Свариваемый алюминиевый сплав для брони


 


Владельцы патента RU 2536120:

Каширин Вячеслав Федорович (RU)

Изобретение относится к металлургии алюминиевых полуфабрикатов, а именно к металлургии свариваемых алюминиевых сплавов системы алюминий - цинк - магний, и может найти применение при изготовлении гомогенных или слоистых броневых плит для броненесущих и бронекорпусных объектов. Cвариваемый алюминиевый сплав для брони содержит, мас. %: цинк 3,8-5,3; магний 1,2-2,0; марганец 0,91-1,3; хром 0,12-0,40; цирконий 0,07-0,15; медь 0,10-0,30; железо ≤0,35; кремний ≤0,35; ванадий 0,01-0,12; бор 0,01-0,12; никель ≤0,05; кальций ≤0,05; алюминий - остальное, при суммарном содержании цинка и магния 5,0-7,3 мас. % и отношении содержания цинка к содержанию магния 1,90-4,58. Техническим результатом является создание свариваемого алюминиевого сплава для брони, который обеспечивает при высокой коррозионной стойкости брони повышение уровня безопасных напряжений - σКР (сопротивление коррозионному растрескиванию), повышение сопротивления к образованию тыльных отколов. 1 пр.

 

Изобретение относится к металлургии алюминиевых полуфабрикатов, а именно к металлургии свариваемых алюминиевых сплавов системы алюминий - цинк - магний, и может найти применение при изготовлении гомогенных или слоистых броневых плит для броненесущих и бронекорпусных объектов.

Известен свариваемый алюминиевый сплав для брони, содержащий цинк, магний, марганец, хром, титан, цирконий, медь, железо, кремний, примеси и алюминий, который при суммарном содержании цинка и магния 6,4-7,4 мас % и отношении содержания цинка к содержанию магния 2,57-3,67 содержит компоненты при следующем соотношении, мас. %:

цинк 4,9-5,5
магний 1,5-1,9
марганец 0,2-0,5
хром 0,15-0,25
титан 0,03-0,10
цирконий 0,07-0,12
медь 0,10-0,20
железо ≤0,35
кремний ≤0,25
другие примеси ≤0,1
алюминий остальное

(RU 2349664, C21C 21/10, опубликовано 20.03.2003, RU 2371660, C21C 21/10, опубликовано 27.10.2009.)

Известный свариваемый алюминиевый сплав обладает высокими броневыми свойствами, обеспеченными содержанием цинка и магния и их соотношением. Однако в жестких условиях эксплуатации броневых конструкций при воздействии коррозионных сред и значительных растягивающих и/или знакопеременных нагрузок сварные соединения из известного свариваемого сплава не обладают достаточной коррозионной стойкостью, в частности, стойкостью к зарождению и распространению коррозионных трещин. Кроме того, при высоких прочностных свойствах броня из известного сплава склонна к образованию тыльных отколов при воздействии современных средств поражения. Это приводит к ограничению применения известного сплава в качестве брони: преимущественно в составе слоистой брони с дополнительной защитой от коррозии снаружи и тыльных отколов изнутри бронекорпуса.

Известен свариваемый алюминиевый сплав для брони, содержащий цинк, магний, марганец, хром, титан, цирконий, медь, железо, кремний, примеси и алюминий, который при суммарном содержании цинка и магния 5,8-7,8 мас. % и отношении содержания цинка к содержанию магния 1,95-4,2 содержит компоненты при следующем соотношении, мас. %:

цинк 4,5-5,5
магний 1,3-2,3
марганец 0,2-0,7
хром 0,12-0,40
титан 0,03-0,12
цирконий 0,07-0,15
медь 0,10-0,30
железо ≤0,35
кремний ≤0,35
примеси ≤0,05 каждая в отдельности
и ≤0,15 в сумме
алюминий остальное

(RU 2447392, опубликовано 10.04.2012.)

