Сплав на основе системы al-cu-li и изделие, выполненное из него



Сплав на основе системы al-cu-li и изделие, выполненное из него

 


Владельцы патента RU 2560481:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") (RU)

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокоресурсным деформируемым термически упрочняемым свариваемым алюминиевым сплавам пониженной плотности с высокими характеристиками вязкости разрушения и прочности, в частности системы Al - Cu - Li, используемым в качестве конструкционных материалов в изделиях авиакосмической техники. Сплав содержит, мас.%: медь 2,5-3,3; литий 0,6-1,6; магний 0,25-1,2; серебро 0,2-0,6; цирконий 0,05-0,13; цинк 0,01-0,8; церий 0,005-0,1; бериллий 0,00001-0,001; по крайней мере один элемент из группы, содержащей: кальций 0,001-0,05; титан 0,005-0,15; марганец 0,005-0,5; хром 0,01-0,2; ванадий 0,01-0,2; железо 0,01-0,05; кремний 0,01-0,12 и по крайней мере один элемент из группы, содержащей: скандий 0,01-0,11; никель 0,005-0,1; олово 0,0001-0,05; остальное алюминий. Техническим результатом изобретения является повышение вязкости разрушения, КСУ, предела прочности, σв, предела текучести, σ0,2, сплава, улучшение пластичности при холодной прокатке для получения тонких листов толщиной до 0,5 мм и свариваемости. 2 н.п. ф-лы, 1 пр., 2 табл.

 

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокоресурсным деформируемым термически упрочняемым свариваемым сплавам пониженной плотности системы Al - Cu -Li, с повышенной вязкостью разрушения, предназначенным для применения в качестве конструкционных материалов в авиакосмической технике. Из этого сплава изготавливаются такие изделия, как: обшивки фюзеляжа и крыла, как в сжатой, так и в растянутой зоне самолетных конструкций и различные элементы силового набора, работающих при температуре от +175°C до -70°C, сварные топливные баки для работы при температуре от +20°C до -253°C.

Известен сплав системы Al - Cu - Li (см. патент РФ №2163940. опубл. 10.03.2001) следующего состава (мас.%): медь 2,5-3,5; литий 1,5-1,95; цирконий 0,05-0,15; скандий 0,01-0,15; кальций 0,001-0,05; хром 0,01-0,3; водород 1,5·10-5-5,0·10-5; по крайней мере один элемент из группы, содержащей: магний 0,01-0,6; титан 0,005-0,009; бор 0,0002-0,007; марганец 0,005-0,6; ванадий 0,01-0,15; церий 0,005-0,2; железо 0,01-0,5 и по крайней мере один элемент из группы, содержащей: цинк 0,01-0,8; олово 0,005-0,1; никель 0,005-0,15; бериллий 0,0001-0,2; натрий 0,0003-0,001; остальное алюминий. Однако листы из этого сплава характеризуются пониженной вязкостью разрушения ( К С У = 47 51 МПа√м на образце шириной 100 мм) и значительной анизотропией свойств, обусловленные грубыми выделениями упрочняющих фаз Al2CuLi на границах зерен и субзерн. Этот сплав преимущественно находит применение в виде горячекатаных плит толщиной 40-80 мм в термоупрочненном состоянии.

Известен также сплав системы Al - Cu - Li (см. патент FR 2894985. опубл. 22.06.2007) следующего состава (мас.%): медь 2,1-2,8; литий 1,1-1,7; серебро 0,1-0,8; магний 0,2-0,6; марганец 0,2-0,6; железо и кремний не более 0,1; остальное алюминий. Этот сплав характеризуется достаточно высокой вязкостью разрушения до 68-73 МПа√м (на образцах шириной 100 мм). Однако этот сплав имеет пониженные характеристики прочности (σв не более 440 МПа) и технологической пластичности при прокатке листов, что обеспечивает изготовление листов толщиной не менее 3-5 мм. Поэтому сплав может иметь ограниченное применение в обшивке фюзеляжа самолета.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является сплав системы Al - Cu - Li (см. патент FR 2889542. опубл. 09.02.2007) с высокой вязкостью разрушения для панелей фюзеляжа самолета следующего химического состава при выполнении соотношения Cu+5/3Li<5,2 (% по массе): медь 2,7-3,4; литий 0,8-1,4; магний 0,2-0,6; серебро 0,1-0,8, по крайней мере один элемент из группы, содержащей цирконий 0,05-0,13; титан 0,05-0,15; марганец 0,05-0,8; гафний 0,05-0,5; хром или скандий 0,05-0,3; алюминий остальное. Сплав обладает повышенными прочностными свойствами и характеристиками вязкости разрушения. Однако листы из этого сплава изготавливаются толщиной только более 3,2 мм, что ограничивает области применения в обшивке самолетов и вертолетов. Кроме того, высокая температура и длительность нагрева перед горячей прокаткой (520°C, 20 ч) приводит к сильному окислению поверхности заготовок и понижению качества поверхности листов. Защита от окисления потребует применение плакировки, что снизит усталостные характеристики.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание сплава с повышенными характеристиками вязкости разрушения ( К С У ), предела прочности (σв), предела текучести (σ0,2), повышенной технологической пластичностью при холодной прокатке, обеспечивающей получение тонких листов (толщиной до 0,5 мм) и хорошей свариваемостью ( σ В С В / σ В О С Н . М Е где σ В О С Н . М Е - предел прочности основного металла, σ В С В - предел прочности сварного шва), а также изделие, выполненное из разработанного сплава.

