Деформируемый термически неупрочняемый сплав на основе алюминия

Изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым термически неупрочняемым алюминиевым сплавам, предназначенным для использования в виде деформированных полуфабрикатов в качестве конструкционного материала преимущественно для паяных конструкций теплообменников космических летательных аппаратов, получаемых методами высокотемпературной пайки. Сплав на основе алюминия содержит следующие компоненты, мас.%: марганец 0,3-0,6, магний 0,9-1,4, скандий 0,17-0,35, цирконий 0,05-0,12, титан 0,01-0,05, церий 0,0001-0,005, алюминий - остальное. Получается сплав, обладающий повышенной прочностью после высокотемпературной пайки, что позволяет снизить массу и габариты изготавливаемой конструкции. 1 табл.

 

Предлагаемое изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым термически неупрочняемым сплавам, предназначенным для использования в виде деформированных полуфабрикатов в качестве конструкционного материала преимущественно для паяных конструкций теплообменников космических летательных аппаратов, получаемых методами высокотемпературной пайки.

Известен деформируемый термически неупрочняемый сплав на основе алюминия АД1, применяемый для паяных конструкций, получаемых методами высокотемпературной пайки, содержащий не менее 99,3% алюминия (см. Справочник по алюминиевым сплавам под ред. В.И.Елагина - ВИЛС, 1978, с.54).

Однако существующий сплав имеет низкие прочностные свойства до и после пайки.

Известен деформируемый термически неупрочняемый сплав на основе алюминия, широко применяемый для паяных конструкций, получаемых методами высокотемпературной пайки, следующего химического состава (мас.%):

Марганец	1,0-1,6
Алюминий	остальное

(см. Промышленные алюминиевые сплавы. Справ. изд. / Алиева С.Г., Альтман М.Б., Амбарцумян С.М. и др. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Металлургия, 1984, с.29), прототип.

Недостатком известного сплава является низкая прочность после пайки. Предлагается деформируемый термически неупрочняемый сплав на основе алюминия, содержащий марганец, магний, скандий, цирконий, титан и церий при следующем соотношении компонентов (мас.%):

Марганец	0,3-0,6
Магний	0,9-1,4
Скандий	0,17-0,35
Цирконий	0,05-0,12
Титан	0,01-0,05
Церий	0,0001-0,005
Алюминий	остальное

Предлагаемый сплав отличается от известного тем, что он дополнительно содержит магний, скандий, цирконий, титан и церий и компоненты взяты в следующем соотношении (мас.%):

Марганец	0,3-0,6
Магний	0,9-1,4
Скандий	0,17-0,35
Цирконий	0,05-0,12
Титан	0,01-0,05
Церий	0,0001-0,005
Алюминий	остальное

Технический результат - повышение прочности сплава после высокотемпературной пайки, что позволит снизить массу и габариты паяной конструкции теплообменника космического летательного аппарата и, соответственно, повысить характеристики весовой отдачи летательного аппарата.

При предлагаемом содержании и соотношении компонентов в предлагаемом сплаве при распаде твердого раствора, зафиксированного при кристаллизации слитка, происходит образование вторичных мелкодисперсных интерметаллидов, содержащих в своем составе алюминий, скандий, цирконий и другие переходные металлы, входящие в состав сплава, упрочняющих сплав, и формирование в деформированном полуфабрикате нерекристаллизованной полигонизованной структуры, при этом матрица сплава, представляющая собой, в основном, твердый раствор марганца и магния в алюминии, упрочняется дополнительно по механизму твердорастворного упрочнения. Это позволяет повысить прочность сплава после высокотемпературной пайки.

Пример

Получили предлагаемый сплав из шихты, состоящей из алюминия А99, магния МГ95, двойных лигатур алюминий-марганец, алюминий-скандий, алюминий-цирконий, алюминий-титан и алюминий-церий. Сплав готовили в электрической плавильной печи и методом полунепрерывного литья отливали плоские слитки сечением 165×550 мм. Химический состав сплава приведен в таблице.

Слитки гомогенизировали, резали на мерные заготовки, фрезеровали до толщины 145 мм, после чего при 400°С прокатывали на стане горячей прокатки на листы толщиной 7 мм.

Из полученных таким образом листов толщиной 7 мм вырезали пластины, которые подвергали нагреву в вакуумной печи по режиму высокотемпературной пайки алюминиевых сплавов силуминовыми припоями, а именно: нагрев до 615°С, выдержка при этой температуре в течение 5-и минут, охлаждение с печью до 150°С, далее охлаждение на воздухе до комнатной температуры, после чего из этих пластин вырезали стандартные образцы, на которых проводили испытания при комнатной температуре с определением предела прочности при растяжении. Также проводили испытания сплава-прототипа, химический состав которого приведен в таблице.

Таблица
Сплав	Химический состав, мас.%
Марганец	Магний	Скандий	Цирконий	Титан	Церий	Алюминий
Предлагаемый	0,4	1,3	0,3	0,08	0,03	0,0005	остальное
Прототип	1,5	-	-	-	-	-	остальное

Испытания показали, что предел прочности листов из предлагаемого сплава после нагрева по режиму высокотемпературной пайки силуминовыми припоями составляет 180 МПа, предел прочности листов из сплава-прототипа после аналогичного нагрева составляет 115 МПа.

Таким образом, предлагаемый сплав имеет прочность после пайки в 1,3-1,6 раза выше, чем известный сплав-прототип. Это позволит на 25-30% снизить вес паяного теплообменника, изготавливаемого из предлагаемого сплава, что принципиально важно для изделий космической техники.

Деформируемый термически неупрочняемый сплав на основе алюминия, содержащий марганец, отличающийся тем, что он дополнительно содержит магний, скандий, цирконий, титан и церий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Марганец	0,3-0,6
Магний	0,9-1,4
Скандий	0,17-0,35
Цирконий	0,05-0,12
Титан	0,01-0,05
Церий	0,0001-0,005
Алюминий	Остальное