Высокопрочный деформируемый сплав на основе алюминия системы al-zn-mg-cu пониженной плотности и изделие, выполненное из него



Высокопрочный деформируемый сплав на основе алюминия системы al-zn-mg-cu пониженной плотности и изделие, выполненное из него
Высокопрочный деформируемый сплав на основе алюминия системы al-zn-mg-cu пониженной плотности и изделие, выполненное из него

 


Владельцы патента RU 2581953:

Открытое акционерное общество "Всероссийский институт легких сплавов" (ОАО "ВИЛС") (RU)

Изобретение относится к деформируемым сплавам на основе алюминия системы Al-Zn-Mg-Cu пониженной плотности и изделиям из них, предназначенным для разового применения. Сплав с плотностью 2,80 г/ см3 содержит, мас.%: цинк 6,0-8,0, магний 3,4-4,2, медь 0,8-1,3, скандий 0,02-0,06, цирконий 0,07-0,12, бериллий 0,0005-0,004, церий 0,01-0,05, титан 0,02-0,05, кремний 0,01-0,10, железо 0,01-0,15, неизбежные примеси из группы Mn, Cr, V, Mo, Li, Ag, K, Na, O в суммарном количестве не более 0,10, алюминий - остальное, при этом сплав содержит водород в количестве 0,05-0,35 см3/100 г металла. Изобретение направлено на создание сплава системы Al-Zn-Mg-Cu с высоким уровнем прочности и пониженной плотностью при удовлетворительном относительном удлинении в поперечном направлении и по толщине изделия. 2 н.п. ф-лы, 1 пр., 2 табл.

 

Предлагаемое изобретение относится к области металлургии алюминиевых сплавов, в частности, к деформируемым сплавам на основе алюминия, используемым в качестве высокопрочного конструкционного материала пониженной плотности в изделиях разового применения.

Цель изобретения - создание сплава на основе системы Al-Zn-Mg-Cu с высоким уровнем прочности и пониженной плотностью при удовлетворительном удлинении в поперечном и по толщине направлениях.

Известен высокопрочный деформируемый термически обрабатываемый сплав на основе алюминия марки В96Ц системы Al-Zn-Mg-Cu, предназначенный для изготовления деталей, использующихся в высоконагруженных конструкциях, например центрифугах, и содержащий, мас.%:

цинк 8,0-9,0
магний 2,3-3,0
медь 2,0-2,6
цирконий 0,1-0,2
титан до 0,03
кремний до 0,3
железо до 0,4
алюминий остальное

(ОСТ 190048-90).

Сплав рекомендовано использовать для высоконагруженных вращающихся деталей типа центрифуг или других изделий разового применения, требующих высокой прочности используемого материала.

Недостатком этого сплава является высокая плотность - 2,89 г/см3, что приводит к увеличению массы конструкции и, как следствие, к снижению весовой отдачи или к дополнительным энергетическим затратам при эксплуатации изделий.

Известен высокопрочный деформируемый сплав на основе алюминия системы Al-Zn-Mg-Cu, предназначенный для изготовления силовых элементов планера самолета, отличающийся пониженной плотностью и хорошей технологичностью и содержащий, мас.%:

цинк 3,2-3,9
магний 4,2-5,0
медь 0,4-1,0
скандий 0,17-0,30
цирконий 0,07-0,14
титан 0,01-0,05
бериллий 0,0001-0,005
марганец ≤0,25
хром ≤0,10
железо ≤0,30
кремний ≤0,20
алюминий остальное,

при отношении содержания магния к содержанию цинка равном 1,3 и содержании водорода в количестве 0,05-0,35 см3/100 г металла (патент РФ 2468107, МКИ 7 C22C 21/16, 2011 г.).

Сплав имеет пониженное значение плотности 2,71 г/см3. Катаные листы из этого сплава в термически обработанном состоянии обладают сравнительно высоким уровнем прочностных характеристик при комнатной температуре, благодаря выбранному составу и получению изделий с нерекристаллизованной структурой.

Недостатком сплава является недостаточно высокая прочность прессованных полуфабрикатов, обусловленная химическим составом сплава.