Для достижения поставленного технического результата сплав на основе системы Al - Cu - Li, содержащий медь, литий, магний, серебро, дополнительно содержит цинк, цирконий, по крайней мере один элемент из группы, содержащей кальций, титан, марганец, хром, ванадий, церий, железо, кремний, и по крайней мере один элемент из группы, содержащей скандий, никель, бериллий олово, при следующем соотношении компонентов в мас.%: медь 2,5-3,3; литий 0,6-1,6; магний 0,25-1,2; серебро 0,2-0,6; цирконий 0,05-0,13; цинк 0,01-0,8; по крайней мере один элемента из группы, содержащей: кальций 0,001-0,05; титан 0,005-0,15; марганец 0,005-0,5; хром 0,01-0,2; ванадий 0,01-0,2; церий 0,005-0,1; железо 0,01-0,05; кремний 0,01-0,12 и по крайней мере один элемента из группы, содержащей: скандий 0,01-0,11; никель 0,005-0,1; бериллий 0,00001-0,001; олово 0,0001-0,05; алюминий остальное.

В предлагаемом изобретении заявлено также изделие из сплава на основе системы Al-Cu-Li, выполнено из сплава с вышеуказанным химическим составом.

В сплаве с указанным составом создано такое соотношение концентраций меди, лития и магния, которое обеспечивает его относительно низкую плотность и создание эффективных упрочняющих фаз. Суммарное содержание этих элементов в сплаве остается ниже предела растворимости, что позволяет избежать снижения уровня вязкости разрушения.

Положительное влияние на прочностные свойства достигается также за счет введения в сплав дополнительных легирующих элементов Zr, Sc, Mn, Cr, влияющих на степень рекристаллизации, величину зерна и технологические свойства при производстве полуфабрикатов. Введение этих элементов способствует формированию однородной мелкозернистой структуры в полуфабрикатах, повышению характеристик вязкости разрушения и улучшению свариваемости всеми видами сварки.

Введение серебра способствует созданию дополнительных упрочняющих фаз с медью и интенсифицирует упрочняющий распад пересыщенного твердого раствора при искусственном старении, обеспечивая повышение прочностных характеристик.

Добавка олова в сплавы, содержащие медь, значительно влияет на эффект упрочнения при старении за счет подавления образования зон ГП (Гинье-Престона) и ускорения образования метастабильных фаз.

Введение в сплав кальция снижает поверхностное натяжение, способствуя образованию более округлой формы выделившихся избыточных интерметаллидов, что повышает технологическую пластичность при холодной прокатке.

Бериллий при плавке, отливке слитков, при сварке и термической обработке защищает сплав от нежелательного окисления.

Титан, ванадий, железо, никель и церий способствуют повышению температуры рекристаллизации и формированию субзеренной структуры и дополнительному упрочнению сплава.

Примеры осуществления:

Сплавы, химический состав которых приведен в Таб.1, (состав сплава №1 соответствует прототипу, остальные сплавы №2-10 являются предлагаемыми) приготовлены в электрических печах сопротивления с использованием шамотно-графитового тигля. После полного растворения алюминия вводилась лигатура Al-Zr, чистая Cu, затем поочередно добавлялись алюминиевые лигатуры с выбранными элементами: Sc, Mn, Be, Ni, Ti, V, Fe, Si, Cr, Ce, далее вводились чистые легкоплавкие элементы Zn, Mg, Ca, Sn, Li, Ag. Из полученных сплавов отлиты слитки диаметром 70 мм. После гомогенизации слитков была изготовлена прессованная полоса сечением 12×60 мм. Далее из прессованных заготовок получали горячей прокаткой листы толщиной 4,0 мм, затем после предварительного отжига проводили холодную прокатку листов до толщины 1,5 мм. Листы подвергали закалке с охлаждением в воде, правке растяжением и искусственному старению.