Данный алюминиевый сплав также не обладает достаточной коррозионной стойкостью, в частности, стойкостью к зарождению и распространению коррозионных трещин. Кроме того, при высоких прочностных свойствах броня из известного сплава склонна к образованию тыльных отколов при воздействии современных средств поражения. Это приводит к ограничению применения известного сплава в качестве брони: преимущественно в составе слоистой брони с дополнительной защитой от коррозии снаружи и тыльных отколов изнутри бронекорпуса.

Известен свариваемый алюминиевый сплав для брони, содержащий цинк, магний, марганец, хром, титан, цирконий, медь, железо, кремний, примеси и алюминий, который при суммарном содержании цинка и магния 5,8-7,8 мас.% и отношении содержания цинка к содержанию магния 1,95-4,2 содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%:

цинк 4,5-5,5
магний 1,3-2,3
марганец 0,2-0,7
хром 0,12-0,4
титан 0,03-0,12
цирконий 0,07-0,15
медь 0,10-0,30
железо ≤0,35
кремний ≤0,35

другие примеси

(кальций, натрий,

никель) ≤0,05 каждая в отдельности и ≤0,15 в сумме
алюминий остальное

(RU 2447392, опубликовано 10.04.2012.)

Данный алюминиевый сплав также не обладает достаточной коррозионной стойкостью, в частности, стойкостью к зарождению и распространению коррозионных трещин, склонен к образованию тыльных отколов при воздействии современных средств поражения.

Наиболее близким по составу компонентов является свариваемый алюминиевый сплав, содержащий цинк, магний, марганец, хром, цирконий, медь, железо, кремний, ванадий, бор, титан, другие элементы при следующем соотношении компонентов, мас.%:

цинк 3,5-6,0
магний 2-3,0
марганец 0,3-0,9
хром <0,4
цирконий <0,45
медь <0,3
железо <0,35
кремний <0,3
ванадий <0,15
бор <0,1
титан ≤0,2
другие элементы ≤0,05 и <0,15 в сумме
алюминий остальное

(CN 101914710 A, C22C 1/02, C22C 21/10, опубликовано 15.12.2010.)

Прочность броневых сплавов и, соответственно, бронестойкость изготовленных с их использованием гомогенной броневой плиты (выполненной из металла одного химического состава) возрастает с увеличением суммарного содержания основных легирующих компонентов (цинк + магний). Однако с ростом прочности сплава за счет такого легирования снижается его пластичность. Недостаток пластичности сплава проявляется в виде образующихся на плитах тыльных отколов при их испытаниях обстрелом.

В сплавах системы Al-Zn-Mg, предназначенных для изготовления гомогенной броневой плиты, суммарное содержание основных легирующих элементов (цинк и магний) не превышает 7-8 мас %, что соответствует твердости по Бринеллю 1500-1600 МПа (прочность σв=48-50 кг/мм2) и относительному удлинению (показатель пластичности) δ=6-8%. Такое сочетание прочности и пластичности обеспечивает максимальную бронестойкость сплавов системы Al-Zn-Mg при использовании их в качестве брони для защиты от пуль калибра 5,45-12,7 мм.

Увеличение калибра средства поражения требует повышения пластичности сплава и, следовательно, снижения уровня его легирования. Так, для защиты от снарядов калибра 20-30 мм показатель пластичности, обеспечивающий максимальный уровень бронестойкости, должен быть не менее 8-12%, что соответствует твердости 1300-1400 МПа.

Отличительной особенностью полуфабрикатов и, особенно, сварных соединений из сплавов системы Al-Zn-Mg является их повышенная склонность к коррозионному растрескиванию (КР) под действием растягивающих напряжений, особенно при повышенной коррозионной агрессивности окружающей среды.

Сопротивление коррозионному растрескиванию характеризуется максимально допустимым уровнем напряжений (σКР), при которых металл (сварное соединение) не подвергается разрушению при долгосрочном воздействии коррозионно-агрессивной среды.

Величина σкр, в основном, зависит от суммарного содержания основных легирующих элементов (∑Zn+Mg). Так, для плит из сплава 1903 (∑(Zn+Mg)среднее=7,4%) σКР=100 МПа; для плит из сплава 1903A (∑(Zn+Mg)среднее=6,9 мас %), а судя по химическому составу и для сплава 7039 (∑(Zn+Mg)среднее=6,8 мас %) σКР=250 МПа, а для сварных соединений соответственно 75 и 160 МПа.

