Деформируемый термически неупрочняемый сплав на основе алюминия

Авторы патента:

C22C21/06 - с магнием в качестве следующего основного компонента

Владельцы патента RU 2623932:

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

Изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым сплавам на основе алюминия, предназначенным для использования в виде деформированных полуфабрикатов, преимущественно в виде листов, в качестве конструкционного материала. Деформируемый термически неупрочняемый сплав на основе алюминия содержит, мас.%: магний 5,3-6,3; марганец 0,3-0,6; цирконий 0,08-0,15; бериллий 0,0001-0,005; скандий 0,09-0,14; титан 0,01-0,03; гадолиний 0,06-0,10; железо 0,06-0,22; алюминий и неизбежные примеси - остальное, в том числе кремний не более 0,12, цинк не более 0,1 и медь не более 0,1, при их суммарном содержании не более 0,22, при этом отношение содержания гадолиния к содержанию скандия составляет от 0,5 до 0,9, а отношение содержания железа к содержанию кремния равно или больше единицы. Техническим результатом является повышение прочности и пластичности материала. 1 пр., 2 табл.

Предлагаемое изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым сплавам на основе алюминия, предназначенным для использования в виде деформированных полуфабрикатов, преимущественно в виде листов, в качестве конструкционного материала в авиакосмической технике, судостроении, транспортном машиностроении и других отраслях промышленности.

Известен деформируемый термически неупрочняемый сплав на основе алюминия марки АМг61, применяемый в виде деформированных полуфабрикатов в качестве конструкционного материала, содержащий, мас. %:

Магний	5,5-6,5
Марганец	0,8-1,1
Цирконий	0,02-0,1
Бериллий	0,0001-0,005
Медь, не более	0,05
Цинк, не более	0,2
Железо, не более	0,2
Кремний, не более	0,2
Алюминий	Остальное

(см. Алюминиевые сплавы. Промышленные деформируемые спеченные и литейные алюминиевые сплавы. Справочное руководство. М.: Металлургия. 1972. С. 44-45).

Однако существующий сплав имеет низкие прочностные свойства.

Известен деформируемый термически неупрочняемый сплав на основе алюминия, применяемый в виде деформированных полуфабрикатов в качестве конструкционного материала (см. патент RU 2081934, МПК С22С 21/06 - прототип), следующего химического состава, мас. %:

Магний	5,3-6,3
Марганец	0,2-0,7
Цирконий	0,02-0,15
Бериллий	0,0001-0,005
Скандий	0,17-0,35
По крайней мере
один металл из
группы, содержащей
титан и хром	0,01-0,25
Алюминий	Остальное

Недостатком сплава-прототипа является недостаточно высокая прочность и низкая пластичность изготовленных из него листов, что утяжеляет конструкцию, изготовленную из листовых материалов, и снижает ее надежность. Также недостатком сплава-прототипа является довольно высокое содержание в нем дорогостоящего скандия, что удорожает сплав.

Предлагается деформируемый термически неупрочняемый сплав на основе алюминия, содержащий магний, марганец, цирконий, бериллий, скандий и титан, который дополнительно содержит гадолиний, железо и неизбежные примеси, основными из которых являются кремний, цинк и медь, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Магний	5,3-6,3
Марганец	0,3-0,6
Цирконий	0,08-0,15
Бериллий	0,0001-0,005
Скандий	0,09-0,14
Титан	0,01-0,03
Гадолиний	0,06-0,10
Железо	0,06-0,22

Алюминий и неизбежные примеси, в том числе кремний в количестве не более 0,12 мас. %, цинк в количестве не более 0,1 мас. % и медь в количестве не более 0,1 мас. %, при суммарном содержании примесей кремния, цинка и меди не более 0,22 мас. % - остальное. При этом величина отношения содержания гадолиния к содержанию скандия должна быть от 0,5 до 0,9, а величина отношения содержания железа к содержанию кремния должна быть равна или больше единицы.