Известен сплав на основе системы Al-Zn-Mg-Cu с высоким уровнем прочности и пониженной плотностью, что необходимо для изделий разового применения, содержащий, мас.%:

цинк 6,0-8,0
магний 3,4-4,2
медь 0,8-1,3
скандий 0,07-0,15
цирконий 0,08-0,12
бериллий 0,0005-0,004
церий 0,01-0,15
титан 0,02-0,08
кремний 0,01-0,15
железо 0,01-0,15
водород 0,05-0,35 см3/100 г металла
неизбежные примеси из группы
Мn, Cr, V, Mo, Li, Ag, K, Na, O
в суммарном количестве не более 0,10
алюминий остальное,

при соблюдении соотношения между содержанием магния и цинка от 0,53 до 0,57

(патент РФ 2514748, МКИ 7 C22C 21/16, 2013 г. - прототип).

Прессованные профили из этого сплава плотностью 2,80 г/см3 с площадью поперечного сечения 46 см3 имеют нерекристаллизованную структуру и высокие механические свойства в долевом направлении. Однако при испытании разрывных образцов, ориентированных по ширине и толщине профиля, происходит малопластичное разрушение с низким относительным удлинением.

Недостатком сплава является низкое относительное удлинение разрывных образцов, ориентированных по ширине и толщине профиля с большой площадью поперечного сечения, что снижает эксплуатационную надежность готовых изделий.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание сплава на основе системы Al-Zn-Mg-Cu с высоким уровнем прочности и пониженной плотностью при удовлетворительном относительном удлинении в поперечном и по толщине направлениям.

Для решения этой задачи предлагается следующее.

1. Высокопрочный деформируемый сплав на основе алюминия системы Al-Zn-Mg-Cu с пониженной плотностью 2,80 г/см3, содержащий цинк, магний, медь, скандий, цирконий, бериллий, церий, титан, кремний, железо, водород и неизбежные примеси при следующем соотношении компонентов, мас.%:

цинк 6,0-8,0
магний 3,4-4,2
медь 0,8-1,3,
скандий 0,02-0,06
цирконий 0,07-0,12
бериллий 0,0005-0,004
церий 0,01-0,05
титан 0,02-0,05
кремний 0,01-0,10
железо 0,01-0,15
неизбежные примеси из группы
Мп, Cr, V, Mo, Li, Ag, K, Na, O
в суммарном количестве не более 0,10
алюминий остальное,

при этом сплав содержит водород в количестве 0,05-0,35 см3/100 г металла.

2. Изделие, выполненное из высокопрочного деформируемого сплава на основе алюминия системы Al-Zn-Mg-Cu с пониженной плотностью 2,80 г/см3 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

цинк 6,0-8,0
магний 3,4-4,2
медь 0,8-1,3
скандий 0,02-0,06
цирконий 0,07-0,12
бериллий 0,0005-0,004
церий 0,01-0,05
титан 0,02-0,05
кремний 0,01-0,10
железо 0,01-0,15
неизбежные примеси из группы
Мn, Cr, V, Mo, Li, Ag, K, Na, O
в суммарном количестве не более 0,10
алюминий остальное,

при этом сплав содержит водород в количестве 0,05-0,35 см3/100 г металла.

Предложенный сплав и выполненное из него изделие отличается от прототипа тем, что сплав содержит пониженное количество скандия при следующем соотношении компонентов, мас.%:

цинк 6,0-8,0
магний 3,4-4,2
медь 0,8-1,3
скандий 0,02-0,06
цирконий 0,07-0,12
бериллий 0,0005-0,004
церий 0,01-0,05
титан 0,02-0,05
кремний 0,01-0,10
железо 0,01-0,15
водород 0,05-0,35 см3/100 г металла
неизбежные примеси из группы
Мп, Cr, V, Mo, Li, Ag, K, Na, O
в суммарном количестве не более 0,10
алюминий остальное,

при этом сплав содержит водород в количестве 0,05-0,35 см3/100 г металла.

