Сплав на основе алюминия

Авторы патента:

Каблов Евгений Николаевич (RU)

Григорьев Максим Викторович (RU)

Антипов Владислав Валерьевич (RU)

Сенаторова Ольга Григорьевна (RU)

Ткаченко Евгения Анатольевна (RU)

Вахромов Роман Олегович (RU)

C22C21/12 - с медью в качестве следующего основного компонента

Владельцы патента RU 2447173:

Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) (RU)

Предлагаемое изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано в авиакосмической промышленности и транспортном машиностроении. Сплав содержит следующие компоненты, мас.%: медь 3,50-4,50, магний 1,20-1,60, марганец 0,30-0,60, цирконий 0,01-0,15, серебро 0,01-0,50, железо 0,01-0,12, кремний 0,01-0,08, титан 0,01-0,06, скандий 0,01-0,20, кальций 0,001-0,05, по крайней мере, один элемент из группы, содержащей никель 0,005-0,05, гафний 0,01-0,10, при этом суммарное содержание Fe+Si≤0,15, при отношении Fe/Si≥1,2, алюминий - остальное. Технической задачей изобретения является создание сплава на основе алюминия с высоким уровнем прочности, трещиностойкости и усталостной долговечности. Применение предлагаемого сплава с улучшенными характеристиками позволит повысить ресурс и надежность элементов конструкции перспективных самолетов. 2 табл.

Предлагаемое изобретение относится к области цветной металлургии сплавов на базе системы Al-Cu-Mg, используемых в качестве основного конструкционного материала для основных элементов планера (обшивок и стингеров низа крыла, обшивок фюзеляжа и др.) и может быть использовано в авиакосмической промышленности и транспортном машиностроении.

Известен сплав на основе алюминия следующего химического состава, мас.%:

Медь	3,8-4,5
Магний	1,2-1,6
Марганец	0,40-0,80
Титан	0,01-0,07
Никель	0,01-0,05
Водород	2,7·10^-5-5,0·10^-5
Алюминий	Остальное

(патент РФ №2163941)

Недостатком известного сплава является пониженные значения сопротивления распространению трещин усталости, вязкости разрушения и усталостной долговечности.

Известен также сплав на основе алюминия следующего химического состава, мас.%:

Медь	3,0-4,2
Магний	1,0-2,2
Марганец	0,10-0,80
Титан	0,01-0,10
Цирконий	0,03-0,20
Ванадий	0,001-0,15
По крайней мере,
один элемент из группы:
Никель	0,001-0,25
Кобальт	0,001-0,25
Алюминий	Остальное

(патент РФ №2210614)

Недостатком известного сплава является недостаточный уровень прочностных характеристик.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является сплав на основе алюминия следующего химического состава, мас.%:

Медь	3,0-4,0
Магний	0,4-1,1
Марганец	≤0,9
Цирконий	≤0,25
Серебро	≤0,8
Цинк	≤1,0
Железо	≤0,5
Кремний	≤0,5
Алюминий	Остальное

Медь и магний присутствуют в сплаве в соотношении (Cu/Mg=3,6-4,5)

(патент РФ №2379366).

Недостатком известного сплава является недостаточно высокий уровень прочности при пониженных значениях характеристик трещиностойкости и усталостной долговечности.

Технической задачей изобретения является создание сплава на основе алюминия, сочетающего повышенный уровень прочности, трещиностойкости и усталостной долговечности.

Для решения поставленной технической задачи предлагается сплав на основе алюминия, содержащий медь, магний, марганец, цирконий, серебро, железо, кремний, отличающийся тем, что он дополнительно содержит титан, скандий, кальций и, по крайней мере, один элемент из группы: никель, гафний при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Медь	3,50-4,50
Магний	1,20-1,60
Марганец	0,30-0,60
Цирконий	0,01-0,15
Серебро	0,01-0,50
Железо	0,01-0,12
Кремний	0,01-0,08
Титан	0,01-0,06
Скандий	0,01-0,20
Кальций	0,001-0,05
По крайней мере, один элемент
из группы, содержащей
Никель	0,005-0,05
Гафний	0,01-0,10

