Состав присадочной проволоки
Владельцы патента RU 2265674:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") (RU)
Изобретение относится к области металлургии, а именно к сварочным материалам, и может быть использовано для сварки алюминиевых сплавов системы Al-Mg, Al-Mg-Li, Al-Zn-Mg-Cu. Предложен состав присадочной проволоки, содержащий магний, цирконий, скандий, бериллий, бор, марганец, алюминий, неодим и по крайней мере два элемента из группы, содержащей тербий, олово, ванадий. Технический результат - разработка материала присадочной проволоки, обеспечивающей повышение стойкости к расслаивающей коррозии и стойкости к образованию горячих трещин сварных соединений алюминиевых сплавов системы Al-Mg, Al-Mg-Li, Al-Zn-Mg-Cu. 2 табл.
Изобретение относится к технологии сварки, в частности к сварочным материалам, и может быть использовано для изготовления присадочной проволоки для сварки алюминиевых сплавов систем AI-Mg, AI-Mg-Li, Al-Zn-Mg-Cu.
Известен деформируемый сплав на основе алюминия, имеющий химический состав, мас.%:
| Магний | 3,9-4,9 |
| Титан | 0,01-0,1 |
| Бериллий | 0,0001 -0,005 |
| Цирконий | 0,05-0,15 |
| Скандий | 0,2-0,5 |
| Церий | 0,001-0,004 |
| Алюминий | Остальное |
Патент РФ № 2085607
Однако известный сплав, применяемый в качестве присадочного материала при сварке плавлением сплава системы Al-Zn-Mg-Cu (1913), не обеспечивает коррозионной стойкости сварных соединений, особенно при испытаниях на расслаивающую коррозию (РСК). РСК по шву, зоне термического влияния сварного соединения составляет 6-7 баллов.
Известен свариваемый коррозионностойкий алюминиевый сплав, содержащий, мас.%:
| Магний | 3,0-5,0 |
| Цирконий | 0,05-0,15 |
| Марганец | 0,05-0,12 |
| Титан | 0,01-0,2 |
| Скандий | 0,15 |
и/или
| Тербий | 0,005-0,15 |
и/или один элемент из
лантаноидов
| Кремний | ≤0,2 |
| Алюминий | Остальное |
Патент США 6258318
Применение проволоки из этого сплава в качестве присадочного материала при сварке плавлением сплава 1913 не обеспечивает достаточной стойкости к образованию горячих трещин и РСК. Критическая скорость деформации сварного соединения по пробе МВТУ им. Н.Э.Баумана составляет менее 1 мм/мин, РСК>6 баллов.
Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является сплав на основе алюминия, который может использоваться как присадочная проволока следующего химического состава, мас.%:
| Магний | 5,5-6,5 |
| Цирконий | 0,02-0,15 |
| Скандий | 0,2-0,3 |
| Бериллий | 0,0001-0,005 |
| Бор | 0,001-0,01 |
| Марганец | 0,5 -0,7 |
| Лантан | 0,1-0,2 |
| Алюминий | Остальное |
Патент РФ № 2148101
Причем ∑Sc+La=0,3-0,4
Недостатком сплава - прототипа является то, что использование его в качестве присадочной проволоки для сварки сплавов систем Al-Mg, Al-Mg-Li, Al-Zn-Mg-Cu, в частности сплава 1913 системы Al-Zn-Mg-Cu, не дает возможности повысить коррозионную стойкость сварного соединения. РСК по зоне термического влияния >6 баллов.
Технической задачей изобретения является разработка состава присадочной проволоки, обеспечивающей повышение стойкости к расслаивающей коррозии и к образованию горячих трещин сварных соединений алюминиевых сплавов системы Al-Zn-Mg-Cu, Al-Mg, Al-Mg-Li.
Для достижения поставленной технической задачи предлагается состав присадочной проволоки, содержащий: магний, цирконий, скандий, бор, бериллий, марганец, алюминий, в который дополнительно введены неодим и по крайней мере два компонента из группы, содержащей тербий, олово, ванадий, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Магний | 5,5-6,5 |
| Цирконий | 0,002-0,15 |
| Скандий | 0,1-0,3 |
| Бериллий | 0,0001-0,005 |
| Бор | 0,001-0,01 |
| Марганец | 0,2-0,4 |
| Неодим | 0,1-0,2 |
По крайней мере два компонента из группы:
| Тербий | 0,005-0,15 |
| Олово | 0,01-0,05 |
| Ванадий | 0,05-0,15 |
| Алюминий | остальное |
При заявленном содержании и соотношении компонентов в присадочном материале образуются вторичные выделения дисперсных частиц интерметаллидов, содержащих алюминий, скандий, неодим, тербий, ванадий. Интерметаллиды этих металлов, действуя как центры распада твердого раствора, изменяют расположение выделений цинковистых фаз (MgZn2AlnMgmZnp) по границам зерен и тем самым позволяют снизить склонность к расслаивающей коррозии по шву и зоне сплавления сварного соединения. Кроме того, комплексное легирование скандием, неодимом и, по крайней мере, двумя компонентами из группы, содержащей тербий, олово, ванадий при заявленном соотношении компонентов позволяет уменьшить температурный интервал хрупкости металла шва и снизить склонность к образованию горячих трещин при сварке плавлением алюминиевых сплавов систем Al-Mg, Al-Mg-Li, Al-Zn-Mg-Cu.