Полуфабрикаты и изделия из предлагаемого сплава имеют одинаковую с прототипом плотность, практически такие же высокие прочностные характеристики и повышенную пластичность, в особенности в поперечном и по толщине направлениях.

Повышенные прочностные характеристики прессованных полуфабрикатов из сплава-прототипа и предлагаемого сплава определяются тем, что при имеющемся в них содержании цинка и магния термическая обработка (закалка и старение) приводит к образованию выделений упрочняющих η- и Т-фаз (AlZnMgCu) с высокой плотностью их распределения в алюминиевой матрице.

Как известно, в сплавах системы Al-Zn-Mg-Cu при введении в них Sc и Zr образуется дисперсоид из наночастиц фазы Al3(Sc, Zr). Эти частицы размером 5-20 нм выделяются из пересыщенного твердого раствора при гомогенизации слитка и сохраняют свою дисперсность в термически обработанном полуфабрикате. Их появление само по себе повышает прочность на 20-30 МПа, благодаря дисперсионному упрочнению, и, кроме того, частицы являются причиной возникновения структурного эффекта - дополнительного упрочнения материала за счет сохранения в полуфабрикате после термической обработки нерекристаллизованной структуры. Благодаря этому, при высоком содержании скандия в сплаве-прототипе прессованные изделия имеют в состоянии T1 чрезмерно высокую прочность в долевом направлении, но отличаются пониженной пластичностью при испытании поперечных и высотных разрывных образцов.

Ограничение содержания скандия в предлагаемом сплаве снижает количество частиц дисперсоида в структуре и способствует прохождению при нагреве полуфабрикатов под закалку частичной рекристаллизации (начальной стадии), что при небольшом снижении прочности в долевом направлении повышает прочность и пластичность разрывных образцов в поперечном и по толщине направлениях.

Технический результат - повышение пластичности полуфабрикатов и деталей в термически обработанном состоянии и, как следствие, повышение эксплуатационной надежности готовых деталей конструкций.

Пример осуществления.

В электрической печи приготовили плавки сплавов приведенного в таблице 1 состава, из которых отлили полунепрерывным методом слитки диаметром 310 мм. Слитки из сплава-прототипа и предлагаемого сплава после гомогенизации и механической обработки на диаметр 280 мм прессовали на профиль с поперечным сечением 46 см3 и диаметром описанной окружности 100 мм. Полученные профили закалили в воду после нагрева в вертикальной закалочной печи по режиму 475°C - 2 ч, правили растяжением с остаточной деформацией 0,5% и искусственно старили по режиму 120°C - 24 ч.

Профили подвергли испытаниям с определением плотности, временного сопротивления σВ, предела текучести σ0,2, относительного удлинения δ. При этом механические свойства на растяжение определяли на продольных разрывных образцах при комнатной температуре. Результаты испытаний на растяжение приведены в таблице 2.

Данные таблицы 2 показывают, что предлагаемый сплав имеет по сравнению с прототипом повышенные прочностные и пластические характеристики в поперечном и по толщине направлениях при сохранении высоких прочностных характеристик в долевом направлении.

Примечания:

Содержание водорода в сравниваемых сплавах составило 0,25 см3/100 г металла. Плотность сплавов 2,80 г/см3.

1. Высокопрочный деформируемый сплав на основе алюминия системы Al-Zn-Mg-Cu с пониженной плотностью 2,80 г/см3, содержащий цинк, магний, медь, скандий, цирконий, бериллий, церий, титан, кремний, железо и неизбежные примеси из группы Mn, Cr, V, Mo, Li, Ag, K, Na, O при следующем соотношении компонентов, мас.%:

цинк 6,0-8,0
магний 3,4-4,2
медь 0,8-1,3
скандий 0,02-0,06
цирконий 0,07-0,12
бериллий 0,0005-0,004
церий 0,01-0,05
титан 0,02-0,05
кремний 0,01-0,10
железо 0,01-0,15
неизбежные примеси из группы
Mn, Cr, V, Mo, Li, Ag, K, Na, O
в суммарном количестве не более 0,10
алюминий остальное,

при этом сплав содержит водород в количестве 0,05-0,35 см3/100 г металла.