при этом суммарное содержание Fe+Si≤0,15 мас.%,

при отношении Fe/Si≥l,2

Алюминий

Остальное

Введение скандия в присутствии марганца, циркония и серебра увеличивает плотность выделения вторичных дисперсных фаз различного стехиометрического состава, когерентности, морфологии и размера (Al₂₀Cu₃Mn₂, Al₃[Sc, Zr]), которые, помимо собственного эффекта упрочнения, способствуют созданию преимущественно нерекристаллизованной однородной структуры с повышенной прочностью, трещиностойкостью и долговечностью при переменных нагрузках. При искусственном старении указанные дисперсоиды дополнительно повышают прочность, положительно влияя на выделение из матрицы упрочняющих фаз: S (Al₂CuMg), Ω (Al₂(Cu, Ag)) и др.

Кальций взаимодействует с окисными пленами и водородом в жидком металле, снижает поверхностное натяжение, позволяет производить более эффективную фильтрацию и дегазацию и соответственно повышает степень чистоты сплава. Также кальций, образуя в расплаве мелкие интерметаллидные соединения с медью (CaCu₅), препятствует росту крупных развлетленных дендритных образований, способствуя модифицированию литой структуры.

Регламентация суммарного содержания Fe+Si≤0,15 мас.% при соотношении Fe/Si≥l,2 способствует повышению трещиностойкости и усталостной долговечности за счет ограничения объемной доли первичных грубых нерастворимых интерметаллидов кристаллизационного происхождения (Al₇Cu₂Fe, Al₁₅(Fe, Mn)₂Si₃, Mg₂Si и др.).

Дополнительное микролегирование как минимум одним элементом из группы никель, гафний способствует коагуляции и приданию компактной формы первичным нежелательным интерметаллидным фазам и повышению термостабильности твердого раствора, что способствует улучшению трещиностойкости, пластичности и коррозионной стойкости.

Установлено, что комплексное легирование вышеуказанными компонентами и регламентация содержания железа и кремния позволяют достигнуть в сплаве сочетание повышенного уровня прочности, трещиностойкости и усталостной долговечности.

Примеры осуществления:

Из сплавов, химический состав которых приведен в таблице 1, отливали полунепрерывным методом с охлаждением водой плоские слитки сечением 25×150×280 мм. Плавка выполнялась в электрической печи. После двухступенчатой гомогенизации слитки прокатывали вгорячую при температуре 360-420°C до толщины 6 мм, отжигали и прокатывали вхолодную до 2 мм. Холоднокатаные листы закаливали с температуры 485-500°C (выдержка 15-30 мин) в холодной (20-25°C) воде и подвергали правке растяжением со степенью деформации 1-4%.

Комплекс механических и усталостных свойств изучали на образцах, вырезанных из листов в состоянии Т (закалка, правка, естественное старение).

Механические свойства листов при растяжении (σ_в, σ_0.2, относительное удлинение 5) определяли по ГОСТ 1497-84 на образцах с шириной рабочей части 10-15 мм.

Скорость роста трещины усталости (dl/dN) определяли по ОСТ1 90268-84 на пластинах размером 200×600 мм с центральной прорезью при ΔK=31 МПа√M при следующих условиях усталостного нагружения: σ_max=100 МПа, R=0,1; f=5 Гц.

Вязкость разрушения (K_c ^y) определяли по ОСТ1 90356-84 на пластинах размером 200×600 мм при R=0,1; f=5 Гц.

Малоцикловую усталость (МЦУ) определяли по ГОСТ 25.502-91 на образцах с отверстием размером 30×200 мм при f=5 Гц, R=0,1, K_t=2,6.

Полученные результаты, приведенные в таблице 2, показывают, что предложенный сплав по сравнению с известным сплавом обладает улучшенными характеристиками прочности (на 7-13%), трещиностойкости (на 5-25%) и усталостной долговечности (15-35%).

Применение предлагаемого сплава с улучшенными характеристиками прочности, трещиностойкости и усталостной долговечности позволит повысить ресурс и надежность элементов конструкции перспективных самолетов.

