СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОНКИХ ПОЛОС ИЗ ТРУДНОДЕФОРМИРУЕМЫХ АЛЮМИНИЙ-ЛИТИЕВЫХ СПЛАВОВ
METHOD OF MAKING THIN STRIPS OF DIFFICULT-TO-FORM ALUMINIUM-LITHIUM ALLOYS

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к производству тонких полос из труднодеформируемых высокопрочных алюминий-литиевых сплавов, и может быть использовано при производстве обшивочных листов для аэрокосмической промышленности и судостроения.
Известен способ производства тонких лент из алюминиевых сплавов (патент RU 2501881, В21В 3/00, опубл. 20.12.2013 г.). С целью снижения растрескивания боковых кромок и повышения пластичности, при холодной прокатке труднодеформируемых сплавов используют полностью рекристаллизованную горячекатаную заготовку, применяют большие степени обжатий на двух последних проходах и высокие скорости прокатки. В результате этого температура ленты в рулоне увеличивается, достигает 140-160°С, при этом повышается пластичность металла, что снижает склонность к трещинообразованию на боковых кромках катаемой полосы.
К недостаткам известного способа можно отнести следующее:
- высокая температура металла в рулоне достигается лишь на последних двух проходах, в то время как на предыдущих проходах металл не имел высокой температуры, что, естественно, не повышало его пластичности;
- большие степени деформации и высокие скорости прокатки не всегда применимы к новым высокопрочным алюминиевым сплавам, в частности к алюминий-литиевым сплавам;
- большие степени и скорости холодной прокатки достижимы только при прокатке рулонов большой длины на многоклетьевых непрерывных станах, однако, в настоящее время, в основном, практикуется полистная прокатка алюминий-литиевых сплавов.
Как следствие, во избежание разрушения заготовки боковые кромки с микротрещинами постоянно обрезают, что существенно снижает выход годного.
Известен способ прокатки листов из высокопрочных алюминиевых сплавов. Для предотвращения образования трещин на боковых кромках производят плакировку боковых граней слитка высокопластичным алюминием на стадии горячей прокатки (Колпашников А.И. Прокатка листов из легких сплавов. М.: Металлургия, 1970, стр. 180-181, рис. 64). Покрытие высокопластичным алюминием боковых граней слитка повышает пластичность боковых кромок, снижает склонность к трещинообразованию и устраняет разрыв полос при холодной прокатке с противонатяжением. Становится возможным производить прокатку без обрезки боковых кромок, что представляет значительный практический интерес с точки зрения снижения отходов производства и повышения выхода годного.
К недостаткам известного способа можно отнести то, что при производстве полос из высокопрочных алюминиевых сплавов, в частности алюминий-литиевых сплавов, после окончания горячей прокатки, как правило, производят обрезку боковых кромок, и на холодную прокатку полосы поступают с отсутствием покрытия из высокопластичного алюминия.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению, которое принято за прототип, является способ прокатки тонкой металлической полосы из труднодеформируемых металлов (АС СССР №735338, В21В 3/00, опубл. 18.12.1978 г.). Способ включает горячую прокатку, подготовку боковых кромок к холодной прокатке, прокатку в несколько переходов и обрезку боковых кромок. С целью экономии металла за счет уменьшения боковой обрези с трещинами, перед холодной прокаткой на боковые кромки полосы наносятся просечки на определенном расстоянии. Просечки, образующие прерывистые линии, ограничивают распространение трещин по ширине полосы. Просечки наносятся перед каждым очередным проходом холодной прокатки, отступая от просечек, сделанных перед предыдущими проходами.
К недостаткам известного способа можно отнести высокую трудоемкость, большие трудозатраты на выполнение просечек на протяжении всего процесс прокатки.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение выхода годного при холодной прокатке полос из труднодеформируемых алюминий-литиевых сплавов путем снижения трещинообразования боковых кромок и устранения операции их обрезки в результате повышения пластичности кромок полосы на стадии холодной прокатки.
