Высокопрочный литейный свариваемый алюминиевый сплав

Авторы патента:

Автократова Елена Викторовна (RU)

Конкевич Валентин Юрьевич (RU)

Степанов Владимир Валерьевич (RU)

Предко Павел Юрьевич (RU)

Никитина Елена Владимировна (RU)

Молодцова Нина Ивановна (RU)

Маркушев Михаил Вячеславович (RU)

Фролов Вадим Анатольевич (RU)

Бекетов Андрей Борисович (RU)

C22C21/08 - с кремнием

Владельцы патента RU 2571544:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "МАТИ-Российский государственный технологический университет имени К.Э. Циолковского" (RU)

Изобретение относится к области металлургии и, в частности, к составу высокопрочных литейных алюминиевых сплавов, которые можно использовать для получения сварных конструкций. Высокопрочный литейный свариваемый алюминиевый сплав содержит, мас.%: кремний от 1,0 до 4,0, магний от 1,7 до 8,0, скандий от 0,1 до 0,5, кобальт от 0,3 до 0,6, титан и/или цирконий от 0,2 до 1,2, железо не более 0,4, алюминий остальное. При этом соотношение скандия к титану и/или цирконию составляет от 1,5 до 2,5, а отношение суммарного содержания магния и кремния к кобальту составляет от 8 до 14. Техническим результатом изобретения является повышение прочности сварных конструкций. 3 з.п. ф-лы.

Изобретение относиться к области металлургии и, в частности, к составу высокопрочных литейных алюминиевых сплавов, которые можно использовать для получения сварных конструкций.

Известен алюминиевый деформируемый сплав 01570С, содержащий следующие компоненты, масс.%: 5,5 магния, 0,34 марганца, 0,07 циркония, 0,03 хрома, 0,23 скандия, алюминий остальное. Сплав, за счет легирования скандием, обладает высокой прочностью (предел прочности около 400 МПа, в зависимости от вида полуфабриката), однако используется только в виде деформируемых полуфабрикатов (Ю.А.Филатов, А.Д.Половников «Структура и свойства деформированных полуфабрикатов из алюминиевого сплава 01570С системы Al-Mg-Sc для изделия РКК «Энергия» / Технология легких сплавов, М., ВИЛС, 2011, №2, стр.15-26) - аналог.

Известен литейный алюминиевый сплав ВАЛ16, содержащий 7,5-8,5% магния, 0,15-0,25% хрома, 0,1-0,15% циркония, 0,1-0,2% титана, 0,15-0,2% марганца, остальное - алюминий (Машиностроение энциклопедия, том II-3, справ, изд. под ред. И.Н. Фридляндер / М., Машиностроение 2001, стр.236, прототип).

Недостатком данного алюминиевого сплава является недостаточная прочность изделий (предел прочности около 300 МПа), поэтому при создании литосварных конструкций, состоящих из деформированных сплавов типа 01570С, 01570 и литейного сплава ВАЛ16, не удается обеспечить прочность сварных соединений на уровне прочности деформированных сплавов. Кроме того, вследствие высокого содержания магния, β-фаза (Al₃Mg₂) выделяется по границам зерен, способствует коррозионному растрескиванию, расслаивающей коррозии, что снижает срок службы сварных изделий.

В основу изобретения поставлена задача изменения состава алюминиевого сплава для повышения прочности и коррозионной стойкости литосварных конструкций из алюминиевых сплавов.

Поставленная задача решается тем, что в высокопрочном литейном свариваемом алюминиевом сплаве, содержащем кремний, магний, скандий, кобальт, по меньшей мере один металл из группы: титан, цирконий, марганец и РЗМ, железо, алюминий, содержатся компоненты при следующем соотношении, масс.%: кремний от 1,0 до 4,0, магний от 1,7 до 8,0, скандий от 0,1 до 0,5, кобальт от 0,3 до 0,6, по меньшей мере один металл из группы: титан, цирконий, марганец и РЗМ: от 0,2 до 1,2, железо не более 0,4, алюминий остальное, при этом соотношение скандия к по меньшей мере одному металлу из группы: титан и цирконий составляет от 1,5 до 2,5, а отношение суммарного содержания магния и кремния к кобальту составляет от 8 до 14, при этом может быть, что отношение магния к кремнию составляет не менее 1,73, отношение по меньшей мере одного металла из группы: титан и цирконий к скандию составляет от 0,1 до 0,5.

