Поддающийся сварке высокопрочный al-mg сплав


 


Владельцы патента RU 2585602:

АЛЕРИС АЛЮМИНУМ КОБЛЕНЦ ГМБХ (DE)

Изобретение относится к продуктам из алюминиевых сплавов и может быть использовано в транспортной промышленности. Продукт из высокопрочного коррозионностойкого свариваемого алюминиевого сплава содержит, мас.%: Mg от 3,5 до 6,0, Mn от 0,4 до 1,2, Fe < 0,5, Si < 0,5, Cu < 0,15, Zr от 0,05 до 0,25, Cr от 0,03 до 0,3, Ti от 0,03 до 0,2, Sc от 0,1 до 0,3, Zn < 1,7, Li < 0,5, Ag < 0,4, необязательно, один или более из следующих образующих дисперсоиды элементов, выбранных из группы, состоящей из эрбия, иттрия, гафния, ванадия, каждый < 0,5 мас.%, и примеси < 0,05 каждый, в сумме < 0,15, а остальное - алюминий. Техническим результатом изобретения является повышение прочности и коррозионной стойкости сплава при снижении его плотности. 23 з.п. ф-лы, 3 пр., 9 табл.

 

Область техники изобретения

Изобретение относится к продукту из алюминиевого сплава, в частности, типа Al-Mg (также известного как алюминиевый сплав серии 5ххх согласно обозначению Алюминиевой ассоциации). Более конкретно, настоящее изобретение относится к алюминиевому сплаву с высокой прочностью, низкой плотностью, превосходной коррозионной стойкостью и свариваемостью. Продукты, изготовленные из такого нового сплава, являются очень подходящими для применений в транспортной промышленности, таких как применение в авиационно-космических продуктах, судах, дорожных и железнодорожных транспортных средствах, в кораблестроении и в строительной промышленности.

Такой сплав может быть обработан до продуктов различных видов, например листа, тонкой плиты или экструдированных, кованых или отформованных со старением продуктов. Сплав может быть с покрытием или без него или может быть плакирован другим алюминиевым сплавом с целью дальнейшего улучшения его свойств, например коррозионной стойкости.

Предпосылки изобретения

Ранее для изготовления различных продуктов для применения в строительной и транспортной промышленности, а более конкретно, в авиационно-космической промышленности и морском судоходстве, использовали различные типы алюминиевых сплавов. Разработчики и производители в упомянутых отраслях промышленности постоянно пытаются улучшить эксплуатационные характеристики продукции, срок службы продукции и кпд топлива, а также постоянно пытаются снизить затраты на производство, эксплуатацию и обслуживание.

Одним из путей достижения таких целей этих производителей и разработчиков является улучшение соответствующих свойств материалов алюминиевых сплавов таким образом, чтобы продукт, изготавливаемый из такого сплава, мог быть более эффективно спроектирован, мог быть более эффективно изготовлен и имел более высокие общие эксплуатационные характеристики.

Во многих названных выше областях применения требуются сплавы, которые обладают высокой прочностью, низкой плотностью, превосходной коррозионной стойкостью, превосходной свариваемостью и превосходными свойствами после сварки.

Настоящее изобретение относится к сплаву типа АА 5ххх, сочетающему в себе улучшенные свойства по отношению к прочности, стойкости к повреждениям, коррозионной стойкости и свариваемости.

Как будет понятно, здесь и далее, при отсутствии иных указаний, обозначения сплавов и обозначения состояний относятся к обозначениям Алюминиевой ассоциации, приведенным в «Aluminium Standards and Data и Registration Records», опубликованных Алюминиевой ассоциацией в 2005 г.

Описание изобретения

Задачей настоящего изобретения является разработка продукта из алюминиево-магниевого сплава, принадлежащего к серии сплавов АА5ххх согласно обозначениям Алюминиевой ассоциации и имеющего высокую прочность, низкую плотность и превосходные коррозионные свойства.

Еще одной задачей настоящего изобретения является разработка продукта из алюминиево-магниевого сплава, имеющего хорошие свойства свариваемости.

Другой задачей настоящего изобретения является разработка продукта из алюминиево-магниевого сплава, демонстрирующего высокую термическую стойкость и пригодного для применения при изготовлении из него продуктов, получаемых с помощью процессов пластического формования, таких как «формование с ползучестью» (creep forming), формование гнутых профилей и формование растяжением.

Эти и другие задачи и прочие преимущества решаются или достигаются настоящим изобретением, относящимся к алюминиевому сплаву, содержащему, а в предпочтительном варианте - по существу состоящему из, мас.%:

Mg от 3,5 до 6,0

Mn от 0,4 до 1,2

Fe < 0,5

Si < 0,5

Cu < 0,15

Zr < 0,5

Cr < 0,3

Ti от 0,03 до 0,2

Sc < 0,5

Zn < 1,7

Li < 0,5

Ag < 0,4,

необязательно, один или более следующих образующих дисперсоиды элементов, выбранных из группы, состоящей из эрбия, иттрия, гафния, ванадия, каждого < 0,5, и примеси или случайные элементы, каждый < 0,05, в целом < 0,15, а остальное составляет алюминий.