Поставленная задача в предлагаемом изобретении достигается тем, что в способе изготовления тонких полос из труднодеформируемых алюминий-литиевых сплавов, включающем горячую прокатку заготовок до толщины Н=5-7 мм, разупрочняющий отжиг и последующую многопереходную холодную прокатку, согласно изобретению, в среде инертных газов приваривают боковые полосы из высокопластичного алюминиевого сплава с относительным удлинением δ≥22-25%, толщина которых равна толщине заготовки, а ширина В=(7-10)H, при этом после завершения холодной прокатки до требуемой толщины приваренные боковые полосы обрезают по зонам разделения сплавов.
Таким образом, приваривая перед холодной прокаткой полосы из высокопластичного алюминиевого сплава с относительным удлинением δ≥22-25%, получаем полностью рекристаллизованную горячекатаную заготовку из труднодеформируемого алюминий-литиевого сплава с боковыми кромками, которые имеют пластичность, в два раза большую чем основной металл. В процессе прокатки зоны образования трещин смещаются (переносятся) к боковым кромкам, которые по предлагаемому изобретению имеют высокую пластичность и вязкость. Такое сочетание позволяет устранить трещинообразование на боковых кромках и повысить выход годного дорогостоящего высокопрочного алюминиевого сплава.
При холодной прокатке листов на кромках возникают растягивающие продольные напряжения (Целиков А.И. Основы теории прокатки. М.: Металлургия, 1965 г., стр. 144, рис. 105), под действием которых на боковых кромках прокатываемого металла начинают образовываться трещины, которые в свою очередь приводят к разрывам по кромкам и даже к полному разрушению заготовки (Колпашников А.И. Прокатка листов из легких сплавов. М.: Металлургия, 1979, стр. 101, рис. 49). Особенно остро данная проблема стоит при прокатке с большими степенями деформации труднодеформируемых сплавов, у которых наблюдается резкое уменьшение пластических свойств при холодной деформации вследствие упрочнения.
Для предотвращения трещинообразования на боковых кромках необходимо повышать их пластичность. По предлагаемому изобретению, в результате сварки создается сплошное покрытие горячекатаной полосы на боковых кромках высокопластичным алюминиевым сплавом с относительным удлинением δ≥22-25%. Качественная сварка в атмосфере защитных газов обеспечивает металлургический контакт основного металла и боковых полос и заваривает все дефекты на боковых кромках проката из труднодеформируемых алюминий-литиевых сплавов. Этот металлургический контакт сохраняется на всем протяжении холодной прокатки.
В результате увеличения ширины листа из-за приварки боковых полос, область действия растягивающих напряжений смещается в зону высокопластичного материала, что приводит к снижению тенденции к трещинообразованию и, как следствие, к устранению разрывов на кромке и разрушения основного материала. При этом качество кромок основного металла не ухудшается. Это надежный способ предотвращения растрескивания кромок холоднокатаной полосы из из труднодеформируемых алюминий-литиевых сплавов. Кроме этого деформацию боковых приваренных полос можно рассматривать как прокатку узкой полосы, которая сопровождается уширением, то есть увеличением ширины. В результате этого уширения боковая полоса оказывает давление на кромку основного металла, создавая в ней сжимающие напряжения. Эти сжимающие напряжения также увеличивают пластичность основного металла, что также снижает тенденцию к трещинообразованию не только на боковых кромках, но и в центре прокатываемой полосы.
Процесс сварки высокопластичного алюминиевого сплава с боковыми кромками основного металла позволяет осуществить полную термообработку металла на кромках, полностью устранить неблагоприятные структурные изменения и заварить трещины, возникшие на кромке при горячей прокатке, что значительно повышает стойкость металла к трещинообразованию.
Завершающая одноразовая обрезка приваренных полос после холодной прокатки значительно экономит металл как по выходу годного, так и по цене, поскольку основной металл стоит значительно дороже, чем привариваемый технически чистый алюминий.
Ширина привариваемых полос В находится в интервале В=(7-10)H. Если ширину полосы брать меньше, то возникают технические трудности с подготовкой и приваркой узкой полосы к основному металлу. Если же использовать более широкую полосу - это приводит к увеличению расхода металла.
Достижение цели предлагаемого изобретения проверено многократно, подтверждается стабильными результатами. Кромка основного металла имела чистую ровную поверхность без трещин и рванин.