, а - ×500×2; 6 - ×5800×2; г - ×48000×2; д, е - 36000×2)In Fig. 4 (a-d is a bright-field image, e is a dark-field image in the Al ₃ Zr phase reflection, a - × 500 × 2; 6 - × 5800 × 2; g - × 48000 × 2; e, e - 36000 × 2)

Пример конкретного исполнения.An example of a specific implementation.

В электроплавильной печи сопротивления типа САН вместимостью 10 тн были выполнены 2 плавки следующего химического состава, таблица 1:In an electric melting furnace of resistance type SAN with a capacity of 10 tons, 2 melts of the following chemical composition were performed, table 1:

Табл.1Table 1 Номер плавкиSwimming trunks number Массовая доля элементов в %Mass fraction of elements in% CuCu MgMg MnMn FeFe SiSi CrCr ZnZn TiTi MoMo ZrZr 1one 0,1170.117 0,8310.831 0,2960.296 0,1900.190 0,06720,0672 0,0810,081 3,803.80 0,02750.0275 0,01080.0108 0,0880,088 22 0,1270.127 0,8710.871 0,3090,309 0,1650.165 0,05140,0514 0,06430,0643 4,074.07 0,02650.0265 0,02020,0202 0,1030.103

Затем были отлиты плоские и круглые слитки. Литье слитков проводилось по следующим режимам, таблица 2:Then flat and round ingots were cast. Ingot casting was carried out according to the following modes, table 2:

Табл.2Table 2 Номер плавкиSwimming trunks number Размер слитка, ммIngot size, mm Параметры литьяCasting options температура, °Сtemperature, ° С скорость, мм/минspeed mm / min Давление воды, ПаWater pressure, Pa 1one 310×1110310 × 1110 705705 46,646.6 1,4×10⁵ 1.4 × 10 ⁵ 22 05100510 700700 26,726.7 4,558×10⁴ 4,558 × 10 ⁴

Режимы гомогенизации отлитых слитков приведены в таблице 3.Modes of homogenization of cast ingots are shown in table 3.

Табл.3Table 3 Размер слитка, ммIngot size, mm Температура гомогенизации, °СHomogenization temperature, ° С Продолжительность выдержки, часDuration of exposure, hour 310×1110310 × 1110 455-460455-460 1212 05100510 460-463460-463 1212

Из отлитых слитков были изготовлены опытные партии 2х типов панелей (фиг.2 и 3) и 1 типа профилей (фиг.1). Закалку профилей проводили в воду после выдержки в вертикальной закалочной печи от температуры 450°С. Закалка панелей проводилась на столе пресса от температуры деформации путем принудительной подачи воздуха. Режимы прессования приведены в таблице 4.Of the cast ingots were made experimental batch of 2 types of panels (Fig.2 and 3) and 1 type of profiles (Fig.1). Hardening of the profiles was carried out in water after holding in a vertical quenching furnace from a temperature of 450 ° C. The hardening of the panels was carried out on the press table from the temperature of deformation by forced air supply. Press modes are shown in table 4.

Табл.4Table 4 Температура заготовки, °СWorkpiece temperature, ° С Температура матрицы, °СMatrix temperature, ° С Температура контейнера, °СContainer temperature, ° С Скорость истечения, м/минExpiration rate, m / min Величина остаточной деформации при правке, %The value of residual deformation during dressing,% Искусственное старениеArtificial aging I ступеньI stage II ступеньII stage 410-530410-530 360-460360-460 410-450410-450 0,1-4,0-0,10.1-4.0-0.1 1,0-3,51.0-3.5 100°С 6-12 ч100 ° C 6-12 h 170-180°С 4-10 ч170-180 ° C 4-10 h

Механические свойства прессованных полуфабрикатов в естественно состаренном и искусственно состаренном состоянии по выбранному режиму (100°С, 10 час +175°С, 6 час) приведены в табл.5 и 6.The mechanical properties of pressed semi-finished products in a naturally aged and artificially aged state according to the selected mode (100 ° C, 10 hours + 175 ° C, 6 hours) are given in Tables 5 and 6.