Согласно изобретению Mg добавляют для того, чтобы обеспечить основную прочность сплава. В том случае, когда содержание Mg составляет в диапазоне от 3,5 до 6 мас.%, сплав способен достичь своей прочности в результате упрочнения твердого раствора или деформационного упрочнения. Подходящий диапазон для Mg составляет от 3,6 до 5,6 мас.%, предпочтительный диапазон составляет от 3,6 до 4,4 мас.%, а наиболее предпочтительный диапазон составляет от 3,8 до 4,3 мас.%. В альтернативном предпочтительном диапазоне содержание Mg составляет от 5,0 до 5,6 мас.%.

Добавление Mn в сплав согласно изобретению является важным в качестве образующего дисперсоиды элемента, при этом его содержание составляет в диапазоне от 0,4 до 1,2 мас.%. Подходящий диапазон составляет от 0,6 до 1,0 мас.%, а более предпочтительный диапазон - от 0,65 до 0,9 мас.%.

Для того чтобы предотвратить негативные воздействия легирующих элементов Cr и Ti, Cr предпочтительно составляет в диапазоне от 0,03 до 0,15 мас.%, более предпочтительно - от 0,03 до 0,12 мас.%, а еще более предпочтительно - от 0,05 до 0,1 мас.%, а Ti предпочтительно составляет в диапазоне от 0,03 до 0,15 мас.%, более предпочтительно - от 0,03 до 0,12 мас.%, а еще более предпочтительно - от 0,05 до 0,1 мас.%.

Дальнейшее улучшение алюминиевого сплава согласно изобретению достигается в том варианте реализации, в котором как Cr, так и Ti присутствуют в продукте из алюминиевого сплава предпочтительно в равных или приблизительно равных количествах.

Подходящий максимум для уровня Zr представляет собой максимум 0,5 мас.%, предпочтительно - максимум 0,2 мас.%. Однако более предпочтительный диапазон составляет от 0,005 до 0,25 мас.%, а еще более предпочтительный диапазон - от 0,08 до 0,16 мас.%.

Дальнейшее улучшение свойств, особенно свариваемости, может быть достигнуто в варианте реализации изобретения, в котором Sc добавляют в качестве легирующего элемента в диапазоне от 0 до 0,3 мас.%, предпочтительно - в диапазоне от 0,1 до 0,3 мас.%.

Согласно другому варианту реализации эффект добавления Sc может быть еще больше усилен путем добавления Zr и/или Ti. Как Ti, так и Zr могут объединяться со Sc, образуя дисперсоид, который имеет более низкий коэффициент диффузии, чем один только дисперсоид Sc, и пониженное несоответствие параметров кристаллической решетки между дисперсоидом и алюминиевой матрицей, что приводит к сниженной скорости укрупнения. Дополнительным преимуществом при добавлении Ti и/или Zr является то, что для получения такого же эффекта по ингибированию перекристаллизации требуется меньше Sc.

Предполагается, что улучшенные свойства продукта из сплава по данному изобретению, особенно высокую прочность и хорошую коррозионную стойкость, получают в результате совместного добавления к Al-Mg сплаву, уже содержащему некоторое количество Mn, по меньшей мере двух из Cr, Ti и Zr.

Предпочтительно, Cr объединяют с Zr до общего количества, составляющего от 0,06 до 0,25 мас.%.

В другом предпочтительном варианте реализации сплава согласно изобретению Cr объединяют с Ti до общего количества в диапазоне от 0,06 до 0,22 мас.%.

В еще одном предпочтительном варианте реализации сплава согласно данному изобретению Zr объединяют с Ti в сплаве до общего количества в диапазоне от 0,06 до 0,25 мас.%.

В еще одном предпочтительном варианте реализации сплава согласно изобретению Cr объединяют с Ti и Zr до общего количества данных элементов в диапазоне от 0,09 до 0,36 мас.%.

В другом варианте Zn может быть добавлен к сплаву в диапазоне от 0 до 1,7 мас.%. Подходящий диапазон для Zn составляет от 0 до 0,9 мас.%, а предпочтительно - от 0 до 0,65 мас.%, более предпочтительно - от 0,2 до 0,65 мас.%, а еще более предпочтительно - от 0,35 до 0,6 мас.%. Альтернативно, в том случае, когда Zn намеренно не добавляют к сплаву в активном количестве, сплав может быть по существу свободен от Zn. Однако его следовые количества и/или примеси могут, тем не менее, присутствовать в продукте из алюминиевого сплава.

