Сплав на основе алюминия

 

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к сплавам системы алюминий - медь - магний. Технической задачей данного изобретения является создание сплава, обладающего наряду с высокими прочностными свойствами повышенной акустической усталостью. Предложен сплав, имеющий следующий химический состав, мас.%: медь 3,8 - 4,5, магний 1,2 - 1,6, марганец 0,4 - 0,8, титан 0,01 - 0,07, никель 0,01 - 0,05, водород 2,7 · 10^-5 - 5,0 · 10^-5, алюминий - остальное. 2 табл.

Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к сплавам на основе алюминия системы алюминий - медь - магний.

Предлагаемый сплав предназначен для изготовления различных конструкций, в том числе изделий авиакосмической техники, работающих при высоких акустических нагрузках.

Известны широко используемые сплавы этой системы, например, отечественный сплав Д16 /1/ и американские сплавы серии 2000, например 2024 /2/. Однако эти сплавы, имея приемлемые статические и динамические механические свойства, обладают недостаточной долговечностью под действием высокочастотного нагружения в акустическом диапазоне. Эта характеристика для ряда изделий авиакосмической техники является определяющей.

За прототип принят сплав на основе алюминия следующего химического состава в мас.% /3/: медь - 3,8 - 4,9 магний - 1,2 - 1,8 марганец - 0,3 - 0,9 железо - 0,0001 - 0,3 кремний - 0,0001 - 0,2 цинк - 0,0001 - 0,1 титан - 0,0001 - 0,1 никель - 0,0001 - 0,05 сера - 0,0001 - 0,0004
алюминий - остальное
Известный сплав обладает высоким значением предела прочности. Однако этот сплав имеет пониженное значение акустической усталости. Технической задачей данного изобретения является создание сплава, обладающего при высоком пределе прочности повышенной акустической усталостью.

Для достижения поставленной технической задачи предложен сплав, содержащий медь, магний, марганец, титан, никель, который дополнительно содержит водород, при следующих соотношениях компонентов, в мас.%:
медь - 3,8 - 4,5
магний - 1,2 - 1,6
марганец - 0,4 - 0,8
титан - 0,01 - 0,07
никель - 0,01 - 0,05
водород - 2,7·10^-5 - 5,0·10^-5
алюминий - остальное
Повышение акустической усталости достигается за счет того, что сплав наряду с другими компонентами содержит титан и никель и дополнительно содержит водород.

Присутствие титана способствует модифицированию расплава и измельчению зерна. Авторами установлено, что дополнительное содержание в сплаве водорода в указанных пределах вызывает образование дисперсных гидридов магния и титана. Последние также способствуют модифицированию расплава, а кроме того, влияя на распределение дислокаций, тормозят распространение усталостной трещины. Никель взаимодействует с примесью железа и вызывает коагуляцию алюминидов железа, которые выделяются из твердого раствора при длительной высокотемпературной гомогенизации слитков. Все эти структурные изменения замедляют процесс зарождения и распространения усталостной трещины при высокочастотном нагружении, повышая тем самым акустическую усталость.

Пример осуществления
В лабораторных условиях были отлиты слитки четырех сплавов диаметром 70 мм. Химические составы предложенных и известного сплава приведены в таблице 1.

Слитки подвергали длительной гомогенизации при температуре 480^oC 70 ч, затем прессовали на полосы сечением 15 х 60 мм.

Полосы закаливали от 490^oC в воде с последующим естественным старением в течение 4 суток. Из прессованных полос изготавливали продольные образцы для испытания статистических механических свойств и акустической усталости. Акустическую усталость оценивали по долговечности образцов, испытанных при амплитуде напряжения 8 кгс/мм и частоте нагружения 165 Гц.

Результаты испытаний приведены в таблице 2. Анализ полученных данных показал, что предлагаемый сплав, по сравнению с известным сплавом, обладает практически одинаковым пределом прочности. Однако по акустической усталости он имеет трехкратное превосходство.

Таким образом, применение предлагаемого, например в авиакосмической технике в зонах, подверженных акустическому воздействию, обеспечивает повышение конструктивной прочности, надежности и долговечности работы изделий.

Литература
1. Галацкая И.К. "Металлография металлургических дефектов в прессованных полуфабрикатах из алюминиевых сплавов", 1973.

2. Патент США N 5213639, 148/693.

3. Патент РФ N 2119544, C 22 C 21/16.

Формула изобретения

Сплав на основе алюминия, содержащий медь, магний, марганец, титан и никель, отличающийся тем, что он дополнительно содержит водород при следующих соотношениях компонентов, мас.%:
Медь - 3,8 - 4,5
Магний - 1,2 - 1,6
Марганец - 0,4 - 0,8
Титан - 0,01 - 0,07
Никель - 0,01 - 0,05
Водород - 2,7 x 10^-5 - 5,0 x 10^-5
Алюминий - Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1