СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТРУБ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
PROCEDURE FOR FABRICATING PIPES OUT OF ALUMINIUM ALLOYS

Предлагаемое изобретение относится к области обработки давлением металлов и сплавов, а именно к способу получения труб из высокопрочных труднодеформируемых алюминиевых сплавов, например системы Al-Zn-Mg-Cu, предназначенных для деталей оборудования высокой степени надежности в атомном, авиационном и космическом машиностроении.
Способ получения труб должен обеспечивать требуемые свойства при высоких технико-экономических показателях производства: уменьшение брака по геометрическим параметрам, снижение металлоемкости при изготовлении.
Известны способы получения труб из алюминиевых сплавов типа В96Ц: Стадников Э.А., Варга И.И., Игуменов А.А., Бочкарев Н.В. Совершенствование технологии получения заготовок и прессованных профилей из сплава В96Ц1 (Технология легких сплавов-М.: Научно-технический сборник, ВИЛС, 1990, №9, с.27-30; патент Российской Федерации RU 2239503 С1). Способ включает приготовление сплава, выплавку слитка, гомогенизацию слитка, резку на мерные заготовки, прошивку заготовок, механическую обработку наружной поверхности заготовок, прессование, закалку, правку, старение. В дальнейшем трубы подвергают механической обработке наружной и внутренней поверхности до получения необходимых размеров готовой детали. Недостатком способа является низкий уровень пластических характеристик, высокая металлоемкость и большие трудозатраты при механической обработке.
Наиболее близким к предлагаемому является способ получения труб из алюминиевого сплава (патент Российской Федерации RU 2239503 С1), включающий:
- получение слитков из сплава системы Al-Zn-Mg-Cu,
- гомогенизацию слитков при температуре 440÷460°С,
- резку слитков на мерные заготовки,
- прошивку мерных заготовок, предварительно нагретых до температуры 360÷450°С,
- механическую обработку наружной поверхности прошитых заготовок,
- обратное прессование труб при температуре 360÷410°С со скоростью истечения 1,2÷2,5 м/мин.,
- закалку при температуре 465÷475°С,
- правку с остаточной степенью деформации 1,5÷2,5%,
- старение при температуре 130÷150°С.
Недостатками известного способа-прототипа являются:
1. Невозможность получения на существующем прессовом оборудовании тонкостенных труб (с толщиной стенки 3,0 мм и менее). Поэтому при изготовлении особо тонкостенных деталей механическая обработка прессованных труб приводит к очень высокому расходу металла.
2. Низкая точность геометрии труб: допускаемые отклонения по диаметру прессованных труб составляют от -0,2 до +1,8 мм при овальности до 1,5 мм, отклонение по толщине стенки от номинала доходит до +1,3 мм, что, например, для трубы с толщиной стенки 4,5 мм, изготавливаемой в серийном производстве, составляет почти 30%. Данный недостаток также способствует повышенному расходу металла и к тому же усложняет технологию при обработке труб резанием.
3. Правка прессованных труб методом линейного растяжения на растяжных машинах со степенью остаточной деформации 1,5÷2,5% позволяет исправить незначительную продольную кривизну, так как увеличение деформации одноосного растяжения труб из таких высокопрочных, труднообрабатываемых сплавов, как сплавы системы Al-Zn-Mg-Cu, может привести к появлению трещин. В то же время исходная кривизна труб после закалки может превышать величину, исправляемую с помощью нормированных деформаций. Кроме того, правка методом линейного растяжения не снижает величины овальности труб.
4. Сравнительно низкий уровень пластических свойств, обусловленный довольно высокой степенью разнозернистости, характерной для микроструктуры сплава после прессования и последующей термообработки.
Технической задачей данного изобретения является создание способа получения тонкостенных, повышенной точности труб из высокопрочных труднодеформируемых алюминиевых сплавов, обеспечивающего сочетание высоких прочностных свойств с повышенным уровнем пластических характеристик металла при относительно низкой металлоемкости в процессе изготовления готовой детали.
Для решения поставленной задачи предложен способ изготовления тонкостенных труб из высокопрочных алюминиевых сплавов, включающий получение слитков сплава, их гомогенизацию, резку на мерные заготовки, прошивку заготовок, механическую обработку их наружной поверхности, горячее прессование и финишную термообработку в виде закалки и старения, который отличается тем, что после горячего прессования проводят дополнительно:
- закалку прессованных труб;
- смягчающий отжиг;
- холодную прокатку отожженных труб с деформациями по диаметру в пределах 8÷15%, по стенке в пределах 40÷60%.