Железо может присутствовать в диапазоне вплоть до 0,5 мас.%, а предпочтительно ограничивается максимум 0,25 мас.%. Типичный предпочтительный уровень содержания железа будет составлять в диапазоне вплоть до 0,14 мас.%.

Кремний может присутствовать в диапазоне вплоть до 0,5 мас.%, а предпочтительно ограничивается максимум 0,25 мас.%. Типичный предпочтительный уровень содержания Si будет составлять в диапазоне вплоть до 0,12 мас.%.

Подобным образом, хотя медь и не является намеренно вводимой добавкой, она представляет собой умеренно растворимый элемент по отношению к настоящему изобретению. Как таковой, продукт из алюминиевого сплава согласно изобретению может содержать вплоть до 0,15 мас.%. Cu, а предпочтительно - максимум 0,05 мас.%.

В продукте из алюминиевого сплава по изобретению могут присутствовать необязательные элементы. Ванадий может присутствовать в диапазоне вплоть до 0,5 мас.%, предпочтительно - вплоть до 0,2 мас.%; литий - в диапазоне вплоть до 0,5 мас.%; гафний - в диапазоне вплоть до 0,5 мас.%; иттрий - в диапазоне вплоть до 0,5 мас.%; эрбий - в диапазоне вплоть до 0,5 мас.%; и серебро - в диапазоне вплоть до 0,4 мас.%.

В предпочтительном варианте реализации продукт из алюминиевого сплава согласно изобретению по существу состоит из, мас.%:

Mg 3,8-4,3

Mn 0,65-1,0

Zr < 0,5, предпочтительно - от 0,05 до 0,25

Cr < 0,3, предпочтительно - от 0,1 до 0,3

Ti от 0,03 до 0,2, предпочтительно - от 0,05 до 0,1

Sc < 0,5, предпочтительно - от 0,1 до 0,3

Fe < 0,14

Si < 0,12

остальное - алюминий, и примесей или случайных элементов, каждый < 0,5, в целом < 0,15. Предпочтительно, продукт из алюминиевого сплава дополнительно содержит Zn в диапазоне от 0,2 до 0,65 мас.%.

В другом предпочтительном варианте реализации продукт из алюминиевого сплава согласно изобретению по существу состоит из, мас.%:

Mg 5,0-5,6

Mn 0,65-1,0

Zr < 0,5, предпочтительно - от 0,05 до 0,25

Cr < 0,3, предпочтительно - от 0,1 до 0,3

Ti от 0,03 до 0,2, предпочтительно - от 0,05 до 0,1

Sc < 0,5, предпочтительно - от 0,1 до 0,3

Fe < 0,14

Si < 0,12

остальное - алюминий, и примесей или случайных элементов, каждый < 0,5, в целом < 0,15. Предпочтительно, продукт из алюминиевого сплава дополнительно содержит Zn в диапазоне от 0,2 до 0,65 мас.%.

Условия обработки, необходимые для получения желаемых свойств, зависят от выбора условий легирования. В случае легирующей добавки Mn предпочтительная температура предварительного нагревания перед прокаткой составляет в диапазоне от 410°С до 560°С, а более предпочтительно - в диапазоне от 490°С до 530°С. Однако при таком оптимальном диапазоне температур элементы Cr, Ti, Zr и Sc действуют менее эффективно, при этом лучше всех из них действует Cr. Для того чтобы обеспечить оптимальное действие Cr, Ti, Zr, а особенно в сочетании со Sc, предпочтительной является более низкая температура предварительной термообработки перед горячей прокаткой, предпочтительно - в диапазоне от 280°С до 500°С, более предпочтительно - в диапазоне от 400°С до 480°С.

Продукт из алюминиевого сплава согласно изобретению демонстрирует превосходный баланс свойств при его обработке до продукта в виде листа, плиты, поковки, экструдированного продукта, сварного продукта или продукта, полученного пластической деформацией. Процессы пластической деформации включают, но не ограничиваются ими, такие процессы как формование со старением, формование растяжением и формование гнутых профилей.

Скомбинированные высокая прочность, низкая плотность, высокая свариваемость и превосходная коррозионная стойкость продукта из алюминиевого сплава согласно изобретению делают его особенно подходящим для применения в качестве продукта в виде листа, плиты, поковки, экструдированного продукта, сварного продукта или продукта, полученного пластической деформацией, в качестве детали летательного аппарата, судна, железнодорожного или дорожного транспортного средства.

В еще одном варианте реализации, в частности, когда продукт из алюминиевого сплава экструдирован, такой продукт предпочтительно экструдирован в виде профилей, имеющих в наиболее толстом месте их поперечного сечения толщину в диапазоне вплоть до 150 мм.

В экструдированном виде продукт из сплава может также заменить толстолистовой материал, который традиционно подвергается механической обработке методами обработки резанием, фрезерованием или вальцеванием до фасонного конструктивного элемента. В данном варианте реализации экструдированный продукт предпочтительно имеет в наиболее толстом месте своего поперечного сечения толщину в диапазоне от 15 до 150 мм.

