Сверхпрочный сплав на основе алюминия и изделие из него

Авторы патента:

Милашенко Валентина Александровна (RU)

C22C21/10 - с цинком в качестве следующего основного компонента

C22C21/06 - с магнием в качестве следующего основного компонента

Владельцы патента RU 2503734:

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

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.

Предлагаемое изобретение относится к области металлургии легких сплавов, в частности сплавов на основе алюминия, предназначенных для изготовления деформированных полуфабрикатов в виде штамповок, труб или другом виде для использования в газовых центрифугах, компрессорах низкого давления, вакуумных молекулярных насосах и в других сильно нагруженных изделиях, работающих при умеренно повышенных температурах.

Известен сплав на основе системы Al-Zn-Mg-Cu марки В93КЦ (1993), используемый в виде деформированных полуфабрикатов в тяжело нагруженных изделиях и имеющий следующий химический состав, масс.%:

Цинк 6,5-7,6

Магний 1,6-2,2

Медь 0,8-1,2

Цирконий 0,1-0,25

Кобальт 0,05-0,15

Алюминий остальное. Аналог.

ОСТ 1-92014-76.

Сплав В93КЦ (1993) обладает хорошим сочетанием служебных и технологических характеристик, но прочностные свойства этого сплава недостаточно высоки как при комнатной, так и при умеренно повышенных температурах.

Известен алюминиевый сплав Al-Zn-Mg-Cu следующего химического состава, масс.%:

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

Титан 0,01-0,07

Молибден 0,01-0,07

Никель 0,35-0,65

Железо 0,35-0,65

Кремний 0,10-0,30

Алюминий - остальное. Прототип.

(Патент РФ №2442037 от 27 апреля 2012 г.)

Известный сплав обладает пониженной плотностью, высокой прочностью при комнатной и умеренно повышенных температурах, однако пластические и технологические свойства сплава невысоки.

Целью изобретения является создание высокопрочного конструкционного сплава на основе алюминия, обладающего высокой прочностью при комнатной и умеренно повышенных температурах (не ниже, чем у известного сплава), и одновременно имеющего удовлетворительную пластичность и технологичность в металлургическом производстве.

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

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.

Предлагаемый сплав отличается от сплава прототипа тем, что он дополнительно содержит бериллий и кобальт при следующем соотношении компонентов, масс.%:

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.

Технический результат - повышение пластических свойств готовых полуфабрикатов и улучшение технологичности в металлургическом производстве: улучшение литейных свойств и технологической пластичности, повышение прокаливаемости. При этом полностью сохраняются все достоинства известного сплава: пониженная плотность, повышенные прочностные характеристики при комнатной и умеренно повышенных температурах.

Предлагаемый сплав, благодаря повышенной технологической пластичности, позволяет без проблем получать любые виды деформированных полуфабрикатов (кованных, катаных, прессованных) со стабильной некристаллизованной структурой вследствие присутствия дисперсных вторичных частиц фазы Al₃(Sc, Zr), тормозящих рекристаллизацию. Присутствие также в структуре сплава частиц фазы Al₉Fe, Ni эвтектического происхождения, модифицированных добавками циркония и кобальта, способствуют достижению более высоких прочностных свойств у всех видов полуфабрикатов при комнатной и умеренно повышенных температурах. И самое главное, компактная форма модифицированных частиц Al₉Fe, Ni обеспечивает заметный рост пластических характеристик готовых полуфабрикатов по сравнению с пластическими свойствами известного сплава.

Пример. Методом непрерывного литья были получены слитки диаметром 92 мм двух сплавов: известного сплава среднего химического состава и предлагаемого сплава среднего состава. Фактический химический состав сплавов представлен в таблице 1 (вес.%).

Таблица 1.
Сплав	Zn	Mg	Cu	Sc	Zr	Ti	Mo	Ni	Fe	Si
Известный	7,1	3,5	1,05	0,21	0,12	0,03	0,02	0.55	0.53	0.21
Предлагаемый	7,0	3,6	1,1	0,22	0,11	Be 0,001	Со 0.11	0.57	0.47	0.09

Слитки гомогенизировали по сокращенному ступенчатому режиму и затем механической обработкой получали заготовки ⌀80×80 мм, которые ковали по второй схеме на галеты ⌀120×35 мм. Галеты закаливали в воде и искусственно старили.

Во время литья слитков из известного и предлагаемого сплавов было зафиксировано, что предлагаемый сплав допускает более высокие скорости литья, а поверхность слитков более ровная, с меньшими ликвационными наплывами вследствие повышенной жидкотекучести расплава. После гомогенизационного отжига поверхность слитка из известного сплава заметно потемнела из-за окисления в отличие от слитка из предлагаемого сплава, поверхность которого потемнела заметно меньше.

При ковке заготовок оба сплава (известный и предлагаемый) продемонстрировали достаточно хорошую технологическую пластичность, но трещины на поверхности окружности галет из предлагаемого сплава были менее глубокие, чем трещины на поверхности кромки галет из известного сплава, что свидетельствует о более высокой технологической пластичности при ковке предлагаемого сплава.

Были проведены испытания на растяжение закаленных и искусственно состаренных галет: с определением σ_в, σ₀₂, δ при комнатной и повышенных температурах. Для понимания полученных результатов проводили структурные исследования.

