Сверхпластичный сплав на основе системы al-mg-si


 


Владельцы патента RU 2631786:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" (RU)

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.

 

Изобретение относится к области алюминиевых сплавов с микрозеренной структурой, в частности к сплавам системы Al-Mg-Si, предназначенных для изготовления полуфабрикатов и изделий в различных отраслях промышленности методом сверхпластической формовки.

Метод сверхпластической формовки (СПФ) - перспективная технология получения изделий сложных форм. Основным требованием для достижения сверхпластичности и использования сплавов для сверхпластической формовки является формирование стабильной мелкозернистой структуры (И.И. Новиков, В.К. Портной «Сверхпластичность сплавов с ультрамелким зерном», 1981 г.). Сдерживающим фактором использования эффекта сверхпластичности в промышленности является отсутствие сплавов, обладающих одновременно высокими скоростями сверхпластичности и высокими механическим свойствами при комнатной температуре.

На сегодняшний день существует большое количество патентов, описывающих новые сплавы на основе системы Al-Mg-Si и способы обеспечения в них повышенной прочности.

Так, в патенте РФ 2163939 от 10.03.2001 получен холоднокатаный лист алюминиевого сплава состава Al - (0,3-1,2)% Mg - (0,3-1,7)% Si - (0,15-1,1)% Mn с равноосным рекристаллизованным зерном размером 20-30 мкм, что обеспечивает изотропные свойства и высокую технологичность при холодной штамповке и в состоянии Т1 имеет следующие свойства: σB 335 МПа, σ0,2=275. Данный сплав не является сверхпластичным и уступает патентуемому сплаву по уровню механических характеристик.

В патенте US 6994760B2 от 7.02.2006 представлена технология, обеспечивающая в сплаве Al - (0,75-1,3) % Si - (0,45-0,95) % Mg - (0,6-1,1)% Cu - (0,2-0,8) % Mn предел текучести 335 МПа и предел прочности 355 МПа. Данный сплав не является сверхпластичнным, но не уступает патентуемому сплаву по уровню механических свойств.

В патенте ЕР 2841611 А1 от 04.03.2015 представлен сплав Al - (0,6-1,05) % Mg - (0,5-1) % Si, предел текучести которого по результатам испытания образцов в искусственно состаренном состоянии составил более 280 МПа, что существенно ниже предела текучести патентуемого сплава.

Существует достаточно большое количество патентов, связанных с получением новых сверхпластичных сплавов на основе систем Al-Mg, Al-Zn-Mg-Cu.

Так, например, патент JPH0726342 от 31.01.2013 описывает производство листа сплава Al-Mg для сверхпластической формовки, включающее рекристаллизационный отжиг, горячую и холодную прокатку. Однако недостатком сплавов системы Al-Mg является относительно низкий уровень механических свойств при комнатной температуре.

В патенте US 5772804 от 30.06.1998 описывается технология получения листа для сверхпластической формовки, для примера взят сплав АА7475. Недостатком данного сплава, как и других сплавов системы Al-Zn-Mg-Cu, является склонность к коррозионному растрескиванию под напряжением.

Таким образом, сверхпластичные сплавы на основе системы Al-Mg-Si, детали из которых можно получать методом СПФ, на сегодняшний день не разработаны. Существует достаточно много сверхпластичных сплавов на основе систем Al-Mg, Al-Zn-Mg-Cu, Al-Cr-Mg, однако данные сплавы обладают либо низким уровнем механических характеристик, либо повышенной склонностью к коррозии.

Техническим результатом изобретения является получение сверхпластичного сплава на основе системы Al-Mg-Si, обладающего повышенной коррозионной стойкостью и способностью подвергаться закалке на воздухе.

Сверхпластичный сплав на основе алюминия, содержащий магний, кремний, никель, железо, медь, цирконий и скандий со следующим соотношением компонентов (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

Был получен в виде листовых заготовок с использованием следующей технологической схемы:

1) Получение слитков литьем в медную водоохлаждаемую изложницу со скоростью охлаждения 15 К/с.

2) Двухступенчатый гомогенизационный отжиг 380 С, 8 ч + 480 С, 8 ч.

3) Горячая прокатка степенью деформации 78%.

4) Холодная прокатка степенью деформации 75%.

После отжига холоднокатаных листов при 460°С, имитирующего нагрев и выдержку при температуре сверхпластической деформации, структура листов остается нерекристаллизованной.

Концентрации магния и кремния должны находиться в пределах указанных интервалов, а именно 1-1,2% и 0,8-1% соответственно. Выход за пределы концентрационных интервалов приводит к снижению механических характеристик.