Превосходный баланс свойств продукта из алюминиевого сплава получается в рамках широкого диапазона толщин. В диапазоне толщины листа от 0,6 до 1,5 мм продукт из алюминиевого сплава представляет особый интерес в качестве листа кузова автомобиля. В диапазоне толщины вплоть до 12,5 мм его свойства будут превосходными для листа фюзеляжа. Тонкие листы в диапазоне небольшой толщины могут быть использованы также для стрингеров или для выполнения неразъемных панелей крыла, а также стрингеров для использования в конструкции крыла воздушного летательного аппарата. При толщине в диапазоне от 15 до 80 мм его свойства будут превосходными для применений в судостроении и общем машиностроении, таких как сосуды высокого давления (автоклавы).

Продукт из алюминиевого сплава согласно изобретению может быть также использован в качестве инструментальной плиты или плиты для литейных форм или пресс-форм, например форм для изготовления фигурных пластмассовых продуктов, например, литьем под давлением или инжекционным прессованием.

Продукт из алюминиевого сплава по изобретению особенно подходит для тех применений, где требуется стойкость к повреждениям, таких как стойкие к повреждениям алюминиевые продукты авиационно-космического назначения, более конкретно, стрингеры, герметичные перегородки, листы фюзеляжа, панели нижней поверхности крыла, толстых плит для подвергаемых механической обработке деталей или поковок либо тонких плит для стрингеров.

Скомбинированные высокая прочность, низкая плотность, превосходная коррозионная стойкость и термостойкость при высоких температурах делают продукт из алюминиевого сплава согласно изобретению особенно применимым для обработки методом формования с ползучестью (также известного как «формование со старением» от англ. «age forming» или «формование со старением и ползучестью» от англ. «creep age forming») до панели фюзеляжа или иного предварительно формуемого конструктивного элемента для летательного аппарата. Могут быть также использованы другие процессы пластического формования, такие как формование гнутых профилей или формование растяжением.

В зависимости от требований предполагаемого применения продукт из сплава может быть отожжен в диапазоне температур 100-500°С для получения продукта, имеющего, но не ограничивающегося ими, мягкое состояние, деформационно упрочненное (нагартованное) состояние, или в диапазоне температур, необходимом для формования с ползучестью.

Продукт из алюминиевого сплава согласно изобретению весьма подходит для соединения с желаемым продуктом любыми известными методами соединения, включая, но ограничиваясь ими, сварку плавлением, сварку трением с перемешиванием, клепку и склеивание.

ПРИМЕРЫ

Далее изобретение будет проиллюстрировано со ссылкой на следующие примеры.

Пример 1

Для подтверждения принципа данного изобретения относительно механических свойств в лабораторных условиях отлили пять сплавов. В таблице 1-1 приведены составы, мас.%, сплавов А-Е. В лабораторных условиях эти сплавы отливали в слитки, которые подвергали предварительному нагреванию при температуре между 425°С и 450°С и выдерживали при ней в течение 1 часа. Слитки подвергали горячей прокатке с 80 мм до 8 мм, а затем холодной прокатке со стадией промежуточного отжига и конечному холодному обжатию в 40% до конечной толщины 2 мм. Готовую плиту растягивали на 1,5% и подвергали отжигу при температуре 325°С в течение 2 часов.

Таблица 1-1
Сплав Mg Mn Zr Sc Cr Ti
A 4,0 0,9 0,10 0,15 <0,002 <0,002
B* 4,0 0,9 0,10 0,15 <0,002 0,10
C* 4,0 0,9 0,10 0,15 0,10 0,10
D* 3,87 0,9 0,11 0,15 0,10 0,12
E 4,5 0,1 0,10 0,26 <0,002 <0,002
* согласно изобретению.

Все сплавы содержали 0,06 мас.% Fe и 0,04 мас.% Si, остальное - алюминий и примеси.

Установленные механические свойства и физические свойства сплавов А-Е представлены в таблице 1-2 и приведены в сравнении с типичными значениями для АА2024-Т3 и АА6013-Т6. Сплавы В, С и D являются частью настоящего изобретения. Сплав А и сплав Е использованы для сравнения.

Таблица 1-2
Механические свойства и физические свойства
Сплав Rp (TYS), МПа Rm (UTS), МПа Удлинение при разрыве А, % Плотность, г/см3
АА2024 Т3 380 485 14 2,796
АА6013 Т6 365 393 11 2,768
A 346 420 10 -
B* 376 426 9,4 -
C* 393 439 7,6 2,655
D* 380 430 9 -
E 310 385 12 2,645
*согласно изобретению, все образцы были отобраны в направлении L
- неустановленные величины.

Механические свойства установлены в соответствии с ASTM EM8.