Таблица 1
Химический состав предлагаемого сплава и сплава-прототипа, мас.%
Сплав	Cu	Mg	Mn	Zr	Ag	Fe	Si	Ti	Sc	Ca	Hf	Ni	Zn	Al
1	3,5	1,2	0,30	0,10	0,40	0,08	0,04	0,04	0,12	0,02	0,01	0,005	-	ост.
2	4,2	1,4	0,50	0,04	0,40	0,06	0,03	0,05	0,20	0,05	-	-	-	ост.
3	4,5	1,5	0,60	0,11	0,50	0,06	0,02	0,04	0,14	0,05	0,05	-	-	ост.
4	4,0	1,3	0,30	0,15	0,30	0,12	0,08	0,01	0,01	0,001	-	0,02	-	ост.
5	4,2	1,4	0,40	0,05	0,10	0,09	0,05	0,03	0,08	0,03	-	-	-	ост.
6	4,3	1,6	0,50	0,01	0,01	0,01	0,01	0,06	0,10	0,05	0,10	0,05	-	ост.
прототип	3,6	0,90	0,30	0,12	0,48	0,15	0,10	-	-	-	-	-	0,10	ост.

Таблица 2
Механические свойства листов из предлагаемого сплава и сплава-прототипа
Сплав	Предел прочности σ_в, МПа	Предел текучести σ_0.2, МПа	Относительное удлинение δ, %	Трешиностойкость	МЦУ долговечность, кцикл
Вязкость разрушения K_c ^y, МПа√м	Скорость роста трещин усталости dl/dN, мм/кцикл
1	470	310	25	74	1,5	140
2	480	330	23	73	1,6	145
3	485	340	24	75	1,5	150
4	460	320	20	71	1,7	120
5	465	315	23	74	1,6	130
6	470	330	21	73	1,5	140
Прототип	430	300	18	65	2,1	100

Сплав на основе алюминия, содержащий медь, магний, марганец, цирконий, серебро, железо, кремний, отличающийся тем, что он дополнительно содержит титан, скандий, кальций и, по крайней мере, один элемент из группы: никель, гафний при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Медь	3,50-4,50
Магний	1,20-1,60
Марганец	0,30-0,60
Цирконий	0,01-0,15
Серебро	0,01-0,50
Железо	0,01-0,12
Кремний	0,01-0,08
Титан	0,01-0,06
Скандий	0,01-0,20
Кальций	0,001-0,05

по крайней мере, один элемент из группы, содержащей

Никель	0,005-0,05
Гафний	0,01-0,10
Алюминий	Остальное

при этом суммарное содержание Fe+Si≤0,15 мас.%, при отношении Fe/Si≥1,2.

Изобретение относится к области металлургии металлических материалов с высокими антифрикционными и прочностными свойствами, используемыми при изготовлении подшипников скольжения.

Литейный сплав на основе алюминия и способ получения защитного покрытия на его поверхности // 2421536

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано в авиационной, машиностроительной и судостроительной промышленности. .

Лист из высоковязкого алюминиево-медно-литиевого сплава для фюзеляжа летательного аппарата // 2418088

Изобретение относится к прокатным, экструдированным или кованым изделиям из алюминиевых сплавов, а именно к листам, панелям фюзеляжа летательного аппарата, а также к конструктивным элементам, предназначенным для авиастроения, и может быть использовано в авиационно-космической промышленности.

Способ получения порошка квазикристаллического однофазного сплава al-cu-fe // 2370567

Изобретение относится к способам получения порошка квазикристаллических сплавов системы Al-Cu-Fe и может быть использовано для антифрикционных присадок, антипригарных покрытий, для создания износостойкого инструмента.

Способ получения покрытия из квазикристаллического сплава системы al-cu-fe // 2335574

Изобретение относится к способам получения квазикристаллических материалов, а именно к способам получения покрытий из квазикристаллических сплавов системы Al-Cu-Fe. .

Сплав на основе алюминия // 2333997

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к составам сплавов на основе алюминия, которые могут быть использованы в машиностроении. .

Способ изготовления гибких многослойных печатных плат // 2291598

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано при изготовлении гибких многослойных печатных плат, применяемых при конструировании радиоэлектронной техники.

