Алюминиевый сплав, содержащий магний и кремний

1 Изобретение относится к поддающемуся термообработке сплаву Al-Mg-Si, который, после формования подвергают процессу старения,включающему первую стадию, на которой продукт формования нагревают со скоростью нагревания свыше 30 С/ч до температуры от 100 до 170 С, и вторую стадию, на которой продукт формования нагревают со скоростью нагревания от 5 до 50 С/ч до конечной температуры выдержки от 160 до 220 С, и где весь цикл старения осуществляют за время от 3 до 24 ч. Способ, подобный указанному, описан вWO 95.06759. Согласно указанной публикации,старение осуществляют при температуре от 150 до 200 С, и скорость нагревания составляет от 10 до 100 С/ч, предпочтительно от 10 до 70 С/ч. В качестве альтернативы, равноценной такому способу, описывается двухстадийная схема нагревания, где для получения общей скорости нагревания в указанном выше определенном интервале предлагается температура выдержки в интервале от 80 до 140 С. Задача изобретения состоит в создании алюминиевого сплава, имеющего улучшенные механические свойства по сравнению с традиционными процедурами старения, при меньшем времени старения, по сравнению с осуществлением старения согласно WO 95.06759. В случае описываемой двухскоростной процедуры старения прочность является максимальной при минимальном общем времени старения. Положительное влияние на механическую прочность двухскоростной процедуры старения можно объяснить тем фактом, что продленное время действия низкой температуры, как правило, усиливает образование зерен Mg-Si с большей плотностью. Если всю операцию старения выполнять при такой температуре, общее время старения будет выходить за рамки практических пределов и производительность печей для старения будет слишком низкой. При постепенном повышении температуры до конечной температуры старения большое число зерен, зародившихся при низкой температуре, будет продолжать расти. Результатом станет большое число зерен и величина механической прочности, связываемые с низкотемпературным старением, но при значительно меньшем общем времени старения. Двухстадийное старение также улучшает механическую прочность, но при быстром нагревании от первой температуры выдержки до второй температуры выдержки существует значительный риск обратного восстановления самых мелких зерен при более низком числе повышающих твердость зерен и, таким образом, в результате - меньшей механической прочности. Другим преимуществом процедуры двухскоростного старения по сравнению с обычным старением и также двухстадийным старением является то, что медленная скорость нагревания будет гарантировать лучшее распределение тем 002891 2 пературы в загрузке. Температурная предыстория выдавленных профилей в загрузке почти не будет зависеть от величины загрузки, плотности укладки и толщины стенок выдавленных профилей. Результатом будут механические свойства более однородные, чем при процедурах старения других типов. По сравнению с процедурой старения,описанной в патенте WO 95.06759, где нагревание с малой скоростью начинается с комнатной температуры, процедура двухскоростного старения будет снижать общее время старения за счет применения нагревания с высокой скоростью от комнатной температуры до температуры от 100 до 170 С. При нагревании с малой скоростью, начиная с промежуточной температуры, полученная прочность будет почти такой же высокой, как и в случае медленного нагревания, начиная с комнатной температуры. Изобретение также относится к сплаву AlMg-Si, который после первой стадии старения выдерживают от 1 до 3 ч при температуре от 130 до 160 С. В предпочтительном варианте осуществления изобретения конечная температура старения составляет, по меньшей мере, 165 С и предпочтительно температура старения составляет самое большее 205 С. При использовании таких предпочтительных температур было обнаружено, что механическая прочность является максимальной, в то время как общее время старения остается в разумных пределах. Для того, чтобы уменьшить общее время старения при двухскоростной операции старения, предпочтительно осуществлять первую стадию нагревания при возможно высокой скорости нагревания, достижение которой зависит от имеющегося оборудования. Поэтому на первой стадии нагревания предпочтительно использовать скорость нагревания, по меньшей мере, 100 С/ч. На второй стадии нагревания скорость нагревания должна быть оптимизирована с точки зрения общей эффективности по времени и конечного качества сплава. По этой причине предпочтительно, чтобы вторая скорость нагревания составляла, по меньшей мере, 7 С/ч и самое большее 30 С/ч. При скоростях нагревания ниже 7 С/ч общее время старения в результате будет большим при низкой производительности печей для старения, а при скоростях нагревания выше 30 С/ч механические свойства будут ниже желательных. Предпочтительно, первая стадия нагревания будет заканчиваться при значениях от 130 до 160 С, и при указанных температурах существует выделение фазы Mg5Si6, достаточное для получения высокой механической прочности сплава. Более низкая конечная температура первой стадии будет, как правило, приводить к повышенному общему времени старения. Пред 3 