Rp, TYS означает предел текучести (при растяжении); Rm, UTS означает предел прочности при растяжении; А означает удлинение при разрыве.

Сплав по настоящему изобретению содержит Mn в качестве одного из необходимых легирующих элементов для достижения конкурентоспособных прочностных свойств. Сравнительный сплав А с 0,9 мас.% Mn демонстрирует улучшение предела текучести (TYS) на примерно 12% относительно сравнительного сплава Е, который содержит всего лишь 0,1 мас.% Mn. Дальнейшее улучшение предела текучести может быть достигнуто сплавом по настоящему изобретению. Сплав В содержит намеренную добавку 0,10 мас.% Ti, и этот сплав В демонстрирует улучшение предела текучести на примерно 9% по сравнению со сравнительным сплавом А и 21%-ное улучшение предела текучести относительно сплава Е. Оптимальное улучшение предела текучести может быть достигнуто путем совместного добавления Cr и Ti, что проиллюстрировано сплавами С и D. Сочетание Cr и Ti, как описано в настоящем изобретении (сплавы С и D), обеспечивает улучшение предела текучести на примерно 14% относительно сравнительного сплава А и 27%-ное улучшение - относительно сравнительного сплава Е. Сплавы С и D по настоящему изобретению не только демонстрируют превосходящие свойства по пределу текучести, но и имеют более низкую плотность по сравнению с общепринятыми сплавами АА2024 и АА6013.

Сплавы А, С и Е также были подвергнуты испытанию на коррозию для подтверждения принципов настоящего изобретения относительно коррозионной стойкости.

Состав сплавов, мас.%, приведен в таблице 1-3.

Таблица 1-3
Сплав Mg Mn Zr Sc Cr Ti
A 4,0 0,9 0,10 0,15 <0,002 <0,002
C* 4,0 0,9 0,10 0,15 0,10 0,10
E 4,5 0,1 0,10 0,26 <0,002 <0,002
* согласно изобретению.

Все сплавы содержали 0,06 мас.% Fe и 0,04 мас.% Si, остальное - алюминий и примеси.

Химический состав сплавов А и Е находится за пределами настоящего изобретения; химический состав сплава С находится в рамках химического состава сплава по изобретению.

Все три сплава были подвергнуты описанной выше обработке, за исключением того, что эти сплавы были подвергнуты холодной прокатке до конечной толщины 3 мм.

Плиты, изготовленные из обработанного сплава, сваривали и измеряли уровень их коррозии с использованием стандартного испытания ASTM G66, также известного как испытание ASSET.

Для сварочных экспериментов использовали сварку лазерным лучом. Мощность сварки составляла 5 кВт, скорость сварки - 2 м/мин, с использованием присадочной проволоки ER 5556.

Результаты испытания на коррозию представлены в таблице 1-4.

Испытывали характеристики коррозии основного металла, а также в состоянии после сварки.

Таблица 1-4
Коррозионные свойства
Сплав Несенсибилизированный Сенсибилизированный
100°С/7 дней
Сенсибилизированный 120°С/7 дней
Сварной шов ЗТВ Основной металл Сварной шов ЗТВ Основной металл Сварной шов ЗТВ Основной металл
А N N N N N N N E-D PB-A
С* N N N N N N N N PB-A
Е N РВ-В PB-B N PB-B PB-C N PB-B PB-C
*согласно изобретению
ЗТВ означает «зона термического влияния».

Оценки N, PB-A, PB-B и РВ-С соответственно означают отсутствие точечной коррозии, легкую точечную коррозию, умеренную точечную коррозию и сильную точечную коррозию. Оценка Е-D означает очень сильное отслаивание.

В изобретении раскрыт сплав низкой плотности с хорошими механическими свойствами в сочетании с хорошей коррозионной стойкостью. Таким образом, состав по изобретению делает сплав хорошим кандидатом для транспортного рынка и особенно - для авиационно-космического применения.

Как следует из таблицы 1-4, сплав С, представляющий собой сплав по изобретению, имеет улучшенные коррозионные свойства по сравнению со сплавами А и Е, не входящими в рамки изобретения, в основном металле, ЗТВ и сварном шве.

Пример 2

Алюминиевые сплавы серии АА 5ххх, имеющие химический состав, мас.%, представленный в таблице 2-1, отливали в виде слитков в лабораторных условиях. Полученные слитки подвергали предварительному нагреванию при температуре 410°С в течение 1 часа, а затем при температуре 510°С в течение 15 часов. Слитки подвергали горячей прокатке с 80 мм до 8 мм, а затем холодной прокатке со стадией промежуточного отжига и конечному холодному обжатию в 40% до конечной толщины 2 мм. Готовую плиту растягивали на 1,5%, а затем подвергали отжигу при температуре 460°С в течение 30 минут.