Предлагаемый сплав отличается от известного тем, что он дополнительно содержит гадолиний, железо и неизбежные примеси, основными из которых являются кремний, цинк и медь, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Магний	5,3-6,3
Марганец	0,3-0,6
Цирконий	0,08-0,15
Бериллий	0,0001-0,005
Скандий	0,09-0,14
Титан	0,01-0,03
Гадолиний	0,06-0,10
Железо	0,06-0,22

Отличием предлагаемого сплава является также то, что соотношение между содержанием железа и неизбежной примеси кремния в сплаве должно быть не менее единицы. Кроме того, предлагаемый сплав имеет более низкое содержание скандия.

Технический результат - повышение прочности и пластичности, что позволяет снизить массу конструкции и повысить ее надежность, а также снижение стоимости сплава, что позволит снизить стоимость элементов конструкции, изготавливаемой из предлагаемого сплава, и конструкции в целом.

При предлагаемом содержании и соотношении компонентов в процессе кристаллизации слитка сплава предлагаемого состава образуется пересыщенный твердый раствор основных легирующих компонентов (Mg, Mn, Zr, Sc, Gd) в алюминии. При последующих неизбежных технологических нагревах слитка происходит распад пересыщенного твердого раствора, при этом продуктами распада являются дисперсные наноразмерные частицы фазы Al₃ (Sc, Zr, Gd), оказывающие сильное упрочняющее действие как непосредственно, так и за счет формирования в деформированном полуфабрикате нерекристаллизованной (полигонизованной) структуры. При предлагаемом соотношении между содержанием скандия и гадолиния обеспечивается наиболее полное усвоение этих элементов расплавом, что обеспечивает максимальное упрочнение при последующем распаде твердого раствора. Основная часть магния и марганца остается в матрице сплава, обеспечивая твердорастворное упрочнение. Титан входит в состав упрочняющей фазы Al₃ (Sc, Zr, Gd), растворяясь в ней и способствуя тем самым повышению прочности сплава. При предлагаемом содержании Sc, Zr и Gd в сплаве и предлагаемом соотношении между содержанием этих элементов образовавшаяся при распаде твердого раствора фаза Al₃ (Sc, Zr, Gd) обладает высокой термической стабильностью, что позволяет повысить температуру технологических нагревов и предотвратить возможное разупрочнение материала вследствие коагуляции продуктов распада. Частицы фазы Al₃ (Sc, Zr, Gd) обладают высокой устойчивостью против перерезания их дислокациями, что приводит к дополнительному упрочнению сплава за счет повышения плотности дислокаций. Добавка железа в сплав формирует частицы фазы Al (Fe, Mn) кристаллизационного происхождения, способствующие упрочнению сплава. Микродобавка бериллия предохраняет плавку от окисления и выгорания магния, что также способствует упрочнению сплава. При предлагаемом содержании Sc, Zr и Gd в сплаве и предлагаемом соотношении между содержанием этих компонентов снижается вероятность образования грубых первичных интерметаллидов Al₃ (Sc, Zr, Gd), что способствует повышению пластичности сплава. Повышению пластичности сплава способствует также ограничение содержания неизбежных примесей кремния, цинка и меди. Предлагаемое соотношение между содержанием железа и кремния способствует улучшению литейных свойств сплава. Снижение содержания дорогостоящего скандия в предлагаемом сплаве и его частичная замена цирконием и гадолинием, стоимость которых на порядок ниже стоимости скандия, позволяет снизить стоимость предлагаемого сплава и изготавливаемых из него деформированных полуфабрикатов.

Пример

Получили предлагаемый сплав из шихты, состоящей из алюминия А7, магния Мг90 и двойных лигатур алюминий-марганец, алюминий-цирконий, алюминий-бериллий, алюминий-скандий, алюминий-титан, алюминий-гадолиний и алюминий-железо. Сплав готовили в электрической тигельной печи и отливали плоские слитки размером 16×160×200 мм. Химический состав сплава приведен в таблице 1.

Слитки гомогенизировали, затем механически обрабатывали до толщины 14 мм, после чего нагревали до 400°С и прокатывали вгорячую до толщины 6 мм, затем при 100°С - до толщины 2,8 мм. Полученные листы толщиной 2,8 мм отжигали при 320°С в течение 1 ч. Отожженные листы испытывали при комнатной температуре с определением предела прочности σ_В и относительного удлинения δ на стандартных плоских образцах с шириной рабочей части 10 мм (ГОСТ 11701-84), вырезанных в долевом направлении. Также проводили испытания изготовленных тем же способом листов из сплава-прототипа, содержащего, мас. %: магний 5,8, марганец 0,41, цирконий 0,13, бериллий 0,001, скандий 0,19, титан 0,04, алюминий - остальное. Результаты испытаний листов приведены в таблице 2.

