Сплав на основе алюминия
Изобретение относится к области металлургии легких сплавов, в частности сплавов на основе алюминия для изготовления кованых, прессованных и катаных полуфабрикатов, используемых в качестве конструкционного материала в изделиях авиастроения. Сплав содержит следующие компоненты, мас.%: цинк 6,35-7,2, магний 1,6-2,2, медь 0,8-1,2, цирконий 0,07-0,12, титан 0,01-0,05, бериллий 0,0001-0,05, молибден 0,01-0,03, церий 0,001-0,05, алюминий - остальное. Получают сплав, обладающий высокой технологичностью и имеющий повышенный уровень механических свойств, в частности пластичности и вязкости разрушения, а также позволяющий уменьшить количество несплошностей в готовых полуфабрикатах. 2 табл.
Изобретение относится к области металлургии легких сплавов, в частности сплавов на основе алюминия для изготовления кованых, прессованных и катаных полуфабрикатов, используемых в качестве конструкционного материала в изделиях авиастроения.
Известен сплав на основе системы алюминий-цинк-магний-медь следующего химического состава, мас.%:
| Цинк | 6,35÷8,0 |
| Магний | 0,5÷2,3 |
| Медь | 0,8÷3,0 |
| Железо | 0,06÷0,25 |
| Титан | 0,03÷0,1 |
| Цирконий | 0,07÷0,25 |
| Бериллий | 0,0001÷0,05 |
| Алюминий | Остальное |
(Авторское свидетельство СССР №1185878, МПК С22С 21/18, 1990, бюл. №44)
Недостатком сплава является малая технологичность в металлургическом производстве и, в частности, склонность к образованию интерметаллидов при литье слитков, низкие характеристики пластичности и вязкости разрушения в поперечных направлениях полученных из них полуфабрикатов.
Известен алюминиевый сплав системы алюминий-цинк-магюш-медь следующего химического состава, мас.%:
| Цинк | 6,35÷8,0 |
| Магний | 0,5÷2,5 |
| Медь | 0,8÷1,3 |
| Железо | 0,06÷0,25 |
| Кремний | 0,01÷0,20 |
| Цирконий | 0,07÷0,20 |
| Марганец | 0,001÷0,1 |
| Хром | 0,001÷0,05 |
| Титан | 0,03÷0,1 |
| Бериллий | 0,0001÷0,05 |
По крайней мере, один элемент из группы щелочноземельных металлов;
| Калий | 0,0001÷0,01 |
| Натрий | 0,0001÷0,01 |
| Кальций | 0,0001÷0,01 |
| Алюминий | Остальное |
(Патент РФ №2165995, МПК С22С 21/10, 2001, бюл. №12) - прототип.
Недостатком этого сплава является склонность к образованию интерметаллидов при литье слитков и несплошностей в виде расслоений в готовых полуфабрикатах и, как результат, низкая пластичность и вязкость разрушения в поперечных направлениях.
Предлагается алюминиевый сплав на основе алюминия системы алюминий-цинк-магний-медь следующего химического состава, мас.%:
| Цинк | 6,35÷7,2 |
| Магний | 1,6÷2,2 |
| Медь | 0,8÷1,2 |
| Цирконий | 0,07÷0,12 |
| Молибден | 0,01÷0,03 |
| Титан | 0,01÷0,05 |
| Бериллий | 0,0001÷0,05 |
| Церий | 0,001÷0,05 |
| Алюминий | Остальное |
Предлагаемый сплав отличается от прототипа тем, что он дополнительно содержит молибден и церий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Цинк | 6,35÷7,2 |
| Магний | 1,6÷2,2 |
| Медь | 0,8÷1,2 |
| Цирконий | 0,07÷0,12 |
| Титан | 0,01÷0,05 |
| Бериллий | 0,0001÷0,05 |
| Молибден | 0,01÷0,03 |
| Церий | 0,001÷0,05 |
| Алюминий | Остальное |
Достигаемый при использовании сплава технический эффект заключается в повышении комплекса механических свойств готовых термически упрочненных полуфабрикатов, в особенности пластичности и вязкости разрушения в поперечных направлениях. Природа этого явления заключается в том, что предлагаемый сплав меньше окисляется при плавке и литье слитков и меньше загрязнен окисью алюминия и магния. Кроме того, сплав не склонен к образованию первичных интерметаллидов, содержащих тугоплавкие металлы, вследствие комплексного легирования, обеспечивающего большую совместную растворимость тугоплавких металлов в жидком алюминии и благодаря уменьшению суммарного содержания легирующих компонентов в целом. Отсутствие первичных интерметаллидов позволяет повысить комплекс механических свойств, уменьшить количество несплошностей-расслоений, снижающих механические свойства полуфабрикатов, в особенности в поперечных направлениях. Все это вместе взятое уменьшает склонность сплава к образованию внутренних дефектов в полуфабрикатах.
