Сплав на основе алюминия и изделие, выполненное из него

Изобретение относится к области металлургии, а именно к сплавам на основе алюминия системы алюминий-медь-магний. Полуфабрикаты из этих сплавов используют в качестве конструкционных материалов для авиакосмической техники. Сплав и изделие, выполненное из него, содержат следующие компоненты, мас.%: медь - 3,8-5,5, магний - 0,3-1,6, марганец - 0,2-0,8, титан - 0,5·10-6-0,07, теллур - 0,5·10-5-0,1, по крайней мере, один элемент из группы, содержащей серебро - 0,2-1,0, никель - 0,5·10-6-0,05, цинк - 0,5·10-6-0,1, цирконий - 0,05-0,3, хром - 0,05-0,3, железо - 0,5·10-6-0,15, кремний - 0,5·10-6-0,1, водород - 0,1·10-5-2,7·10-5, алюминий - остальное. Техническим результатом изобретения является создание сплава, обладающего наряду с высокими характеристиками прочности, трещиностойкости и долговечности повышенной молниестойкостью. 2 н.п. ф-лы, 2 табл.

 

Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к сплавам на основе алюминия системы Al-Cu-Mg. Полуфабрикаты из этих сплавов используются в качестве конструкционных материалов для авиакосмической техники в виде обшивки и силового набора.

Известен сплав Д16ч, имеющий следующий химический состав (% по массе):

Медь3,8-4,9
Магний1,2-1,8
Марганец0,3-0,9
Железо≤0,3
Кремний≤0,2
Цинк≤0,1
Титан≤0,1
Никель≤0,05
АлюминийОстальное [ОСТ1 90048-90]

Известны также американские сплавы системы Al-Cu-Mg серии 2000, например сплав, имеющий следующий химический состав (% по массе):

Медь4,2-4,7
Магний1,3-1,8
Марганец0,8-1,3
Цирконий0,08-0,15
Цинк≤0,25
Титан≤0,15
Хром≤0,1
Железо≤0,15
Кремний≤0,12
Алюминийостальное [Патент США №4336075]

и сплав следующего химического состава (% по массе):

Медь3,8-4,5
Магний1,2-1,8
Марганец0,3-0,9
Железо≤0,15
Кремний≤0,15
Алюминийостальное [Патент США №5213639]

Известные сплавы и изделия из них, имея высокую прочность, пластичность, долговечность, вязкость разрушения, малую скорость роста усталостной трещины, в ряде случаев обладают недостаточной молниестойкостью. Эта характеристика для определенной группы изделий авиакосмической техники является определяющей.

Наиболее близким по химическому составу и назначению, принятым за прототип, является сплав на основе алюминия системы Al-Cu-Mg следующего химического состава (% по массе):

Медь3,8-4,5
Магний1,2-1,6
Марганец0,4-0,8
Титан0,01-0,07
Никель0,01-0,05
Водород2,7·10-5-5,0·10-5
АлюминийОстальное [Патент РФ №2163941]

Данный сплав обладает улучшенным сочетанием предела прочности, вязкости разрушения и скорости роста трещины усталости. Лист, изготовленный из этого сплава, обладает следующими свойствами: σв=460 МПа, Kcу=55 МПа√м, d(2l)/dN=1,1 мм/кцикл. Однако сплав обладает недостаточной молниестойкостью, что ограничивает его использование в качестве обшивки или силового набора в самолетах нового поколения.

Технической задачей настоящего изобретения является создание сплава, обладающего наряду с высокими характеристиками прочности, пластичности, трещиностойкости, долговечности повышенной молниестойкостью для конструкционного применения в авиакосмической технике в виде обшивки и силового набора.

Для решения поставленной технической задачи предложен сплав на основе алюминия, содержащий медь, магний, марганец, титан, отличающийся тем, что он дополнительно содержит теллур и по крайней мере один элемент из группы: серебро, никель, цинк, цирконий, хром, железо, кремний, водород, при следующем соотношении компонентов (% по массе):

Медь3,8-5,5
Магний0,3-1,6
Марганец0,2-0,8
Титан0,5·10-6-0,07
Теллур0,5·10-5-0,1
по крайней мере один элемент
из группы, содержащей
Серебро0,2-1,0
Никель0,5·10-6-0,05
Цинк0,5·10-6-0,1
Цирконий0,05-0,3
Хром0,05-0,3
Железо0,5·10-6-0,15
Кремний0,5·10-6-0,1
Водород0,1·10-5-2,7·10-5
Алюминийостальное

и изделие, выполненное из него.