Поскольку в высокопрочном литейном свариваемом алюминиевом сплаве содержатся компоненты при следующем соотношении, масс.%: кремний от 1,0 до 4,0, магний от 1,7 до 8,0, скандий от 0,1 до 0,5, кобальт от 0,3 до 0,6, по меньшей мере один металл из группы: титан, цирконий, марганец и РЗМ: от 0,2 до 1,2, железо не более 0,4, алюминий остальное, при этом соотношение скандия к по меньшей мере одному металлу из группы: титан и цирконий составляет от 1,5 до 2,5, а отношение суммарного содержания магния и кремния к кобальту составляет от 8 до 14, при этом может быть, что отношение магния к кремнию составляет не менее 1,73, отношение по меньшей мере одного металла из группы: титан и цирконий к скандию составляет от 0,1 до 0,5, обеспечивается повышение прочности и коррозионной стойкости литосварных конструкций из алюминиевых сплавов.

Высокопрочный литейный сплав с предлагаемым составом может быть получен литьем под давлением или литьем в кокиль или твердожидкой штамповкой и предназначен для получения деталей с максимальной толщиной стенок 10 мм.

Пример. Изготавливался сплав состава 2,1% Si, 3,6% Mg, 0,3% Sc, 0,5% Co, 0,12% Zr, 0,3% Fe, Al - остальное. Расчетные соотношения Sc:Zr=2,5; Mg:Si=l,73; (Mg+Si):Co=11,4. Для получения расплава использовалась шахтная печь, разливка осуществлялась при температуре 700°C в кокиль. Толщина литой пластины составляла 6 мм. В результате проведенного химического анализа слитка установлено следующее содержание компонентов в отливке: 1,9% Si, 3,25% Mg, 0,26% Sc, 0,42% Со, 0,12% Zr, 0,37% Fe, Al - остальное. Исследование механических свойств проводилось на плоских фрезерованных образцах. Среднее значение предела прочности составляет 360 МПа, предела текучести - 274 МПа.

Для оценки влияния термического цикла сварки на механические свойства сплава проводилась сварка плоских фрезерованных образцов по способу Friction Stir Welding. В ходе проведения исследования механических свойств сваренных образцов было установлено, что средний предел прочности образцов составляет 349 МПа. Испытание на расслаивающую коррозию показало высокую коррозионную стойкость (2 балл) и высокое сопротивление коррозионному растрескиванию.

Технический результат достигается тем, что за счет наличия кремния, вместо β-фазы (Al₃Mg₂) в сплаве формируется фаза Mg₂Si, что значительно повышает коррозионную стойкость сплава. Поскольку в сплавах, содержащих скандий, легирование кремнием способствует снижению прочности из-за связывания скандия в нерастворимый силицид кремния, для сохранения упрочняющего воздействия скандия сплав содержит магний и кремний в соотношении не менее 1,73, чтобы весь кремний был связан в фазу Mg₂Si. В этом случае скандий формирует дисперсноупрочняющую фазу Al₃Sc, которая растворяя цирконий и(или) титан оказывает упрочняющее воздействие. Введение циркония и титана при соотношении скандия к цирконию и титану 1,5-2,5 необходимо для того чтобы предотвратить коагуляцию фазы Al₃Sc в зоне термического влияния.

Поскольку, в отличие от сплава типа ВАЛ16, предлагаемый сплав из-за образования фазы Mg₂Si становится термически упрочняемым, для уменьшения эффекта разупрочнения зоны термического влияния за счет снижения критической скорости охлаждения при закалке, в сплав вводится кобальт при соотношении суммарного содержания Mg₂Si к Co от 8 до 14.