Материал на основе алюминия // 2287600

Изобретение относится к металлургии, в частности к деформируемым сплавам на основе алюминия, и может быть использовано при получении изделий, работающих в широком диапазоне температур, до 350°С.

Деформируемый сплав на основе алюминия и изделие, выполненное из этого сплава // 2255132

Изобретение относится к области металлургии сплавов, в частности к деформируемым термически неупрочняемым свариваемым сплавам на основе системы Al-Mn. .

Литейный сплав на основе алюминия // 2247789

Изобретение относится к металлургии литейных сплавов на основе алюминия, предназначенных для применения в качестве высоконагруженных конструкционных материалов при производстве литых деталей в различных изделиях машиностроения.

Литейный сплав на основе алюминия // 2447174

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к литейным сплавам на основе алюминия, применяемым в авиационной технике и других отраслях машиностроения для нагруженных деталей внутреннего набора фюзеляжа, деталей управления, силовых кронштейнов и др

Высокопрочный алюминиевый сплав и способ его получения // 2451097

Изобретение относится к получению высокопрочных алюминиевых сплавов системы Al-Zn-Mg-Cu, предназначенных для изготовления прессованных, кованых и катаных полуфабрикатов

Продукт из al-cu-li сплава, пригодный для применения в авиации и космонавтике // 2481412

Изобретение относится к изделию из алюминиевого сплава для конструктивных элементов, имеющего химический состав, включающий в себя, в мас.%: Cu 3,4-5,0, Li 0,9-1,7, Mg 0,2-0,8, Ag 0,1-0,8, Mn 0,1-0,9, Zn 0,1-1,5 и один или более элементов, выбранных из группы, состоящей из: (Zr 0,05-0,3, Cr 0,05-0,3, Ti 0,03-0,3, Sc 0,05-0,4, Hf 0,05-0,4,), Fe<0,15, Si<0,5, обычные и неизбежные примеси и остальное - алюминий, и к способу изготовления изделия из этого сплава, изделия имеют баланс высокой прочности и высокой вязкости и используются в авиации и космонавтике

Способ получения алюминиево-медных лигатур // 2486271

Изобретение относится к металлургии и может быть применено для получения алюминиево-медных лигатур

Рекристаллизованные алюминиевые сплавы с текстурой латуни и способы их получения // 2492260

Изобретение относится к продуктам из алюминиевых сплавов и способам их изготовления

Антифрикционный сплав на основе алюминия // 2504595

Изобретение относится к металлургии литейных сплавов, в частности к антифрикционным сплавам на основе алюминия, работающим в условиях трения скольжения. Антифрикционный сплав на основе алюминия содержит основные компоненты в следующем соотношении, мас.%: кремний - 12-15, медь - 3-5, алюминий - остальное, и имеет структуру, содержащую кристаллы эвтектического кремния глобулярной формы размером от 2 до 8 мкм. Техническим результатом изобретения является повышение износостойкости сплава при трении скольжения. 3 пр.

Термостойкий сплав на основе алюминия и способ получения из него деформированных полуфабрикатов // 2534170

Изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым сплавам на основе алюминия, и может быть использовано при получении изделий, работающих в диапазоне температур до 350°С. Сплав содержит, мас.%: 0,6-1,5 Cu; 1,2-1,8 Mn; 0,2-0,6 Zr; 0,05-0,25 Si; 0,1-0,4 Fe; 0,01-0,3 Cr; Al остальное, при этом сплав содержит цирконий в своей структуре в виде наночастиц фазы Al3Zr с размером не более 20 нм, а марганец преимущественно образует вторичные выделения фазы Al20Cu2Mn3 с размером не более 500 нм в количестве не менее 2 об.%. Способ получения деформированного полуфабриката из упомянутого сплава включает приготовление расплава и получение литой заготовки путем кристаллизации расплава при температуре, не менее чем на 50°С превышающей температуру ликвидуса, деформирование литой заготовки в два этапа с промежуточным отжигом при 340-450°С при температуре, не превышающей 350°С, с получением промежуточного деформированного полуфабриката, отжиг полученного полуфабриката при температуре 340-450°С и его деформирование при комнатной температуре до получения готового деформированного полуфабриката и отжиг готового деформированного полуфабриката при температуре 300-400°С. Технический результат заключается в повышении прочности, термостойкости и электропроводности сплава на основе алюминия, а также деформированных полуфабрикатов в виде листов, прутков, проволоки, штамповок, труб, выполненных из него. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 6 пр., 8 табл., 3 ил.