Таким образом, предлагаемый сплав имеет примерно на 5% более высокий предел прочности и примерно в 1,3 раза более высокое относительное удлинение, что позволит примерно на 5% снизить массу конструкции и соответственно повысить характеристики весовой отдачи, а также позволит повысить надежность конструкций, изготовленных из тонкого листа, например, топливных баков, что крайне важно для космической техники. Кроме того, за счет того, что предлагаемый сплав, содержит примерно на 47% меньше дорогостоящего скандия, его стоимость может быть уменьшена соответственно.

Деформируемый термически неупрочняемый сплав на основе алюминия, содержащий магний, марганец, цирконий, бериллий, скандий, титан, алюминий и неизбежные примеси, отличающийся тем, что он дополнительно содержит гадолиний и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%:

магний	5,3-6,3
марганец	0,3-0,6
цирконий	0,08-0,15
бериллий	0,0001-0,005
скандий	0,09-0,14
титан	0,01-0,03
гадолиний	0,06-0,10
железо	0,06-0,22

алюминий и неизбежные примеси, в том числе кремний не более 0,12, цинк не более 0,1, медь не более 0,1, при их суммарном содержании не более 0,22 - остальное,

при этом отношение содержания гадолиния к содержанию скандия составляет от 0,5 до 0,9, а отношение содержания железа к содержанию кремния равно или больше единицы.

Изобретение относится к холоднокатаной полосе, изготовленной из алюминиевого сплава AlMg, а также к способу ее изготовления и может быть использовано для изготовления компонентов автомобиля, в частности частей кузова и его комплектующих.

Полоса из алюминиевого сплава, стойкая к межкристаллитной коррозии, и способ ее изготовления // 2606664

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению полосы из алюминиевого сплава типа AA 5xxx с содержанием Mg по меньшей мере 4 мас. %, и может быть использовано для изготовления компонентов автомобиля.

Конструкционный деформируемый термически неупрочняемый сплав на основе алюминия // 2599590

Изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым термически неупрочняемым сплавам на основе алюминия, предназначенным для использования в виде деформированных полуфабрикатов в качестве конструкционного материала.

Поддающийся сварке высокопрочный al-mg сплав // 2585602

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.

Способ получения фасонной панели из сплава al для аэрокосмических применений // 2583198

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

Сплав на основе алюминия // 2576286

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.

Способ изготовления листовой заготовки из алюминиево-магниевого сплава // 2575264

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.

Коррозионностойкие алюминиевые сплавы, имеющие высокое содержание магния, и способы их получения // 2563570

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.

Алюминиевый сплав, обладающий улучшенной устойчивостью к окислению, устойчивостью к коррозии или улучшенным сопротивлением усталости, и продукт из указанного сплава, полученный литьем под давлением или экструзией // 2562589

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.

Лист алюминиевого сплава и способ его изготовления // 2556171

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.

Алюминиевый сплав, устойчивый к межкристаллитной коррозии // 2634822

Изобретение относится к алюминиевому сплаву и может быть использовано для изготовления конструкционных элементов в производстве автомобилей, летательных аппаратов и кораблей. Алюминиевый сплав содержит компоненты в следующем соотношении, мас. %: 2,91≤Mg≤4,5, 0,5≤Mn≤0,8, 0,05≤Cu≤0,30, 0,05≤Cr≤0,30, 0,05≤Zn≤0,9, Fe≤0,40, Si≤0,25, Ti≤0,20, остальное - алюминий и примеси, при содержании каждой примеси менее 0,05 и их общем количество менее 0,15; при этом содержание Zn, Cr, Cu и Mn в сплаве должно удовлетворять следующему соотношению (2,3*%Zn+1,25*%Cr+0,65*%Cu+0,05*%Mn)+2,4≥%Mg. Изобретение направлено на получение алюминиевого сплава, обладающего незначительной склонностью к межкристаллитной коррозии, высоким уровнем прочности и хорошей деформируемостью, содержащего стандартные компоненты, которые упрощают вторичную переработку алюминиевого сплава. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 3 табл.