Таблица 2-1
Сплав Mg Mn Zn Zr Cr Ti
A 5,3 0,58 0,61 0,10 <0,01 <0,01
B* 5,4 0,60 0,61 0,10 0,11 0,04
C* 5,3 0,59 0,61 0,10 <0,01 0,10
D* 5,3 0,61 0,62 0,10 0,11 0,11
E* 5,3 0,57 0,61 <0,01 0,10 0,10
F 5,3 0,60 0,60 <0,01 0,10 <0,01
* согласно изобретению.

Все сплавы содержали 0,06 мас.% Fe и 0,04 мас.% Si, остальное - алюминий и примеси.

Результаты механических испытаний сплавов представлены в таблице 2-2.

Таблица 2-2
Механические свойства
Сплав Rp (TYS),
МПа
Rm (UTS),
МПа
Удлинение при разрыве А, %
A 165 316 24
B* 169 329 23
C* 168 326 22
D* 187 340 22
E* 183 331 21
F 157 322 24
*согласно изобретению. Все образцы были отобраны в направлении L.

Механические свойства установлены в соответствии с ASTM EM8.

Rp, TYS означает предел текучести (при растяжении); Rm, UTS означает предел прочности при растяжении; А означает удлинение при разрыве.

Из таблицы 2-2 следует, что предел текучести сравнительного сплава А, который содержит только добавку 0,1 мас.% Zr, является на примерно 5% более высоким, чем у сравнительного сплава F, который содержит только добавку 0,1 мас.% Cr. При сравнении характеристик сплавов А и F со сплавом В, который содержит добавки 0,1 мас.% Cr и 0,1 мас.% Zr и незначительное количество Ti, получено небольшое улучшение предела текучести. Кроме того, для сплава С, который содержит только Zr и Ti и не содержит Cr, наблюдается небольшое увеличение предела текучести. Однако, когда Cr объединяется с Ti, как показано сплавом Е, прочность сплава повышается на 11-13% по сравнению со сравнительным сплавом А и на 17-19% по сравнению со сравнительным сплавом F. В случае сочетания, когда к сплаву (сплав D) добавлены все три упомянутых элемента, наблюдается несколько более высокий уровень прочности, чем у сплава Е.

Сплавы из таблицы 2.1 были также подвергнуты испытанию на коррозию после сенсибилизации.

Таблица 2.3
Коррозионные свойства
Сплав Основной металл, сенсибилизированный 120°С/7 дней
A PB-A
B* N, PB-A
C* PB-A
D* N, PB-A
E* N, PB-A
F N, PB-A
*согласно изобретению.

Уровень коррозии измеряли с использованием стандартного испытания ASTM G66, также известного как испытание ASSET.

Оценки N и PB-A соответственно означают отсутствие точечной коррозии и легкую точечную коррозию.

Как следует из таблицы 2-3, выбор добавляемых легирующих элементов также влияет на коррозионное поведение сплава. В случае сплавов, которые не содержат добавки Cr (сплавы А и С), после проведения испытания на коррозию наблюдалась некоторая точечная коррозия. Однако в случае Cr-содержащих сплавов (сплавы В, D, Е и F) заметной коррозии не наблюдалось.

Пример 3

Данный пример относится к алюминиевым сплавам серии АА 5ххх, имеющим химический состав, мас.%, представленный в таблице 3-1. Сплавы А-F подобны сплавам А-F, использованным в примере 2, но их обрабатывали по-другому. В таблице 3-1 также приведено содержание Sc. Сплавы из таблицы 3-1 отливали в виде слитков в лабораторных условиях. Полученные слитки подвергали предварительному нагреванию при температуре 450°С в течение 1 часа и горячей прокатке при температуре предварительного нагревания с толщины 80 мм до толщины 8 мм. Затем плиты подвергали холодной прокатке со стадией промежуточного отжига и конечному холодному обжатию в 40% до конечной толщины 2 мм. Полученные плиты затем растягивали на 1,5% и подвергали отжигу при температуре 325°С в течение 2 часов.

Таблица 3-1
Сплав Mg Mn Zn Zr Cr Ti Sc
A 5,3 0,58 0,61 0,10 <0,01 <0,01 <0,005
B* 5,4 0,60 0,61 0,10 0,11 0,04 <0,005
C* 5,3 0,59 0,61 0,10 <0,01 0,10 <0,005
D* 5,3 0,61 0,62 0,10 0,11 0,11 <0,005
E* 5,3 0,57 0,61 <0,01 0,10 0,10 <0,005
F 5,3 0,60 0,60 <0,01 0,10 <0,01 <0,005
G* 5,2 0,91 0,60 0,10 0,10 0,11 0,15
* согласно изобретению.

Все сплавы содержали 0,06 мас.% Fe и 0,04 мас.% Si, остальное - алюминий и примеси.