Концентрации железа и никеля должны вводиться в соотношении 1:1, т.к. изменения соотношения приводит к выделению первичных фаз, негативно сказывающихся на показателях сверхпластичности. Выход за нижние границы концентрационных интервалов железа и никеля приводит к ухудшению показателей сверхпластичности за счет уменьшения доли частиц фазы Al9FeNi. Выход за верхний границы концентрационных интервалов Fe и Ni приводит к снижению механических свойств при комнатной температуре.

Добавка меди положительно сказывается на показателях сверхпластичности и механичеких характеристиках сплава, однако избыток меди негативно влияет на коррозионную стойкость. Поэтому медь рекомендуется вводить в сплав в количестве 0,3-0,6%. Для обеспечения термической стабильности структуры суммарная добавка скандия и циркония должна составлять 0,3-0,4%. Введение более 0,4% суммарной добавки скандия и циркония приводит к формированию крупных частиц фазы Al3(Sc, Zr) кристаллизационного происхождения, что негативно сказывается на свойствах сплава.

Оптимальную скорость деформации определяли по результатам серии испытаний с постоянной скоростью деформации. Листы проявляют сверхпластичность при температуре 460°С и скорости деформации 10-2 с-1, в данных условиях относительное удлинение до разрушения составило 410%.

Механические свойства листов из разработанного сплава в отожженном состоянии при комнатной температуре: предел текучести 320-340 МПа, предел прочности 350-380 МПа и относительное удлинение (10-14)%. Механические свойства снижаются незначительно (менее чем на 5%) после вылеживания в коррозионно-агрессивно среде (стандарт испытания на коррозионную стойкость ASTMG110-92). Поверхность образцов остается гладкой без продуктов коррозии.

Разработанный сплав относится к разряду самозакаливающихся термически упрочняемых сплавов. Вследствие чего полученные из данного сплава изделия могут подвергаться закалке на воздухе, что позволяет избежать коробления, часто наблюдаемого после закалки в более плотных средах, и позволит закаливать детали сложной формы, полученные методом сверхпластической формовки. Листы из разработанного сплава, полученные по оптимизированной технологии, имеют нерекристаллизованную структуру перед сверхпластической формовкой. Сплав не уступает своим аналогам по механическим свойствам, превосходя их по прочности и пластичности при комнатной температуре. Листы из разработанного сплава способны к высокоскоростной сверхпластической деформации: при температуре 460°С и скорости деформации 0,01 с-1 относительное удлинение составляет не менее 400%.

Пример 1

Листы из сплава с химическим составом Al - 1% Mg - 0,8% Si - 1% Fe - 1% Ni - 0,6% Cu - 0,2% Zr - 0,2% Sc получены по следующей технологической схеме:

1) Получение слитков литьем в медную водоохлаждаемую изложницу со скоростью охлаждения 15 К/с.

2) Двухступенчатый гомогенизационный отжиг 380 С, 8 ч+480 С, 8 ч.

3) Горячая прокатка степенью деформации 78%.

4) Холодная прокатка степенью деформации 75%.

После отжига холоднокатаных листов при 460°С, имитирующего нагрев и выдержку при температуре сверхпластической деформации, структура листов остается нерекристаллизованной.

В искусственно состаренном состоянии листы имеют предел текучести 320-330 МПа, предел прочности 360-370 МПа и относительное удлинение (12-14)%, которые практически не снижаются после теста на общую коррозию по стандарту ASTMG110-92.

Максимальное удлинение до разрыва, полученное при температуре 460°С и оптимальной скорости сверхпластической деформации 10-2 с-1, составило 400±10%.

Пример 2

Листы из сплава с химическим составом Al - 1% Mg - 1% Si - 1% Fe - 1% Ni - 0,6% Cu - 0,2% Zr - 0,2% Sc получены по технологической схеме, описанной в примере 1. В состаренном состоянии листы имеют предел текучести 320-330 МПа, предел прочности 360-380 МПа и относительное удлинение (11-13) %, которые практически не снижаются после теста на общую коррозию по стандарту ASTMG110-92.

Максимальное удлинение до разрыва, полученное при температуре 460°С и оптимальной скорости сверхпластической деформации 10-2 с-1, составило 410±10%.

Пример 3

Листы из сплава с химическим составом Al - 1,2% Mg - 1% Si - 1% Fe - 1% Ni - 0,6% Cu - 0,2% Zr - 0,2% Sc получены по технологической схеме, описанной в примере 1. В состаренном состоянии листы имеют предел текучести 330-340 МПа, предел прочности 360-380 МПа и относительное удлинение (10-12) %, которые практически не снижаются после теста на общую коррозию по стандарту ASTMG110-92.

