Деформируемый термически неупрочняемый сплав на основе алюминия и изделие из него

Изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым термически неупрочняемым сплавам системы алюминий-магний, предназначенным для использования в качестве конструкционного материала в различных областях техники: судостроении, авиакосмической и нефтегазодобывающей промышленности. Предложен деформируемый термически неупрочняемый сплав на основе алюминия и изделие из него, содержащие компоненты при следующем соотношении, мас.%: магний 6,2-7,2, скандий 0,20-0,40, марганец 0,7-1,2, хром 0,05-0,20, цирконий 0,05-0,15, цинк 0,2-1,0, бериллий 0,0002-0,001, медь 0,05-0,15, никель 0,01-0,05, по крайней мере, один элемент, выбранный из группы, включающей: кальций 0,001-0,05, церий 0,0005-0,001, неизбежные примеси кремния менее 0,1 и железа менее 0,15, алюминий - остальное. Получается сплав на основе алюминия, который обладает высокими прочностными свойствами, в частности пределом текучести в горячедеформированном состоянии не менее 280 МПа, и хорошей коррозионной стойкостью изготовленных из него деформированных полуфабрикатов, что позволит использовать его в качестве материала водоотделяющих колонн для глубоководного морского бурения. 2 н.з.п. ф-лы, 2 табл.

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым термически неупрочняемым сплавам системы алюминий-магний, предназначенным для использования в качестве конструкционного материала в различных областях техники: судостроении, авиакосмической и нефтегазодобывающей промышленности.

Известно большое количество деформируемых термически неупрочняемых сплавов на основе алюминия, в частности, сплав 1575, содержащий магний, марганец, медь, кремний, железо, титан, хром, цирконий, скандий, бериллий, следующего химического состава, вес.%.

Магний	5,4-6,4
Марганец	0,35-0,6
Медь	0,1
Кремний	0,2
Железо	0,3
Титан	0,07
Хром	0,05-0,15
Цирконий	0,05-0,15
Скандий	0,20-0,30
Бериллий	0,0002-0,005
Алюминий	остальное (ОСТ 5Р.9466-88).

Недостатком этого сплава являются его низкие механические свойства.

Известен деформируемый термически неупрочняемый сплав на основе алюминия, содержащий магний, титан, бериллий, цирконий, скандий, церий, марганец, медь, цинк, элементы из группы, включающей железо и кремний, со следующим химическим составом, вес.%:

Магний	5,0-6,0
Титан	0,01-0,05
Бериллий	0,0001-0,005
Цирконий	0,05-0,15
Скандий	0,18-0,30
Церий	0,001-0,004
Марганец	0,05-0,18
Медь	0,05-0,15
Цинк	0,05-0,15
Железо и кремний	0,04-0,24
Алюминий	остальное (RU 2277603 C2, С22С 21/06, опубл. 10.06.2006).

Недостатком этого сплава являются его низкие механические свойства.

Наиболее близким по техническим характеристикам и принятым за прототип является деформируемый термически неупрочняемый сплав на основе алюминия, содержащий магний, скандий, марганец, хром, цирконий, титан, цинк, бор, бериллий, следующего химического состава, вес.%:

Магний	5,5-6,5
Скандий	0,10-0,20
Марганец	0,5-1,0
Хром	0,10-0,25
Цирконий	0,05-0,20
Титан	0,02-0,15
Цинк	0,1-1,0
Бор	0,003-0,015
Бериллий	0,0002-0,005
Алюминий	остальное (RU 2268319 C1, С22С 21/06, опубл. 20.01.2006).

Недостатком этого сплава являются его низкие прочностные свойства в горячедеформированном состоянии.

Технической задачей, на решение которой направлено предполагаемое изобретение, является получение деформируемого термически неупрочняемого сплава на основе алюминия, обладающего высокими прочностными свойствами, с пределом текучести в горячедеформированном состоянии не менее 280 МПа и хорошей коррозионной стойкостью изготовленных из этого сплава полуфабрикатов.

Указанный технический результат достигается тем, что предлагается деформируемый термически неупрочняемый сплав на основе алюминия, содержащий магний, скандий, марганец, хром, цирконий цинк, бериллий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит медь, никель и, по крайней мере, один элемент, выбранный из группы, включающей кальций и церий, при следующем соотношении компонентов, мас.%

Магний	6,2-7,2
Скандий	0,20-0,40
Марганец	0,7-1,2
Хром	0,05-0,20
Цирконий	0,05-0,15
Цинк	0,2-1,0
Бериллий	0,0002-0,001
Медь	0,05-0,15
Никель	0,01-0,05
По крайней мере, один элемент, выбранный из группы, включающей:
Кальций	0,001-0,05
Церий	0,0005-0,001
Неизбежные примеси кремния менее 0,1 и железа менее 0,15
Алюминий	остальное

Предлагаемый сплав отличается от известного деформируемого сплава, принятого за прототип, тем, что он дополнительно содержит медь, никель и, по крайней мере, один элемент, выбранный из группы, включающей кальций и церий, при следующем соотношении компонентов, мас.%

Магний	6,2-7,2
Скандий	0,20-0,40
Марганец	0,7-1,2
Хром	0,05-0,20
Цирконий	0,05-0,15
Цинк	0,2-1,0
Бериллий	0,0002-0,001
Медь	0,05-0,15
Никель	0,01-0,05
По крайней мере, один элемент, выбранный из группы, включающей:
Кальций	0,001-0,05
Церий	0,0005-0,001
Неизбежные примеси кремния менее 0,1 и железа менее 0,15
Алюминий	остальное

Более высокое содержание магния, скандия и марганца в предлагаемом сплаве позволяет увеличить прочностные свойства сплава.

