Сверхпрочный деформируемый сплав на основе алюминия и изделие, выполненное из него

Авторы патента:

Милашенко Валентина Александровна (RU)

C22C21/10 - с цинком в качестве следующего основного компонента

Владельцы патента RU 2473709:

Закрытое акционерное общество "Военно-промышленная инвестиционная группа "ВИЛС" (RU)

Изобретение относится к металлургии легких сплавов, в частности к сверхпрочным деформируемым термически упрочняемым алюминиевым сплавам системы Al-Zn-Mg-Cu, которые предназначены для изготовления деформированных полуфабрикатов в виде прессованных и катаных труб, штампованных крышек, используемых в виде деталей газовых центрифуг. Изделия выполнены из сплава, содержащего, в мас.%: цинк 8,0-9,0, магний 2,3-3,0, медь 2,0-2,6, цирконий 0,1-0,2, бериллий 0,0001-0,002, церий 0,005-0,05, кальций 0,005-0,05, титан 0,005-0,05, железо до 0,15, кремний до 0,1, по крайней мере один элемент из группы: марганец до 0,1, хром до 0,05, алюминий - остальное. Сплав обладает высокими прочностными свойствами при одновременно высокой пластичности, ударной вязкости и высоким сопротивлением усталостным нагрузкам, что обусловливает рост надежности и ресурса работы изделия. 2 н.п. ф-лы, 2 табл., 1 пр.

Предлагаемое изобретение относится к области металлургии легких сплавов и, в частности, сплавов на основе алюминия, которые предназначены для изготовления деформированных полуфабрикатов в виде прессованных и катаных труб, штампованых крышек, используемых в виде деталей газовых центрифуг, работающих длительное время в сложных условиях при умеренно повышенных температурах.

Известен алюминиевый сплав марки В96Цпч следующего химического состава, мас.%:

Цинк - 8,0-9,0

Магний - 2,3-3,0

Медь - 2,0-2,6

Цирконий - 0,1-0,2

Алюминий - остальное.

(Сплавы алюминиевые деформируемые повышенной чистоты. Марки. ОСТ 1 90026-80).

Недостатком этого сплава является низкая конструкционная прочность из-за хрупкости, возникающей вследствие склонности к зернограничному разрушению. Хрупкость сплава также обусловливает его низкую технологичность в металлургическом производстве. Сплав имеет повышенную склонность к горячим и холодным трещинам при литье слитков, характеризуется низкими скоростями истечения при прессовании и допускает очень ограниченные деформации при ковке и прокатке.

Известен алюминиевый сплав следующего химического состава, 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.

(Патент РФ на изобретение №2164541, класс С22С21/10, опубликован 27.03.2001 г.), прототип.

Недостатком этого сплава является низкая конструкционная прочность из-за хрупкости, возникающей вследствие склонности к зернограничному разрушению. Это снижает ресурс изделия. Сплав мало технологичен в металлургическом производстве при литье слитков и при обработке их давлением.

Предлагается сплав на основе алюминия следующего химического состава, мас.%:

Цинк - 8,0-9,0

Магний - 2,3-3,0

Медь - 2,0-2,6

Цирконий - 0,1-0,2

Бериллий - 0,0001-0,002

Церий - 0,005-0,05

Кальций - 0,005-0,05

Титан - 0,005-0,05

Железо до 0,15

Кремний до 0,1.

По крайней мере один элемент из группы:

Марганец до 0,1

Хром до 0,05.

Предлагаемый сплав на основе алюминия имеет следующий химический состав и отличается от известного тем, что он дополнительно содержит церий, кальций, титан и по крайней мере один из элементов группы - марганец или хром, при следующих соотношениях компонентов (массовая доля)%:

Цинк - 8,0-9,0

Магний - 2,3-3,0

Медь - 2,0-2,6

Цирконий - 0,1-0,2

Бериллий - 0,0001-0,002

Церий - 0,005-0,05

Кальций - 0,005-0,05

Титан - 0,005-0,05

Железо до 0,15

Кремний до 0,1

По крайней мере один элемент из группы:

Марганец до 0,1

Хром до 0,05

Алюминий - остальное.