Высокопрочный термически неупрочняемый алюминиевый сплав и способ его изготовления // 2636781

Изобретение относится к сплавам на основе алюминия, которые могут быть использованы для высоконагруженных конструкций. Сплав на основе алюминия содержит магний, скандий, по крайней мере один элемент из группы, содержащей хром, цирконий, гафний и титан, по крайней мере один элемент из группы, содержащей цинк, медь и марганец, по крайней мере один элемент из группы, содержащей церий, лантан, иттрий, эрбий, иттербий, гадолиний, диспрозий, европий, лютеций и тулий. При этом соотношение содержания скандия к суммарному содержанию элементов из группы, содержащей церий, лантан, иттрий, эрбий, иттербий, гадолиний, диспрозий, европий, лютеций и тулий, составляет от 0,1:1 до 500:1, а отношение содержания элементов из группы, содержащей хром, цирконий, гафний и титан, к содержанию скандия составляет от 2:1 до 50:1. Обеспечивается повышение прочности сплава. Изделия из данного сплава имеют предел прочности не ниже 600 МПа и увеличенный срок службы. 4 табл., 2 пр.

Способ получения листов из сплава системы алюминий-магний-марганец // 2637444

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам получения листов из алюминиевых сплавов на основе системы алюминий-магний-марганец, применяемых для изготовления ряда ответственных конструкций в судостроении, авиационной и ракетной промышленности, в вагоностроении для скоростных поездов, а также для изготовления корпусов автомобилей. Способ включает кристаллизацию слитков со скоростью не менее 100 К/с с температурой разливки 700-720°С, гомогенизационный отжиг при температуре 360°С в течение 6 ч, после чего осуществляют прокатку при комнатной температуре с суммарным обжатием 80% с последующим рекристаллизационным отжигом при температуре 320°С в течение 2 ч. Способ обеспечивает получение листов с однородной мелкозернистой структурой и равномерным распределением дисперсных наноразмерных частиц. 1 пр., 1 табл.

Деформируемый термически неупрочняемый сплав на основе алюминия // 2639903

Изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым сплавам на основе алюминия, предназначенным для использования в виде деформированных полуфабрикатов, преимущественно в виде листов, в качестве конструкционного материала. Деформируемый термически неупрочняемый сплав на основе алюминия содержит, мас. %: магний 5,3-6,3; марганец 0,3-0,6; цирконий 0,11-0,16; бериллий 0,0001-0,005; скандий 0,11-0,16; титан 0,01-0,03; железо 0,06-0,18; алюминий и неизбежные примеси - остальное, в том числе кремний не более 0,1, цинк не более 0,06 и медь не более 0,06, при их суммарном содержании не более 0,18, при этом отношение содержания циркония к содержанию скандия составляет от 0,9 до 1,1, а отношение содержания железа к содержанию кремния равно или больше единицы. Техническим результатом является повышение прочности и пластичности сплава. 1 пр., 2 табл.

Антифрикционный сплав на основе алюминия // 2643284

Изобретение относится к области металлургии литейных сплавов, в частности антифрикционных сплавов на основе алюминия, и может быть использовано для деталей, работающих в условиях трения скольжения. Антифрикционный сплав на основе алюминия содержит, мас %: кремний <1,2; медь 0,7-1,1; магний 3,5-5,5; цинк 4,0-5,5; олово 3,5-4,5; марганец <1,0; титан 0,05-0,25; кремний <1,2; железо <1,2; алюминий остальное. По второму варианту сплав на основе алюминия содержит, мас. %: кремний <1,2; медь 0,7-1,1; магний 3,5-5,5; цинк 4,0-5,5; олово 3,5-4,5; марганец <1,0; цирконий 0,05-0,25; кремний <1,2; железо <1,2; алюминий остальное. При этом в обоих вариантах прочих примесей каждой в отдельности содержится не более 0,2%, а сумма всех примесей не должна превышать 1,2%. Техническим результатом изобретения является снижение металлоемкости, повышение надежности и стабильности работы деталей. 2 н.п. ф-лы, 1 табл.