Однако таких значений σКР недостаточно для обеспечения удовлетворительной эксплуатационной надежности сварных конструкций при их долгосрочной эксплуатации в коррозионно-агрессивных средах, т.к. остаточные напряжения в зоне сварных соединений плит толщиной 40 мм могут достигать величин более 160-180 МПа, а при наличии концентраторов напряжений они могут существенно возрастать. Вероятно, по этой причине неоднократные попытки использования плит из сплава 7039 (США) в качестве брони для плавающего бронетранспортера потерпели неудачу (из-за неудовлетворительной стойкости сварной конструкции - корпуса машины к коррозионному растрескиванию).

Целью изобретения и его техническим результатом является создание свариваемого алюминиевого сплава для брони, который обеспечивает при высокой коррозионной стойкости брони повышение уровня безопасных напряжений - σКР (сопротивление коррозионному растрескиванию), повышение сопротивление к образованию тыльных отколов как самих сплавов, так и сварных соединений.

Технический результат достигается тем, что свариваемый алюминиевый сплав для брони содержит цинк, магний, марганец, хром, цирконий, медь, железо, кремний, ванадий, бор, никель, кальций и алюминий, причем при суммарном содержании цинка и магния 5,0-7,3 мас % и отношении содержания цинка к содержанию магния 1,90-4,58 он содержит компоненты при следующем соотношении, мас. %:

цинк 3,8-5,3
магний 1,2-2,0
марганец 0,91-1,3
хром 0,12-0,40
цирконий 0,07-0.15
медь 0,10-0,30
железо ≤0,35
кремний ≤0,35
ванадий 0,01-0,12
бор 0,01-0,12
никель ≤0,05
кальций ≤0,05
алюминий остальное

Для обеспечения максимальной стойкости плит из сплава по и зобретению и его сварных соединений к коррозионному растрескиванию оптимальное суммарное содержание цинка и магния составляет около 6 мас.% при оптимальном отношении содержания цинка к магнию около 3,1.

Изобретение может быть проиллюстрировано следующим примером.

Броневые плиты из сплава по изобретению или слоистые плиты с использованием сплава для тыльного слоя броневой плиты изготавливают по стандартной технологии. Изготовление сплошной броневой плиты включает: отливку слитков, их гомогенизационый отжиг, порезку на слябы, горячую прокатку слябов на плиты заданной толщины, закалку, правку, искусственное старение плит на максимальную прочность (состояние T1), порезку плит на заданные размеры, проведение контрольных испытаний.

Для сравнительной оценки использовали гомогенные броневые плиты толщиной 40 мм и листы толщиной 3 мм из сплава 1903A и сплава по изобретению.

Исследования металлографических, механических и коррозионных характеристик сравниваемых сплавов показали преимущество сплава по изобретению, в том числе по вероятности образования тыльных отколов. Аналогичные результаты следует ожидать для сварных соединений сравниваемых сплавов (сварка проволокой свАМг6) без их термообработки после сварки.

Уровень безопасных напряжений σКР для известного сплава 1903А составляет 250 МПа, а для его сварного соединения - 160 МПа. Для сплава по изобретению уровень безопасных напряжений σКР следует ожидать на уровне 330 МПа, а для его сварного соединения - 210 МПа.

Таким образом, использование сплава по изобретению позволит повысить уровень броневых свойств плит на 5-6% за счет отсутствия тыльных отколов, а также уровень безопасных напряжений более чем на 30% как плит, так и сварных соединений с их использованием, что повышает бронестойкость и эксплуатационную надежность бронекорпусных объектов, особенно при их эксплуатации в регионах с повышенной коррозионной активностью окружающей среды.