Предпочтительно смягчающий отжиг проводить при температуре 350-450°С в течение 0,5-1,5 часа с охлаждением в печи до 150°С, а затем на воздухе.
Правку свежезакаленных холоднокатаных труб предпочтительно проводить на косовалковой трубоправильной машине с валками, снабженными полиуретановыми бандажами.
Проведение после горячего прессования дополнительной заявляемой термообработки и холодной прокатки в сочетании с последующей финишной стандартной термообработкой обеспечивает получение тонкостенных труб (толщина стенки 3,0 мм и менее), с меньшими (более чем в два раза) допусками по толщине стенки и диаметру. При этом трубы имеют более однородную мелкозернистую, в сравнении с горячепрессованными трубами, структуру металла, что обусловливает повышение пластичности материала при сохранении высоких прочностных свойств.
Правка в косовалковой трубоправильной машине с валками, снабженными полиуретановыми бандажами, позволяет в пределах упругих деформаций практически полностью исправить продольную кривизну и овальность труб и таким образом способствует получению еще более высокой точности размеров труб при значительном снижении уровня остаточных тангенциальных напряжений.
Пример осуществления
С целью практического осуществления изобретения в промышленных условиях изготовлены трубы из алюминиевого сплава системы Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Fe. Размеры труб следующие: диаметр 134,5 мм, толщина стенки  3,0 мм, длина 9,0÷11,0 м.
Проводили следующие операции:
- получение слитков диаметром 280,0 мм и длиной 5,0÷7,0 м;
- гомогенизация слитков;
- резка слитков диаметром 280,0 мм на мерные заготовки длиной 400,0÷600,0 мм;
- прошивка нагретых до температуры 360÷450°С заготовок на размер 275,0/148,0 мм;
механическая обработка наружной поверхности прошитых заготовок до получения после обточки шероховатости не более Rz 30 мкм;
- получение прессованных труб диаметром 148,0 мм и толщиной стенки 5,0÷6,0 мм;
закалка прессованных труб с нагревом в вертикальных печах с окислительной атмосферой до температуры 465°С, с выдержкой при этой температуре в течение 50 минут и охлаждением в воде комнатной температуры;
- правка труб на растяжных машинах типа ПРМ 1500;
- естественное старение;
- смягчающий отжиг труб по режиму: нагрев до температуры 405°С, выдержка в течение одного часа, охлаждение с печью до температуры 150°С, охлаждение на воздухе;
- холодная прокатка труб на стане ХПТ-250 по маршруту: 148,0×6,0→134,5×3,0 мм, со следующими параметрами:
деформация по диаметру - 9,1%,
деформация по толщине стенки - 50%;
- обезжиривание прокатанных труб с использованием моющего средства;
- закалка холоднокатаных труб с нагревом в вертикальных печах с окислительной атмосферой до температуры 470°С, с выдержкой при этой температуре в течение 50 минут и охлаждением в воде;
правка труб на косовалковой трубоправильной машине 7×700 с полиуретановыми валками со следующими режимами:
овализация поперечного сечения - 3,0÷3,5 мм,
прогиб между обоймами валков - 5,0÷6,0 мм;
- искусственное старение при температуре 135±3°С в течение 16 часов.
Определяли геометрические размеры и механические свойства труб. Для получения сравнительных данных исследовали трубы, полученные способом-прототипом. Полученные результаты приведены в таблице.
Геометрические размеры и свойства труб
№п/п
Кривизна труб, мм/м
Овальность труб, мм
Разностенность труб, мм
Механические свойства труб
Толщина стенки, мм
Предел прочности, кгс/мм<sup>2</sup>
Условный предел текучести, кгс/мм<sup>2</sup>
Удлинение, %
1
0,1÷0,5
0,2÷0,6
0,06÷0,30
65÷69
62÷64
8,0÷14,0
3,0
2
0,7÷1,0
1,0÷1,5
1,3
68
64
9,0
5,8
Как видно из таблицы, предлагаемый способ (1) по сравнению с прототипом (2) позволил более чем в два раза повысить точность изготавливаемых труб и заметно улучшить пластические (и прочностные) свойства металла, при этом при изготовлении готовой детали расход металла сократился в 1,8 раза.