Сплав на основе алюминия и изделие, выполненное из него

 

Изобретение относится к металлургии, а именно к свариваемым сплавам пониженной плотности системы Al-Mg-Li, предназначенным для применения в качестве конструкционных материалов в авиакосмической технике. Предлагается сплав следующего химического состава, мас.%: Магний - 45 - 7,0 Литий - 1,5 - 3,0 Железо - 0,01 - 0,15 Водород - 1,7 • 10^-5 - 4,5 • 10^-5 Натрий - 0,0001 - 0,0015 по крайней мере один элемент из группы, содержащей Цирконий - 0,05 - 0,15 Скандий - 0,05 - 0,4 Бериллий - 0,005 - 0,1
и по крайней мере один элемент из группы, содержащей
Марганец - 0,005 - 0,3
Хром - 0,005 - 0,2
Титан - 0,05 - 0,2
Алюминий - Остальное
и изделие, выполненное из него. Предлагаемый сплав позволит понизить массу изделия на 10 - 25% за счет низкой плотности и замены клепки на сварку, повысит надежность изделия и его ресурс за счет высоких характеристик и термической стабильности сплава. 2 с.п.ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к свариваемым сплавам пониженной плотности системы Al-Mg-Li, предназначенным для применения в качестве конструкционных материалов в авиакосмической технике. Из этого сплава могут изготавливаться различные элементы силового набора и обшивки фюзеляжей самолетных конструкций, в том числе сварные, а также сварные топливные баки и другие элементы ракетной техники.

Из уровня техники известны сплавы системы Al-Mg-Li с небольшими добавками меди или цинка (патенты фирмы Alcan N 4584173 и Reynolds N 5133931), которые входят в твердый раствор, изменяют состав упрочняющих фаз, выделившихся при старении, и за счет этого оказывают положительное влияние на механические свойства. Однако эти добавки отрицательно влияют на свариваемость и коррозионную стойкость сплава. Кроме того, сплавы с указанными добавкам имеют более высокую плотность. Известен сплав 1420 следующего химического состава, мас.%:
Магний - 4,5-6,0
Литий - 1,8-2,3
Цирконий - 0,08-0,15
Алюминий и примеси - Остальное
(ОСТ 1.90048-77. Сплавы алюминиевые деформируемые. Марки).

Недостатком сплава является пониженный предел текучести.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является свариваемый сплав системы Al-Mg-Li следующего химического состава, мас.%:
Магний - 4,0-6,0
Литий - 1,3-2,2
Медь - 0,005-0,2
Бериллий - 0,0001-0,3
по крайней мере один металл из группы, включающей, мас.%:
Цирконий - 0,04-0,12
Скандий - 0,03-0,25
и по крайней мере один металл из группы, включающей, мас.%:
Кальций и барий - 0,002-0,05
Алюминий - Остальное
(см. патент РФ N 2038405, БИ N 18, 1995 г.)
Недостатком сплава является высокая скорость роста трещины усталости, что обусловлено наличием нерастворимых частиц интерметаллидов, содержащих кальций и барий, даже при их содержании менее 0,05%. Этот недостаток наиболее ярко проявляется в листах и тонких профилях, которые являются основными полуфабрикатами, используемыми в самолетных конструкциях. Кроме того, режимы термической обработки, используемые для обеспечения высоких прочностных свойств и высокой длительной прочности сплава при 20-70^oC, не обеспечивают термическую стабильность сплава в процессе длительного солнечного нагрева при 85^oC, 1000 ч. Поэтому этот сплав не пригоден для применения в обшивках и силовом наборе самолетов.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание сплава пониженной плотности с высокими характеристиками трещиностойкости, обладающего высокой термической стабильностью при сохранении высокой коррозионной стойкости и свариваемости, и изделий из него. Изделия из этого сплава, включая сварные, например топливные баки, обшивка фюзеляжа и др., будут иметь пониженную массу и повышенные характеристики надежности при эксплуатации.

Для решения этой задачи предлагается сплав на основе алюминия следующего химического состава, мас.%:
Магний - 4,5-7,0
Литий - 1,5-3,0
Железо - 0,01-0,15
Водород - 1,7•10^-5-4,5•10^-5
Натрий - 0,0001-0,0015
по крайней мере один элемент из группы, содержащей:
Цирконий - 0,05-0,15
Скандий - 0,05-0,4
Бериллий - 0,005-0,1
и по крайней мере один элемент из группы, содержащей:
Марганец - 0,005-0,3
Хром - 0,005-0,2
Титан - 0,005-0,2
Алюминии - Остальное
и изделие из этого сплава.

Дополнительное введение водорода, натрия, железа, а также одного или более элементов из группы: марганец, хром, титан - обеспечивают высокую термическую стабильность предлагаемому сплаву, высокие прочностные свойства и коррозионную стойкость.

Пример осуществления:
Из слитков ⊘ 70 мм, состав которых приведен в табл. 1, после гомогенизации при температуре 500^oC в течение 10 часов изготавливали прессованную полосу сечением 15х65 мм. Далее из прессованных заготовок получали горячей прокаткой листы толщиной 4,5 мм и затем холодной прокаткой листы толщиной 2 мм. Свойства листов после закалки на воздухе и трехступенчатого старения приведены в таблице 2.

Как видно из табл. 2 у предлагаемого сплава значительно меньше скорость роста трещины усталости и выше термическая стабильность после длительного низкотемпературного нагрева при 85^oC, 1000 ч, особенно по относительному удлинению и вязкости разрушения. При этом сплав сохраняет пониженную плотность, высокую коррозионную стойкость до и после нагрева и хорошую свариваемость.

Таким образом, применение предлагаемого сплава для силового набора и обшивки самолетов, сварных топливных баков и других элементов ракетной техники позволит понизить массу изделия на 10-25% за счет низкой плотности и замены клепки на сварку. Высокие характеристики и термическая стабильность сплава повысят надежность изделия и его ресурс.

Формула изобретения

1. Сплав на основе алюминия, содержащий магний, литий, по крайней мере один элемент из группы, содержащей цирконий, скандий, бериллий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит водород, натрий, железо и по крайней мере один элемент из группы, содержащей марганец, хром, титан при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Магний - 4,5 - 7,0
Литий - 1,5 - 3,0
Железо - 0,01 - 0,15
Водород - 1,7•10^-5 - 4,5•10^-5
Натрий - 0,0001 - 0,0015
по крайней мере один элемент из группы, содержащей
Цирконий - 0,05 - 0,15
Скандий - 0,05 - 0,4
Бериллий - 0,005 - 0,1
и по крайней мере один элемент из группы, содержащей:
Марганец - 0,005 - 0,3
Хром - 0,005 - 0,2
Титан - 0,005 - 0,2
Алюминий - Остальное
2. Изделие из сплава на основе алюминия, отличающееся тем, что выполнено из сплава следующего химического состава, мас.%:
Магний - 4,5 - 7,0
Литий - 1,5 - 3,0
Железо - 0,01 - 0,15
Водород - 1,7•10^-5 - 4,5•10^-5
Натрий - 0,0001 - 0,0015
по крайней мере один элемент из группы, содержащей
Цирконий - 0,05 - 0,15
Скандий - 0,05 - 0,4
Бериллий - 0,005 - 0,1
и по крайней мере один элемент из группы, содержащей:
Марганец - 0,005 - 0,3
Хром - 0,005 - 0,2
Титан - 0,005 - 0,2
Алюминий - Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2