Сплав на основе алюминия для изготовления конструкционной фольги, способ получения слитков из сплава на основе алюминия для изготовления конструкционной фольги и способ изготовления конструкционной фольги из сплава на основе алюминия
Изобретение относится к области металлургии цветных металлов и может быть использовано в металлургической, машиностроительной и авиационной промышленности, в частности для производства сотовых конструкций. Данный сплав содержит следующие компоненты, мас.%: магний 8-10, марганец 0,1-0,15, цирконий 0,15-0,2, кобальт 0,05-0,2, бор 0,005-0,007, бериллий 0,001-0,02, железо 0,15-0,2, кремний 0,15-0,2, титан 0,1-0,2, алюминий - остальное. Слиток для производства конструкционной фольги получен полунепрерывным литьем во вращающемся кристаллизаторе при объемном охлаждении 4-20 град/сек. Способ изготовления конструкционной фольги включает гомогенизацию, горячую прокатку, отжиг, холодную прокатку с последующим отжигом в воздушной атмосфере, повторную холодную прокатку с последующим отжигом и окончательную холодную прокатку. Техническим результатом изобретения является создание сплава и способа производства конструкционной фольги, которые обеспечивают повышенную прочность при комнатной и повышенной температурах, а также улучшают технологичность при прокатке. 3 н.п. ф-лы, 3 табл.
Изобретение относится к области металлургии цветных металлов и может быть использовано в металлургической, машиностроительной и авиационной промышленности, в частности для производства сотовых конструкций, где требуется достаточно высокая жесткость конструкций в сочетании с их легкостью.
Известен сплав на основе алюминия для производства конструкционной фольги, содержащий следующие компоненты, вес.%: магний 1,8-2,6, марганец 0,2-0,6, цирконий 0,05-0,15, бериллий 0,002-0,005, железо не более 0,4, кремний не более 0,4, титан не более 0,4, скандий 0,1-0,19, водород 0,0179774-0,035948, медь не более 0,1, цинк не более 0,2, алюминий - остальное (RU 2081933, С22С 21/06, опубл. 20.06.1997).
Данное техническое решение принято в качестве прототипа для заявленного сплава на основе алюминия для изготовления конструкционной фольги.
Из этого же источника известен способ получения слитков из сплава на основе алюминия для изготовления конструкционной фольги, который может быть принят за наиболее близкий аналог к заявленному способу получения слитков из сплава на основе алюминия для изготовления конструкционной фольги, включающий отливку слитков из сплава на основе алюминия, содержащего магний, марганец, цирконий, бериллий, железо, кремний и титан.
Из этого же источника способ изготовления конструкционной фольги из сплава на основе алюминия, включающий отливку слитков, гомогенизацию, горячую и холодную прокатку слитка из сплава на основе алюминия, содержащего магний, марганец, цирконий, бериллий, железо, кремний и титан.
Этот известный способ из RU 2081933 принят в качестве прототипа для третьего заявленного объекта - способа изготовления конструкционной фольги из сплава на основе алюминия.
Недостатками известного решения, используемого для изготовления фольги из сплава на основе алюминия, является то, что листы обладают недостаточной технологической пластичностью при холодной деформации, поэтому изделия, выполненные из этого сплава, недостаточно технологичны и требуют значительных трудозатрат при получении, например, стрингеров.
Фольга из этих сплавов находит широкое применение в авиационной и судостроительной промышленности и производится по следующей технологии: отливка слитков полунепрерывным литьем, прокатка фольги.
Основным недостатком известного сплава является низкая технологичность данного сплава при прокатке, что связано с нестабильностью твердого раствора, а также с наличием крупных интерметаллидных фаз, которые при соизмеримости с толщиной приводят к образованию дырчатости. Кроме того, предел прочности на фольге из данных сплавов не превышает 40 кг/мм, что не может удовлетворять современным требованиям, предъявляемым к изделиям новой техники.
Другим недостатком известного сплава является высокое содержание железа, невозможность повторного использования отходов производства для других целей: действительно, изготовление сверхтонких лент является очень сложной операцией, требующей большого количества сырья и сопровождающейся большим количеством отходов. Одним из способов устранения этого недостатка является использование для производства заготовок установки для непрерывного литья, например непрерывного литья между цилиндрами, что позволяет сразу же использовать обрезки и отходы непрерывного литья в качестве сырья для загрузки в печь установки. Это преимущество неразрывно связано с другими преимуществами непрерывного литья, в частности с высокой инвестиционной рентабельностью.
