Сплав на основе алюминия и изделие, выполненное из него
Владельцы патента RU 2337986:
Региональный общественный фонд содействия защите интеллектуальной собственности (RU)
Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе алюминия, и может быть использовано в машиностроении и других областях промышленности. Сплав и изделие, выполненное из него, содержат следующее соотношение компонентов, мас.%: цинк 4,4-9,0, магний 0,5-3,5, медь 0,01-1,2, железо до 0,35, кремний до 0,25, никель до 0,1 и/или кобальт до 0,1, хром до 0,35, ванадий до 0,15, титан до 0,15, бор до 0,03, кальций до 0,05, по крайней мере один элемент из группы: марганец до 0,8, цирконий до 0,25, скандий до 0,25, гафний до 0,25, алюминий - остальное, при этом соотношение Mg/Cu больше или равно 1,8. Повышают пластичность и свариваемость сплавов на основе алюминия, а также прочность и пластичность сварного соединения, что увеличивает ресурс и надежность работы изделий, расширяет их сортамент.2 н.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к области металлургии, в частности сплавам на основе алюминия, и может быть использовано в машиностроении и других областях промышленности.
Известен конструкционный сплав на основе алюминия, имеющий следующий химический состав, мас.%:
Цинк | 7-11 |
Магний | 2,5-4,0 |
Медь | 1,0-2,6 |
Цирконий | 0,1-0,3 |
Марганец | 0,2-1,2 |
Титан | 0,02-0,3 |
Бериллий | 0,05-0,3 |
Кобальт | 0,05-0,3 |
Ниобий | 0,005-0,2 |
По крайней мере один элемент, | |
выбранный | из группы: хром, |
бор, ванадий, вольфрам, кадмий, | |
железо, кремний 0,0001-0,3 каждого | |
Алюминий | остальное |
(Авторское свидетельство СССР №530919, С22С 21/18, опубл. 05.10.76).
Сплав обладает высокой прочностью, но недостаточной пластичностью, связанной с большим содержанием дисперсионно-твердеющих фаз. Кроме того, при изготовлении изделий из упомянутого выше сплава сваркой формируется большое количество трещин в зоне сварного шва, что значительно снижает прочность сварных соединений.
Наиболее близким к предложенному изобретению является сплав на основе алюминия, используемый в качестве конструкционного материала, по патенту РФ №2215807, опубликованному 10.11.2003 (кл. С22С 21/10), мас.%:
Цинк | 5,0-9,0 |
Магний | 0,3-3,0 |
Медь | 0,3-1,3 |
Цирконий | 0,05-0,3 |
Железо | 0,005-0,3 |
Кремний | 0,01-0,2 |
По крайней мере один элемент из группы: | |
Никель | 0,01-0,2 |
Кобальт | 0,01-0,2 |
При этом соотношение одного элемента из группы никель, кобальт к цирконию составляет не более 1, а сумма по крайней мере одного элемента из группы никель и кобальт с железом составляет не более 0,4.
Недостатком известного сплава является плохая свариваемость и низкие значения прочности и пластичности сварных соединений, являющихся следствием образования трещин при сварке в околошовной зоне.
Задачей изобретения является создание конструкционного сплава на основе алюминия, обладающего свойствами, позволяющими получать качественные сварные изделия.
Техническим результатом изобретения является повышение пластичности сплавов на основе алюминия и повышение их свариваемости за счет снижения трещинообразования в процессе сварки и повышения прочности и пластичности сварного соединения, что увеличивает ресурс и надежность работы изделий, расширяет их сортамент.
Технический результат достигается тем, что сплав на основе алюминия, содержащий цинк, магний, медь, железо, кремний, никель и/или кобальт, дополнительно содержит хром, ванадий, титан, бор, кальций и, по крайней мере один элемент из группы: марганец, цирконий, скандий, гафний, при следующем соотношении компонентов:
Цинк | 4,4-9,0 |
Магний | 0,5-3,5 |
Медь | 0,01-1,2 |
Железо | до 0,35 |
Кремний | до 0,25 |
Никель | до 0,1 |
и/или кобальт | до 0,1 |
Хром | до 0,35 |
Ванадий | до 0,15 |
Титан | до 0,15 |
Бор | до 0,03 |
Кальций | до 0,05 |
По крайней мере один элемент из группы: | |
Марганец | до 0,8 |
Цирконий | до 0,25 |
Скандий | до 0,25 |
Гафний | до 0,25 |
При этом соотношение Mg/Cu больше или равно 1,8
Задача также решается изделием, выполненным из вышеприведенного сплава.
В предлагаемом сплаве за счет выбора химического состава повышается пластичность металла в твердо-жидком состоянии, что уменьшает образование трещин при сварке, а образование сложных интерметаллидов, содержащих Cr, V, Ti, В, Са, способствует повышению пластичности и прочности сварных соединений, содержание этих элементов выше указанных пределов приводит к огрублению интерметаллических фаз и снижает пластичность сварного соединения. Добавка по крайней мере одного из элементов Mn, Zr, Sc, Hf затрудняет процесс укрупнения зеренной структуры при технологических нагревах сварных соединений и способствует стабильности механических свойств в эксплуатации изделий.
Все это повышает ресурс работы изделий, способствует повышению пластичности и прочности сварных соединений, расширяет сортамент изготавливаемых изделий из предлагаемого сплава.
Примеры.
Для сравнительного анализа были изготовлены листы толщиной 6 мм из сплава, принятого за прототип, и сплава предлагаемого химического состава.
Химический состав представлен в таблице 1. Оценивали склонность к горячим трещинам, определяли коэффициент трещинообразования по пробе «рыбий скелет», а также механические свойства сварных соединений как при сварке электронным лучом (ЭЛС), так и при автоматической аргоно-дуговой сварке (ААрДЭС). Сварку проводили после закалки и искусственного старения. Данные представлены в таблице 2.
Как видно, изобретение позволяет уменьшить трещинообразование при сварке в 6-8 раз, повысить прочность сварного соединения на 30-50%, а пластичность в 1,5-2 раза.
1. Сплав на основе алюминия, содержащий цинк, магний, медь, железо, кремний, никель и/или кобальт, отличающийся тем, что он дополнительно содержит хром, ванадий, титан, бор, кальций и по крайней мере один элемент из группы: марганец, цирконий, скандий, гафний при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Цинк | 4,4-9,0 |
Магний | 0,5-3,5 |
Медь | 0,01-1,2 |
Железо | до 0,35 |
Кремний | до 0,25 |
Никель | до 0,1 |
и/или кобальт | до 0,1 |
Хром | до 0,35 |
Ванадий | до 0,15 |
Титан | до 0,15 |
Бор | до 0,03 |
Кальций | до 0,05 |
по крайней мере один элемент из группы:
Марганец | до 0,8 |
Цирконий | до 0,25 |
Скандий | до 0,25 |
Гафний | до 0,25 |
Алюминий | остальное, |
при этом соотношение Mg/Cu больше или равно 1,8.
2. Изделие из сплава на основе алюминия, отличающееся тем, что оно выполнено из сплава по п.1.