Высокопрочный деформируемый сплав на основе алюминия системы al-zn-mg-cu и изделие, выполненное из него

Изобретение относится к области металлургии алюминиевых сплавов, в частности к деформируемым сплавам на основе алюминия, используемым в качестве высокопрочного конструкционного материала в изделиях разового применения. Высокопрочный деформируемый сплав на основе алюминия системы Al-Zn-Mg-Cu содержит, мас.%: цинк 7,4-8,4; магний 2,3-3,0; медь 2,0-2,6; марганец 0,05-0,29; титан 0,01-0,05; цирконий 0,05-0,12; хром 0,05-0,15; бериллий 0,0005-0,002; церий 0,001-0,01; железо 0,05-0,25; кремний 0,01-0,10; алюминий – остальное, при этом сплав содержит водород 0,05-0,35 см³/100 г металла. Изобретение направлено на получение сплава с высоким уровнем прочности и достаточной пластичностью, а также получение изделий большого диаметра методом полунепрерывного литья за счет улучшения литейных свойств сплава. 2 н.п. ф-лы, 1 пр., 3 табл.

 

Предлагаемое изобретение относится к области металлургии алюминиевых сплавов, в частности, к деформируемым сплавам на основе алюминия, используемым в качестве высокопрочного конструкционного материала в изделиях разового применения.

Цель изобретения - создание сплава на основе системы Al-Zn-Mg-Cu с хорошими технологическими (в частности, литейными) свойствами, высоким уровнем прочности и удовлетворительными пластическими характеристиками полуфабрикатов в поперечном и по толщине направлениях для изготовления деталей, использующихся в качестве поддонов артиллерийских выстрелов.

Известен высокопрочный деформируемый термически обрабатываемый сплав на основе алюминия марки 1973 системы Al-Zn-Mg-Cu, предназначенный для изготовления длинномерных деталей летательных аппаратов и содержащий, масс. %:

цинк	5,5-6,7,
магний	2,0-2,6,
медь	1,4-2,2,
марганец	до 0,1,
хром	до 0,05,
цирконий	0,08-0,16,
титан	0,02-0,07,
кремний	до 0,1,
железо	до 0,15,
алюминий	остальное,

(ОСТ 1 90026-80).

Сплав в виде прессованных панелей и катаных плит используется для изготовления ответственных конструкционных деталей в крыльях летательных аппаратов.

Сплав применяется также для изготовления деталей, использующихся в качестве поддонов артиллерийских выстрелов.

Недостатком этого сплава является недостаточно высокий уровень прочностных характеристик, что приводит к увеличению массы деталей и, как следствие, к снижению весовой отдачи или к дополнительным энергетическим затратам при эксплуатации изделий.

Известен высокопрочный деформируемый термически обрабатываемый сплав на основе алюминия марки В96Ц1 системы Al-Zn-Mg-Cu, используемый, в частности, для изготовления деталей, использующихся в качестве поддонов артиллерийских выстрелов и содержащий, масс. %:

цинк	8,0-8,8
магний	2,3-2,8,
медь	2,0-2,6,
цирконий	0,10-0,16,
титан	до 0,05,
марганец	0,3-0,6
хром	до 0,05
кремний	до 0,2,
железо	до 0,3,
бериллий	до 0,002,
алюминий	остальное,

(ТУ1-2-486-86). Прототип.

Сплав применяется для изготовления деталей, использующихся в качестве поддонов артиллерийских выстрелов, требующих высокой прочности используемого материала.

Массивные прессованные профили из этого сплава имеют нерекристаллизованную структуру и высокие механические свойства в направлении прессования (по ТУ1-2-486-86 σ_0,2≥608 МПа, δ≥5%). Однако при испытании разрывных образцов, ориентированных по ширине и толщине профиля, происходит малопластичное разрушение с низким относительным удлинением, что снижает эксплуатационную эффективность готовых изделий.

Недостатком сплава является также пониженная технологичность сплава при литье слитков большого диаметра методом полунепрерывного литья, приводящая к появлению горячих трещин, неслитин и дефектов макроструктуры. В связи с этим, брак слитков при литье сплава В96Ц1 достигает 26%.

Технической задачей предполагаемого изобретения является создание сплава на основе системы Al-Zn-Mg-Cu с хорошей технологичностью при литье слитков большого диаметра методом полунепрерывного литья, высоким уровнем прочности прессованных полуфабрикатов и достаточной пластичностью.

Для решения этой задачи предлагается:

1. Высокопрочный деформируемый сплав на основе алюминия системы Al-Zn-Mg-Cu, содержащий цинк, магний, медь, марганец, титан, цирконий, хром, бериллий, церий, железо и кремний при следующем соотношении компонентов, масс. %:

цинк	7,4-8,4
магний	2,3-3,0,
медь	2,0-2,6,
марганец	0,05-0,29,
титан	0,01-0,05,
цирконий	0,05-0,12,
хром	0,05-0,15,
бериллий	0,0005-0,002,
церий	0,001-0,01,
железо	0,05-0,25,
кремний	0,01-0,10,
алюминий	остальное,

при этом сплав содержит водород в количестве 0,05-0,35 см³/100 г металла.