При заданном соотношении кобальта к суммарному содержанию Mg+Si обеспечивается в большей степени сохранение структуры закалки металла в зоне термического влияния. Кроме того, малорастворимый в алюминии кобальт равномерно распределяется в матрице в виде дисперсной фазы Al₉Co, которая служит подложкой для фазы Mg₂Si и способствует ее равномерному распределению в матрице (это необходимо, поскольку в предлагаемом составе сплава магний и кремний находятся в количестве, превышающем предельную растворимость в алюминии).

Высокая степень легирования сплава компонентами с незначительной растворимостью в алюминии приводит к необходимости увеличения скоростей охлаждения при кристаллизации. В связи с этим металл слитка, может быть получен литьем под давлением, литьем в кокиль или твердожидкой штамповкой с ограничением по толщине слитка. Экспериментально установлено, что оптимальная толщина слитка, обеспечивающая скорости охлаждения, достаточные для формирования равномерной структуры, составляет до 10 мм. При этом предпочтительно обеспечивать получение литой детали на толщинах 4-6 мм.

1. Высокопрочный литейный свариваемый алюминиевый сплав, содержащий кремний, магний, скандий, кобальт, титан и/или цирконий, железо и алюминий, отличающийся тем, что он содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%: кремний от 1,0 до 4,0, магний от 1,7 до 8,0, скандий от 0,1 до 0,5, кобальт от 0,3 до 0,6, титан и/или цирконий от 0,2 до 1,2, железо не более 0,4, алюминий - остальное, при этом отношение скандия к титану и/или цирконию составляет от 1,5 до 2,5, а отношение суммарного содержания магния и кремния к кобальту составляет от 8 до 14.

2. Сплав по п.1, отличающийся тем, что отношение магния к кремнию составляет не менее 1,73.

3. Сплав по п.1, отличающийся тем, что отношение по меньшей мере одного металла из группы: титан и цирконий, к скандию составляет от 0,1 до 0,5.

4. Сплав по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит по меньшей мере один элемент из группы: марганец и РЗМ, в количестве от 0,2 до 1,2 мас.%.

Изобретение относится к листам из алюминиевых сплавов для высокотемпературной пайки, которые могут быть использованы для изготовления радиаторов. Лист состоит из сердцевины, выполненной из алюминиевого сплава, и материала плакировки, нанесенного на по меньшей мере одну сторону сердцевины и выполненного из алюминиевого сплава с более низким коррозионным потенциалом, чем у материала сердцевины, причем материал плакировки представляет собой самый внешний слой листа для высокотемпературной пайки и выполнен из алюминиевого сплава, содержащего, в мас.%: от 0,8 до 1,3 Mg, от 0,5 до 1,5 Si, от 1,0 до 2,0, предпочтительно 1,4-1,8 Mn, ≤0,7 Fe, ≤0,1 Cu, и ≤4 Zn, ≤0,3 каждого из Zr, Ti, Ni, Hf, V, Cr, In, Sn, и ≤0,5 суммы Zr, Ti, Ni, Hf, V, Cr, In, Sn, а остальное - Al и неизбежные примеси.

Способ производства прессованных изделий из алюминиевого сплава серии 6000 // 2542183

Изобретение относится к области технологии производства прессованных полуфабрикатов из алюминиевого сплава системы Al-Mg-Si, с улучшенными эксплуатационными и технологическими свойствами в виде длинномерных, тонкостенных панелей и профилей, предназначенных для использования на железнодорожном транспорте, монорельсовом транспорте и в других транспортных системах.

Алюминиевая лента с высоким содержанием марганца и магния // 2522242

Изобретение относится к алюминиевому сплаву для производства подложек для офсетных печатных форм. Алюминиевый сплав содержит следующие компоненты, в мас.%: 0,2% ≤ Fe ≤0,5%, 0,41% ≤ Mg ≤ 0,7%, 0,05% ≤ Si ≤ 0,25%, 0,31% ≤ Mn ≤0,6%, Cu ≤0,04%, Ti ≤ 0,05%, Zn ≤ 0,05%, Cr ≤ 0,01%, остальное - Al и неизбежные примеси, каждая из которых присутствует в количестве не более 0,05%, а в целом они составляют максимум 0,15%.

