Сплав на основе алюминия и изделие, выполненное из него

 

Изобретение относится к области металлургии, а именно к Al-Mg-Si-Cu-сплавам повышенной коррозионной стойкости, предназначенным для применения в качестве конструкционного материала в транспортном машиностроении, включая авиацию. Из предложенного сплава могут изготавливаться различные элементы силового набора и обшивки фюзеляжа самолетных конструкций, в том числе сварные, а также сварные топливные баки и другие элементы автомобилей и железнодорожного транспорта. Предложены сплав и изделие, выполненное из него, следующего химического состава, мас. %: магний - 0,7-1,4; цинк - 0,01-0,8; кремний - 0,6-1,2; никель - 0,005-0,5; медь - 0,6-1,4 и по крайней мере один элемент из группы, содержащей скандий - 0,005-0,4; церий - 0,005-0,2, и по крайней мере один элемент из группы, содержащей хром - 0,01-0,3; марганец - 0,01-0,5; титан - 0,01-0,3; цирконий - 0,005-0,2; алюминий - остальное. Техническим результатом предложенного изобретения является создание сплава с достаточно высоким уровнем прочности и пластичности, высоким сопротивлением всем видам коррозии, включая межкристаллитную. 2 с.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к Al-Mg-Si-Cu-сплавам повышенной коррозионной стойкости, предназначенным для применения в качестве конструкционного материала в транспортном машиностроении, включая авиацию. Из предложенного сплава могут изготавливаться различные элементы силового набора и обшивки фюзеляжа самолетных конструкций, в том числе сварные, а также сварные топливные баки и другие элементы автомобилей и железнодорожного транспорта.

Известен сплав 6013Т6 системы Al-Mg-Si, дополнительно легированный медью и марганцем, который характеризуется достаточно высокой прочностью и сопротивлением расслаивающей коррозии и коррозионному растрескиванию под напряжением следующего химического состава (мас.%): Магний - 0,8-1,2 Кремний - 0,6-1,0 Медь - 0,6-1,1 Марганец - 0,2-0,8 Железо - ≤0,5 Хром - ≤0,1 Цинк - ≤0,25 Титан - ≤0,1 Алюминий - Остальное [1]
Недостатком указанного сплава является склонность к межкристаллитной коррозии, что не позволяет применять его для обшивки широкофюзеляжных самолетов.

Известен сплав на алюминиевой основе системы Al-Mg-Si, который дополнительно легирован марганцем, кальцием и содержит по меньшей мере один металл из группы, включающей медь, цирконий и хром, следующего химического состава (мас.%):
Магний - 0,3-1,2
Кремний - 0,3-1,7
Марганец - 0,15-1,1
Кальций - 0,002-0,1
по меньшей мере один металл, выбранный из группы, включающей
Медь, цирконий и хром - 0,02-0,9
Алюминий - Остальное [2]
Этот сплав не склонен к межкристаллитной коррозии. Недостатком указанного сплава является недостаточно высокая прочность, что не позволяет использовать его в силовых элементах транспортного машиностроения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является сплав 6056 системы Al-Mg-Si-Cu-Zn, дополнительно легированный марганцем, следующего химического состава (мас.%):
Магний - 0,6-1,2
Кремний - 0,7-1,3
Медь - 0,5-1,1
Цинк - 0,1-0,7
Марганец - 0,4-1,0
Цирконий - 0,07-0,2
Железо - <0,5
Указанный сплав не склонен к коррозионному растрескиванию, а также к межкристаллитной и расслаивающей коррозии. Недостатком сплава являются пониженные прочностные свойства, что делает нецелесообразным применение его для силовых элементов самолетных конструкций (обшивки и стрингерного набора фюзеляжа). Наличие анизотропии пластических характеристик и пониженной технологической пластичности не позволяет применять этот сплав для изготовления автомобильных корпусных деталей сложного рельефа. Этот сплав широко используется главным образом в виде прессованных профилей и панелей, в строительных конструкциях.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание сплава с высоким уровнем прочности и пластичности, в сочетании с высоким сопротивлением всем видам коррозии, включая межкристаллитную коррозию, для авиационной техники и других видов транспортного машиностроения.