Так же недостатком известного способа является низкая технологичность при прокатке, что связано с нестабильностью твердого раствора, а также с наличием крупных интерметаллидных фаз, которые при соизмеримости с толщиной приводят к образованию дырчатости. Кроме того, предел прочности на фольге из данных сплавов не достаточен для требуемых целей по применению, что не может удовлетворять современным требованиям, предъявляемым к изделиям новой техники, особенно, если эти изделия авиационной или космической промышленности.
Поэтому данное изобретение направлено на решение технической задачи по созданию такого способа производства конструкционной фольги из сплава на основе алюминия, который обеспечил бы повышенную прочность при комнатной и повышенной температурах, а также улучшил технологичность при прокатке.
Достигаемый при этом технический результат заключается в улучшении технологичности при прокатке фольги и повышении уровня механических свойств на фольге при комнатной и повышенной температурах.
Указанный технический результат для первого объекта достигается тем, что сплав на основе алюминия для изготовления конструкционной фольги, содержащий магний, марганец, цирконий, бериллий, железо, кремний и титан, дополнительно содержит кобальт и бор, при следующем соотношении ингредиентов, вес.%:
| магний | 8-10 |
| марганец | 0,1-0,15 |
| цирконий | 0,15-0,2 |
| кобальт | 0,05-0,2 |
| бор | 0,005-0,007 |
| бериллий | 0,001-0,02 |
| железо | 0,15-0,2 |
| кремний | 0,15-0,2 |
| титан | 0,1-0,2 |
| алюминий | остальное |
Указанный технический результат для второго объекта достигается тем, что в способе получения слитков из сплава на основе алюминия для изготовления конструкционной фольги, включающем отливку слитков из сплава на основе алюминия, содержащего магний, марганец, цирконий, бериллий, железо, кремний и титан, сплав дополнительно содержит кобальт и бор при следующем соотношении ингредиентов, вес.%:
| магний | 8-10 |
| марганец | 0,1-0,15 |
| цирконий | 0,15-0,2 |
| кобальт | 0,05-0,2 |
| бор | 0,005-0,007 |
| бериллий | 0,001-0,02 |
| железо | 0,15-0,2 |
| кремний | 0,15-0,2 |
| титан | 0,1-0,2 |
| алюминий | остальное, |
отливку слитков осуществляют полунепрерывным литьем во вращающемся кристаллизаторе при объемном охлаждении 4-20 град/с.
Указанный технический результат для третьего объекта достигается тем, что в способе изготовления конструкционной фольги из сплава на основе алюминия, включающем отливку слитков, гомогенизацию, горячую и холодную прокатку слитка из сплава на основе алюминия, содержащего магний, марганец, цирконий, бериллий, железо, кремний и титан, сплав дополнительно содержит кобальт и бор при следующем соотношении ингредиентов, вес.%:
| магний | 8-10 |
| марганец | 0,1-0,15 |
| цирконий | 0,15-0,2 |
| кобальт | 0,05-0,2 |
| бор | 0,005-0,007 |
| бериллий | 0,001-0,02 |
| железо | 0,15-0,2 |
| кремний | 0,15-0,2 |
| титан | 0,1-0,2 |
| алюминий | остальное, |
отливку слитков осуществляют полунепрерывным литьем во вращающемся кристаллизаторе при объемном охлаждении 4-20 град/с, затем проводят гомогенизацию при температуре 480°С в течение до 10 ч, горячую прокатку при температуре 340-350°С до толщины 6 мм, отжиг при температуре 360-390°С в течение до 2 ч, холодную прокатку до толщины 3 мм с последующим отжигом при температуре 360°С в течение до 40 мин в воздушной атмосфере, повторную холодную прокатку до 800 мкм с последующим отжигом при температуре 310-330°С в течение до 30 мин и окончательную холодную прокатку до 100 мкм.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
В отношении заявленных объектов поставленная задача может быть достигнута тем, что:
1) в сплав на основе алюминия, содержащий магний, марганец, титан, кремний, железо, вводится кобальт, цирконий, бериллий, бор при следующем соотношении ингредиентов, вес.%:
| магний | 8-10 |
| марганец | 0,1-0,15 |
| цирконий | 0,15-0,2 |
| кобальт | 0,05-0,2 |
| бор | 0,005-0,007 |
| бериллий | 0,001-0,02 |
| железо | 0,15-0,2 |
| кремний | 0,15-0,2 |
| титан | 0,1-0,2 |
| алюминий | остальное |
2) отливку слитков из предлагаемого сплава следует производить во вращающемся кристаллизаторе при объемном охлаждении со скоростью 4-20 град/с.
