СПОСОБ ОБРАБОТКИ МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ
METHOD OF TREATMENT OF MAGNESIUM ALLOYS

Изобретение относится к области авиационного и космического материаловедения и может быть использовано при изготовлении деформированных полуфабрикатов из магниевых сплавов, предназначенных для изделий авиационной, ракетокосмической техники и машиностроения (детали управления, детали кресел, несущие детали внутреннего набора: кронштейны, качалки, штамповки и др.).
Известен способ обработки магниевых сплавов, включающий нагрев магниевого сплава до температуры 250-600°C, выдержку при этой температуре в течение (1-100) часов, охлаждение сплава до температур (0-100)°C; прессование сплава при температуре от 200 до 500°C со степенью вытяжки не менее 1:10, охлаждение деформированного полуфабриката со скоростью не менее 300°C/мин до температур (0-100)°C (Заявка US №2003/0140992).
Недостатком известного способа является его длительность, трудоемкость и небезопасность. Реализация известного способа представляет опасность, поскольку нагрев сплавов до рекомендуемого верхнего предела в 600°C может привести к оплавлению и даже воспламенению структурной составляющей сплавов - эвтектики, что не позволяет применять указанный способ во всех интервалах рекомендуемых технологических параметров для получения деформированных полуфабрикатов. Это значительно затрудняет изготовление из них качественных изделий, обладающих требуемыми прочностными и пластическими свойствами, ввиду опасности возможного пережога.
-1
-2
-1
Известен способ обработки магниевых сплавов, включающий нагрев, ступенчатую деформацию и охлаждение, в котором нагрев проводят до 280-360°C, деформацию проводят, по крайней мере, с одним дополнительным переходом, при этом все переходы деформации проводят с одного нагрева непрерывно друг за другом со скоростью (2·10-6·10) с и суммарной степенью деформации 88-93%, а охлаждение осуществляют на воздухе (патент РФ №2148104).
К недостаткам этого способа следует отнести малый уровень предела текучести и значительную анизотропию прочностных свойств деформированных полуфабрикатов, что служит препятствием к изготовлению из них изделий, работающих в условиях действия нагрузки в поперечном направлении по отношению к волокну.
-4
-2
-1
Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является способ обработки магниевых сплавов, включающий нагрев литой заготовки, ступенчатую деформацию и охлаждение на воздухе, в котором нагрев заготовки до 280-420°C проводят перед каждым переходом ступенчатой деформации, ступенчатую деформацию заготовки осуществляют с суммарной степенью деформации 94-99,5%, а после охлаждения заготовки на воздухе проводят окончательный нагрев до 370-420°C в изотермических условиях и окончательную деформацию со скоростью (1·10-2·10) с (патент РФ №2213800).
Основными недостатками прототипа являются:
- получение материала с недостаточно высокими характеристиками прочности и пластичности;
- невысокая коррозионная стойкость получаемых деформированных полуфабрикатов магниевых сплавов и изделий из них.
Технической задачей изобретения является разработка способа, позволяющего повысить прочность, пластичность и коррозионную стойкость деформированных полуфабрикатов из магниевых сплавов при сохранении малой анизотропии прочностных свойств (не более 10-11%).
-2
-1
-1
Поставленная техническая задача достигается тем, что предложен способ обработки магниевых сплавов, включающий нагрев литой заготовки, двухступенчатую деформацию и охлаждение на воздухе, в котором вторую ступень деформации проводят в изотермических условиях при температуре на (50-100)°C ниже температуры первой ступени со скоростью 4·10-5·10 c и с суммарной степенью деформации 65-85%, а между первой и второй ступенями деформации проводят термическую обработку при температуре 180-300°C в течение 1-12 часов.
Первую ступень деформации проводят при температуре (370-450)°C в течение времени, необходимого для получения деформированной структуры.
-2
-1
-1
Авторами установлено, что проведение термической обработки при температуре 180-300°C в течение 1-12 часов способствует формированию мелкозернистой и равноосной структуры с равномерно распределенными в объеме зерен упрочняющими высокодисперсными интерметаллическими фазами; проведение второй ступени деформации в изотермических условиях при температуре на (50-100)°C ниже, чем на первой ступени со скоростью 4·10-5·10 c с суммарной степенью деформации 65-85% дает возможность получить регламентированную мелкозернистую (d зерна ≤10 мкм) структуру магниевых сплавов с высокодисперсными включениями интерметаллидов, что в результате приводит к повышению прочности, пластичности и коррозионной стойкости деформированных заготовок, а также позволяет сохранить анизотропию прочностных свойств на уровне не более 10-11%.