Для решения этой задачи предлагается сплав на основе алюминия, содержащий магний, кремний, медь и цинк, отличающийся тем, что он дополнительно содержит никель, по крайней мере один элемент из группы, содержащей скандий и церий, и по крайней мере один элемент из группы, содержащей хром, титан, марганец, цирконий, при следующем соотношении компонентов (мас.%):
Магний - 0,7-1,4
Кремний - 0,6-1,2
Медь - 0,6-1,4
Цинк - 0,01-0,8
Никель - 0,005-0,5
по крайней мере один элемент из группы, содержащей
Скандий - 0,005-0,4
Церий - 0,005-0,2
и по крайней мере один элемент из группы, содержащей
Хром - 0,01-0,3
Титан - 0,01-0,3
Марганец - 0,01-0,5
Цирконий - 0,005-0,2
Алюминий - Остальное
Дополнительное введение никеля и по крайней мере одного элемента из группы, содержащей скандий и церий, в предложенный состав сплава, обеспечивает получение в листах высокой прочности, пластичности, высокого сопротивления межкристаллитной и расслаивающей коррозии и отсутствие склонности к коррозионному растрескиванию.

Повышение прочности и сопротивления всем видам коррозии обеспечивается за счет гетерогенизации структуры с равномерным по объему расположением зерен образовавшихся дисперсных интерметаллидов алюминия с никелем, скандием и церием. Повышение пластичности и сопротивления межкристаллитной коррозии достигается в результате нейтрализации церием примесей железа, изменяя иглообразную форму железосодержащих интерметаллидов в округлую, и измельчения зеренной структуры.

Введение по крайней мере одного элемента из группы, содержащей хром, титан, марганец, цирконий, позволяет измельчить зеренную структуру, что приводит к дополнительному повышению прочности и пластичности.

Из предложенного сплава могут быть изготовлены обшивка и стрингерный набор фюзеляжа самолетов, включая широкофюзеляжные транспортные и пассажирские, сварные конструкции железнодорожных вагонов, легковых и грузовых автомобилей и другие изделия. Предложенный сплав может применяться для изготовления речных и морских судов, а также гидросамолетов, учитывая высокую коррозионную стойкость.

Пример осуществления
Из сплавов, химический состав которых приведен в табл.1, отливали слитки диаметром 70 мм. Плавка металла осуществлялась в электрической печи. После гомогенизации из слитков прессовались полосы сечением 15•65 мм. Заготовки из полос прокатывали на листы толщиной 4 мм в горячую, затем - в холодную до толщины 2,2 мм. Свойства холоднокатаных листов после закалки с охлаждением в воде и искусственного старения приведены в табл.2.

Как видно из полученных результатов, предложенный состав сплава позволил повысить прочность, пластичность при сохранении высокого сопротивления межкристаллитной коррозии (МКК), высокого сопротивления коррозионному растрескиванию σ_КР) и расслаивающей коррозии (РСК). Аналогичные результаты получены на прессованных полуфабрикатах, на поковках и штамповках.

Применение заявленных сплавов в виде листов, плит, прессованных профилей и панелей, поковок и штамповок для обшивки и внутреннего силового набора фюзеляжа самолетных конструкций, конструкций автомобильного и железнодорожного транспорта, речных и морских судов, включая обшивки и стрингерный набор, лонжероны, топливные баки и другие, позволяет снизить трудоемкость их изготовления за счет применения сварки и повысить надежность эксплуатации изделий.

Список литературы
1. Патент США 4589932.

2. Патент РФ 2163939.

3. Труды Международной конференции по алюминиевым сплавам - ICAA 7, Шарлоттесвил, США, 2000, с.1613-1618.

Формула изобретения

1. Сплав на основе алюминия, содержащий магний, кремний, медь и цинк, отличающийся тем, что он дополнительно содержит никель, по крайней мере один элемент из группы, содержащей скандий и церий, и по крайней мере один элемент из группы, содержащей хром, титан, марганец, цирконий, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Магний - 0,7 - 1,4
Цинк - 0,01 - 0,8
Кремний - 0,6 - 1,2
Никель - 0,005 - 0,5
Медь - 0,6 - 1,4
и по крайней мере один элемент из группы, содержащей, мас.%:
Скандий - 0,005 - 0,4
Церий - 0,005 - 0,2
и по крайней мере один элемент из группы, содержащей, мас.%:
Хром - 0,01 - 0,3
Марганец - 0,01 - 0,5
Титан - 0,01 - 0,3
Цирконий - 0,005 - 0,2
Алюминий - Остальное
2. Изделие из сплава на основе алюминия, отличающееся тем, что оно выполнено из сплава следующего состава, мас.%:
Магний - 0,7 - 1,4
Цинк - 0,01 - 0,8
Кремний - 0,6 - 1,2
Никель - 0,005 - 0,5
Медь - 0,6 - 1,4
и по крайней мере один элемент из группы, содержащей, мас.%:
Скандий - 0,005 - 0,4
Церий - 0,005 - 0,2
и по крайней мере один элемент из группы, содержащей, мас.%:
Хром - 0,01 - 0,3
Марганец - 0,01 - 0,5
Титан - 0,01 - 0,3
Цирконий - 0,005 - 0,2
Алюминий - Остальноео

РИСУНКИ

Рисунок 1