Увеличение содержания магния позволит одновременно с увеличением уровня механических свойств понизить удельный вес сплава,
Уменьшение содержания марганца позволит уменьшить размер интерметаллидных фаз, что будет способствовать улучшению качества фольги за счет исключения дырчатости и улучшения технологичности при прокатке.
Добавка кобальта позволяет уменьшить параметр кристаллической решетки и тем самым повысить технологичность при прокатке.
Добавка циркония позволит вместе с бериллием повысить коррозионную стойкость, а совместно с кобальтом - жаропрочность.
Бор, являясь поверхностно-активным материалом, будет способствовать модификации избыточных фаз и соответственно более полному введению магния в твердый раствор, что будет способствовать повышению прочности и уменьшению количества В-фаэы, что положительно повлияет на коррозионную стойкость.
Для экспериментальной проверки предлагаемого изобретения было отлито 6 композиций сплава (табл.1) с получением слитков.
Отливка слитков осуществлялась во вращающемся кристаллизаторе в интервале скоростей 4-20 град/с. Затем после гомогенизации 480° - 10 час была проведена прокатка по схеме:
1) горячая прокатка 340-350°С до толщины 6 мм;
2) отжиг при 360-390°С - 2 ч;
3) холодная прокатка до толщины 3 мм;
4) отжиг 360°С - 40 мин - воздух;
5) холодная прокатка до 800 мкм;
6) отжиг при 310-330°С - 30 мин;
7) холодная прокатка до 100 мкм.
Настоящий способ был опробован, изготовлена фольга толщиной 100 мкм из сплава на основе алюминия следующего состава, вес.%:
| магний | 8-10 |
| марганец | 0,1-0,15 |
| цирконий | 0,15-0,2 |
| кобальт | 0,05-0,2 |
| бор | 0,005-0,007 |
| бериллий | 0,001-0,02 |
| железо | 0,15-0,2 |
| кремний | 0,15-0,2 |
| титан | 0,1-0,2 |
| алюминий | остальное |
Результаты испытаний представлены в таблицах 1 и 2 (в таблице 2 представлены результаты испытаний механических свойств фольги толщиной 100 мкм).
| Таблица 1 | |||||||||
| № хим. состава | Магний | Марганец | Кобальт | Цирконий | Бор | Бериллий | Титан | Железо | Кремний |
| 1 | 12 | 0,2 | 0,1 | 0,11 | 0,004 | 0,0009 | 0,075 | 0,15 | 0,15 |
| 2 | 10 | 0,2 | 0,1 | 0,15 | 0,005 | 0,001 | 0,1 | 0,15 | 0,15 |
| 3 | 9 | 0,15 | 0,05 | 0,12 | 0,07 | 0,015 | 0,15 | 0,15 | 0,15 |
| 4 | 8 | 0,15 | 0,12 | 0,2 | 0,01 | 0,02 | 0,2 | 0,15 | 0,15 |
| 5 | 7 | 0,1 | 0,2 | 0,3 | 0,08 | 0,03 | 0,3 | 0,15 | 0,15 |
| 6 | Извест. 5,5 | 0,3 | - | - | - | - | 0,15 | 0,15 | 0,15 |
| Таблица 2 | |||||||||
| № хим. состава | Предел прочности, МПа | Предел текучести, МПа | Относительное удлинение, % | ||||||
| 20°С | 300°С | 20°С | 300°С | 20°С | 300°С | ||||
| 1 | 480 | 160 | 330 | 120 | 6,0 | 18 | |||
| 2 | 626 | 350 | 556 | 292 | 4,0 | 6 | |||
| 3 | 594 | 338 | 514 | 283 | 4,5 | 6,2 | |||
| 4 | 573 | 324 | 517 | 281 | 4,7 | 6,4 | |||
| 5 | 550 | 316 | 482 | 265 | 5,1 | 7,0 | |||
| 6 | Извест. 402 | 165 | 281 | 124 | 2,0 | 16 |
В таблице 3 представлены результаты испытаний предлагаемого способа и сплава на технологичность при прокате.