Предлагаемый сплав характеризуется повышенной конструкционной прочностью вследствие малой склонности к межзеренному разрушению из-за повышенной пластичности межзеренных границ. В результате заметно возрастают характеристики, описывающие пластичность металла. Относительное удлинение возрастает на 30%, ударная вязкость на 40%, заметно растет сопротивление повторным нагрузкам. Как следствие возрастает ресурс изделий.

Снижение хрупкости благотворно сказывается на технологической пластичности в металлургическом производстве. Уменьшается склонность к горячим и холодным трещинам при литье слитков, повышается их пластичность при обработке давлением.

Причина повышения пластичности и вязкости разрушения заключается в уменьшении зернограничной хрупкости вследствие комплексного микролегирования сплава при заданном составе, повышающего пластичность межзеренных границ. Доля межзеренного разрушения при переходе от известного сплава к предлагаемому уменьшается в несколько раз.

Преимущества сплава проявляются также в изделии, выполненном из вышеприведенного сплава.

Пример.

В электрической печи сопротивления емкостью 170 кг были отлиты слитки диаметром 65 мм и диаметром 215 мм из известного и предлагаемого сплавов.

Химический состав приведен в табл.1.

Таблица 1
Фактический химический состав отлитых слитков из известного и предлагаемого сплавов, % по массе
Сплав	Al	Zn	Mg	Cu	Zr	Be	Се	Са	Ti	н₂	Fe	Si	Mn	Cr
Известный	основа	8,6	2,6	2,4	0,12	0,0006	-	-		2,1×10^-5	0,12	0,07	-	-
Предлагаемый	основа	8,5	2,7	2,3	0,13	0,0015	0,01	0,007	0,03	-	0,10	0,06	0,03	0,01

Слитки были отгомогенизированы по режиму 420°С, 6 часов +460°С, 20 часов.

Слитки диаметром 65 мм резали на мерные заготовки ⌀65×87 мм, обтачивали на ⌀62 мм и штамповали в несколько переходов на заготовки под детали в виде крышек.

Слитки диаметром 215 мм резали на мерные заготовки длиной по 600 мм, обтачивали на диаметр 200 мм и осаживали с последующей прогладкой на диаметр 290 мм. Из полученных поковок выгачивали заготовки, из которых прессовали трубу ⌀138×4 мм.

Штамповки в виде крышек укладывали вертикально в специальную закалочную корзину в шахматном порядке с зазором около 40 мм. Температуру в закалочной печи поддерживали на уровне 470°С с точностью ±3°С. При погружении корзины со штамповками в ванну с водой комнатной температуры осуществляли интенсивный барботаж воды с помощью сжатого воздуха, подаваемого со дна ванны.

Трубы закаливали из вертикальной закалочной печи с температуры 470±3°С в баке с водой комнатной температуры с вертикальным погружением. После закалки покоробленные трубы правили волочением с остаточной пластической деформацией 1,5%.

Закаленные штамповки и трубы искусственно старили по режиму 140°С, 16 часов.

В табл.2 представлены механические свойства штамповок и прессованных труб из известного и предлагаемого сплавов.

Таблица 2
Фактические механические свойства штамповок и труб из известного и предлагаемого сплавов.
Средние значения из результатов 10 испытаний
Сплав	Полуфабрикат	σ_в, МПа	σ₀₂, МПа	δ, %	Ψ, %	KCU, кгм/см²
известный	Штамповка	660	610	4,0	12	0,5
Труба	680	630	5,0	15	0,6
предлагаемый	Штамповка	670	620	7,5	18	0,8
Труба	690	650	8,0	21	0,85

Из термически упроченных труб известного и предлагаемого сплавов вырезали образцы с концентратором напряжений (Kt=2,3; f=3 Гц; R=0,1) для испытаний на малоцикловую выносливость при пульсирующем растяжении при σ_mах=160 МПа. Образцы из известного сплава выдержали 130-190 тыс. циклов до разрушения, а образцы из предлагаемого сплава - 270-350 тыс. циклов.

