Сплав на основе магния и изделие, выполненное из него
Владельцы патента RU 2245389:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") (RU)
Изобретение относится к области машиностроения и авиастроения, где могут быть использованы экономно легированные магниевые сплавы в качестве легкого прочного и свариваемого конструкционного материала, например, для деталей кресел, деталей приборных отсеков, обечайки и т.д. Предложен сплав на основе магния и изделие, выполненное из него. Сплав содержит цинк, цирконий, лантан, при этом он дополнительно содержит алюминий, гафний, при следующем соотношении компонентов, мас.%: Zn 0,8-1,50, Zr 0,15-0,50, La 0,7-1,50, Al 0,005-0,05, Hf 0,001-0,05, Mg остальное. Технический результат - повышение прочностных свойств сплава на основе магния при одновременном повышении прочностных и пластических свойств сварных соединений и изделий, выполненных из предлагаемого сплава. 2 с.п.ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к области машиностроения и авиастроения, где могут быть применены экономно легированные магниевые сплавы в качестве легкого прочного и свариваемого конструкционного материала, например, детали кресел, детали приборных отсеков, детали пульта управления, обечайки и т.д.
Известен сплав на основе магния следующего химического состава, мас.%:
Zn 1,0-6,0
Zr 0,4-1,0
РЗМ 1,5-5,0
Са до 0,3
Mg остальное
(Патент США №6299834)
Недостатком известного сплава является то, что сплав не обеспечивает достаточной трещиностойкости сварных соединений при использовании его в качестве присадочного материала, что снижает работоспособность изделий.
Известен также состав присадочной проволоки, рекомендуемый преимущественно для сварки магниевых сплавов, следующего химического состава, мас.%:
Zn 2,5-5
Zr 0,6-1,1
La-Се 0,5-1,5
Mg остальное
(Авторское свид. СССР №572355)
Недостатком этого состава является то, что механические и технологические свойства этого состава недостаточны и изготовление из него изделий не представляется возможным. Применение этого состава ограничивается только в качестве сварочной проволоки.
Причем при применении известного состава в качестве присадки при сварке магниевых сплавов в шве возникают значительные внутренние напряжения, что приводит к образованию трещин, снижению пластичности сварного шва, ухудшению качества и работоспособности изделий, например, таких, как приборные отсеки, приборные панели, детали кресел и т.д.
Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является сплав на основе магния и изделие, выполненное из него, следующего химического состава, мас.%:
Zn 1,0-1,5
Zr 0,15-0,30
Се 0,05-0,10
не менее одного элемента, выбранного из группы Nd, La, Pr, Sm 0,10-0,15
Mg остальное
(Патент РФ №2184168)
Сплав-прототип имеет недостаточно высокий уровень прочностных свойств. При использовании его в качестве присадочного материала полученные сварные соединения обладают недостаточно высокими прочностными и пластическими свойствами, что приводит к снижению ресурса и надежности изделий.
Технической задачей изобретения является повышение прочностных свойств сплава на основе магния при одновременном повышении прочностных и пластических свойств сварных соединений и изделий, выполненных из предлагаемого сплава.
Поставленная задача достигается тем, что предложен сплав на основе магния, содержащий цинк, цирконий, лантан, который дополнительно содержит алюминий и гафний при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Zn 0,8-1,50
Zr 0,15-0,50
La 0,7- 1,50
Al 0,005-0,05
Hf 0,001-0,05
Mg остальное
и изделие, выполненное из него.
Предлагаемый сплав может быть применен для изготовления деталей планера самолетов, в том числе для изготовления тонкостенных деталей сложной конфигурации (панели обслуживания, приборные панели, качалки, рычаги и т.д.), а также в качестве сварных соединений и присадочного материала для магниевых сплавов.
Авторами было установлено, что содержание в сплаве на основе магния цинка, циркония, лантана и дополнительно введение алюминия и гафния в заявленных пределах приводит к проявлению значительного модифицирующего эффекта. В структуре сплава происходит образование большого количества новых центров кристаллизации, которыми становятся первичные интерметаллиды HfAl3, HfZn2, HfZn5, Mg12Al17. Причем этот эффект наследуется структурой деформированных полуфабрикатов. Мелкодисперсные частицы этих интерметаллидов, хаотически равномерно распределенные как в основном твердом растворе, так и по границам зерен, способствуют повышению прочностных характеристик предлагаемого сплава и сварных соединений, в том числе сварных соединений других магниевых сплавов при использовании заявляемого сплава в качестве присадочного материала. Авторами обнаружено, что наличие указанных интерметаллидов, образующихся при легировании сплава компонентами в заявляемых соотношениях в фазовом составе, приводит к повышению температуры рекристаллизации до 280-320°С. В результате этого нагрев заготовок сплава в процессе деформации не вызывает роста зерна. Это обстоятельство также позволяет достичь и сохранить высокие показатели прочностных свойств деформированных полуфабрикатов предлагаемого сплава, улучшает пластичность и трещиностойкость сварных соединений и увеличивает ресурс изделий.
Примеры осуществления.