| Таблица 3 | ||
| № хим. состава | Скорость охлаждения, град/с | Предельно допустимая степень деформации, % |
| 1 | 1 | Растрескиваются при горячей прокатке |
| 4 | ||
| 7 | ||
| 10 | ||
| 12 | ||
| 2 | 1 | Растрескиваются |
| 4 | 49 | |
| 7 | 53 | |
| 10 | 47 | |
| 12 | Потрещали | |
| 3 | 1 | Потрещали |
| 4 | 53 | |
| 7 | 52 | |
| 10 | 52 | |
| 12 | Растрескиваются | |
| 4 | 1 | Растрескиваются |
| 4 | 52 | |
| 7 | 52 | |
| 10 | 52 | |
| 12 | Растрескиваются | |
| 5 | 1 | Растрескиваются |
| 4 | 52 | |
| 7 | 52 | |
| 10 | 52 | |
| 12 | Растрескиваются |
Из приведенных в таблицах 1 и 2 данных следует, что предлагаемый способ производства конструкционной фольги позволяет значительно улучшить технологичность при прокатке фольги и повысить уровень механических свойств на фольге при комнатной и повышенной температурах.
1. Сплав на основе алюминия для изготовления конструкционной фольги, содержащий магний, марганец, цирконий, бериллий, железо, кремний и титан, отличающийся тем, что он дополнительно содержит кобальт и бор при следующем соотношении ингредиентов, вес.%:
| Магний | 8-10 |
| Марганец | 0,1-0,15 |
| Цирконий | 0,15-0,2 |
| Кобальт | 0,05-0,2 |
| Бор | 0,005-0,007 |
| Бериллий | 0,001-0,02 |
| Железо | 0,15-0,2 |
| Кремний | 0,15-0,2 |
| Титан | 0,1-0,2 |
| Алюминий | Остальное |
2. Способ получения слитков из сплава на основе алюминия для изготовления конструкционной фольги, включающий отливку слитков из сплава на основе алюминия, содержащего магний, марганец, цирконий, бериллий, железо, кремний и титан, отличающийся тем, что сплав дополнительно содержит кобальт и бор при следующем соотношении ингредиентов, вес.%:
| Магний | 8-10 |
| Марганец | 0,1-0,15 |
| Цирконий | 0,15-0,2 |
| Кобальт | 0,05-0,2 |
| Бор | 0,005-0,007 |
| Бериллий | 0,001-0,02 |
| Железо | 0,15-0,2 |
| Кремний | 0,15-0,2 |
| Титан | 0,1-0,2 |
| Алюминий | Остальное |
а отливку слитков осуществляют полунепрерывным литьем во вращающемся кристаллизаторе при объемном охлаждении 4-20 град/с.
3. Способ изготовления конструкционной фольги из сплава на основе алюминия, включающий отливку слитков, гомогенизацию, горячую и холодную прокатку слитка из сплава на основе алюминия, содержащего магний, марганец, цирконий, бериллий, железо, кремний и титан, отличающийся тем, что сплав дополнительно содержит кобальт и бор при следующем соотношении ингредиентов, вес.%:
| Магний | 8-10 |
| Марганец | 0,1-0,15 |
| Цирконий | 0,15-0,2 |
| Кобальт | 0,05-0,2 |
| Бор | 0,005-0,007 |
| Бериллий | 0,001-0,02 |
| Железо | 0,15-0,2 |
| Кремний | 0,15-0,2 |
| Титан | 0,1-0,2 |
| Алюминий | Остальное |
а отливку слитков осуществляют полунепрерывным литьем во вращающемся кристаллизаторе при объемном охлаждении 4-20 град/с, затем проводят гомогенизацию при температуре 480°С в течение до 10 ч, горячую прокатку при температуре 340-350°С до толщины 6 мм, отжиг при 360-390°С в течение до 2 ч, холодную прокатку до толщины 3 мм с последующим отжигом при температуре 360°С в течение до 40 мин в воздушной атмосфере, повторную холодную прокатку до 800 мкм с последующим отжигом при температуре 310-330°С в течение до 30 мин и окончательную холодную прокатку до 100 мкм.