Таблица 3-2
Механические свойства
Сплав Rp (TYS), МПа Rm (UTS), МПа Удлинение при разрыве А, %
A 175 318 25
B* 220 344 22
C* 195 335 21
D* 275 373 16
E* 249 362 20
F 200 232 22
G* 390 461 9
*согласно изобретению.
Все образцы были отобраны в направлении L. *согласно изобретению. Все образцы были отобраны в направлении L.

Механические свойства установлены в соответствии с ASTM EM8.

Rp, TYS означает предел текучести (при растяжении); Rm, UTS означает предел прочности при растяжении; А означает удлинение при разрыве.

В таблице 3-2 представлены установленные механические свойства сплавов А-G. В данном примере сплав А и сплав F служат сравнительными сплавами. Из таблицы 3-2 следует, что предел текучести сплава F с 0,10 мас.% Cr является на примерно 14% лучшим, чем у сплава А, который имеет добавку 0,10 мас.% Zr. Это может показаться противоречащим примеру 2, который показал, что сплав А имел более высокий предел текучести, чем сплав F. Предполагается, что причина такого различия в поведении может быть связана с температурой предварительного нагревания, используемого перед горячей прокаткой, поскольку во время предварительного нагревания образуются дисперсоиды, которые могут повлиять на механические свойства готового продукта.

При использовании высокой температуры предварительного нагревания, как в примере 2, сплав, содержащий только 0,1 мас.% Zr (сплав А), проявляет немного лучшие характеристики, чем сплав, содержащий только 0,1 мас.% Cr (сплав F). Однако, при использовании более низкой температуры предварительного нагревания, Cr-содержащий сплав является более эффективным, давая улучшение по сравнению со сплавом, содержащим только Zr (сплав А). Свойства, представленные в таблице 3-2, также показывают, что в том случае, когда Cr объединяется либо с Ti (сплав Е), либо с Zr (сплав B), либо как с Zr, так и Ti (сплав D), наблюдается существенное улучшение прочности по сравнению со сравнительными сплавами А и F. Повышение прочности сплавов D и Е по сравнению со сравнительными сплавами А и F наблюдалось также в примере 2, хотя значения, достигнутые в примере 3, были намного более высокими. Этот эффект объясняется более низкой температурой предварительного нагревания, используемой перед горячей прокаткой.

Наивысший уровень прочности был достигнут в сплаве G, который содержал четыре основных образующих дисперсоиды элемента (Mn, Cr, Ti и Zr) наряду с добавкой Sc. Был достигнут предел текучести в 390 МПа, который превосходит любой среди всех сплавов, упомянутых в примерах 2 и 3.

После ознакомления с вышеизложенным полным описанием изобретения, среднему специалисту в данной области техники будет очевидно, что может быть сделано множество изменений и модификаций без отклонения от сущности и объема описанного здесь изобретения.

1. Продукт из высокопрочного коррозионностойкого свариваемого алюминиевого сплава, имеющий следующий состав, мас.%:

Mg от 3,5 до 6,0
Mn от 0,4 до 1,2
Fe < 0,5
Si < 0,5
Cu < 0,15
Zr от 0,05 до 0,25
Cr от 0,03 до 0,3
Ti от 0,03 до 0,2
Sc от 0,1 до 0,3
Zn < 1,7
Li < 0,5
Ag < 0,4

необязательно, один или более из следующих образующих дисперсоиды элементов, выбранных из группы, состоящей из эрбия, иттрия, гафния, ванадия, каждый < 0,5 мас.%, и примеси или случайные элементы, каждый < 0,05, в целом < 0,15, а остальное составляет алюминий, и при этом как Cr, так и Ti присутствуют в продукте из алюминиевого сплава в равных или примерно равных количествах.

2. Продукт по п. 1, в котором содержание Ti составляет в диапазоне от 0,03 до 0,12 мас.%, а предпочтительно от 0,05 до 0,1 мас.%.

3. Продукт по п. 1, в котором содержание Cr составляет в диапазоне от 0,03 до 0,12 мас.%, а предпочтительно от 0,05 до 0,1 мас.%.

4. Продукт по п. 2, в котором содержание Cr составляет в диапазоне от 0,03 до 0,12 мас.%, а предпочтительно от 0,05 до 0,1 мас.%.

5. Продукт по п. 1, в котором содержание Mn составляет в диапазоне от 0,6 до 1,0 мас.%, а предпочтительно от 0,65 до 0,9 мас.%.

6. Продукт по п. 2, в котором содержание Mn составляет в диапазоне от 0,6 до 1,0 мас.%, а предпочтительно от 0,65 до 0,9 мас.%.

7. Продукт по п. 3, в котором содержание Mn составляет в диапазоне от 0,6 до 1,0 мас.%, а предпочтительно от 0,65 до 0,9 мас.%.

8. Продукт по п. 4, в котором содержание Mn составляет в диапазоне от 0,6 до 1,0 мас.%, а предпочтительно от 0,65 до 0,9 мас.%.

9. Продукт по п. 1, в котором суммарное количество Cr и Zr составляет в диапазоне от 0,06 до 0,25 мас.%.