Свариваемый алюминиевый сплав для брони, содержащий цинк, магний, марганец, хром, цирконий, медь, железо, кремний, ванадий, бор, никель, кальций и алюминий, отличающийся тем, что он содержит компоненты при следующем соотношении, мас. %:

цинк 3,8-5,3
магний 1,2-2,0
марганец 0,91-1,3
хром 0,12-0,40
цирконий 0,07-0,15
медь 0,10-0,30
железо ≤0,35
кремний ≤0,35
ванадий 0,01-0,12
бор 0,01-0,12
никель ≤0,05
кальций ≤0,05
алюминий остальное

при этом суммарное содержание цинка и магния составляет 5,0-7,3 мас.%, а отношение содержаний цинка и магния - 1,90-4,58.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к конструкционным элементам из алюминиевого сплава, в частности для аэрокосмической промышленности. Плита выполнена толщиной по меньшей мере 4 дюйма из алюминиевого сплава, который содержит: от 6,4 до 8,5 мас.% Zn, от 1,4 до 1,9 мас.% Mg, от 1,4 до 1,85 мас.% Сu, от 0,05 до 0,15 Zr, от 0,01 до 0,06 мас.% Ti, до 0,15 мас.% Fe, до 0,12 мас.% Si, остальное алюминий, сопутствующие элементы и примеси.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам производства труб осесимметричных штамповок диаметром до 200 мм из высокопрочных алюминиевых сплавов Al-Zn-Mg-Cu, легированных скандием и цирконием.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым алюминиевым сплавам, используемым в качестве высокопрочного конструкционного материала пониженной плотности разового применения.

Изобретение относится к активному материалу отрицательного электрода для электрического устройства, содержащему сплав с формулой состава SixZnyAlz, где каждый из х, y и z представляет массовое процентное содержание, удовлетворяющее: (1) x+y+z=100, (2) 26≤х≤47, (3) 18≤y≤44 и (4) 22≤z≤46.
Группа изобретений относится к изделиям из дисперсионно-твердеющего алюминиевого сплава. Изделие выполнено толщиной от 2 дюймов (50 мм) до 12 дюймов (305 мм) из сплава следующего химического состава, вес.%: Zn - от 3 до 11, Mg - от 1 до 3, Cu - от 0,9 до 3, Ge - от 0,03 до 0,4, Si - максимум 0,5, Fe -максимум 0,5, Ti - максимум 0,3, остальное - алюминий и обычные и/или неизбежные элементы и примеси.
Сплав на основе алюминия предназначен для изготовления деформированных полуфабрикатов в виде штамповок и труб для использования в газовых центрифугах, в компрессорах низкого давления, вакуумных молекулярных насосах и в других сильно нагруженных изделиях, работающих при умеренно повышенных температурах.

Изобретение относится к способу производства длинномерных, тонкостенных панелей и профилей, предназначенных для использования на железнодорожном транспорте. .
Изобретение относится к области металлургии, а именно к разработке новых сплавов и технологий получения из них листовых полуфабрикатов методами термической обработки и обработки давлением.

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к сплавам на основе алюминия, и может быть использовано при получении крупногабаритных отливок сложной формы, предназначенных для изготовления деталей ответственного назначения, в частности корпусов редукторов, применяемых в авиастроении.
Изобретение относится к алюминиевым сплавам, в частности к тем, из которых получают высокопрочный алюминиевый полуфабрикат, а также к способу получения таких алюминиевых полуфабрикатов.
Изобретение относится к металлургии протекторных сплавов на основе алюминия и может быть использовано при производстве протекторов для защиты от коррозии различных металлических сооружений и конструкций. Сплав содержит, мас. %: цинк - 4,0-6,0, марганец - 0,1-0,3, магний - 0,5-2,5, титан - 0,01-0,1, кальций - 0,005-0,01, алюминий - остальное при следующем ограничении содержания примесей: железо - не более 0,1, медь - не более 0,01, кремний - не более 0,1, водород - не более 0,35 см3/100г металла. Технический результат заключается в обеспечении высоких электрохимических характеристик и исключении опасности пассивации поверхности литых протекторов, изготовленных из предлагаемого сплава, а также повышении предела прочности на растяжение сплава. 1 табл.