Максимальное удлинение до разрыва, полученное при температуре 460°С и оптимальной скорости сверхпластической деформации 10-2 с-1, составило 405±10%.

Пример 4

Листы из сплава с химическим составом Al - 1,2% Mg - 0,8% Si - 0,8% Fe - 0,8% Ni -0,6% Cu - 0,2% Zr - 0,2% Sc получены по технологической схеме, описанной в примере 1. В состаренном состоянии листы имеют предел текучести 320-330 МПа, предел прочности 360-380 МПа и относительное удлинение (12-14)%, которые практически не снижаются после теста на общую коррозию по стандарту ASTMG110-92.

Максимальное удлинение до разрыва, полученное при температуре 460°С и оптимальной скорости сверхпластической деформации 10-2 с-1, составило 390±10%.

Пример 5

Листы из сплава с химическим составом Al - 1,2% Mg - 1,2% Si - 1,2% Fe- 0,8% Ni - 0,6% Cu - 0,2% Zr - 0,2% Sc получены по технологической схеме, описанной в примере 1. В состаренном состоянии листы имеют предел текучести 330-340 МПа, предел прочности 360-380 МПа и относительное удлинение (10-12)%, которые практически не снижаются после теста на общую коррозию по стандарту ASTMG110-92.

Максимальное удлинение до разрыва, полученное при температуре 460°С и оптимальной скорости сверхпластической деформации 10-2 с-1, составило 395±10%.

Пример 6

Листы из сплава с химическим составом Al - 1,2% Mg - 0,5% Si - 0,5%Fe - 0,5% Ni - 0,6% Cu - 0,2%Zr - 0,2% Sc получены по технологической схеме, описанной в примере 1. В состаренном состоянии листы имеют предел текучести 310-320 МПа, предел прочности 350-370 МПа и относительное удлинение (14-15) %, которые практически не снижаются после теста на общую коррозию по стандарту ASTMG110-92.

Максимальное удлинение до разрыва, полученное при температуре 460°С и оптимальной скорости сверхпластической деформации 10-2 с-1, составило 300±10%.

Сверхпластичный сплав на основе алюминия, содержащий магний, кремний, никель, железо, медь, цирконий и скандий при следующем соотношении компонентов, 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



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, в частности к борсодержащим алюминиевым сплавам, к которым предъявляют требования по поглощению нейтронного излучения в сочетании с низким удельным весом и высокой прочностью.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к борсодержащим алюминиевым сплавам, к которым предъявляют требования по поглощению нейтронного излучения в сочетании с низким удельным весом и высокой прочностью.
Изобретение относится к продуктам из алюминиевого сплава типа Al-Cu-Li и может быть использовано в качестве конструктивных элементов в авиации, космонавтике и т.д. 1.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к борсодержащим материалам на основе алюминия, получаемым в виде слитков и предназначено для получения листового проката, в том числе толщиной менее 0,3 мм, к которому предъявляются требования низкого удельного веса и повышенной прочности в сочетании с радиационнозащитными свойствами.

Изобретение относится к получению порошка квазикристаллического сплава Al-Cu-Fe. Порошки металлов шихтуют в соотношении, соответствующем области существования квазикристаллической фазы сплава системы Al-Cu-Fe.

Изобретение может быть использовано при изготовлении присадочных материалов для сварки алюминиевых сплавов, в частности сварных конструкций из высокопрочных алюминиевых сплавов системы Al-Cu-Li.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к изделиям из алюминиево-литиевых сплавов 2ххх, которые не чувствительны к наклепу. Изделие из алюминиевого сплава, полученное обработкой давлением, содержит, вес.%: от 2,75 до 5,0 Cu, от 0,2 до 0,8 Mg, причем значение отношения меди к магнию (Cu/Mg) составляет от 8,0 до 16, от 0,1 до 1,10 Li, от 0,30 до 2,0 Ag, от 0,40 до 1,5 Zn, ≤1,0 Mn и остальное - Al и примеси.

Изобретение может быть использовано при получении паяных конструкций из алюминия и его сплавов. Припой содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: кремний 5-13, медь 1-13,5, цинк 2-10, никель 0,5-4,5, олово 0,1-0,3, по меньшей мере один элемент из группы, включающей стронций 0,001-0,2, натрий 0,001-0,2, титан 0,001-0,1, ванадий 0,001-0,2, по меньшей мере один элемент, выбранный из группы кобальт 0,001-0,8, молибден 0,001-0,8, бериллий 0,001-0,1, алюминий остальное.

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.

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 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.

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

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.

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.

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%.

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.
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.

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