Табл.5Table 5 Свойства профилейProfile Properties Состояниеcondition НаправлениеDirection σ_в МПаσ _in MPa σ₀₂ МПаσ ₀₂ MPa δ, %δ,% ψ, %ψ,% Естественно состаренныеNaturally aged ПродольноеLongitudinal 347347 236236 14,314.3 21,821.8 ПоперечноеTransverse 369369 264264 13,213,2 33,533.5 Искусственно состаренные 100°С, 10 ч+175°С, 6 чArtificially aged 100 ° С, 10 h + 175 ° С, 6 h ПродольноеLongitudinal 309309 243243 15,915.9 38,938.9 ПоперечноеTransverse 333333 275275 15,215,2 54,354.3

Табл.6Table 6 Свойства панелей (продольные образцы)Panel properties (longitudinal samples) Место вырезки образцовSample Cutting Location Состояниеcondition σ_в МПаσ _in MPa σ₀₂ МПаσ ₀₂ MPa δ, %δ,% РСК, БаллRSK, Score Полотно панелиCanvas panels Естественно состаренныеNaturally aged 353353 219219 20,020,0 8,58.5 Искусственно состаренные 100°C, 104+175°C, 64Artificially aged 100 ° C, 104 + 175 ° C, 64 322322 252252 18,918.9 33 ПерегородкаPartition Естественно состаренныеNaturally aged 350350 217217 19,019.0 -- Искусственно состаренные 100°C, 104+175°C, 64Artificially aged 100 ° C, 104 + 175 ° C, 64 332332 253253 18,318.3 --

Свойства образцов, вырезанных из перегородок панели (табл.6), не уступают свойствам образцов, вырезанных из полотна панели и характеризуются достаточно высокими значениями. Это еще раз подтверждает, что сплав при подвергнутой обработке по данному способу обладает очень высокой устойчивостью твердого раствора, позволяющей производить его фиксацию при низких скоростях охлаждения с высоких температур.The properties of samples cut from the panel walls (Table 6) are not inferior to the properties of samples cut from the panel canvas and are characterized by rather high values. This once again confirms that the alloy subjected to processing by this method has a very high stability of the solid solution, allowing its fixation at low cooling rates from high temperatures.

Так же, как и в случае профиля, свойства панели в естественно состаренном состоянии несколько выше свойств в искусственно состаренном состоянии. Однако сопротивление расслаивающей коррозии, как показали испытания панели, значительно лучше в искусственно состаренном состоянии. После естественного старения склонность панелей к расслаивающей коррозии оценивается 7-8 баллами, а после искусственного старения - 3 баллами.As in the case of a profile, the properties of a panel in a naturally aged state are slightly higher than those in an artificially aged state. However, the resistance to delaminating corrosion, as the panel tests showed, is much better in artificially aged condition. After natural aging, the tendency of panels to stratify corrosion is estimated at 7-8 points, and after artificial aging - 3 points.

На фиг.4 представлены результаты электронно-микроскопического исследования структуры профиля в состоянии поставки. При малых увеличениях в электронном микроскопе хорошо видна субзеренная структура (фиг.4а, б), а при более высоких увеличениях хорошо различаются частицы интер-металлидов переходных металлов марганца, хрома (фиг.4в), циркония (фиг4д, е). На фиг.4г показана граница субзерна, сдерживаемая интерметаллидами марганца (типа Al6Mn) и циркония (Al3Zr).Figure 4 presents the results of electron microscopy studies of the structure of the profile in the delivery state. At low magnifications in an electron microscope, a subgrain structure is clearly visible (Fig. 4a, b), and at higher magnifications, the particles of the intermetallic transition metals of manganese, chromium (Fig. 4c), zirconium (Fig. 4d, e) are clearly distinguished. Figure 4g shows the boundary of the subgrain restrained by intermetallic manganese (type Al6Mn) and zirconium (Al3Zr).

После закалки прессованные полуфабрикаты гарантировано сохраняют полностью нерекристаллизованную структуру.After hardening, the pressed semi-finished products are guaranteed to retain a completely non-crystallized structure.

Некристаллизованная (полигонизованная) структура в прессованных полуфабрикатах обеспечивает повышенный комплекс служебных характеристик. Прежде всего это повышенные прочностные свойства при хорошей пластичности, высокие показатели ударной вязкости и более высокое сопротивление коррозии под напряжением.The non-crystallized (polygonized) structure in pressed semi-finished products provides an increased range of service characteristics. First of all, these are increased strength properties with good ductility, high impact toughness and higher stress corrosion resistance.

