Конструкционный деформируемый термически неупрочняемый сплав на основе алюминия

 

Изобретение относится к металлургии сплавов, в частности деформируемых термически неупрочняемых сплавов, предназначенных для использования в виде деформированных полуфабрикатов в качестве конструкционного материала. Предложен сплав, содержащий следующие компоненты, мас.%: магний 5,0-5,6; титан 0,01-0,03; бериллий 0,0002-0,005; цирконий 0,05-0,12; скандий 0,16-0,26; церий 0,0002-0,0009; марганец 0,15-0,5 и группу элементов, включающую железо и кремний 0,05-0,12; алюминий – остальное, при этом величина отношения содержания железа к содержанию кремния должна быть равна или больше единицы. Техническим результатом изобретения является создание сплава, обладающего более высокими характеристиками статической прочности, вязкости разрушения и циклической трещиностойкости по сравнению с известным. 2 табл.

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

Известны в металлургии конструкционные деформируемые термически неупрочняемые сплавы на основе алюминия (см. ГОСТ 4784-74), в частности сплав АМг6 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 существующий сплав имеет низкие прочностные характеристики, в частности низкий предел текучести деформированных полуфабрикатов в отожженном и в горячедеформированном состояниях.

Известен деформируемый термически неупрочняемый сплав на основе алюминия, предназначенный для использования в виде деформированных полуфабрикатов в качестве конструкционного материала (см. патент RU №2085607, М.кл. С 22 С 21/06 - прототип), следующего химического состава, 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

Известный сплав имеет недостаточно высокие характеристики статической прочности, вязкости разрушения и циклической трещиностойкости при высокой технологичности в металлургическом производстве, высокой коррозионной стойкости, хорошей свариваемости и высокой работоспособности при криогенных температурах.

Предлагается конструкционный деформируемый термически неупрочняемый сплав на основе алюминия, содержащий магний, титан, бериллий, цирконий, скандий и церий, который дополнительно содержит марганец и группу элементов, включающую железо и кремний, и компоненты взяты в следующем соотношении, мас.%:

Магний 5,0-5,6

Титан 0,01-0,03

Бериллий 0,0002-0,005

Цирконий 0,05-0,12

Скандий 0,16-0,26

Церий 0,0002-0,0009

Марганец 0,15-0,5

Группа элементов, включающая

железо и кремний 0,05-0,12

Алюминий Остальное

при этом величина отношения содержания железа к содержанию кремния должна быть равна или больше единицы.

Предлагаемый сплав отличается от известного тем, что он дополнительно содержит марганец и группу элементов, включающую железо и кремний, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Магний 5,0-5,6

Титан 0,01-0,03

Бериллий 0,0002-0,005

Цирконий 0,05-0,12

Скандий 0,16-0,26

Церий 0,0002-0,0009

Марганец 0,15-0,5

Группа элементов, включающая

железо и кремний 0,05-0,12

Алюминий Остальное

при этом величина отношения содержания железа к содержанию кремния должна быть равна или больше единицы.

Технический результат – повышение характеристик статической и динамической прочности сплава, что позволяет повысить ресурс, надежность и характеристики весовой отдачи конструкций, работающих в условиях статических и динамических нагрузок, в частности конструкций летательных аппаратов, в том числе работающих на криогенном топливе.

При предлагаемом содержании и соотношении компонентов в предлагаемом сплаве за счет вторичных выделений мелкодисперсных интерметаллидов, содержащих в своем составе алюминий, скандий, цирконий и другие переходные металлы, входящие в состав сплава, обеспечивается высокий уровень статической прочности. В то же время достаточно пластичная матрица, представляющая собой, в основном, твердый раствор магния и марганца в алюминии, за счет высокого запаса пластичности обеспечивает высокую сопротивляемость сплава развитию трещины при статическом и циклическом нагружении. Регламентируемая величина отношения содержания железа к содержанию кремния при их достаточно низком суммарном содержании оптимизирует морфологию первичных интерметаллидов кристаллизационного происхождения, содержащих, в основном, алюминий, железо и кремний, способствующих некоторому повышению статической прочности сплава при сохранении пластичности.

Пример.

С использованием в качестве шихты алюминия марки А99, магния Mг90, двойных лигатур алюминий–титан, алюминий–бериллий, алюминий–цирконий, алюминий–скандий, алюминий–церий, алюминий–марганец, алюминий–железо и силумина в электропечи готовили расплав и методом полунепрерывного литья отливали плоские слитки сечением 165550 мм из сплава предлагаемого состава с минимальным (состав 1), оптимальным (состав 2), максимальным (состав 3) содержанием компонентов, запредельным содержанием компонентов (составы 4, 5), а также из известного (состав 6) сплава (табл. 1).

При изготовлении сплава в промышленных условиях металлургического производства в качестве шихтовых материалов возможно использование отходов стандартных алюминиево-магниевых сплавов.

Слитки гомогенизировали, обрабатывали механически до толщины 140 мм, после чего на стане горячей прокатки при 400С прокатывали до толщины 7 мм, а затем на стане холодной прокатки – до толщины 2 мм. Полученные холоднокатаные листы подвергали отжигу в электропечи с воздушной циркуляцией. Отожженные листы служили материалом для испытаний. Испытания проводили при комнатной температуре.

В направлении поперек прокатки вырезали стандартные плоские образцы и определяли механические свойства при статическом растяжении: предел прочности В, предел текучести 0,2, относительное удлинение .

Испытания на вязкость разрушения (статическую трещиностойкость) проводили на сервогидравлической испытательной машине MTS-100. Определяли критическое значение условного коэффициента интенсивности напряжений на поперечных образцах шириной В=200 мм.

