Криогенный деформируемый термически неупрочняемый сплав на основе алюминия

 

Изобретение относится к области металлургии сплавов, в частности деформируемых термически неупрочняемых сплавов, предназначенных для использования в виде деформированных полуфабрикатов в качестве конструкционного материала. Криогенный деформируемый термически неупрочняемый сплав на основе алюминия содержит следующие компоненты, мас.%: магний 3,9-4,9, титан 0,01-0,1, бериллий 0,0001-0,005, цирконий 0,05-0,15, скандий 0,20-0,50, церий 0,001-0,004, алюминий остальное. 2 табл.

Изобретение относится к металлургии сплавов, в частности деформируемых термически неупрочняемых сплавов, предназначенных для использования в виде деформированных полуфабрикатов в качестве конструкционного материала.

Существуют в металлургии криогенные термически неупрочняемые сплавы на основе алюминия [1] в частности сплав АМг4 следующего химического состава, мас.

Магний 3,8-4,8 Марганец 0,5-0,8 Хром 0,05-0,25 Титан 0,02-0,1 Бериллий 0,0001-0,005 Алюминий Остальное Однако, существующий сплав имеет низкие прочностные свойства при высокой технологичности, хорошей свариваемости, высокой коррозионной стойкости и хорошей работоспособности при криогенных температурах.

Известен деформируемый термически неупрочняемый сплав на основе алюминия [2] применяемый как криогенный, следующего химического состава, мас.

Магний 5,8-6,8 Марганец 0,5-0,8 Титан 0,02-0,1 Бериллий 0,0002-0,005
Алюминий Остальное
Однако, известный сплав имеет низкую работоспособность в жидком водороде при достаточно высокой прочности, способности работать в жидком азоте и в жидком кислороде, хорошей свариваемости, удовлетворительной коррозионной стойкости и удовлетворительной технологичности в условиях металлургического производства.

Предлагается криогенный деформируемый термически неупрочняемый сплав на основе алюминия, содержащий магний, титан и бериллий, в который дополнительно введены цирконий, скандий и церий и компоненты взяты в следующем соотношении, мас.

Магний 3,9-4,9
Титан 0,01-0,1
Бериллий 0,0001-0,005
Цирконий 0,05-0,15
Скандий 0,2-0,5
Церий 0,001-0,004
Алюминий Остальное
Предлагаемый сплав отличается от прототипа тем, что он дополнительно содержит цирконий, скандий и церий при следующем соотношении компонентов, мас.

Магний 3,9-4,9
Титан 0,01-0,1
Бериллий 0,0001-0,005
Цирконий 0,05-0,15
Скандий 0,2-0,5
Церий 0,001-00,4
Алюминий Остальное
Цель изобретения повышение работоспособности сплава при работе в среде жидкого водорода, что позволит снизить вес криогенных конструкций, в частности конструкции летательного аппарата, использующего жидкий водород в качестве горючего, и повысить их надежность.

При предлагаемом содержании и соотношении компонентов в предлагаемом сплаве образуется пластичная матрица, представляющая собой, в основном, твердый раствор магния в алюминии и обеспечивающая за счет высокого запаса пластичности высокую работоспособность сплава в условиях сверхнизких температур, в том числе при работе в среде жидкого водорода. В то же время за счет вторичных выделений дисперсных частиц интерметаллидов, содержащих алюминий, скандий и другие переходные металлы, входящие в состав сплава, поддерживается высокий уровень прочностных свойств сплава как при комнатной, так и при криогенных температурах.

Пример. С использованием технического алюминия А85, магния МГ90, двойных лигатур алюминий-марганец, алюминий-титан, алюминий-бериллий, алюминий-цирконий, алюминий-скандий и алюминий-церий в электропечи готовили сплав и методом полунепрерывного литья отливали плоские слитки сечением 165х550 мм из сплава предлагаемого состава с минимальным, оптимальным, максимальным содержанием компонентов, с запредельным содержанием компонентов, а также из известного сплава по прототипу (табл.1).

Слитки после гомогенизации обрабатывали механически до толщины 140 мм, после чего при 400^oC прокатывали на стане горячей прокатки до толщины 10 мм, затем на стане холодной прокатки до толщины 3 мм. Полученные таким образом холоднокатаные листы толщиной 3 мм подвергали отжигу. Отожженные листы толщиной 3 мм служили материалом для исследования.

На стандартных поперечных образцах, вырезанных из листов, определяли механические свойства при температуре жидкого азота (-196^oC) и при температуре жидкого водорода (-253^oC). О работоспособности сплава при этих температурах судили по сочетанию прочностных (предел прочности σ_в и предел текучести σ_0,2) и пластических (относительное удлинение δ) характеристик. При этом имели в виду, что сплав обладает достаточной работоспособностью в среде жидкого водорода, если он не охрупчивается, т.е. если относительное удлинение не уменьшается при переходе от температуры жидкого азота к температуре жидкого водорода. Результаты испытаний приведены в табл.2.

Как видно из табл.2, предлагаемый сплав обладает более высокими прочностными и пластическими свойствами при криогенных температурах по сравнению с известным. Это позволит на 10-15% снизить вес криогенных конструкций, изготавливаемых из предлагаемого сплава. Кроме того, при снижении температуры испытаний от температуры жидкого азота до температуры жидкого водорода пластичность предлагаемого сплава не только не уменьшается, но даже несколько возрастает, что говорит о его достаточно высокой работоспособности в среде жидкого водорода, что в свою очередь позволит создать принципиально новые высокотехнологичные конструкции летательных аппаратов на криогенном топливе, и в частности на жидководородном горючем. Благодаря тому, что предлагаемый сплав относится к термически неупрочняемым, он обладает хорошей свариваемостью и может применяться для сварных конструкций как в качестве основного металла, так и в качестве присадочного материала для сварки плавлением.

Формула изобретения

Криогенный деформируемый термически неупрочняемый сплав на основе алюминия, содержащий магний, титан и бериллий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит цирконий, скандий и церий при следующем соотношении компонентов, мас.

Магний 3,9 4,9
Титан 0,01 0,1
Бериллий 0,0001 0,005
Цирконий 0,05 0,15
Скандий 0,20 0,50
Церий 0,001-0,004
Алюминий Остальноеи

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2