Сплав на основе алюминия

 

Изобретение относится к сплавам на основе алюминия, предназначенным для применения в качестве конструкционного материала. Сплав содержит, мас.%: магний 5,5 - 6,5; литий 1,5 - 2,0; бериллий 0,1 - 0,2; кремний 0,1 - 0,2; марганец 0,2 - 0,3; хром 0,2 - 0,3; скандий 0,1 - 0,2; железо 0,2 - 0,6; олово 0,3 - 0,5; алюминий остальное. Свойства сплава следующие: длительная прочность время разрушения τ = 420 - 450 ч при заданных нагрузках s_D= 150 МПа и температурах T=125^oС. 2 табл.

Изобретение относится к литейному производству сплавов на основе алюминия.

Известны сплавы на основе алюминия [1] содержащие, мас. Литий 2,1-2,9 Магний 3,0-5,5 Медь 0,2-0,7 Цирконий 0,05-0,15 Гафний 0,1-0,5 Ниобий 0,05-0,3 Цинк До 2,0 Титан До 0,5 Марганец До 0,5 Хром До 0,5 Германий До 0,2 Алюминий Остальное Известен сплав, содержащий, мас. [2] Литий 0,2-5,0 Магний 0,05-6,0 Медь Более 2,45 Цирконий 0,01-0,16 Цинк 0,05-12,0 Железо До 0,5 Кремний До 0,05 Алюминий Остальное Наиболее близким к предлагаемому является сплав на основе алюминия [3] содержащий, мас. Магний 1,0-7,0 Литий 1,5-2,6 Один или более металлов, выбранных из группы, содержащей, мас. Цирконий 0,05-0,3 Марганец 0,2-1,0 Хром 0,05-0,3 Титан 0,05-0,15 Алюминий Остальное Сплав предназначен для применения в качестве конструкционного материала.

Сплав имеет недостаточно высокие жаропрочность, свариваемость, пластичность.

Цель изобретения разработка литейного сплава, который при сохранении малой плотности обладал бы повышенной жаропрочностью, пластичностью, высокими литейными свойствами и отличной свариваемостью.

Цель достигается тем, что сплав на основе алюминия, содержащий магний, литий, марганец, хром, дополнительно содержит бериллий, кремний, скандий, железо и олово при следующем соотношении компонентов, мас. Магний 5,5-6,5 Литий 1,5-2,0 Бериллий 0,1-0,2 Кремний 0,1-0,2 Марганец 0,2-0,3 Хром 0,2-0,3 Скандий 0,1-0,2 Железо 0,2-0,6 Олово 0,3-0,5 Алюминий Остальное В качестве шихтовых материалов для приготовления предлагаемого сплава используют лигатуры: алюминий-марганец, алюминий-хром, алюминий-кремний, алюминий-бериллий, алюминий-скандий, алюминий-железо и олово, магний в чушках, литий.

Комплексное микролегирование предлагаемого сплава хромом, марганцем, скандием, железом и оловом существенно изменяет при кристаллизации температурный интервал жидко-твердого и твердо-жидкого состояний, что благоприятно сказывается на повышении жидкотекучести сплава. При этом установлено, что уменьшение темпа нарастания линейной усадки при понижении температуры в эффективном интервале кристаллизации и повышение механических свойств в интервале хрупкости увеличивает запас деформационной способности. А возрастание запаса деформационной способности приводит к компенсации возникающих напряжений, что обусловливает значительное снижение горячеломкости по сравнению со сплавом-прототипом и обеспечивает получение качественных сварных соединений и геометрически сложных по конфигурации отливок различными методами литья в металлические формы с затрудненной усадкой.

Повышенные по сравнению с прототипом характеристик жаропрочности, длительная прочность при заданных времени выдержек и температур: σ₁₀₀o 185-190 МПа; σ₁₀₀o=165-170 МПа, так и время разрушения τ420-450 ч при заданных нагрузках σ_в=150 МПа и температур Т=125^оС достигается введением микролегирующих добавок марганца и хрома. Марганец и хром, образуя с основными легирующими элементам магнием и литием устойчивые комплексы и замещая атомы алюминия в твердом растворе, уменьшают самодиффузию алюминия и смещают начало интенсивного процесса диффузии в область более высоких температур, что обусловливает резкое повышение жаропрочности Al-Mg-Li сплава при введении этих добавок.

Введение в предлагаемый сплав скандия оказывает влияние на характер выделения вторичных фаз и дислокационную структуру по границам зерен, что обеспечивает термическую устойчивость структуры и повышенный уровень пластичности 10,5-12% Железо также улучшает технологичность предлагаемого литейного сплава при литье в металлические формы и под давлением. Изготовление отливок из предлагаемого сплава методом литья под давлением полностью исключает возможность прилипания и замораживания их при выемке из металлической пресс-формы.

Химический состав, жаропрочность, пластичность, параметры процесса кристаллизации, литейные свойства и качество сварных соединений предлагаемого сплава и сплава-прототипа приведены в табл. 1 и 2.

Анализ приведенных данных показывает, что наиболее высоким качеством сварных соединений, уровнем жаропрочности, пластичности и литейных свойств обладает предлагаемый сплав.

При содержании элементов меньше нижнего предела (состав N 1) жаропрочность снижается вследствие недостаточной легированности твердого раствора.

Избыточное легирование магнием и литием (состав N 5) приводит к снижению качества сварных соединений, литейных свойств и жаропрочности. Кроме того, понижение свойств объясняется появлением в сплаве первичных крупных интерметаллидов марганца, хрома и скандия, нерастворимых в процессе гомогенизации сплава, выделение которых по границам зерен приводит к охрупчиванию. Жаропрочность также понижается вследствие повышенного содержания железа.

Более высокий уровень длительной прочности при заданных времени выдержек и температур (на 20-35% ), времени разрушения (в 2,5 раза) при заданных нагрузке и температуре, литейных свойств (на 20-40%) и отличная свариваемость предлагаемого сплава по сравнению с прототипом (состав N 6) достигается за счет установленного содержания магния и лития и введения микролегирующих добавок марганца, хрома, скандия, железа и олова.

Предлагаемый сплав рекомендуется для получения качественных сварных соединений из геометрически сложных по конфигурации отливок с малой плотностью различными методами литья в металлические формы с затрудненной усадкой.

Формула изобретения

СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ, содержащий магний, литий, марганец, хром, отличающийся тем, что он дополнительно содержит бериллий, кремний, скандий, железо и олово при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Магний - 5,5 - 6,5
Литий - 1,5 - 2,0
Бериллий - 0,1 - 0,2
Кремний - 0,1 - 0,2
Марганец - 0,2 - 0,3
Хром - 0,2 - 0,3
Скандий - 0,1 - 0,2
Железо - 0,2 - 0,6
Олово - 0,3 - 0,5
Алюминий - Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2