Повышение молниестойкости как важной характеристики достигается дополнительным легированием теллуром.

Присутствие теллура вызывает образование химического соединения с алюминием, относящегося к полупроводникам F-типа с удельным электросопротивлением при комнатной температуре 5·10-3 Ом·м. Наличие в структуре предложенного сплава полупроводниковой фазы обеспечивает повышение молниестойкости сплава и изделия, выполненного из него.

Присутствие по крайней мере одного элемента из группы, включая серебро, никель, цинк, цирконий, хром, железо, кремний, водород обеспечивает повышение прочностных характеристик сплава - предела прочности и предела текучести.

Пример осуществления.

В лабораторных условиях были отлиты слитки 4 сплавов. Химические составы предложенного и известных сплавов приведены в таблице 1, где сплавы 1-7 являются примерами сплавов согласно изобретению, а сплав 8 является примером сплава-прототипа.

Из слитков путем прессования полосы и последующей горячей и холодной прокатки получали листы толщиной 2,5 мм. Прессование проводили при 430°С, а горячую прокатку - при 440-450°С. Листы разрезали на заготовки, которые закаливали с температуры 495-510°С в воде и старили при температуре 170-190°С в течение 12-20 ч. Из этих заготовок были изготовлены образцы для испытаний на молниестойкость и механические свойства. Результаты испытаний приведены в таблице 2.

Испытания на молниестойкость проводили в соответствии с методиками и нормами, принятыми в РФ, с параметрами разряда А+С, где А - импульс главного разряда, С - постоянная составляющая тока. Максимальное значение тока I=200 кА, переносимый заряд Q=20 Кл, длительность импульса 50 мкс.

Механические свойства листов при растяжении (предел прочности σв, предел текучести σ0,2, относительное удлинение δ) определяли по ГОСТ 1497-84 на образцах с шириной рабочей части 10-15 мм.

Скорость роста трещины усталости (d(2l)/dN) определяли по ОСТ1 90268-84 на пластинах размером 200×600 мм с центральной прорезью при ΔК=15,5 МПа√м при следующих условиях усталостного нагружения: σmax=100 МПа, R=0,1; f=5 Гц.

Вязкость разрушения Ксу определяли по ОСТ1 90356-84 на пластинах размером 200×600 мм при R=0,1; f=5 Гц.

Малоцикловую усталость (МЦУ) определяли по ГОСТ 25.502-91 на образцах с отверстием размером 30×200 мм при f=0,17 Гц, R=0, Kt=2,6.

Полученные результаты показывают, что предложенный сплав по сравнению с известным сплавом обладает практически одинаковыми характеристиками прочности, пластичности, трещиностойкости, долговечности. Однако по молниестойкости, определяемой по размеру повреждений со стороны удара молнии и сохранению прочности листов после удара молнии, предложенный сплав по сравнению с известным сплавом имеет превосходство на 20-25%.

Таким образом, применение предлагаемого сплава в качестве конструкционного материала для авиакосмической техники в виде обшивки и силового набора из листов обеспечивает значительное повышение молниестойкости.

Таблица 1

Химический состав сплавов (% по массе)
СплавCuMgMnTiТеAgNiZnZrCrFeSiНAl
13,80,30,20,5·10-60,5·10-5-0,5·10-6-----0,1·10-5ост.
24,00,50,20,010,7·10-5--0,5·10-6---0,5·10-6-ост.
34,40,70,40,0150,9·10-50,2--0,110,05---ост.
44,71,00,50,0350,05------0,051,4·10-5ост.
54,91,20,60,040,07---0,05-0,5·10-6--ост.
65,31,40,70,0650,08-----0,1--ост.
75,51,60,80,070,11,00,050,10,30,30,150,12,7·10-5ост.
83,91,20,50,03--0,02-----4,0·10-5ост.

Таблица 2

Механические свойства и молниестойкость
Сплавσв, МПаσ0,2, МПаδ, %Ксу, МПа√мd(2l)/dN, мм/кциклМЦУ, кциклРазмер повреждения со стороны удара молнии, ⊘ ммСохранение прочности, % на расстоянии от молниевого удара
0204060
мм
14654008601,07040728597100
24704058571,0683972,58697,5100
34804207,5561,06638,572,986,598100
44654157,5551,16538738798100
54704207551,16337,973,48798,5100
64754257551,16137,773,887,599100
74904257551,26037,5758899100
84604007551,2605060708090

1. Сплав на основе алюминия, содержащий медь, магний, марганец, титан, отличающийся тем, что он дополнительно содержит теллур и, по крайней мере, один элемент из группы: серебро, никель, цинк, цирконий, хром, железо, кремний, водород, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Медь3,8-5,5
Магний0,3-1,6
Марганец0,2-0,8
Титан0,5·10-6-0,07
Теллур0,5·10-5-0,1