Термостойкий электропроводный сплав на основе алюминия (варианты) и способ получения деформированного полуфабриката из сплава на основе алюминия // 2556179

Изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым наноструктурным сплавам на основе алюминия и способам их получения для изделий, работающих при повышенных температурах. Сплав на основе алюминия содержит компоненты при следующем их соотношении, мас.%: медь 0,5-0,85; марганец 0,5-0,95; бор 0,02-0,15; цирконий 0,1-0,5; скандий 0,02-0,15; железо 0,01-0,3; кремний 0,01-0,15, неизбежные примеси 0-0,1, из них каждого 0-0,03, алюминий - остальное. При этом бор присутствует в структуре сплава в виде наночастиц АlВ2, AlB12, боридов переходных металлов со средним размером не более 50 нм, при этом сплав имеет электропроводность выше 54% IACS и предел прочности (σв) после 400 часов нагрева при 250°С не менее 160 МПа. По второму варианту сплав содержит, мас.%: медь 0,9-2,0, марганец 1,0-1,6, бор 0,02-0,15; цирконий 0,1-0,5; скандий 0,02-0,15; железо 0,01-0,3; кремний 0,01-0,15, неизбежные примеси 0-0,1, из них каждой 0-0,03, алюминий - остальное, при этом бор присутствует в структуре сплава в виде наночастиц АlВ2, AlB12, боридов переходных металлов со средним размером не более 50 нм, при этом сплав имеет предел прочности после 400 часов нагрева при 250°С до 230-280 МПа. Способ включает приготовление расплава при температуре на 100°С выше температуры ликвидуса сплава, при этом легирующие компоненты вводят в расплав в виде лигатур, имеющих мелкокристаллическую структуру со средним размером наночастиц не более 1500 нм, кристаллизацию и деформацию при воздействии магнитноимпульсного поля и/или слабоимпульсного тока. Техническим результатом изобретения является повышение термостойкости и электропроводности сплава. 4 н. и 4 з.п. ф-лы., 2 табл., 1 пр.

Алюминий-медный сплав для литья // 2556247

Алюминий-медный сплав для литья, содержащий по существу нерастворимые частицы, которые занимают междендритные области сплава, и свободный титан в количестве, достаточном для измельчения зернистой структуры в литейном сплаве. Сплав содержит, мас.%: Cu 3,0-6,0 , Mg 0,0-1,5, Ag 0,0-1,5, Mn 0,0-0,8, Fe 0,0-1,5, Si 0,0-1,5, Zn 0,0-4,0, Sb 0,0-0,5, Zr 0,0-0,5, Со 0,0-0,5, свободный титан >0,15-1,0, нерастворимые частицы 0,5-20, Al и неизбежные примеси - остальное. Нерастворимые частицы занимают междендритные области сплава и содержат частицы диборида титана. Алюминий-медный сплав обладает высокой пластичностью и прочностью на разрыв, а также усталостной долговечностью. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 7 ил.

Высокопрочный алюминиевый литейный сплав // 2558807

Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к производству фасонных отливок из сплава на основе алюминия, применяемых в качестве нагруженных деталей, длительно работающих при температурах до 300°C в авиационной, автомобильной и других отраслях промышленности. Сплав содержит, мас. %: Cu 2,0-5,5, Mn 0,1-2,5, Cd 0,01-1,5, Si 0,01-1,0, Mg 0,01-0,9, Fe 0,01-1,0, по меньшей мере один элемент из группы: Ti 0,01-0,5, Zr 0,01-0,5, Y 0,001-0,5, In 0,001-0,5, Al - остальное. Техническим результатом изобретения является получение для сплавов данного типа высоких прочностных характеристик при комнатной и повышенной температурах, низкой горячеломкости, удовлетворительной жидкотекучести и линейной усадки. 2 пр., 2 табл.