Al-mg-si-полоса для применений с высокими требованиями к формуемости // 2516214

Изобретение относится к способу изготовления полосы, выполненной из сплава Al-Mg-Si, в котором слиток для прокатки отливается из сплава Al-Mg-Si, подвергается гомогенизации, слиток для прокатки, доведенный до температуры горячей прокатки, подвергается горячей прокатке и затем при необходимости холодной прокатке до его конечной толщины, при этом горячая полоса имеет температуру не выше 130°С непосредственно на выходе с последнего прохода горячей прокатки, преимущественно температуру не выше 100°С, после чего полоса сматывается при этой или более низкой температуре.

Алюмоматричный композиционный материал с борсодержащим наполнителем // 2496902

Изобретение относится к области металлургии, в частности к содержащим бор алюмоматричным композиционным материалам, и может быть использовано при получении изделий, к которым предъявляются требования низкого удельного веса в сочетании со специальными свойствами, в частности высокий уровень поглощения при нейтронном излучении.

Содержащие магний высококремниевые алюминиевые сплавы, используемые в качестве конструкционных материалов, и способ их изготовления // 2463371

Изобретение относится к алюминиевым сплавам и способу их изготовления, а конкретнее к содержащим магний высококремниевым алюминиевым сплавам, используемым в качестве конструкционных материалов, и способу их изготовления.

Алюминиевый сплав и его применение в способах литья под давлением // 2453622

Изобретение относится к алюминиевому сплаву, детали из которого получают литьем под давлением. .

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.

Деформируемый термически неупрочняемый сплав на основе алюминия // 2410458

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при производстве деформированных полуфабрикатов из термически неупрочняемых свариваемых коррозионно-стойких сплавов на основе алюминия, применяемых в качестве конструкционного и проводникового материала преимущественно в авиакосмической и атомной технике.

Высокопрочный деформируемый сплав на основе алюминия и изделие из него // 2394113

Изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым термически упрочняемым высокопрочным алюминиевым сплавам системы Al-Zn-Mg-Cu, предназначенным для изготовления всех видов деформируемых полуфабрикатов, в том числе и тонких листов, используемых в авиастроении, машиностроении и других областях промышленности.

Способ производства almgsi полосы // 2576976

Изобретение относится к способу получения полосы из сплава серии АА6ххх и может быть использовано для изготовления конструктивных элементов в автомобилестроении, самолетостроении или производстве рельсовых транспортных средств, в частности в качестве конструктивного элемента в автомобилестроении, предпочтительно в качестве конструктивного элемента кузова. Способ получения полосы из алюминиевого сплава серии АА6ххх включает отливку из сплава слитка для прокатки, его гомогенизацию, нагрев слитка до температуры горячей прокатки и проведение горячей прокатки, затем при необходимости холодную прокатку слитка до конечной толщины, диффузионной отжиг и охлаждение готовой прокатанной полосы, при этом в процессе горячей прокатки полосу охлаждают во время последних двух проходов непосредственно после выхода из валков после последнего прохода горячей прокатки до температуры от более 130 до 250°С, предпочтительно до 230°С, и сматывают при этой температуре. Техническим результатом изобретения является повышение деформируемости сплава и надежности изготовления из него полос. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 4 ил., 2 табл.

