Сплав на основе алюминия
Владельцы патента RU 2313594:
Открытое Акционерное Общество "Корпорация ВСМПО-АВИСМА" (RU)
Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению сплавов на основе алюминия, предназначенных для изготовления штамповок, в частности штамповок дисков автомобильных колес. Сплав содержит следующие компоненты, мас.%: медь 0.8-2.2, магний 1.2-2.6, марганец 0.2-0.6, железо ≤0.25, кремний ≤0.20, цинк 5.0-6.8, титан ≤0.1, хром 0.08-0.17, цирконий 0.01÷0.12, бор 0.0008-0.005, водород (0,3-4,1)10-5, алюминий - остальное. Сплав обладает оптимальным сочетанием прочности и пластичности, которые гарантируют требуемый уровень эксплуатационных характеристик дисков автомобильных колес, снижение их массы в сочетании с высокой технологичностью при объемной штамповке, особенно изделий сложной формы. 2 з.п. ф-лы, 3 табл.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению сплавов на основе алюминия, предназначенных для изготовления штамповок, в частности штамповок дисков автомобильных колес.
Известны сплавы системы Al-Zn-Mg-Cu, например В95, В96ц1, которые используют для производства конструкционных штамповок. Однако сплавы обладают невысокой технологичностью при объемной штамповке, что не позволяет получать сложные по форме штамповки.
За прототип принят известный деформационный сплав 7075, содержащий следующие компоненты, мас.%:
| Медь | 1.2÷2.0 |
| Магний | 2.1÷2.9 |
| Марганец | <0.3 |
| Железо | <0.50 |
| Кремний | <0.40 |
| Цинк | 5.1÷6.1 |
| Титан | <0.20 |
| Хром | 0.18÷0.28 |
| Алюминий | остальное (ASTM B221M). |
К недостаткам данного сплава относится следующее:
- сплав обладает недостаточной пластичностью в литом состоянии и, естественно, склонностью к образованию трещин при литье;
- сплав содержит большое количество легирующих элементов и примесей (более 10%), что приводит к образованию грубых первичных нерастворимых интерметаллидов и, соответственно, снижает усталостные характеристики изделий.
Технической задачей настоящего изобретения является создание сплава с оптимальным сочетанием прочности и пластичности, которые гарантируют требуемый уровень эксплуатационных характеристик дисков автомобильных колес, снижение их массы в сочетании с высокой технологичностью при объемной штамповке, особенно изделий сложной формы.
Указанный технический результат достигается тем, что сплав на основе алюминия, содержащий медь, магний, марганец, железо, кремний, цинк, титан, хром, согласно изобретению дополнительно содержит цирконий, бор и водород при следующем соотношении компонентов, мас%:
| Медь | 0.8÷2.2 |
| Магний | 1.2÷2.6 |
| Марганец | 0.2÷0.6 |
| Железо | ≤0.25 |
| Кремний | ≤0.20 |
| Цинк | 5.0÷6.8 |
| Титан | ≤0.1 |
| Хром | 0.08÷0.17 |
| Цирконий | 0.01÷0.12 |
| Бор | 0.0008÷0.005 |
| Водород | (0,3-4,1)10-5 |
| Алюминий | остальное, |
при этом: Ti+Zr+Cr≤0.25%, Cu+Mg+Zn≤8.6%.
Добавка бора и циркония обеспечивает повышение технологичности сплава при деформации, особенно при осадке и объемной штамповке за счет формирования в слитках мелкозернистой однородной структуры. Наличие в сплаве менее 0.0008% бора приводит к формированию в слитках грубой, крупнозернистой структуры и, как следствие, снижению технологичности при деформации.
При содержании в слитках более 0.005% бора образуются скопления интерметаллидов TiB2, снижающие усталостные и пластические характеристики полуфабрикатов.
Присутствие в сплаве водорода способствует образованию гидридов титана, которые, являясь модификаторами, дополнительно измельчают структуру слитка.
При содержании в слитках циркония менее 0,01% в полуфабрикатах образуется неоднородная крупнокристаллическая рекристаллизованная структура, увеличивающая анизотропию свойств по сечению полуфабрикатов.
При содержании циркония более 0,12% появляются первичные интерметаллиды Al3(Zr,Ti), уменьшающие технологичность слитков при деформации и способствующие образованию внутренних дефектов.
Присутствие наряду с сильнейшим антирекристаллизатором цирконием в предлагаемом сплаве в небольших количествах титана и хрома, при их суммарном содержании (Zr+Ti+Cr), не превышающем 0,25%, способствует формированию в штамповках нерек-ристаллизованной структуры с минимальным количеством эвтектических составляющих и отсутствием первичных интерметаллидов переходных элементов с алюминием.