Таким образом, анализ приведенных результатов испытаний труб из известного и предлагаемого сплавов показывает явное преимущество последнего.

Предлагаемый сплав имеет более высокие значения относительного удлинения δ и относительного сужения Ψ, ударной вязкости KCU и в особенности более высокий показатель сопротивления усталостным нагрузкам. Это дает возможность повышать ресурс изделия.

1. Сверхпрочный деформируемый сплав на основе алюминия, содержащий цинк, магний, медь, цирконий, бериллий, железо, кремний, отличающийся тем, что он дополнительно содержит церий, кальций, титан и по крайней мере один элемент из группы марганец и хром при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Цинк	8,0-9,0
Магний	2,3-3,0
Медь	2,0-2,6
Цирконий	0,1-0,2
Бериллий	0,0001-0,002
Церий	0,005-0,05
Кальций	0,005-0,05
Титан	0,005-0,05
Железо	до 0,15
Кремний	до 0,1

По крайней мере один элемент из группы:

Марганец	до 0,1
Хром	до 0,05
Алюминий	остальное

2. Изделие из сверхпрочного деформируемого сплава на основе алюминия, отличающееся тем, что оно выполнено из сплава по п.1.

Изобретение относится к алюминиевым сплавам, в частности к сплавам алюминия серии 7000, подходящим для изготовления элементов конструкции коммерческих самолетов. .

Способ изготовления слоистой плиты на основе алюминия для противопульной сварной брони // 2457422

Изобретение относится к способу изготовления слоистой плиты на основе алюминия для противопульной сварной брони. .

Высокопрочный алюминиевый сплав и способ его получения // 2451097

Изобретение относится к получению высокопрочных алюминиевых сплавов системы Al-Zn-Mg-Cu, предназначенных для изготовления прессованных, кованых и катаных полуфабрикатов.

Сверхпрочный сплав на основе алюминия // 2449037

Литейный сплав на основе алюминия // 2447174

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к литейным сплавам на основе алюминия, применяемым в авиационной технике и других отраслях машиностроения для нагруженных деталей внутреннего набора фюзеляжа, деталей управления, силовых кронштейнов и др.

Продукты из алюминиевого сплава серии аа7000 и способ их изготовления // 2443797

Изобретение относится к сплаву серии АА7000 и к способу изготовления продуктов из этого алюминиевого сплава, а именно к алюминиевым деформированным продуктам относительно большой толщины, в частности от 30 до 300 мм.

Высокопрочный сплав на основе алюминия и способ получения изделия из него // 2443793

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве полуфабрикатов в виде поковок, штамповок, прессованных прутков и профилей, катаных плит и листов из высокопрочных сплавов системы Al-Zn-Mg-Cu, предназначенных для применения в силовых конструкциях авиакосмической техники и транспортных средств, к которым предъявляются повышенные требования по прочности, трещиностойкости, усталостной долговечности, коррозионной стойкости.

Al-zn-cu-mg сплавы на основе алюминия и способы их получения и применение // 2425902

Изобретение относится к сплавам на основе алюминия, а именно к Аl-Zn-Cu-Mg сплавам на основе алюминия, а также способу изготовления катаного или кованого деформированного продукта из него и к самому катаному или кованому деформированному продукту.

Высокопрочный сплав на основе алюминия // 2419663

Изобретение относится к области металлургии материалов на основе алюминия и может быть использовано при получении изделий, работающих под действием высоких нагрузок при температурах до 150-200°С, таких как детали летательных аппаратов, автомобилей и других транспортных средств, детали спортинвентаря.

Продукт из деформируемого алюминиевого сплава серии аа7000 и способ производства упомянутого продукта // 2413025

Изобретение относится к продукту из свариваемого деформируемого алюминиевого сплава и способу его получения. .