Улучшенные алюминиевые сплавы 6ххх и способы их получения // 2603521

Изобретение относится к получению изделий из алюминиевых сплавов серии 6ххх и может быть использовано для изготовления автомобильных деталей, в частности колесных дисков, крышек капота, крыльев, дверных панелей, панелей крыши, панелей крышки багажника, стоек неокрашенных кузовов и усилителей неокрашенных кузовов. Способ получения продуктов из деформируемого алюминиевого сплава 6ххх включает приготовление изделия из алюминиевого сплава, содержащего, мас.%: 0,1-2,0 кремния, 0,1-3,0 магния, необязательно до 2,0 меди и необязательно до 2,5 цинка, при этом по меньшей мере один из кремния и магния является преобладающим легирующим элементом, закалку изделия из алюминиевого сплава, холодную обработку давлением изделия из алюминиевого сплава на по меньшей мере 50%, термическую обработку изделия из алюминиевого сплава, при этом холодную обработку давлением и термическую обработку осуществляют для достижения в длинном поперечном направлении предела текучести при растяжении по меньшей мере 60 ksi и относительного удлинения по меньшей мере примерно 6%. Продукт из алюминиевого сплава 6ххх обладает нерекристаллизованной микроструктурой, имеющей менее чем 50% объемной доли зерен с разбросом ориентации зерен не более 3°. Изобретение направлено на получение изделий из алюминиевого сплава серии 6ххх с улучшенными прочностными свойствами. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 51 ил., 15 табл., 5 пр.

Сверхпластичный сплав на основе системы al-mg-si // 2631786

Изобретение относится к металлургии, в частности к алюминиевым сплавам Al-Mg-Si, которые могут быть использованы для изготовления полуфабрикатов и изделий в различных отраслях промышленности методом сверхпластической формовки. Листы из разработанного сплава перед сверхпластической формовкой имеют нерекристаллизованную структуру и способны проявлять высокоскоростную сверхпластичность при температуре 460°С и скорости деформации 10-2 с-1, при этом относительное удлинение составляет не менее 400%. Сверхпластичный сплав на основе алюминия содержит, мас. %: магний 1-1,2, кремний 0,8-1, железо 0,8-1,2, никель 0,8-1,2, медь 0,3-0,6, цирконий 0,15-0,25, скандий 0,15-0,25, алюминий – остальное. Сплав характеризуется высокой коррозионной стойкостью и способностью подвергаться закалке на воздухе. 6 пр.

Многослойный алюминиевый лист для бесфлюсовой высокотемпературной пайки в регулируемой атмосфере // 2642245

Изобретение относится к области металлургии, а именно к многослойному алюминиевому листу для высокотемпературной пайки. Многослойный лист для бесфлюсовой высокотемпературной пайки содержит сердцевину из алюминиевого сплава, покрытую промежуточным слоем алюминиевого сплава, и нанесенный на промежуточном слое припой из алюминиевого сплава. Сердцевина выполнена из алюминиевого сплава 3XXX, содержащего, мас.%: Mn<2,0, Cu≤1,2, Fe≤1,0, Si≤1,0, Ti≤0,2, Mg≤2,5, Zr, Cr, V и/или Sc в сумме ≤0,2, остальное – Al и неизбежные примеси. Промежуточный слой выполнен из алюминиевого сплава, содержащего, мас.%: Mg 0,2-2,5, Mn<2,0, Cu≤1,2, Fe≤1,0, Si≤1,0, Ti≤0,2, Zn≤6, Sn≤0,1, In≤0,1, Zr, Cr, V и/или Sc в сумме ≤0,2, остальное – Al и неизбежные примеси. Припой выполнен из алюминиевого сплава, содержащего, мас.%: Si 5-14, Mg<0,02, Bi 0,05-0,2, Fe≤0,8, Zn≤6, Sn≤0,1, In≤0,1, Cu≤0,3, Mn≤0,15, Sr≤0,05, остальное – Al и неизбежные примеси. Материал сердцевины и промежуточный слой имеют более высокую температуру плавления, чем припой, а промежуточный слой является протекторным по отношению к сердцевине. Суммарная толщина плакирующего слоя, состоящего из промежуточного слоя и слоя припоя, по отношению к общей толщине листа составляет 3-30%. Пайка может проводиться в инертной или восстановительной атмосфере без необходимости нанесения флюса. Обеспечивается возможность пайки сложных конструкций с коррозионным потенциалом. 4 н. и 12 з.п. ф-лы, 2 табл.