2. Изделие, выполненное из высокопрочного деформируемого сплава на основе алюминия системы Al-Zn-Mg-Cu, содержащего цинк, магний, медь, марганец, титан, цирконий, хром, бериллий, церий, железо и кремний при следующем соотношении компонентов, масс. %:

цинк	7,4-8,4
магний	2,3-3,0,
медь	2,0-2,6,
марганец	0,05-0,29,
титан	0,01-0,05,
цирконий	0,05-0,12,
хром	0,05-0,15,
бериллий	0,0005-0,002,
церий	0,001-0,01,
железо	0,05-0,25,
кремний	0,01-0,10,
алюминий	остальное,

при этом сплав содержит водород в количестве 0,05-0,35 см³/100 г металла.

Предложенный сплав и выполненное из него изделие отличаются от прототипа тем, что сплав содержит церий и водород при меньшем содержании цинка и марганца и более высоком содержании хрома при следующем соотношении компонентов, масс. %:

цинк	7,4-8,4,
магний	2,3-3,0,
медь	2,0-2,6,
марганец	0,05-0,29,
титан	0,01-0,05,
цирконий	0,05-0,12,
хром	0,05-0,15,
бериллий	0,0005-0,002,
церий	0,001-0,01,
железо	0,05-0,25,
кремний	0,01-0,10,
алюминий	остальное,

при этом сплав содержит водород в количестве 0,05-0,35 см³/100 г металла.

Полуфабрикаты и изделия из предлагаемого сплава имеют одинаковые с прототипом прочностные характеристики и повышенную пластичность разрывных образцов в направлении по толщине изделия.

Добавка церия усиливает влияние бериллия на снижение окисляемости расплава и снижает потери от угара, уменьшает загрязненность сплава окисными включениями.

Благодаря пониженному содержанию цинка и повышенному содержанию железа при низком содержании кремния сплав имеет хорошие литейные свойства, отличается низким браком при литье слитков.

Технический результат - повышение литейных свойств и ожидаемое уменьшение брака при литье слитков, повышение пластичности полуфабрикатов и деталей в термически обработанном состоянии, и, как следствие, повышение эксплуатационной надежности готовых деталей конструкций.

Пример осуществления.

В электрической печи емкостью 16 т произвели приготовление трех плавок предлагаемого сплава приведенного в таблице 1 состава, из которых отлили полунепрерывным методом годные слитки диаметром 312 мм. Слитки сплава после гомогенизации и механической обработки на диаметр 300 мм прессовали на профиль с поперечным сечением 46 см² и диаметром описанной окружности 100 мм. Полученные профили закалили в воду после нагрева в вертикальной закалочной печи по режиму 475°С - 2 ч, правили растяжением с остаточной деформацией 1% и искусственно старили по режиму 120°С - 24 ч.

Примечание к таблице 1: Содержание водорода в сравниваемых сплавах плавок 1-3 составило 0,20 см³/100 г металла. В сплаве предлагаемого состава допустимое содержание водорода 0,05-0,35 см³/100 г металла. В сплаве-прототипе содержание водорода не регламентировано.

Профили подвергли испытаниям с определением временного сопротивления σ_В, предела текучести σ_0,2, относительного удлинения δ. При этом механические свойства на растяжение определяли на продольных и высотных разрывных образцах при комнатной температуре. Результаты испытаний на растяжение приведены в таблице 2.

Для сравнения использовали результаты испытания аналогичного серийного термически обработанного профиля из сплава - прототипа марки В96Ц1 в состоянии Т1, химический состав которого приведен в табл. 3.

Результаты механических испытаний этого профиля из сплава В96Ц1Т1 приведены в таблице 2.

Из приведенных в табл. 2 данных видно, что предлагаемый сплав по прочностным характеристикам в продольном направлении не уступает серийному сплаву В96Ц1Т1, а его характеристики в направлении по толщине профиля выше, чем у сплава В96Ц1Т1.

Таким образом, предлагаемый сплав отличается меньшим браком при литье слитков полунепрерывного литья и повышенной пластичностью высотных образцов в термически обработанном состоянии,

1. Высокопрочный деформируемый сплав на основе алюминия системы Al-Zn-Mg-Cu, содержащий цинк, магний, медь, марганец, титан, цирконий, хром, бериллий, церий, железо и кремний, отличающийся тем, что он дополнительно содержит церий и водород при следующем соотношении компонентов, мас.%:

цинк	7,4-8,4
магний	2,3-3,0
медь	2,0-2,6
марганец	0,05-0,29
титан	0,01-0,05
цирконий	0,05-0,12
хром	0,05-0,15
бериллий	0,0005-0,002
церий	0,001-0,01
железо	0,05-0,25
кремний	0,01-0,10
алюминий	остальное,

при этом сплав содержит водород в количестве 0,05-0,35 см³/100 г металла.

2. Изделие, выполненное из высокопрочного деформируемого сплава на основе алюминия системы Al-Zn-Mg-Cu, отличающееся тем, что оно выполнено из сплава, содержащего цинк, магний, медь, марганец, титан, цирконий, хром, бериллий, церий, железо, кремний и церий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

цинк	7,4-8,4
магний	2,3-3,0
медь	2,0-2,6
марганец	0,05-0,29
титан	0,01-0,05
цирконий	0,05-0,12
хром	0,05-0,15
бериллий	0,0005-0,002
церий	0,001-0,01
железо	0,05-0,25
кремний	0,01-0,10
алюминий	остальное,

при этом сплав содержит водород в количестве 0,05-0,35 см³/100 г металла.