Изобретение относится к металлургии, в частности к сплавам на основе алюминия, предназначенным для изготовления деформированных полуфабрикатов в виде штамповок и труб для использования в газовых центрифугах, в компрессорах низкого давления, вакуумных молекулярных насосах и в других сильно нагруженных изделиях, работающих при умеренно повышенных температурах. Сплав содержит, мас.%: цинк 8-10, магний 2,0-3,0, медь 1,6-2,6, скандий 0,12-0,25, цирконий 0,06-0,20, бериллий 0,0001-0,005, кобальт 0,05-0,15, никель 0,5-1,0, железо 0,45-0,95, алюминий - остальное, при этом отношение содержания цинка к содержанию магния находится в пределах 3,1-4,1. Техническим результатом изобретения является повышение прочности сплава при комнатной температуре и сопротивления ползучести при умеренно повышенных температурах до 60°С. 3 табл., 1 пр.

Изобретение относится к высоколегированным сверхпрочным сплавам на основе алюминия системы Al-Zn-Mg-Cu, предназначенным для применения в качестве конструкционного материала в авиационной и ракетной технике, в транспортных наземных средствах и в изделиях приборного машиностроения. Высокопрочный сплав на основе алюминия и изделие, выполненное из него, содержат следующие компоненты, мас.%: цинк 8,5-9,3, магний 1,6-2,1, медь 1,3-1,8, цирконий 0,06-0,14, марганец 0,01-0,1, железо 0,02-0,10, кремний 0,01-0,05, хром 0,01-0,05, бериллий 0,0001-0,005, водород 0,8·10-5-2,7·10-5 и по крайней мере один из элементов группы, содержащей титан 0,02-0,06, бор 0,001-0,01, алюминий - остальное. Суммарное содержание основных компонентов цинка, магния, меди не должно превышать 12,5-13,0%. Суммарное содержание переходных металлов циркония, марганца и хрома не должно превышать 0,25-0,30%. Соотношение железа к кремнию должно быть не менее 1,5. Техническим результатом настоящего изобретения является повышение прочностных характеристик и вязкости разрушения сплава. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 табл., 1 пр.

Изобретение относится к металлургии. Лигатуру алюминий-цирконий, технический алюминий и отходы загружают в центральную часть печного пространства с температурой 740-750°C. В расплав вводят лигатуру алюминий-бериллий при температуре 730-740°C, магний и цинк с температурой 710-730°C и после выдержки расплава 10-20 минут при температуре 710-730°C вводят медь, лигатуры алюминий-железо, алюминий-хром-магний. Осуществляют нагрев расплава до 720-740°C и перемешивание. За 15-25 минут до перелива расплав модифицируют лигатурой алюминий-титан в объеме 50% от расчетного количества. Перелитый в ковш расплав обрабатывают флюсом при температуре 710-730°C. Расплав из ковша переливают в миксер с предварительно загруженными и нагретыми до 750-770°C 20-40 минут лигатурами алюминий-титан в объеме 50% от расчетного количества и алюминий-титан-бор. Осуществляют вакуумную обработку 30-60 минут при температуре 710-730°C и остаточном давлении 1,3-2,0 кПа. Литье осуществляют с использованием фильтрующего элемента. Слиток охлаждают водой, подаваемой под давлением 100-150 кПа на широкие грани слитка, и под давлением 10-30 кПа - на узкие грани слитка. Обеспечивается получение слитков с однородной мелкой структурой, низким газосодержанием, равномерным распределением интерметаллидных фаз. 4 табл.