Образцы из полученных листов испытывали при статическом растяжении с определением предела прочности, предела текучести, относительного удлинения, определяли характеристики вязкости разрушения ( К С У ). Технологическая пластичность оценивалась по уровню степени холодной деформации при холодной прокатке, при которой появлялись боковые трещины величиной более 10 мм (εКР).

Из Таб. 2 видно, что предлагаемый состав нового сплава превосходит известный сплав (прототип) по характеристикам вязкости разрушения ( К С У ) в 1,2-1,3 раз, по пластичности в 1,1-1,2 раз. Значения предела прочности и предела текучести нового сплава выше на 35-60 МПа и на 20-40 МПа, соответственно, значений известного сплава.

Свойства сварных соединений предложенного сплава после проведения автоматической аргоно-дуговой сварки приближаются к свойствам основного металла, при этом характеристика свариваемости σ В С В / σ В О С Н . М Е нового сплава в 1,2-1,25 раза выше, чем у прототипа.

Таким образом, предлагаемый сплав обеспечивает достижение поставленной цели - повышение характеристик пластичности и вязкости разрушения, и повышения технологической пластичности при холодной деформации, по сравнению с известными сплавами.

Новый сплав, сочетающий повышенные рабочие характеристики и пониженную плотность, позволяет изготавливать необходимую номенклатуру изделий на существующем промышленном оборудовании. Изделия из нового сплава (сварные топливные баки, различные элементы силового набора и обшивки фюзеляжа и крыла, как в сжатой, так и в растянутой зоне самолетных конструкций) будут обладать пониженной массой на 15-35%, повышенными надежностью и ресурсом эксплуатации, и расширенным диапазоном рабочих температур.

1. Сплав на основе системы Al - Cu - Li, содержащий медь, литий, магний, серебро, отличающийся тем, что он дополнительно содержит цинк, цирконий, церий, бериллий, по крайней мере один элемент из группы, содержащей кальций, титан, марганец, хром, ванадий, железо и кремний, и по крайней мере один элемент из группы, содержащей скандий и никель, олово, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

медь 2,5-3,3
литий 0,6-1,6
магний 0,25-1,2
серебро 0,2-0,6
цирконий 0,05-0,13
цинк 0,01-0,8
церий 0,005-0,1
бериллий 0,00001-0,001,

по крайней мере один элемент из группы, содержащей:
кальций 0,001-0,05
титан 0,005-0,15
марганец 0,005-0,5
хром 0,01-0,2
ванадий 0,01-0,2
железо 0,01-0,05
кремний 0,01-0,12

и по крайней мере один элемент из группы, содержащей:
скандий 0,01-0,11
никель 0,005-0,1
олово 0,0001-0,05
алюминий остальное

2. Изделие из сплава на основе системы Al - Cu - Li, отличающееся тем, что оно выполнено из сплава по п. 1.



 

Похожие патенты:

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.

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.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым наноструктурным сплавам на основе алюминия и способам их получения для изделий, работающих при повышенных температурах.

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.
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.

Изобретение относится к продуктам из алюминиевых сплавов и способам их изготовления. .
Изобретение относится к металлургии и может быть применено для получения алюминиево-медных лигатур. .
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.
Изобретение относится к получению высокопрочных алюминиевых сплавов системы Al-Zn-Mg-Cu, предназначенных для изготовления прессованных, кованых и катаных полуфабрикатов.