Отсутствие интерметаллидов и малое количество несплошностей-расслоений способствует достижению высокого уровня механических свойств термически упрочненных полуфабрикатов.
ПРИМЕР.
Из известного и предлагаемого сплавов, химический состав которых приведен в таблице 1, полунепрерывным способом отливали слитки диаметром 835 мм.
| Таблица 1 | ||||||||||||||
| № п/п | Сплав | Zn | Mg | Cu | Zr | Ti | Mn | Cr | Be | К | Na | Ca | Mo | Се |
| 1 | Извес. | 6,6 | 2,01 | 1,1 | 0,16 | 0,07 | 0,05 | 0,03 | 0,0002 | 0,002 | 0,001 | 0,003 | - | - |
| 2 | Предл. | 6,8 | 1,98 | 1,0 | 0,10 | 0,03 | - | - | 0,0003 | - | - | - | 0,02 | 0,003 |
После гомогенизации при температуре 460-470°С в течение 24 часов слитки механически обрабатывали и после нагрева до температуры 380-420°С изготавливали поковки размером 220×·690×·3720 мм. Поковки проходили термическую обработку по режиму: закалка в воду после выдержки 270 минут при температуре 465°С и последующее двухступенчатое старение - 120°С, 12 часов +180°С, 6 часов.
Вязкость разрушения, прочностные и пластические свойства определяли в продольном, поперечном по ширине и толщине направлениях. Наличие внутренних дефектов оценивали методом ультразвукового контроля. Результаты испытаний приведены в таблице 2.
| Таблица 2 | |||||||
| № п/п | Сплав | Направление образцов | σв, МПа | σ0,2, МПа | δ, % | К1С, МПа√/м | Число дефектов, УЗК |
| Продольное | 501 | 455 | 8,2 | 47,1 | |||
| 1 | Известный | Поперечное по ширине | 497 | 458 | 7,7 | 46,0 | 207 |
| Поперечное по толщине | 450 | 433 | 4,1 | 41,2 | |||
| Продольное | 507 | 462 | 10,7 | 56,7 | |||
| 2 | Предлагаемый | Поперечное по ширине | 505 | 458 | 10,2 | 56,2 | 11 |
| Поперечное по толщине | 493 | 451 | 7,4 | 55,4 |
Исследование структуры слитков известного и предлагаемого сплава показало наличие интерметаллидов тугоплавких металлов в слитке известного сплава и практически их отсутствие в слитке предлагаемого сплава.
Из таблицы 2 следует, что поковка из предлагаемого сплава характеризуется более высокими характеристиками пластичности 5 и вязкости разрушения К1С, в особенности в поперечном по толщине направлении, а также меньшей анизотропией свойств.
Использование деформированных полуфабрикатов из предлагаемого сплава в качестве конструкционного материала в авиастроении позволит повысить надежность конструкции и увеличить срок службы авиационной техники.
Сплав на основе алюминия, содержащий цинк, магний, медь, цирконий, титан, бериллий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит молибден и церий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Цинк | 6,35÷7,2 |
| Магний | 1,6÷2,2 |
| Медь | 0,8÷1,2 |
| Цирконий | 0,07÷0,12 |
| Титан | 0,01÷0,05 |
| Бериллий | 0,0001÷0,05 |
| Молибден | 0,01÷0,03 |
| Церий | 0,001÷0,05 |
| Алюминий | Остальное |