В таблице 2 представлены результаты испытаний на растяжение термически упрочненных галет при комнатной температуре и значения рассчитанной теоретически плотности.

Таблица 2
Свойство, единица измерения	Направление вырезки	Известный сплав	Предлагаемый сплав	Квота преимуществ, %
Плотность, г/см³	-	2,82	2,82	-
Временное сопротивление, МПа	Хордовое	661	684	3,4
Радиальное	657	686	4,4
Предел текучести, МПа	Хордовое	632	643	1,7
Радиальное	628	648	3,2
Относительное удлинение, %	Хордовое	2,7	4,6	70
Радиальное	2,5	4,4	76
Ударная вязкость, кгм/см²	Хордовое	0,8	1,2	50
Радиальное	0,7	1,1	57

Предлагаемый сплав обладает такой же низкой плотностью, как и известный сплав, не уступает по прочности известному и, самое главное, имеет значительно более высокие характеристики пластичности: более высокие значения относительного удлинения и ударной вязкости.

При повышении температуры испытания прочностные преимущества предлагаемого сплава сохраняются (табл.3).

Таблица 3
Механические свойства галет в хордовом направлении при температуре испытания 150°С
Сплав	Известный сплав	Предлагаемый сплав	Квота преимуществ, %
σ_в, МПа	511	530	4
σ₀₂, МПа	501	521	4
δ, %	4,1	6,9	68

Сплав на основе алюминия, содержащий цинк, магний, медь, скандий, цирконий, железо, отличающийся тем, что он дополнительно содержит бериллий и кобальт при следующем соотношении компонентов, 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

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

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.

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.

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.

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.

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 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.

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.

Сверхпрочный деформируемый сплав на основе алюминия и изделие, выполненное из него // 2473709

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 из алюминиевого сплава, имеющие улучшенные комбинации свойств // 2465360

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

Способ получения композиционного материала на основе сплава алюминий-магний с содержанием нанодисперсного оксида циркония // 2499849

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению композиционных материалов, упрочненных нанодисперсными частицами. Упрочняющие нанодисперсные частицы оксида циркония вводят в расплав на основе сплава алюминий-магний.

Способ приготовления алюминиевого сплава // 2497965

Изобретение относится к производству алюминиевых сплавов, в частности алюминиевых сплавов, содержащих обладающий высокой реакционной способностью магний. При приготовлении алюминиевого сплава, содержащего Mg, к расплаву сплава добавляют Са, Sr и Ва в таком количестве, чтобы содержание кальция составляло 0,001-0,5 мас.%, а их соотношение находилось в пределах, заключенных между линиями, соединяющими пять точек на фиг.1: точку Е (Са: 28 ат.%, Sr: 0 ат.%, Ва: 72 ат.%), точку F (Са: 26 ат.%, Sr: 30 ат.%, Ва: 44 ат.%), точку G (Са: 54 ат.%, Sr: 46 ат.%, Ва: 0 ат.%), точку Н (Са: 94 ат.%, Sr: 6 ат.%, Ва: 0 ат.%), точку I (Са: 78 ат.%, Sr: 0 ат.%, Ва: 22 ат.%), при исключении соотношений на образованных между указанными точками линиях.

Сверхпластичный сплав на основе алюминия // 2491365

Термостойкий литейный алюминиевый сплав // 2478131

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для изготовления отливок, предназначенных для получения деталей ответственного назначения, работающих под действием высоких нагрузок при температурах до 300-350°С, автомобильных двигателей, деталей водозаборной арматуры, ступеней погружного насоса для нефтегазового комплекса, деталей радиаторов отопления и др.

Высокопрочный деформируемый сплав на основе алюминия с пониженной плотностью и способ его обработки // 2468107

Сплав на основе алюминия // 2468106

Изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым сплавам на основе алюминия, используемым в качестве конструкционного материала в авиационной промышленности.

Способ получения сплава на основе алюминия системы al-pb // 2454472

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть применено при получении сплавов системы алюминий-свинец. .

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.

Сплав на основе алюминия и изделие, выполненное из этого сплава // 2431692

Изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым термически неупрочняемым сплавам системы алюминий-магний, используемым для сварных конструкций в судостроении, авиакосмической технике и транспортном машиностроении.

Деформируемый термически неупрочняемый сплав на основе алюминия // 2416658

Изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым термически неупрочняемым алюминиевым сплавам, предназначенным для использования в виде деформированных полуфабрикатов в качестве конструкционного материала, преимущественно для токопроводящих и теплопроводных элементов конструкции в авиакосмической технике, судостроении, криогенном машиностроении и других отраслях промышленности.

Деформируемый термически неупрочняемый сплав на основе алюминия // 2513492

Изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым термически неупрочняемым сплавам на основе алюминия, предназначенным для использования в виде деформированных полуфабрикатов и в качестве конструкционного материала. Сплав, содержит, мас.%: магний 5,6-6,3; титан 0,01-0,03; бериллий 0,0001-0,005; цирконий 0,05-0,12; скандий 0,18-0,3; марганец 0,3-0,6; группу элементов, включающую железо и кремний 0,05-0,2; никель 0,01-0,05; кобальт 0,01-0,05; алюминий - остальное, при этом отношение суммарного содержания железа, никеля и кобальта к содержанию кремния равно или больше единицы. Техническим результатом является повышение прочностных характеристик материала. 1 пр., 2 табл.