Изобретение относится к области цветной металлургии, в которой получают многокомпонентные металлические сплавы, содержащие алюминий, цинк и кремний. Способ включает размещение предварительно сформированной и содержащей соединения всех перечисленных выше элементов исходной сырьевой смеси во внутреннем объеме применяемого для ее переработки устройства. В устройстве генерируют физические поля, накладываемые на все зоны его полости, в которых находится перерабатываемая в сплав исходная сырьевая масса. С помощью этих физических полей производят восстановление составляющих этот сплав Al; Zn; Si, т.е. компонентов исходного рудного материала. При проведении указанной выше операции осуществляется соединение входящих в сырьевую смесь отдельных уже восстановленных фрагментов готового конечного продукта в целостное монолитное структурное образование, состоящее из самого сплава. При выполнении способа производят перемешивание сырьевого материала. Техническим результатом является возможность получения указанного сплава непосредственно из рудного сырья. 2 н.п. ф-лы, 5 ил., 3 пр.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к технологии термической обработки изделий из высокопрочных алюминиевых сплавов для использования в судостроении и конструкциях, эксплуатирующихся в морских условиях, авиакосмической технике, транспортном машиностроении. Способ термической обработки изделия из высокопрочного алюминиевого сплава системы Al - Zn - Mg - Cu, содержащего, мас.%: цинк 6,0-9,0, магний 1,6-2,6, медь 0,8-1,6, цирконий 0,07-0,15, железо 0,02-0,15, кремний менее 0,1, алюминий и неизбежные примеси - остальное, включает закалку и искусственное старение, содержащее стадии изотермического и неизотермического старения, при этом сначала проводят первую стадию изотермического старения при температуре 60-90°С в течение 10-24 ч, затем проводят первую стадию неизотермического старения путем нагрева изделия до температуры 160-195°С со скоростью 10-15°С/ч, после чего осуществляют вторую стадию изотермического старения при температуре 160-195°С в течение времени, определяемом из зависимости t=ln(473/T)/0,009, где t - время выдержки, ч, Т - температура выдержки, К, и вторую стадию неизотермического старения путем охлаждения с температуры 160-195°С до температуры 80°С со скоростью, определяемой по формуле V=ln(T/88,5)/0,0057, где V - скорость охлаждения, К/ч, Т - температура выдержки, К. Технический результат заключается в снижении склонности к расслаивающей, межкристаллитной и питтинговой коррозии, повышении однородности структуры и свойств в объеме изделия, получении изделий с повышенными прочностными и коррозионными характеристиками, в том числе для эксплуатации в морских условиях. 2 з.п. ф-лы, 2 табл., 1 пр.

Изобретение относится к получению изделий из алюминиевых сплавов 7ххх. Способ получения продуктов из деформируемого алюминиевого сплава 7ххх, содержащего 2,0-22 мас.% цинка и по меньшей мере 1,0 мас.% меди, включает приготовление изделия из алюминиевого сплава для послезакалочной холодной обработки давлением, холодную обработку давлением изделия на более чем 50% и термическую обработку с приданием формы во время этапа термической обработки, при этом упомянутое приготовление содержит этап закалки, а холодную обработку давлением и термическую обработку осуществляют для получения нерекристаллизованной микроструктуры, имеющей менее чем 50%-ю объемную долю зерен, имеющих разброс ориентации зерен не более 3°. Изобретение направлено на улучшение прочностных свойств сплавов 7ххх. 10 з.п. ф-лы, 3 пр., 17 табл., 31 ил.

Изобретение может быть использовано при получении паяных конструкций из алюминия и его сплавов. Припой содержит компоненты в следующем соотношении, мас. %: кремний 5-13, медь 4-7, цинк 4-7, никель 0,5-3, марганец 0,3-3, железо 0,3-3, по меньшей мере один элемент из группы, включающей стронций 0,001-0,2, бериллий 0,001-0,1, титан 0,001-0,1, натрий 0,001-0,2 и ванадий 0,001-0,2, остальное - алюминий. Отношение содержания железа к марганцу составляет от 1:1 до 1:1,1. Отношение содержания никеля к железу составляет не более 1:2. При вакуумной пайке припой дополнительно содержит магний в количестве 0,1-1 мас. %. При пайке с длительным термическим циклом припой дополнительно содержит, мас.%: кобальт 0,001-0,8 и молибден 0,001-0,8. Технический результат заключается в понижении температуры плавления припоя, повышении прочности и коррозионной стойкости получаемых паяных конструкций из алюминиевых сплавов, что обеспечивает повышение их срока службы. 2 з.п. ф-лы, 2 табл., 3 пр.
Наверх