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.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к высокопрочным сплавам пониженной плотности с повышенной вязкостью разрушения на основе системы алюминий-медь-литий, и может быть использовано для изготовления элементов конструкций в авиакосмической промышленности, таких как лонжероны, балки, шпангоуты и т.д. Сплав содержит, мас.%: медь 3,5-4,5, литий 0,9-1,5, магний 0,01-0,6, серебро 0,05-0,7, цинк 0,05-0,8, цирконий 0,01-0,2, железо 0,01-0,1, кремний 0,01-0,1, марганец 0,01-0,5, кальций 0,001-0,25, по крайней мере, один элемент, выбранный из группы, включающей скандий 0,01-0,2, титан 0,01-0,2, церий 0,05-0,2, алюминий - остальное. Предпочтительно, соотношение содержания меди к литию составляет 2,5-4,0. Техническим результатом изобретения является создание сплава пониженной плотности на основе алюминия и изделия из него, обладающего высокими прочностными свойствами и вязкостью разрушения. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 пр., 2 табл.
Изобретение относится к области металлургии сплавов, в частности деформируемых термически упрочняемых алюминиевых сплавов системы Al-Cu-Mg-Ag, предназначенных для использования в качестве высокопрочных конструкционных материалов в авиационно-космической промышленности. Сплав содержит, мас. %: медь 4,0-5,5, магний 0,2-0,8, марганец 0,2-0,6, серебро 0,4-0,8, титан 0,05-0,2, хром 0,02-0,1, цирконий 0,05-0,2, ванадий <0,1, цинк <0,25, железо <0,1, кремний <0,1, алюминий - остальное. Техническим результатом изобретения является повышение уровня прочностных свойств алюминиевого сплава. 2 пр., 3 табл.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым наноструктурным сплавам на основе алюминия, содержащим медь и марганец, и может быть использовано для получения изделий, работающих при повышенных температурах. Сплав на основе алюминия содержит, мас. %: медь 0,5-2,0; марганец 0,3-1,6; цирконий 0, 1-0,5; бор 0,02-0,15; серебро 0,01-0,5; скандий 0,02-0,15; железо 0,01-0,3; кремний 0,01-0,35, неизбежные примеси до 0,1, из них каждой до 0,03, алюминий - остальное. Сплав имеет структуру, состоящую из алюминиевого твердого раствора и наночастиц вторичных алюминидов циркония и скандия, а бор присутствуют в структуре сплава в виде наночастиц AlB2, AlB12 со средним размером не более 50 нм. Сплав обладает повышенной термостойкостью, предел прочности (σв) после выдержки 250°C 400 часов составляет не менее 170 МПа, и электропроводностью не менее 55% IACS. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение может быть использовано при получении паяных конструкций из алюминия и его сплавов. Припой содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: кремний 8-13, медь 0,1-10, германий 1,5-8, железо 0,5-3, хром 0,1-2,1, марганец 0,5-3, кобальт 0,001-0,8, молибден 0,001-0,8, 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, алюминий остальное. Суммарное содержание меди и германия не превышает 14 мас.%. Отношение содержания железа к марганцу составляет 1:1. Отношение содержания хрома к железу составляет от 1:1 до 1:1,2. При вакуумной пайке припой дополнительно содержит магний в количестве 0,1-1 мас.%. Изобретение обеспечивает понижение температуры плавления припоя, повышение прочности паяных конструкций, что позволяет увеличить срок их службы. 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 3 пр.

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.

Изобретение относится к массивным изделиям из деформируемого алюминиевого сплава серии 2ххх. Изделие из алюминиевого сплава, полученное обработкой давлением и имеющее конечную толщину по меньшей мере 25,4 мм, выполнено из алюминиевого сплава, содержащего, в вес.%: от 3,00 до 3,80 Cu, от 0,05 до 0,35 Mg, от 0,975 до 1,385 Li, причем -0,3×Mg-0,15Cu+1,65≤Li≤-0,3×Mg-0,15Cu+1,85, от 0,05 до 0,20 Zr, от 0,20 до 0,50 Zn, от 0,10 до 0,50 Mn, вплоть до 0,12 Si, вплоть до 0,15 Fe, вплоть до 0,15 Ti, вплоть до 0,05 любой примеси, при сумме примесей, не превышающей 0,15, остальное - алюминий. Изобретение направлено на достижение улучшенного сочетания прочности и вязкости. 24. з.п. ф-лы, 3 пр., 14 табл., 22 ил.

Изобретение относится к порошковой металлургии. Способ получения порошка квазикристаллического материала системы Al-Cu-Fe включает перемешивание порошков алюминия, меди и железа при соотношении компонентов, соответствующем области существования квазикристаллической фазы сплава системы Al-Cu-Fe, нагрев полученной смеси в камере в бескислородной атмосфере с последующим измельчением спека до получения порошка заданной дисперсности. Нагрев смеси производят до температуры 600-700°С, обеспечивающей инициализацию экзотермического процесса самопроизвольного формирования квазикристаллической фазы сплава, при этом измеряют текущую температуру нагрева в камере и температуру нагрева смеси порошков. При превышении температуры смеси порошков над текущей температурой нагрева в камере проводят отжиг при температуре 800-1300°С с обеспечением стабилизации квазикристаллической фазы сплава по всему объему смеси порошков. Обеспечивается получение качественного порошка квазикристаллического материала. 5 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл, 4 пр.
Наверх