по крайней мере, один элемент из группы, содержащей

Серебро0,2-1,0
Никель0,5·10-6-0,05
Цинк0,5·10-6-0,1
Цирконий0,05-0,3
Хром0,05-0,3
Железо0,5·10-6-0,15
Кремний0,5·10-6-0,1
Водород0,1·10-5-2,7·10-5
АлюминийОстальное

2. Изделие, выполненное из сплава на основе алюминия, отличающееся тем, что сплав имеет следующий химический состав, мас.%:

Медь3,8-5,5
Магний0,3-1,6
Марганец0,2-0,8
Титан0,5·10-6-0,07
Теллур0,5·10-5-0,1

по крайней мере, один элемент из группы, содержащей

Серебро0,2-1,0
Никель0,5·10-6-0,05
Цинк0,5·10-6-0,1
Цирконий0,05-0,3
Хром0,05-0,3
Железо0,5·10-6-0,15
Кремний0,5·10-6-0,1
Водород0,1·10-5-2,7·10-5
АлюминийОстальное



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к высокопрочным сплавам пониженной плотности на основе системы алюминий-медь-литий и может быть использовано в авиакосмической, судостроительной и автомобильной отраслях промышленности.

Изобретение относится к металлургии цветных металлов и может найти применение в литейном производстве при получении алюминиевых сплавов, например, для изготовления различных деталей в машиностроении, автомобилестроении и других областях техники.

Изобретение относится к металлургии, в частности к сплавам на основе алюминия системы Al-Mn, для производства тонких холоднокатаных листов, используемых для последующей холодной формовки в изделиях сложной формы, таких как сосуды, емкости, банки и др., в том числе сварные конструкции.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к Al-Li сплавам пониженной плотности, предназначенным для применения в качестве конструкционных материалов в авиакосмической технике.

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.

Изобретение относится к сплавам на основе эпюминия, предназначенным для применения в качестве конструкционного материала Сплав содержит (мас%) магний 5,0 - 6,0. .

Изобретение относится к литейным сплавам на основе алюминия, предназначенным для применения в качестве конструкционного материала. .

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к порошковым сплавам на основе алюминия, предназначенным для применения в качестве конструкционного материала.

Изобретение относится к литейным сплавам на основе алюминия, предназначенным для изготовления радиаторов отопительных систем. .

Изобретение относится к высокопрочным сплавам пониженной плотности на основе системы алюминий-медь-литий и может быть использовано в авиакосмической, судостроительной и автомобильной отраслях промышленности.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым сплавам на основе алюминия, предназначенным для применения в качестве конструкционного материала.

Изобретение относится к металлургии, в частности к жаропрочным деформируемым сплавам на основе алюминия, используемым в качестве конструкционного материала в греющихся частях летательных аппаратов, например в деталях двигателя или в элементах деталей обшивки сверхзвуковых самолетов.

Изобретение относится к металлургии, в частности к сплавам на основе алюминия системы Al-Mn, для производства тонких холоднокатаных листов, используемых для последующей холодной формовки в изделиях сложной формы, таких как сосуды, емкости, банки и др., в том числе сварные конструкции.

Изобретение относится к металлургии, в частности к деформируемым алюминиевым сплавам системы алюминий - медь - магний, предназначенным для применения в качестве конструкционного материала в аэрокосмической промышленности и машиностроении.

Изобретение относится к области металлургии, в частности, к деформируемым алюминиевым сплавам системы алюминий-медь-магний, предназначенным для применения в качестве конструкционного материала в авиации, автомобильной и транспортной промышленности, в том числе в сварных конструкциях.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым сплавам на основе алюминия, используемым в качестве конструкционного материала в греющихся частях летательных аппаратов.

Изобретение относится к сплавам на основе алюминия системы алюминий-медь-литий, используемым в качестве конструкционных материалов в авиакосмической технике. .

Изобретение относится к области металлургии, в частности к высокопрочным свариваемым сплавам пониженной плотности системы алюминий - медь - литий, и может быть использовано в авиакосмической технике.

Изобретение относится к сплавам на основе алюминия системы Аl-Cu-Mg-Li, используемым в качестве конструкционных материалов в авиакосмической технике. .

Изобретение относится к высокопрочным сплавам пониженной плотности на основе системы алюминий-медь-литий и может быть использовано в авиакосмической, судостроительной и автомобильной отраслях промышленности.
Наверх