почтительно общее время старения составляет самое большее 12 ч. Пример 1. Три разных сплава, состав которых приводится в табл.1, отливают в заготовки Ш 95 мм в стандартных условиях изготовления отливок из сплава АА 6060. Заготовки гомогенизируют со скоростью нагревания приблизительно 250 С/ч, время выдержки составляет 2 ч 15 мин при 575 С, и скорость охлаждения после гомогенизации составляет приблизительно 350 С/ч. Болванки окончательно разрезают на заготовки длиной 200 мм. Таблица 1 СплавFe 1 0,37 0,36 0,19 2 0,41 0,47 0,19 3 0,51 0,36 0.19 Испытание на способность к экструзии осуществляют в 800-тонном прессе, снабженном обоймой Ш 100 мм, и с использованием индукционной печи для нагревания заготовок перед экструзией. Для того, чтобы провести определение механических свойств профилей, проводят отдельное испытание со штампом, который выдает стержень 225 мм 2. Заготовки перед экструзией предварительно нагревают приблизительно до 500 С. После экструзии профили охлаждают в неподвижном воздухе, давая приблизительно 2 мин для охлаждения до температуры ниже 250 С. После экструзии профили растягивают на 0,5%. Время выдержки при комнатной температуре контролировалось в течение 4-х часов перед старением. Механические свойства определяют с помощью испытаний на растяжение. Механические свойства разных сплавов,состаренных по разным циклам старения, приводятся в табл. 2-4. В качестве пояснения к указанным таблицам следует обратиться к фигуре, на которой представлены графики различных циклов старения, обозначенных буквами. На графике по оси Х показано общее время старения, а по осиY - используемая температура. Кроме того, представленные колонки имеют следующие обозначения:Total time - Общее время = Общее время старения для данного цикла старения;Rm = предел прочности при растяжении;RP02 = предел текучести; АВ = удлинение до разрушения; Аu = однородное удлинение. Все указанные данные получают при стандартных испытаниях на растяжение, и приведенные цифры являются средними, полученными на двух параллельных образцах выдавленного профиля. 4 Таблица 2 Сплав 1 - 0,36Mg+0,37Si Общее время старения А 3 А 4 А 5 А 6 А 7 В 3,5 В 4 В 4,5 В 5 В 6 С 4 С 5 С 6 С 7 С 8 Сплав 20,47Mg+0,41Si Общее время старения А 3 А 4 А 5 А 6 А 7 В 3,5 В 4 В 4,5 В 5 В 6 С 4 С 5 С 6 С 7 С 8 Сплав - 0,36Mg+0,51Si Общее время старения А 3 А 4 А 5 А 6 А 7 В 3,5 В 4 В 4,5 В 5 На основании приведенных результатов делаются следующие замечания. Предел прочности при растяжении (UTS) сплава 1 несколько выше 180 МПа после старения по А-циклу при общем времени 6 ч. Величины UTS равны 195 МПа после 5 ч по Вциклу и 204 МПа после 7 ч по С-циклу. В случае D-цикла величины UTS достигают приблизительно 210 МПа через 10 ч и 219 через 13 ч. По А-циклу сплав 2 показывает величину UTS приблизительно 216 МПа через 6 ч общего времени. В случае 5 ч по В-циклу величина UTS равна 225 МПа. В случае D-цикла и общего времени 10 ч величина UTS повышается до 236 МПа. Сплав 3 имеет величину UTS 222 МПа после А-цикла и общего времени 6 часов. В случае 5 ч по В-циклу величина UTS равна 231 МПа. В случае С-цикла и общего времени 7 ч величина UTS равна 240 МПа. В случае D-цикла и 9 ч величина UTS равна 245 МПа. В случае Ецикла можно получить величину UTS до 250 МПа. Как представляется, значения удлинения почти не зависят от цикла старения. На пике прочности удлинение до разрушения, АВ, составляет примерно 12% несмотря на то, что пределы прочности выше для циклов двухскоростного старения. 6 ратуры от 100 до 170 С со скоростью, по меньшей мере, 100 С/ч, и на второй стадии продукт экструзии нагревают до конечной температуры выдержки от 160 до 220 С со скоростью от 5 до 50 С/ч, а весь цикл старения осуществляют за период времени от 3 до 24 ч. 2. Сплав по п.1, отличающийся тем, что после первой стадии старения его выдерживают от 1 до 3 ч при температуре от 130 до 160 С. 3. Сплав по любому из пп.1 или 2, отличающийся тем, что конечная температура старения составляет, максимум, 165 С. 4. Сплав по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что конечная температура старения составляет, максимум, 205 С. 5. Сплав по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что на второй стадии нагревания скорость нагревания составляет, по меньшей мере, 7 С/ч. 6. Сплав по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что на второй стадии нагревания скорость нагревания составляет, максимум,30 С/ч. 7. Сплав по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что в конце первой стадии нагревания температура составляет от 130 до 160 С. 8. Сплав по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что общее время старения составляет, по меньшей мере, 5 ч. 9. Сплав по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что общее время старения составляет, максимум, 12 ч. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Поддающийся термообработке сплав AlMg-Si, получаемый с использованием процесса старения, осуществляемого после формования экструзией в две стадии, при этом на первой стадии продукт экструзии нагревают до темпе Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, ГСП-9 101999, Москва, Центр, М. Черкасский пер., 2/6