2. Изделие, выполненное из высокопрочного деформируемого сплава на основе алюминия системы Al-Zn-Mg-Cu с пониженной плотностью 2,80 г/см3, содержащего цинк, магний, медь, скандий, цирконий, бериллий, церий, титан, кремний, железо и неизбежные примеси из группы Mn, Cr, V, Mo, Li, Ag, K, Na, O при следующем соотношении компонентов, мас.%:

цинк 6,0-8,0
магний 3,4-4,2
медь 0,8-1,3
скандий 0,02-0,06
цирконий 0,07-0,12
бериллий 0,0005-0,004
церий 0,01-0,05
титан 0,02-0,05
кремний 0,01-0,10
железо 0,01-0,15
неизбежные примеси из группы
Mn, Cr, V, Mo, Li, Ag, K, Na, O
в суммарном количестве не более 0,10,
алюминий остальное,

при этом сплав содержит водород в количестве 0,05-0,35 см3/100 г металла.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к деформируемым термически упрочняемым сплавам на основе алюминия. Сплав на основе алюминия включает медь, магний, марганец, цирконий, кобальт, серебро, по крайней мере один элемент из группы, содержащей иттрий, церий, и по крайней мере один элемент из группы, содержащей гафний, титан, бор, углерод, при следующем соотношении компонентов, мас.%: медь 5,1-6,5, магний 0,15-1,0, марганец 0,1-0,9, цирконий 0,005-0,2, кобальт 0,005-0,2, серебро 0,25-1,0, по крайней мере один элемент из группы, содержащей иттрий, церий 0,005-0,2, по крайней мере один элемент из группы, содержащей гафний, титан 0,001-0,1, бор, углерод 0,0001-0,08, алюминий - остальное.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к алюминиево-медным сплавам, содержащим ванадий. Заявлен алюминиевый сплав, состоящий из, вес.%: Cu 3,3-4,1, Mg 0,7-1,3, V 0,01-0,16, Mn 0,01-0,7, 0,01-0,25 по меньшей мере одного регулирующего зеренную структуру элемента, выбранного из группы, состоящей из Zr, Sc, Cr и Hf, Zn вплоть до 1,0, Ag вплоть до 0,6, Fe вплоть до 0,25 и Si вплоть до 0,25, алюминий, другие элементы и примеси - остальное.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым сплавам на основе алюминия, используемым в качестве конструкционного материала в деталях, работающих при повышенных температурах.

Изобретение относится к деформируемому сплаву на основе алюминия, а именно к продукту из него, и способу изготовления этого продукта. .

Изобретение относится к изделиям из сплавов на основе алюминия, а именно к изделиям, используемым в авиационно-космической промышленности и пригодным для применения в конструкциях фюзеляжа.

Изобретение относится к области металлургии сплавов на основе алюминия, в частности к сплаву системы алюминий - медь - магний - литий, применяемого для изготовления полуфабрикатов и изделий из него, используемых в качестве конструкционных материалов для авиакосмической техники.

Изобретение относится к алюминиевому сплаву с улучшенной стойкостью к повреждениям, состоящему по существу из следующих компонентов, мас.%: медь 3,0-4,0; магний 0,4-1,1; серебро вплоть до 0,8; цинк вплоть до 1,0 мас.%; цирконий вплоть до 0,25 мас.%; марганец вплоть до 0,9; железо вплоть до 0,5; и кремний вплоть до 0,5; остальное - по существу алюминий, случайные примеси и элементы, причем упомянутые медь и магний присутствуют в отношении 3,6-4,5 частей меди на 1 часть магния.

Изобретение относится к алюминиевым сплавам, применяемым в аэрокосмической промышленности. .
Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к сплавам на основе алюминия и изделиям, выполненным из них, которые предназначены для авиакосмической техники.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к высокопрочным алюминиевым сплавам системы алюминий-медь-магний-литий, применяемым для изготовления изделий, используемых в ответственных авиакосмических конструкциях.
Наверх