Примеры осуществления
Пример 1
-2
-1
Литые заготовки из магниевого сплава МА14 нагревали до температуры первой ступени деформации - 370°C, проводили 3 обжатия за один нагрев, по результатам микроанализа определяли достижение полностью деформированной структуры в заготовках. Затем проводили термическую обработку (т/о) при температуре 180°C в течение 1 часа. После этого заготовки нагревали до температуры 320°C (на 50°C ниже, чем на 1-й стадии деформации) и проводили вторую ступень деформации (объемную штамповку) в изотермических условиях со скоростью 4·10 c и с суммарной степенью деформации 65%.
Примеры 2-6 осуществляли аналогично Примеру 1, см. табл.
Примеры 7, 8. Способ-прототип
-4
-1
-2
Литые заготовки из магниевых сплавов МА14, ВМД10 нагревали перед каждым переходом ступенчатой деформации, ступенчатую деформацию заготовки осуществляли с суммарной степенью деформации 94-99,5%, а после охлаждения заготовки на воздухе проводили окончательный нагрев до 370-420°C в изотермических условиях и окончательную деформацию со скоростью 1·10 c-2·10.
В таблице приведены свойства деформированных методом объемной штамповки полуфабрикатов из магниевых сплавов по указанным режимам предлагаемого способа, а также изготовленных по способу-прототипу.
Предлагаемый способ обработки магниевых сплавов по сравнению со способом-прототипом, как это следует из анализа представленных в таблице результатов, имеет следующие преимущества:
- предел прочности деформированных полуфабрикатов из магниевых сплавов повышается на 15-20%;
- относительное удлинение стабильно выше 11%;
- общая коррозионная стойкость возрастает на 20-30%;
- сохраняется малая анизотропия прочностных свойств (не более 10-11%).
Получаемые по предлагаемому способу обработки деформируемые полуфабрикаты отличаются повышенными прочностными, пластичными и коррозионными свойствами при сохранении малой анизотропии, что способствует повышению ресурса, надежности конкретных изделий из этих полуфабрикатов, расширяет возможность их применения.
Таблица
Способ
Сплав
Деформация первой ступени
Термообра-ботка
Вторая ступень деформации (в изотермических условиях)
Свойства
Коэффици-ент анизотропии предела прочности
Условия нагрева
Т,°С
Условия деформации
Т, °C
Время, час.
Т,°C
Скорость, с<sup>-1</sup>
Суммар-ная степень, %
<img file="00000001.tif" he="12" wi="14" img-content="undefined" img-format="tif" />.
V<sub>корр.</sub>
δ
МПа
г/м<sup>3</sup>· сут
%
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Предлага-емый способ
МА14
Один нагрев
370
2 обжатия, последующий контроль микрострук-туры
180
1
320
4·10<sup>-2</sup>
65
<img file="00000002.tif" he="10" wi="9" img-content="undefined" img-format="tif" />
23
11,3
10,2
410
4 обжатия, последующий контроль микрострук-туры
240
6
335
2·10<sup>-1</sup>
75
<img file="00000003.tif" he="10" wi="8" img-content="undefined" img-format="tif" />
26
12,8
10,7
450
5 обжатий, последующий контроль микрострук-туры
300
12
350
5·10<sup>-1</sup>
85
<img file="00000004.tif" he="10" wi="8" img-content="undefined" img-format="tif" />
28
12,5
7,1
Предлага-емый способ
ВМД10
Один нагрев
370
2 обжатия, последующий контроль микрострук-туры
180
1
320
4·10<sup>-2</sup>
66
<img file="00000005.tif" he="10" wi="8" img-content="undefined" img-format="tif" />
18
12,4
8,5
410
4 обжатия, последующий контроль микрострук-туры
240
6
335
2·10<sup>-1</sup>
75
<img file="00000006.tif" he="10" wi="8" img-content="undefined" img-format="tif" />
20
13,0
7,3
450
5 обжатий, последующий контроль микрострук-туры
300
12
350
5·10<sup>-1</sup>
85
<img file="00000007.tif" he="10" wi="8" img-content="undefined" img-format="tif" />
21
13,8
10
Способ- прототип
МА14
нагрев перед каждым пере-ходом
280
Суммарная степень деформации 94-99,5%
Отсутст-вует
370
1·10<sup>-4</sup>÷ 2·10<sup>-2</sup>
-
<img file="00000008.tif" he="9" wi="21" img-content="undefined" img-format="tif" />
33-35
7,5-9,2
10,6-14
ВМД10
420
420
<img file="00000009.tif" he="10" wi="22" img-content="undefined" img-format="tif" />
25-26
10,5-11,0
10-11
*) в числителе приведены значения свойств в долевом направлении, в знаменателе - в поперечном направлении по отношению к волокну