Введение в сплав меди позволяет повысить предел прочности и предел текучести за счет дополнительного упрочнения твердого раствора.

Введение в состав сплава никеля позволяет повысить предел прочности и предел текучести сплава за счет появления дополнительной упрочняющей фазы.

Введение в сплав, по крайней мере, одного из элементов группы, включающей кальций и церий, являющихся модификаторами зерна покровно-активного действия, позволяет уменьшить размер зерна, что приводит к повышению предела текучести.

Из предлагаемого деформируемого термически неупрочняемого сплава на основе алюминия могут быть получены различные полуфабрикаты: листы, плиты, штамповки, прессованные изделия. Кроме того, из предлагаемого сплава могут быть изготовлены прессованные трубы, используемые в морских райзерах, в частности водоотделяющие колонны для глубоководного морского бурения.

В предлагаемом изделии, выполненном из сплава на основе алюминия, используемого для изготовления полуфабрикатов, технический результат достигается тем, что в качестве материала заготовки используется сплав при следующем соотношении компонентов, мас.%: магний 6,2-7,2; скандий 0,20-0,40; марганец 0,7-1,2; хром 0,05-0,20; цирконий 0,05-0,15; цинк 0,2-1,0; бериллий 0,0002-0,001; медь 0,05-0,15; никель 0,01-0,05; по крайней мере, один элемент, выбранный из группы, включающей: кальций 0,001-0,05; церий 0,0005-0,001; неизбежные примеси кремния менее 0,1 и железа менее 0,15; алюминий - остальное.

Пример реализации сплава

Приготовлена плавка сплава с химическим составом, приведенным в таблице 1. В качестве составляющих использованы алюминий марки А85, магний МГ90, лигатуры AlSc, AlZr, AlBe AlNi, легирующие таблетки Mn80F20, Cr80F20, цинк, медь, кальций и церий.

Таблица 1
Сплав	Массовая доля, %
Mg	Sc	Mn	Cr	Zr	Zn	Be	Cu	Ni	Ca	Ce	Si	Fe	Al
Предлагае-мый	6,3	0,27	0,8	0,09	0,10	0,5	0,0005	0,1	0,02	0,01	0,0005	0,07	0,14	основа

Из приготовленного сплава были отлиты круглые полые слитки диаметром 650/315 мм. Слитки гомогенизировали, нарезали в меру на заготовки длиной 1100 мм, которые затем обтачивали и растачивали до диаметров: наружный 610 мм, внутренний 370 мм. На горизонтальном гидравлическом прессе с максимальным усилением 12000 тс из литых заготовок были отпрессованы трубы с наружным диаметром 430,6 мм и толщиной стенки 37,5 мм. Условия прессовании: температура нагрева литой заготовки 325°С, температура контейнера 400°С, скорость истечения 0,1 м/мин, вытяжка 4,85, прессуемая длина 4000 мм, высота пресс-остатка 80 мм. Механические свойства горячепрессованных труб в состоянии без термической обработки определяли на образцах, вырезанных со стороны выходной части трубы. Результаты испытаний приведены в таблице 2.

Таблица 2
Сплав	Механические свойства горячепрессованных труб
Временное сопротивление, МПа	Условный предел текучести, МПа	Относительно удлинение, %
Предлагаемый	425	280	18,0
430	285	17,5

Аналогичные трубы из сплава-прототипа среднего химического состава имеют условный предел текучести 260 МПа.

Испытания на коррозию труб из предлагаемого сплава показали, что по отношению к общей, расслаивающей и межкристаллитной коррозии они характеризуются как относительно стойкие, стойкие и абсолютно стойкие соответственно. При испытании на коррозионное растрескивание под напряжением, равным 0,75 условного, предела текучести, образцы труб простояли требуемые 45 суток. Такие же показатели при испытании на коррозию имеют аналогичные трубы из сплава-прототипа среднего химического состава.

Предлагаемый деформируемый термически неупрочняемый сплав на основе алюминия обладает высокими прочностными свойствами, в частности пределом текучести в горячедеформированном состоянии не менее 280 МПа, и хорошей коррозионной стойкостью изготовленных из него деформированных полуфабрикатов, что позволит использовать его в качестве конструкционного материала в различных областях техники, в частности в качестве материала водоотделяющих колонн для глубоководного морского бурения.

1. Деформируемый термически неупрочняемый сплав на основе алюминия, содержащий магний, скандий марганец, хром, цирконий, цинк и бериллий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит медь, никель и, по крайней мере, один элемент, выбранный из группы, включающей кальций и церий, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Магний	6,2-7,2
Скандий	0,20-0,40
Марганец	0,7-1,2
Хром	0,05-0,20
Цирконий	0,05-0,15
Цинк	0,2-1,0
Бериллий	0,0002-0,001
Медь	0,05-0,15
Никель	0,01-0,05

по крайней мере один элемент, выбранный из группы, включающей

Кальций	0,001-0,05
Церий	0,0005-0,001

Неизбежные примеси

кремния и	Менее 0,1
Железа	Менее 0,15
Алюминий	Остальное

2. Изделие из деформируемого термически неупрочняемого сплава на основе алюминия, отличающееся тем, что оно выполнено из сплава следующего состава, мас.%:

Магний	6,2-7,2
Скандий	0,20-0,40
Марганец	0,7-1,2
Хром	0,05-0,20
Цирконий	0,05-0,15
Цинк	0,2-1,0
Бериллий	0,0002-0,001
Медь	0,05-0,15
Никель	0,01-0,05

по крайней мере один элемент, выбранный из группы, включающей

Кальций	0,001-0,05
Церий	0,0005-0,001

Неизбежные примеси

кремния и	Менее 0,1
Железа	Менее 0,15
Алюминий	Остальное