Примеры осуществления
В лабораторных условиях были выплавлены сплавы, состав которых приведен в таблице 1. Слитки после гомогенизации и механической обработки подвергались горячему прессованию на прутки диаметром 6 мм. Затем осуществлялось волочение с промежуточными отжигами до получения проволоки диаметром 2 мм. Оценивалась стойкость к РСК и образованию горячих трещин. Последний показатель определялся по методике МВТУ им. Н.Э.Баумана на установке ЛПТ1-6 с принудительной поперечной растягивающей деформацией образцов в процессе сварки, которая производилась с присадочной проволокой предлагаемого состава по режиму: Iсв=130A, Аргонно-дуговую сварку для коррозионных испытаний осуществляли автоматически (автомат АДСВ-7) с исследуемыми присадочными материалами по режиму Iсв=145А, Vсв=18 м/ч.
Как видно из таблицы 2, применение заявленного состава присадочной проволоки позволяет в два раза повысить стойкость к расслаивающей коррозии и трещиностойкость сварного соединения сплава 1913 системы Al-Zn-Mg-Cu примерно на 30%. Такие же свойства получены и в сварном соединении сплава Al-Mg-Li.
Применение предлагаемой присадочной проволоки позволит использовать высокопрочные и литийсодержащие алюминиевые сплавы в сварных конструкциях авиакосмической техники, повысить их эксплуатационную надежность и долговечность. Снизить вес изделия примерно на 15% (за счет замены клепаных соединений сварными).
| Таблица 1 | ||||||||||||
| Присадочная проволока | № состава п/п | Химический состав, мас.% | ||||||||||
| Mg | Zr | Sc | Be | В | Mn | Nd | Tb | Sn | V | Al | ||
| Предлагаемая | 1 | 5,5 | 0,002 | 0,1 | 0,0001 | 0,001 | 0,2 | 0,1 | 0,005 | 0,01 | 0,05 | Остальное |
| 2 | 6,5 | 0,15 | 0,3 | 0,005 | 0,01 | 0,4 | 0,2 | 0,15 | 0,05 | 0,15 | - | |
| 3 | 6,0 | 0,08 | 0,2 | 0,0025 | 0,005 | 0,35 | 0,15 | 0,08 | 0,025 | 0,08 | - | |
| 4 | 6,0 | 0,08 | 0,2 | 0,0025 | 0,005 | 0,35 | 0,15 | 0,08 | 0,025 | - | - | |
| 5 | 6,0 | 0,08 | 0,2 | 0,0025 | 0,005 | 0,35 | 0,15 | 0,08 | - | 0,08 | - | |
| 6 | 6,0 | 0,08 | 0,2 | 0,0025 | 0,005 | 0,35 | 0,15 | - | 0,025 | 0,08 | - | |
| Прототип | 7 | 6,0 | 0,08 | 0,25 | 0,0025 | 0,005 | 0,6 | La 0,1 | - | - | - | - |
| Таблица 2 | ||||
| Присадочная поволока | № состава п/п | Критическая скорость деформации, Vкр, мм/мин. | Расслаивающая коррозия, балл. | |
| Зона сплавления сварного соединения | Сварной шов | |||
| Предлагаемая | 1 | 4,0 | 3 | 4 |
| 2 | 3,6 | 4 | 3 | |
| 3 | 4,0 | 4 | 3 | |
| 4 | 3,85 | 4 | 3 | |
| 5 | 4,1 | 3 | 3 | |
| 6 | 3,85 | 3 | 3 | |
| Прототип | 7 | 2,75 | 7 | 6 |
Состав присадочной проволоки, содержащий магний, цирконий, скандий, бериллий, бор, марганец, алюминий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит неодим и по крайней мере два элемента из группы, содержащей тербий, олово, ванадий, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Магний | 5,5-6,5 |
| Цирконий | 0,002-0,15 |
| Скандий | 0,1-0,3 |
| Бериллий | 0,0001-0,005 |
| Бор | 0,001-0,01 |
| Марганец | 0,2-0,4 |
| Неодим | 0,1-0,2 |
по крайней мере два компонента из группы
| Тербий | 0,005-0,15 |
| Олово | 0,01-0,05 |
| Ванадий | 0,05-0,15 |
| Алюминий | Остальное |