Высокопрочный термообрабатываемый алюминиевый сплав // 2473710

Изобретение относится к алюминиевоцинкомагниевым сплавам и к продуктам, выполненным из таких сплавов, которые могут быть использованы для изготовления литейных форм для производимых литьем под давлением пластмасс

Высокопрочный сплав на основе алюминия с добавкой кальция // 2478132

Изобретение относится к области металлургии материалов на основе алюминия и может быть использовано при получении изделий, работающих под действием высоких нагрузок при температурах до 100-150°С, таких как детали летательных аппаратов, автомобилей и других транспортных средств, детали спортинвентаря и др

Протекторный сплав на алюминиевой основе // 2483133

Изобретение относится к металлургии, в частности к протекторным сплавам на основе алюминия, и может быть использовано при производстве протекторов для защиты от коррозии морских сооружений и судов из алюминиевых сплавов

Высокопрочный экономнолегированный сплав на основе алюминия // 2484168

Изобретение относится к области металлургии материалов на основе алюминия и может быть использовано при получении изделий, работающих под действием высоких нагрузок при температурах до 150°С, деталей летательных аппаратов, автомобилей и других транспортных средств, деталей спортинвентаря и др

Алюминиевый сплав и способ его получения // 2484169

Изобретение относится к алюминиевым сплавам, в частности к тем, из которых получают высокопрочный алюминиевый полуфабрикат, а также к способу получения таких алюминиевых полуфабрикатов

Литейный алюминиевый сплав // 2485199

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к сплавам на основе алюминия, и может быть использовано при получении крупногабаритных отливок сложной формы, предназначенных для изготовления деталей ответственного назначения, в частности корпусов редукторов, применяемых в авиастроении

Сверхпластичный сплав на основе алюминия // 2491365

Изобретение относится к области металлургии, а именно к разработке новых сплавов и технологий получения из них листовых полуфабрикатов методами термической обработки и обработки давлением

Способ изготовления прессованных полуфабрикатов из высокопрочного алюминиевого сплава и изделия, получаемые из них // 2492274

Изобретение относится к способу производства длинномерных, тонкостенных панелей и профилей, предназначенных для использования на железнодорожном транспорте

Сверхпрочный сплав на основе алюминия и изделие из него // 2503734

Сплав на основе алюминия предназначен для изготовления деформированных полуфабрикатов в виде штамповок и труб для использования в газовых центрифугах, в компрессорах низкого давления, вакуумных молекулярных насосах и в других сильно нагруженных изделиях, работающих при умеренно повышенных температурах. Сплав содержит, в мас.%: цинк 6,6-7,4, магний 3,2-4,0, медь 0,8-1,4, скандий 0,12-0,30, цирконий 0,06-0,20, бериллий 0,0001-0,005, кобальт 0,05-0,15, никель 0,35-0,65, железо 0,25-0,65, алюминий - остальное. Техническим результатом изобретения является повышение прочности при сохранении пластичности и пониженной плотности сплава. 3 табл., 1 пр.

Изделие из al-zn-mg сплава с пониженной чувствительностью к закалке // 2503735

Группа изобретений относится к изделиям из дисперсионно-твердеющего алюминиевого сплава. Изделие выполнено толщиной от 2 дюймов (50 мм) до 12 дюймов (305 мм) из сплава следующего химического состава, вес.%: Zn - от 3 до 11, Mg - от 1 до 3, Cu - от 0,9 до 3, Ge - от 0,03 до 0,4, Si - максимум 0,5, Fe -максимум 0,5, Ti - максимум 0,3, остальное - алюминий и обычные и/или неизбежные элементы и примеси. Способ изготовления изделия включает отливку заготовки, подогрев и/или гомогенизацию отлитой заготовки, горячую обработку заготовки, необязательную холодную обработку, термообработку на твердый раствор (ТТР) подвергнутой горячей обработке и необязательно холодной обработке заготовки, охлаждение ТТР заготовки, необязательное растяжение или сжатие охлажденной ТТР заготовки либо иную холодную обработку охлажденной ТТР заготовки для снятия напряжений, старение охлажденной и необязательно подвергнутой растяжению или сжатию либо иной холодной обработке ТТР заготовки для достижения нужного состояния. Обеспечивается получение изделия с высокой прочностью при высокой вязкости и пониженной чувствительности к закалке. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 2 табл., 1 пр.