Сплав на основе алюминия

 

Изобретение относится к сплавам на основе алюминия системы Al-Zn-Mg-Cu, предназначенным для изготовления концевых деталей газовых центрифуг, с целью получения изотопов урана и других элементов, применяемых в атомной энергетике, медицине, электронике и других отраслях народного хозяйства. Техническая задача - создание сплава, обладающего высокой конструкционной прочностью, эксплуатационной надежностью и технологичностью. Сплав имеет следующий химический состав, мас.%: Zn - 8,0-9,0; Mg - 2,3-3,0; Cu - 2,0-2,6; Zr - 0,1-0,2; Fe - 0,05-0,3; Si - 0,03-0,15; Be - 0,0001-0,002; ₂ - (0,9-3,6)·10^-5, Al - остальное, при соотношении Fe/Si ≥ 0,5. 2 табл.

Изобретение относится к сплавам на основе алюминия системы Al-Zn-Mg-Cu, предназначенным для изготовления концевых деталей газовых центрифуг, с целью получения изотопов урана и других элементов, применяемых в атомной энергетике, медицине, электронике и других отраслях народного хозяйства.

Известны высоколегированные сплавы системы Al-Zn-Mg-Cu, В96ц3 [1] и сплавы серии 7000, например 7050 и др. [2]. Однако они обладают недостаточным уровнем конструкционной прочности для создания высоконагруженных деталей газовых центрифуг.

За прототип принят сплав на основе алюминия [3] следующего химического состава, мас.%: Zn - 8,2-9,0; Mg - 2,4-3,0; Cu - 2,0-2,6; Mn - 0,2-0,8; Zr - 0,1-0,2; Ti - до 0,1; Fe - до 0,4; Si - до 0,3; Cr - до 0,1; Be - до 0,002; Al - остальное.

Сплав-прототип имеет недостаточно высокие характеристики конструкционной прочности и эксплуатационной надежности, которые необходимы для высоконагруженных конструкций газовых центрифуг, работающих длительное время (более 10 лет) при постоянно действующих высоких напряжениях.

Прессованные полуфабрикаты из этого сплава в закаленном и искусственно состаренном состоянии имеют следующие свойства: в долевом направлении предел прочности при растяжении - 68 кгс/мм², предел текучести - 65 кгс/мм², относительное удлинение - 2%; в поперечном направлении - предел прочности при растяжении - 66 кгс/мм², предел текучести - 64 кгс/мм² относительное удлинение - 2%.

Технической задачей данного изобретения является создание сплава, обладающего высокой конструкционной прочностью и эксплутационной надежностью.

Для достижения поставленной технической задачи предложен сплав, имеющий следующий химический состав, мас.%: Zn - 8,0- 9,0; Mg 2,3-3,0; Cu - 2,0-2,6; Zr - 0,1-0,2; Fe - 0,05-0,3; Si - 0,03-0,15; Be - 0,0001-0,002; H₂ - (0,9-3,6)·10^-5; Al - остальное, при соотношении Fe/Si ≥ 0,5.

Повышение конструкционной прочности и эксплутационной надежности сплава достигается путем введения в сплав водорода.

Введение водорода в сплав приводит к образованию гидрида магния, который, являясь центрами кристаллизации, способствует модифицированию расплава, что приводит к дополнительному измельчению зеренной структуры и обеспечивает повышение конструкционной прочности и эксплуатационной надежности в процессе длительной эксплуатации изделий.

Наличие бериллия обеспечивает уменьшение окисных плен в сплаве, что способствует повышению эксплуатационной надежности.

Авторами установлено, что отсутствие марганца в сплаве предложенного состава исключает наличие марганцовистого дисперсоида, расположенного преимущественно в направлении деформации, что обеспечивает повышение характеристик пластичности и конструкционной прочности.

Пример осуществления.

В производственных условиях были отлиты шесть плавок по 300 кг каждая из предложенного сплава и сплава с содержанием компонентов в количествах, выходящих за заявленные пределы.

Из каждой плавки полунепрерывным методом были отлиты слитки диаметром 50-65 мм. Все слитки проходили входной контроль на наличие горячих трещин.

Химический состав предложенного и известного сплавов приведен в таблице 1.

После гомогенизации из слитков были изготовлены штамповки разных конфигураций (верхняя и нижняя крышки и диафрагма). После удаления облоя штамповки подвергали термической обработке по следующему режиму: закалка от 470^oC в воду комнатной температуры и старение при 140^oC в течение 16 ч.

Из штамповок изготавливали образцы для определения механических свойств, а также сборочные узлы, состоящие из ротора и верхней крышки, для определения конструкционной прочности, которую оценивали по усилию отрыва горловины.

Скорость ползучести определяли на плоских образцах, вырезанных из цилиндрической части штамповок при напряжении 45 кгс/мм², температуре 50^oC на базе 3000 ч.

Результаты испытаний.

Результаты испытаний, приведенные в таблице 2, показали, что предложенный сплав на основе алюминия, обладая высокими характеристиками прочности и текучести, обеспечивает, по сравнению с известным сплавом, повышение пластичности в долевом направлении более чем в 4 раза, в поперечном направлении более чем в 3 раза, повышение конструкционной прочности в 1,7-2,0 раза и уменьшение скорости ползучести при напряжении 45 кгс/мм², температуре 50^oC на базе 3000 ч в 1,45-2,0 раза.

Таким образом, применение предложенного сплава в газовых центрифугах позволяет повысить конструкционную прочность изделий, что обеспечивает повышение надежности в процессе длительной эксплуатации и увеличивает их ресурс.

Список литературы 1. Фридляндр И.Н. "Алюминиевые деформируемые конструкционные сплавы." М. , Металлургия, 1979, стр 154.

2. Aluminium Alloys. Proceedings of 5th International Conference ICAA5. Grenoble, France, 1996, т. 3, стр. 1587.

3. A.C. N 155001, СССР, C 22 C 21/10.

Формула изобретения

Сплав на основе алюминия, содержащий цинк, магний, медь, цирконий, железо, кремний и бериллий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит водород при следующих соотношениях компонентов, мас.%: Цинк - 8,0 - 9,0 Магний - 2,3 - 3,0 Медь - 2,0 - 2,6 Цирконий - 0,1 - 0,2 Железо - 0,05 - 0,3 Кремний - 0,03 - 0,15 Бериллий - 0,0001 - 0,002
Водород - (0,9 - 3,6) · 10^-5
Алюминий - Остальное
при соотношении Fe/Si ≥ 0,5.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

QB4A Регистрация лицензионного договора на использование изобретения

Лицензиар(ы): Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов"

Вид лицензии*: НИЛ

Лицензиат(ы): Открытое акционерное общество "Каменск-Уральский металлургический завод"

Договор № РД0049667 зарегистрирован 28.04.2009

Извещение опубликовано: 10.06.2009        БИ: 16/2009

* ИЛ - исключительная лицензия        НИЛ - неисключительная лицензия