Деформируемый сплав на основе алюминия и изделие, выполненное из этого сплава

Изобретение относится к области металлургии сплавов, в частности к деформируемым термически упрочняемым, высокотехнологичным, коррозионно-стойким и свариваемым сплавам на основе системы Al-Mg-Si и изделиям из них. Предложенный сплав и изделие, выполненное из него, содержат следующие компоненты, мас.%: магний 0,3-1,2, кремний 0,3-1,7, марганец 0,15-1,1, кальций 0,05-0,5, натрий 0,0002-0,01, по меньшей мере, один металл, выбранный из группы, включающей медь, железо, цирконий и хром 0,02-1,0, алюминий - остальное. Техническим результатом изобретения является разработка деформируемого сплава на основе системы Al-Mg-Si и изделия, выполненного из этого сплава, обладающих повышенной технологичностью при холодной штамповке путем выдавки и улучшенной обрабатываемостью резанием. 2 н.п. ф-лы, 3 табл.

 

Изобретение относится к области металлургии сплавов, в частности к деформируемым термически упрочняемым, высокотехнологичным, коррозионно-стойким и свариваемым сплавам на основе системы Al-Mg-Si и изделиям, выполненным из этих сплавов, предназначенным для использования в авиации, строительстве, автомобильной и других отраслях промышленности, например для лопастей вертолетов, сварных баков, рам и кузовов автомобилей, подвесных нагруженных потолков, перегородок зданий, корпусов электромоторов, трубопроводов, переборок судов и т.д.

Известен деформируемый сплав на основе алюминия, содержащий в мас.%:

Магний 0,3-1,2

Кремний 0,2-1,2

Медь до 0,4

Цинк до 0,1

Марганец до 0,1

Железо 0,05-0,3

Стронций и/или кальций 0,02-0,05

Прочие (в сумме) до 0,15, при этом

каждого до 0,05

Алюминий остальное. (Патент Великобритании, кл. С 7 А, N 1430758, 1976 г.)

Сплав предназначен для изготовления прессованных полуфабрикатов с повышенным качеством поверхности. Недостатком сплава является его склонность при рекристаллизации к образованию крупного зерна, особенно на поверхности. Как следствие, это приводит к неоднородности механических свойств по сечению изделия, выполненного из него.

Наиболее близким к предложенному техническому решению является сплав на основе алюминия, содержащий компоненты в 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 (Патент РФ №2163939, МПК С 22 С 21/08, 1999 г.)

Недостатком известного сплава является недостаточно высокая технологичность при холодной штамповке путем выдавки и неудовлетворительная обрабатываемость резанием, что препятствует получению изделия сложной формы и снижает качество поверхности изделия.

Из известного сплава изготавливают катаные, кованные, штампованные и прессованные полуфабрикаты, которые применяют в состоянии Т (закалка и естественное старение) и в состоянии Т1 (закалка и искусственное старение).

Технической задачей изобретения является разработка деформируемого сплава на основе системы Al-Mg-Si и изделия, выполненного из этого сплава, обладающих повышеной технологичностью при холодной штамповке путем выдавки и улучшенной обрабатываемостью резанием.

Для достижения технической задачи предложен деформируемый сплав на основе алюминия, содержащий магний, кремний, марганец, кальций, и дополнительно содержащий натрий и по меньшей мере один металл, выбранный из группы, включающей медь, железо, цирконий и хром, при следующем соотношении компонентов в мас.%:

Магний 0,3-1,2

Кремний 0,3-1,7

Марганец 0,15-1,1

Кальций 0,05-0,5

Натрий 0,0002-0,01

По меньшей мере один металл,

выбранный из группы, включающей

медь, железо, цирконий и хром 0,02-1,0

Алюминий остальное, и изделие, выполненное из него.

В сплаве допускается наличие примесей не более в мас.%:

Титан 0,2

Цинк 0,7

Железо, цирконий, медь и хром относятся к группе переходных металлов. Для повышения прочностных свойств сплава и измельчения зерна при рекристаллизации вводят по меньшей мере один металл, выбранный из группы, включающей железо, цирконий, медь и хром. При содержании железа и, или меди и, или циркония и, или хрома менее нижнего предела положительного воздействия не проявляется, при содержании выше верхнего предела снижается пластичность сплава за счет появления первичных интерметаллидов.