Высокие конструкционные и технологические свойства изделий, изготовленных по данному способу, были также подтверждены проведением испытаний сварных соединений. Сварное соединение прессованных профилей СП50 после 60 суток естественного старения после сварки имеет σ_в ^св=255 МПа, угол загиба =77 град, КСU_шва=28 Дж/см², КСV_шва=21 Дж/см², KCV зоны сплавления =38 Дж/см². Исследование свариваемости прессованных профилей из сплава 1935 В показало, что сплав обладает малой склонностью к трещинообразованию при сварке, а коэффициент ослабления сварного соединения составляет 0,80-0,95; сварные соединения и собственно швы пластичные и вязкие. Сварные соединения обладают высоким сопротивлением коррозии под напряжением в естественно и искусственно состаренном состояниях. Склонность к расслаивающей коррозии сварных соединений оценивается 7-8 баллом в естественно состаренном состоянии и 2-3 баллом после искусственного старения.High structural and technological properties of products manufactured by this method were also confirmed by testing welded joints. After 60 days of natural aging after welding, the welded joint of SP50 profiles has σ _in ^sv = 255 MPa, bending angle = 77 degrees, KSU of the _weld = 28 J / cm ² , KSV of the _weld = 21 J / cm ² , KCV of the fusion zone = 38 J / cm ² . A study of the weldability of extruded profiles from 1935 B alloy showed that the alloy has a low tendency to crack formation during welding, and the coefficient of weakening of the welded joint is 0.80-0.95; welded joints and actually seams are plastic and viscous. Welded joints have high resistance to stress corrosion in naturally and artificially aged conditions. The tendency to delaminating corrosion of welded joints is estimated at 7-8 points in a naturally aged state and 2-3 points after artificial aging.

Предложенный способ прессования полуфабрикатов из высокопрочного алюминиевого сплава позволяет получить уникальные, длинномерные, тонкостенные профили и панели шириной до 790 мм, предназначенные для использования на железнодорожном транспорте, обладающих комплексом прочностных, технологических и эксплуатационных свойств, отвечающих перспективным требованиям в этой области техники.The proposed method of pressing semi-finished products from high-strength aluminum alloy allows to obtain unique, long-length, thin-walled profiles and panels up to 790 mm wide, designed for use in railway transport, which have a set of strength, technological and operational properties that meet promising requirements in this technical field.

Claims (4)

1. Способ изготовления прессованных полуфабрикатов из высокопрочного алюминиевого сплава, включающий отливку слитков, горячее прессование, термическую обработку на твердый раствор, закалку и старение, отличающийся тем, что слитки отливают из сплава, имеющего следующее соотношение компонентов, мас.%:
Цинк 3,6-4,1 Магний 0,6-1,1 Марганец 0,2-0,5 Цирконий 0,05-0,12 Хром 0,05-0,15 Медь 0,1-0,2 Титан 0,01-0,06 Молибден 0,01-0,06 Алюминий Остальное,
при температуре литья 690-710°С, со скоростью 25-50 мм/мин, слитки подвергают гомогенизации при температуре 450-470°С в течение 8-12 ч, горячее прессование проводят при температуре 410-530°С при скорости истечения 0,1-4,0 м/мин, закалку производят от температуры деформации непосредственно после прессования на прессе на воздухе, в воде или в воздушно-водяной смеси и осуществляют естественное старение или искусственное старение по двухступенчатому режиму: температура 90-110°С выдержка 6-12 ч, температура 160-190°С, выдержка 4-10 ч.1. A method of manufacturing pressed semi-finished products from high-strength aluminum alloy, including casting ingots, hot pressing, heat treatment for solid solution, quenching and aging, characterized in that the ingots are cast from an alloy having the following ratio of components, wt.%:
Zinc 3.6-4.1 Magnesium 0.6-1.1 Manganese 0.2-0.5 Zirconium 0.05-0.12 Chromium 0.05-0.15 Copper 0.1-0.2 Titanium 0.01-0.06 Molybdenum 0.01-0.06 Aluminum Rest,
at a casting temperature of 690-710 ° C, at a speed of 25-50 mm / min, the ingots are homogenized at a temperature of 450-470 ° C for 8-12 hours, hot pressing is carried out at a temperature of 410-530 ° C at a flow rate of 0, 1-4.0 m / min, hardening is carried out from the deformation temperature immediately after pressing on a press in air, in water or in an air-water mixture and natural aging or artificial aging is carried out according to a two-stage mode: temperature 90-110 ° С exposure 6- 12 hours, temperature 160-190 ° С, holding time 4-10 hours. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что закалку производят водой от температуры 450°С.2. The method according to claim 1, characterized in that the hardening is carried out with water from a temperature of 450 ° C. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что производят естественное старение в течение не менее 7 суток.3. The method according to claim 1, characterized in that they produce natural aging for at least 7 days. 4. Изделие, полученное из полуфабрикатов из высокопрочного алюминиевого сплава, отличающееся тем, что оно получено из полуфабриката, изготовленного способом по любому из пп.1-3. 4. The product obtained from semi-finished products from high-strength aluminum alloy, characterized in that it is obtained from semi-finished products made by the method according to any one of claims 1 to 3.

Images