Предлагаемый сплав и сплав-прототип были приготовлены в одинаковых условиях. В газовом горне с применением флюса ВИ-2 отлиты плавки, масса каждой составила 10 кг. Получены круглые и плоские слитки каждого сплава. После обточки круглые слитки отпрессованы на прессе, получена проволока ⊘ 2,0 мм. Плоские слитки после фрезерования прокатаны на стане “Дуо” на листы толщиной 2,0 мм. Листы порезаны на мерные заготовки, часть из которых сварена методом аргоно-дуговой сварки встык.
Исследованы сравнительные механические свойства листовых заготовок и сварных соединений предлагаемого сплава, сплава-прототипа в соответствии с ГОСТ 1497-76, ГОСТ 6996-66.
В таблице 1 представлены составы и механические свойства сплава-прототипа и предлагаемого сплава. В таблице 2 - сравнительные свойства сварных соединений при использовании предлагаемого сплава и сплава-прототипа в качестве основного сплава и присадочного материала.
В таблице 2 приведены также свойства сварных соединений предлагаемого сплава и сплава-прототипа при использовании их как присадки для сварки серийного сплава на основе магния - МА2-1.
Анализ полученных результатов свидетельствует о преимуществе предлагаемого сплава:
По значениям предела прочности и предела текучести предлагаемый сплав на 10-12% превосходит сплав-прототип.
Преимущества предлагаемого сплава наглядно подтверждаются при сравнении основных характеристик сварных соединений: как по пределу прочности, так и по величине угла загиба сварные соединения, изготовленные с его использованием в качестве присадочного материала, превосходят соответственно на 10-15% и 1,8-2 раза сварные соединения, полученные с применением сплава-прототипа. Значения νкрит, характеризующие трещиностойкость сплавов, у предлагаемого сплава в 4,2 раз выше, чем у сварного соединения сплава-прототипа при использовании соответственно самих сплавов в качестве присадки. Применение предлагаемого сплава обеспечивает эффективный рост характеристик сварных соединений в случае его использования в качестве присадки для сварки серийного сплава МА2-1: предел прочности увеличивается на 20-25%, угол загиба - на 40-45%, νкрит возрастает примерно в 3 раза (табл.2).
Применение предлагаемого сплава в качестве нового легкого и прочного свариваемого конструкционного материала улучшит качество и снизит массу изделий.
Применение предлагаемого сплава как присадочного материала обеспечит повышение коэффициента использования металла, гарантирует увеличение ресурса и надежности изделий.
| Таблица 1 | ||||||||||
| № п/п | Сплав | Химический состав, масс.% | Механические свойства сплавов | |||||||
| Zn | Zr | Al | Hf | PЗM | Mg | σв | σ0,2 | |||
| La | Се | МПа | ||||||||
| 1 | Предлагаемый сплав | 0,80 | 0,15 | 0,005 | 0,001 | 0,7 | - | ОСТАЛЬНОЕ | 295 | 234 |
| 2 | 1,15 | 0,33 | 0,028 | 0,026 | 1,1 | - | 301 | 239 | ||
| 3 | 1,50 | 0,50 | 0,05 | 0,05 | 1,5 | - | 305 | 245 | ||
| 4 | Сплав-прототип | 1,25 | 0,23 | - | - | | 0,08 | 272 | 218 |
| Таблица 2 | |||||
| № п/п | Сплав | Присадочный материал | Свойства сварных соединений | ||
| σв св.соед. | α1) | V2)крит. | |||
| МПа | град. | ММ/МИН | |||
| 1 | Предлагаемый сплав | состав 1 | 232 | 98 | 2,5 |
| 2 | состав 2 | 237 | 94 | 2,4 | |
| 3 | состав 3 | 243 | 92 | 2,5 | |
| 4 | Сплав-прототип | Предлагаемый сплав, состав 1 | 225 | 76 | 1,8 |
| 5 | Предлагаемый сплав, состав 2 | 229 | 78 | 1,9 | |
| 6 | Предлагаемый сплав, состав 3 | 223 | 81 | 1,8 | |
| 7 | Сплав-прототип | 195 | 44 | 0,6 | |
| 8 | МА2-1 | Предлагаемый сплав, состав 1 | 223 | 72 | 1,5 |
| 9 | Предлагаемый сплав, состав 2 | 228 | 76 | 1,4 | |
| 10 | Предлагаемый сплав, состав 3 | 230 | 74 | 1,6 | |
| 11 | Сплав- прототип | 186 | 43 | 0,5 | |
| Примечание: 1) α-угол загиба сварного соединения, определяется по ГОСТ 6996-66, характеризует способность сварных соединений принимать заданный по размеру и форме изгиб, что определяет пластичность сварного соединения; 2) νкрит - минимальная скорость деформации (растяжения) затвердевающего в процессе сварки сплава, приводящая к горячей трещине в испытуемом сечении. Характеризует трещиностойкость сварного соединения |
1. Сплав на основе магния, содержащий цинк, цирконий, лантан, отличающийся тем, что он дополнительно содержит алюминий и гафний при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Zn 0,8-1,50
Zr 0,15-0,50
La 0,7-1,50
Al 0,005-0,05
Hf 0,001-0,05
Mg Остальное
2. Изделие из сплава на основе магния, отличающееся тем, что оно выполнено из сплава по п.1.