Натрий в количестве 0,0002-0,01% совместно с кальцием в количестве 0,05-0,5% в сплаве системы Al-Mg-Si улучшает способность к формуемости при холодной штамповке и к обработке резанием. Наличие в сплаве натрия и кальция способствует измельчению зерна при рекристаллизации. При содержании Na и Са в сплаве соответственно ниже 0,0002% и 0,05% эффект воздействия практически не проявляется, а при содержании выше 0,01% и 0,5% снижаются пластические свойства, особенно при холодной штамповке.

Из сплава могут быть выполнены прессованные, катаные, кованные и штампованные полуфабрикаты, из которых можно получать топливные баки, рамы и различные детали кузова автомобилей, трубопроводы и т.д. При приготовлении предложенного сплава допускается применять вторичную шихту с привлечением отходов широкого ассортимента.

Формообразование изделия, например, из катаного полуфабриката преимущественно проводят из отожженного (М) или закаленного (Т) полуфабриката. Изделие применяют в состоянии Т и в состоянии Т1.

Пример, иллюстрирующий предложенное изобретение.

В табл.1 дан химический состав опробованных композиций предложенного и известного сплавов. При приготовлении композиций алюминий, магний, кальций, медь, натрий вводили в чистом виде, а железо, цирконий, кремний, хром и марганец в виде лигатуры. Плавка осуществлялась в электрической печи. Из слитков получены горячепрессованная полоса и холоднокатаный лист толщиной 1,5 мм. В таблице 2 и 3 приведены свойства полуфабрикатов из опробованных составов предложенного сплава в сопоставлении с известным в состояниях Т и Т1.

Как видно из данных табл.2 и 3, предложенный сплав в сравнении с известным характеризуется более высокой технологичностью при холодной штамповке и лучшей обрабатываемостью резанием при аналогичном уровне механических свойств. Предложенный сплав сваривается всеми видами сварки, нечувствителен к концентраторам напряжений, поэтому может соединяться путем сварки, клепки, болтовыми соединениями. Это позволяет рекомендовать предложенный сплав для использования в изделиях авиационной, строительной, автомобильной и других отраслей промышленности.

Таким образом, предлагаемый деформируемый сплав на основе алюминия может быть использован для изготовления различных изделий, например, для лопастей вертолетов, сварных баков, рам и кузовов автомобилей, подвесных нагруженных потолков, перегородок зданий, корпусов электромоторов, трубопроводов, переборок судов и т.д.

Таблица 1
Химический состав опробованных композиций сплавов
Сплав	№ сплава	Si	Mg	Mn	Са	Сu	Zr	Cr	Fe	Na	Аl
Известный	1	1,7	0,8	0,5	0,002	-	-	0,2	-	-	ОСТ
Предложенный	2	1,7	0,5	0,3	0,1	0,02	-	-	-	0,0008	ОСТ
	3	1,0	0,3	1,1	0,5	-	0,04	0,2	0,5	0,01	ОСТ
4	0,3	1,2	0,15	0,05	-	-	-	1,0	0,0002	ОСТ

Таблица 2
Свойства холоднокатаных листов из предложенного и известоного сплавов в состоянии Т
Сплав	№ сплава	Квыд., %	Класс чистоты (после фрезерования) Rz, мкм
Известный	1	29	20
Предложенный	2	42	12
	3	39	14
4	35	15

Таблица 3
Свойства полуфабрикатов из предложенного и известного сплавов в состоянии Т1 (поперечное направление)
Сплав	№ сплава	Полуфабрикат	Предел прочности, МПа	Предел текучести, МПа	Относительное удлинение, %
Известный	1	лист	333	270	13
Предложенный	2		330	268	14,1
	3		335	275	13,2
	4	341	270	13,8
Прес. полоса	378	285	13,5

1. Деформируемый сплав на основе алюминия, содержащий магний, кремний, марганец, кальций, отличающийся тем, что он дополнительно содержит натрий и по меньшей мере один металл, выбранный из группы, включающей медь, железо, цирконий и хром, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Магний 0,3-1,2

Кремний 0,3-1,7

Марганец 0,15-1,1

Кальций 0,05-0,5

Натрий 0,0002-0,01

по меньшей мере один металл, выбранный из группы, включающей

Медь, железо, медь, цирконий и хром 0,02-1,0

Алюминии Остальное

2. Изделие, выполненное из деформируемого сплава на основе алюминия, отличающееся тем, что оно изготовлено из сплава, содержащего в мас.%: магний 0,3-1,2, кремний 0,3-1,7, марганец 0,15-1,1, кальций 0,05-0,5, натрий 0,0002-0,01 и по меньшей мере один металл, выбранный из группы, включающей медь, железо, цирконий и хром 0,02-1,0, алюминий - остальное.