Испытания на циклическую трещиностойкость проводили на сервогидравлической машине РSА-10. Нагружение поперечных образцов

шириной В=200 мм осуществляли по синусоидальному циклу с частотой f=10 Гц, асимметрия цикла R=0,1. Определяли скорость роста трещины усталости (СРТУ), dа/dN, при величине размаха коэффициента интенсивности напряжений К=31,2 .

Результаты испытаний приведены в табл. 2.

Как видно из табл. 2, предлагаемый сплав обладает более высокими характеристиками статической прочности, вязкости разрушения и циклической трещиностойкости по сравнению с известным. Применение предлагаемого сплава в качестве конструкционного материала позволит на 10-15% снизить вес конструкций, повысить их надежность и долговечность, что особенно важно для самолетостроения. Хорошая свариваемость и высокая коррозионная стойкость предлагаемого сплава, свойственные термически неупрочняемым сплавам на основе алюминия, позволит использовать его при создании новых видов летательных аппаратов с использованием сварки как основного вида соединений. Предлагаемый сплав может использоваться в сварных конструкциях как в качестве основного металла, так и в качестве присадочного материала при сварке плавлением.

Формула изобретения

Конструкционный деформируемый термически неупрочняемый сплав на основе алюминия, содержащий магний, титан, бериллий, цирконий, скандий и церий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит марганец и группу элементов, включающую железо и кремний, и компоненты взяты в следующем соотношении, мас.%:

Магний 5,0-5,6

Титан 0,01-0,03

Бериллий 0,0002-0,005

Цирконий 0,05-0,12

Скандий 0,16-0,26

Церий 0,0002-0,0009

Марганец 0,15-0,5

Группа элементов, включающая

железо и кремний 0,05-0,12

Алюминий Остальное

при этом величина отношения содержания железа к содержанию кремния должна быть равна или больше единицы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу изготовления конструкционных деталей самолетов из сплава алюминий-магний-литий

Изобретение относится к области металлургии, в частности к составам термически неупрочняемых деформируемых алюминиевых сплавов системы алюминий-магний-марганец с содержанием магния больше 3% по массе
Изобретение относится к обладающему свариваемостью коррозионно-стойкому алюминиево-магниевому сплаву с высоким содержанием магния, содержащему в качестве важного компонента трехкомпонентную алюминий-скандий-циркониевую фазу
Изобретение относится к обладающему свариваемостью коррозионно стойкому алюминиево-магниевому сплаву, содержащему в качестве важного компонента трехкомпонентную алюминий-скандий-циркониевую фазу
Изобретение относится к обладающему свариваемостью коррозионно-стойкому алюминиево-магниевому сплаву с высоким содержанием магния, в состав которого в качестве важного компонента входит трехкомпонентная алюминиево-скандиево-циркониевая фаза

Изобретение относится к области металлургии, в частности к алюминиевым сплавам системы алюминий-магний-кремний, в том числе для изготовления массивных полуфабрикатов, получаемых прессованием, прокаткой, штамповкой, и может быть использовано в индустриальном машиностроении, строительстве, автомобильной промышленности

Изобретение относится к области металлургии, а именно к Al-Li сплавам пониженной плотности, предназначенным для применения в качестве конструкционных материалов в авиакосмической технике

Изобретение относится к области металлургии, а именно к Al-Mg-Si-Cu-сплавам повышенной коррозионной стойкости, предназначенным для применения в качестве конструкционного материала в транспортном машиностроении, включая авиацию

Изобретение относится к металлургии, в частности к получению композиционных материалов с матрицей из алюминиевого сплава, армированной стальными волокнами, для изготовления элементов планера самолета, стрингерного набора, обшивки и т.д
Изобретение относится к области металлургии сплавов, в частности к деформируемым термически упрочняемым, высокотехнологичным, коррозионно-стойким и свариваемым сплавам на основе системы Al-Mg-Si и изделиям из них

Изобретение относится к области металлургии сплавов на основе алюминия на основе системы Al-Mg-Mn, применяемых для изготовления броневых полуфабрикатов и изделий из него, используемых в авиа- и судостроении, в производстве наземных бронированных транспортных средств и других объектов гражданского и специального назначения
Изобретение относится к области металлургии цветных металлов и может быть использовано в металлургической, машиностроительной и авиационной промышленности, в частности для производства сотовых конструкций

Изобретение относится к производству изделий из высокоустойчивого к повреждениям алюминиевого катаного сплава

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе алюминия системы алюминий-магний-кремний, применяемых для изготовления изделий на линиях скоростного резания, а также изделий, предназначенных для последующей механической обработки
Изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым термически неупрочняемым сплавам, предназначенным для использования в виде деформированных полуфабрикатов в качестве конструкционного материала преимущественно для сварных конструкций космической техники, работающих при криогенных температурах
Изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым термически упрочняемым высокопрочным алюминиевым сплавам системы Al-Zn-Mg-Cu, предназначенным для изготовления всех видов деформируемых полуфабрикатов, в том числе и тонких листов, используемых в авиастроении, машиностроении и других областях промышленности
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при производстве деформированных полуфабрикатов из термически неупрочняемых свариваемых коррозионно-стойких сплавов на основе алюминия, применяемых в качестве конструкционного и проводникового материала преимущественно в авиакосмической и атомной технике
Изобретение относится к получению высокопрочных алюминиевых сплавов системы Al-Zn-Mg-Cu, предназначенных для изготовления прессованных, кованых и катаных полуфабрикатов
Наверх