10. Продукт по п. 1, в котором суммарное количество Cr и Ti составляет в диапазоне от 0,06 до 0,22 мас.%.

11. Продукт по п. 1, в котором суммарное количество Zr и Ti составляет в диапазоне от 0,06 до 0,25 мас.%.

12. Продукт по п. 1, в котором суммарное количество Cr, Ti и Zr составляет в диапазоне от 0,09 до 0,36 мас.%.

13. Продукт по любому из пп. 1-12, в котором содержание Zn составляет до 0,9 мас.%, предпочтительно до 0,65 мас.%, более предпочтительно от 0,2 до 0,65 мас.%, а еще более предпочтительно от 0,35 до 0,6 мас.%.

14. Продукт по п. 1, в котором содержание Zn на уровне примеси.

15. Продукт по п. 1, причем этот продукт из алюминиевого сплава по существу свободен от Zn.

16. Продукт по любому из пп. 1-12, 14, 15, в котором содержание Mg составляет в диапазоне от 3,6 до 5,6 мас.%, предпочтительно в диапазоне от 3,6 до 4,4 мас.%, более предпочтительно в диапазоне от 3,8 до 4,3 мас.%.

17. Продукт по п. 13, в котором содержание Mg составляет в диапазоне от 3,6 до 5,6 мас.%, предпочтительно в диапазоне от 3,6 до 4,4 мас.%, более предпочтительно в диапазоне от 3,8 до 4,3 мас.%.

18. Продукт по п. 1, в котором содержание Mg составляет в диапазоне от 5,0 до 5,6 мас.%.

19. Продукт по п. 1, характеризующийся тем, что этот продукт представляет собой катаный продукт, лист, плиту, поковку, экструдированный продукт, сварной продукт или продукт, полученный пластической деформацией.

20. Продукт по п. 19, характеризующийся тем, что он выполнен в виде детали летательного аппарата, судна, железнодорожного или дорожного транспортного средства.

21. Продукт по п. 1, характеризующийся тем, что этот продукт имеет толщину в диапазоне от 15 до 150 мм в наиболее толстом месте своего поперечного сечения.

22. Продукт по п. 21, характеризующийся тем, что этот продукт представляет собой экструдированный продукт.

23. Продукт по п. 1, характеризующийся тем, что он выполнен в виде плиты толщиной в диапазоне от 0,6 до 80 мм.

24. Продукт по п. 1, характеризующийся тем, что он выполнен в виде листа фюзеляжа, толстой плиты для подвергаемых механической обработке деталей или тонкой плиты для стрингеров.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу получения фасонной панели из алюминиевого сплава, в частности сплава серии 5000, который может быть использован в аэрокосмической или автомобильной промышленности.

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к термически неупрочняемым алюминиевым сплавам системы алюминий - магний, и может быть использовано для изготовления высоконагруженных элементов изделий.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, более конкретно к способам изготовления листовых заготовок из деформируемых термически неупрочняемых алюминиево-магниевых сплавов с добавками переходных металлов.

Изобретение относится к коррозионностойким алюминиевым сплавам с высоким содержанием магния и способам их получения. Разработаны системы и способы для непрерывной отливки изделий в виде листов или пластин из Al-Mg сплава, имеющих высокое содержание магния.

Изобретение относится к алюминиевым сплавам, полученным без вреда для окружающей среды и имеющим отличную устойчивость к окислению. Способ получения продукта из алюминиевого сплава включает получение магниевой лигатуры путем введения в расплав магния частиц на основе Ca размером 0,1-500 мкм в количестве 0,001-30 мас.%, введение полученной лигатуры в расплав алюминия в количестве 0,0001-30 мас.

Изобретение относится к области металлургии, а именно, к листам из алюминиевого сплава. Лист алюминиевого сплава, содержит подложку из алюминиевого сплава с составом, содержащим, в мас.%: 3,0-4,0 магния, 0,2-0,4 марганца, 0,1-0,5 железа, не менее 0,03 - менее 0,10 меди, и менее 0,20 кремния, причем остаток составляют алюминий и неизбежные примеси.
Изобретение относится к экструдированному или катаному плакированному металлическому изделию и может быть использовано в транспортной промышленности, аэрокосмических изделиях, судах.
Изобретение относится к металлургии деформируемых термически неупрочняемых алюминиевых сплавов, предназначенных для использования в качестве конструкционного материала в виде деформируемых полуфабрикатов в морской и авиакосмической технике, транспортном и химическом машиностроении, в т.ч.

Изобретение относится к области обработанных прецизионным точением деталей, полученных из выдавленных продуктов типа прутков, стержней, брусков, или даже труб из деформируемого алюминиевого сплава для прецизионного точения.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым алюминиевым сплавам, используемым в качестве высокопрочного конструкционного материала пониженной плотности разового применения.
Наверх