Снижение степени легированности сплава основными компонентами Cu, Mg и Ti (менее 8,6%) уменьшает вероятность образования грубых избыточных фаз и их отрицательное влияние на технологичность при деформации и пластические свойства штамповок.
Пример осуществления изобретения.
В промышленных условиях литейного цеха предприятия заявителя были отлиты опытные слитки алюминиевого сплава с химическим составом, приведенным в таблице 1.
| Таблица 1 | |||||||||||
| № сплава | Cu | Mg | Mn | Fe | Si | Zn | Ti | Cr | Zr | В | Н 10-5 |
| 1 | 2.2 | 2.6 | 0.6 | 0.25 | 0.2 | 5.0 | 0.1 | 0.08 | 0.01 | 0.0008 | 4,1 |
| 2 | 1.6 | 1.2 | 0.4 | 0.15 | 0.1 | 5.6 | 0.06 | 0.12 | 0.08 | 0.001 | 2,7 |
| 3 | 0.8 | 1.9 | 0.2 | 0.20 | 0.15 | 6.8 | - | 0.17 | 0.12 | 0.005 | 0,3 |
| 4 | 1.6 | 2.4 | 0.25 | 0.4 | 0.3 | 5.6 | 0.15 | 0.25 | - | - |
1-3 предложенный сплав, 4 - известный сплав.
Из слитков после гомогенизации при температурах 455-470°С в течение 20 часов и последующей обточки были изготовлены штамповки дисков автомобильных колес. Штамповки подвергали термической обработке по режиму:
- закалка от температур 465-475°С после выдержки 90 мин в воду с температурой 20-25°С,
- старение по режиму Т2 (I ступень 110-120°С, выдержка 5 часов, II ступень 165-175°С, выдержка 15 часов).
Технологическая пластичность, приведенная в таблице 2, определялась на образцах, отобранных от гомогенизированных слитков.
| Таблица 2. | |||
| № сплавов | Растяжение | Осадка, % | |
| δ,% | Ψ,% | ||
| 1 | 82,3 | 90,4 | 78 |
| 2 | 85,8 | 96,4 | 84 |
| 3 | 81,4 | 91,3 | 76 |
| 4 | 72,4 | 83,2 | 62 |
Комплекс механических свойств заявленного и известного сплава представлен в таблице 3.
| Таблица 3 | |||||
| № сплавов | σв | σ0,2 | δ | МЦУ, число циклов до разрушения | РСК, балл |
| МПа | % | ||||
| 1 | 518 | 442 | 11,4 | 1090 | 3 |
| 2 | 510 | 432 | 12,6 | 1100 | 4 |
| 3 | 525 | 456 | 10,8 | 1050 | 3 |
| 4 | 476 | 392 | 8 | 1000 | 4 |
Как видно из полученных и представленных результатов состав предложенного сплава позволяет повысить технологическую пластичность в 1,2-1,35 раза, пластичность в 1,35-1,6 раза при увеличении прочностных показателей более чем в 1,1 раза, сохранении коррозионных свойств и улучшении сопротивления усталости.
Использование предлагаемого сплава для производства штамповок, в том числе дисков автомобильных колес, позволит повысить технологичность их получения, а также надежность и работоспособность изделий в эксплуатации.
Предлагаемый сплав по сравнению с известным обладает оптимальным сочетанием прочности и пластичности, которые гарантируют требуемый уровень эксплуатационных характеристик дисков автомобильных колес, снижение их массы в сочетании с высокой технологичностью при объемной штамповке, особенно изделий сложной формы.
1. Сплав на основе алюминия, содержащий медь, магний, марганец, железо, кремний, цинк, титан, хром, отличающийся тем, что он дополнительно содержит цирконий, бор и водород при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Медь 0.8÷2.2
Магний 1.2÷2.6
Марганец 0.2÷0.6
Железо ≤0.25
Кремний ≤0.20
Цинк 5.0÷6.8
Титан ≤0.1
Хром 0.08÷0.17
Цирконий 0.01÷0.12
Бор 0.0008÷0.005
Водород (0,3-4,1)·10-5
Алюминий остальное
2. Сплав на основе алюминия по п.1, отличающийся тем, что сумма
Ti+Zr+Cr≤0,25%.
3. Сплав на основе алюминия по п.1, отличающийся тем, что сумма Cu+Mg+Zn≤8,6%.
