Высокопрочный деформируемый сплав на основе алюминия системы al-zn-mg-cu и изделие, выполненное из него
Владельцы патента RU 2693710:
Акционерное общество "Алюминий металлург Рус" (АО "АМР") (RU)
Открытое акционерное общество "Всероссийский институт легких сплавов" (ОАО "ВИЛС") (RU)
Акционерное общество "Научно-исследовательский машиностроительный институт имени В.В. Бахирева" (АО "НИМИ им. В.В. Бахирева") (RU)
Изобретение относится к области металлургии алюминиевых сплавов, в частности к деформируемым сплавам на основе алюминия, используемым в качестве высокопрочного конструкционного материала в изделиях разового применения. Высокопрочный деформируемый сплав на основе алюминия системы Al-Zn-Mg-Cu содержит, мас.%: цинк 7,4-8,4; магний 2,3-3,0; медь 2,0-2,6; марганец 0,05-0,29; титан 0,01-0,05; цирконий 0,05-0,12; хром 0,05-0,15; бериллий 0,0005-0,002; церий 0,001-0,01; железо 0,05-0,25; кремний 0,01-0,10; алюминий – остальное, при этом сплав содержит водород 0,05-0,35 см3/100 г металла. Изобретение направлено на получение сплава с высоким уровнем прочности и достаточной пластичностью, а также получение изделий большого диаметра методом полунепрерывного литья за счет улучшения литейных свойств сплава. 2 н.п. ф-лы, 1 пр., 3 табл.
Предлагаемое изобретение относится к области металлургии алюминиевых сплавов, в частности, к деформируемым сплавам на основе алюминия, используемым в качестве высокопрочного конструкционного материала в изделиях разового применения.
Цель изобретения - создание сплава на основе системы Al-Zn-Mg-Cu с хорошими технологическими (в частности, литейными) свойствами, высоким уровнем прочности и удовлетворительными пластическими характеристиками полуфабрикатов в поперечном и по толщине направлениях для изготовления деталей, использующихся в качестве поддонов артиллерийских выстрелов.
Известен высокопрочный деформируемый термически обрабатываемый сплав на основе алюминия марки 1973 системы Al-Zn-Mg-Cu, предназначенный для изготовления длинномерных деталей летательных аппаратов и содержащий, масс. %:
цинк | 5,5-6,7, |
магний | 2,0-2,6, |
медь | 1,4-2,2, |
марганец | до 0,1, |
хром | до 0,05, |
цирконий | 0,08-0,16, |
титан | 0,02-0,07, |
кремний | до 0,1, |
железо | до 0,15, |
алюминий | остальное, |
(ОСТ 1 90026-80).
Сплав в виде прессованных панелей и катаных плит используется для изготовления ответственных конструкционных деталей в крыльях летательных аппаратов.
Сплав применяется также для изготовления деталей, использующихся в качестве поддонов артиллерийских выстрелов.
Недостатком этого сплава является недостаточно высокий уровень прочностных характеристик, что приводит к увеличению массы деталей и, как следствие, к снижению весовой отдачи или к дополнительным энергетическим затратам при эксплуатации изделий.
Известен высокопрочный деформируемый термически обрабатываемый сплав на основе алюминия марки В96Ц1 системы Al-Zn-Mg-Cu, используемый, в частности, для изготовления деталей, использующихся в качестве поддонов артиллерийских выстрелов и содержащий, масс. %:
цинк | 8,0-8,8 |
магний | 2,3-2,8, |
медь | 2,0-2,6, |
цирконий | 0,10-0,16, |
титан | до 0,05, |
марганец | 0,3-0,6 |
хром | до 0,05 |
кремний | до 0,2, |
железо | до 0,3, |
бериллий | до 0,002, |
алюминий | остальное, |
(ТУ1-2-486-86). Прототип.
Сплав применяется для изготовления деталей, использующихся в качестве поддонов артиллерийских выстрелов, требующих высокой прочности используемого материала.
Массивные прессованные профили из этого сплава имеют нерекристаллизованную структуру и высокие механические свойства в направлении прессования (по ТУ1-2-486-86 σ0,2≥608 МПа, δ≥5%). Однако при испытании разрывных образцов, ориентированных по ширине и толщине профиля, происходит малопластичное разрушение с низким относительным удлинением, что снижает эксплуатационную эффективность готовых изделий.
Недостатком сплава является также пониженная технологичность сплава при литье слитков большого диаметра методом полунепрерывного литья, приводящая к появлению горячих трещин, неслитин и дефектов макроструктуры. В связи с этим, брак слитков при литье сплава В96Ц1 достигает 26%.
Технической задачей предполагаемого изобретения является создание сплава на основе системы Al-Zn-Mg-Cu с хорошей технологичностью при литье слитков большого диаметра методом полунепрерывного литья, высоким уровнем прочности прессованных полуфабрикатов и достаточной пластичностью.
Для решения этой задачи предлагается:
1. Высокопрочный деформируемый сплав на основе алюминия системы Al-Zn-Mg-Cu, содержащий цинк, магний, медь, марганец, титан, цирконий, хром, бериллий, церий, железо и кремний при следующем соотношении компонентов, масс. %:
цинк | 7,4-8,4 |
магний | 2,3-3,0, |
медь | 2,0-2,6, |
марганец | 0,05-0,29, |
титан | 0,01-0,05, |
цирконий | 0,05-0,12, |
хром | 0,05-0,15, |
бериллий | 0,0005-0,002, |
церий | 0,001-0,01, |
железо | 0,05-0,25, |
кремний | 0,01-0,10, |
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, содержащего цинк, магний, медь, марганец, титан, цирконий, хром, бериллий, церий, железо и кремний при следующем соотношении компонентов, масс. %:
цинк | 7,4-8,4 |
магний | 2,3-3,0, |
медь | 2,0-2,6, |
марганец | 0,05-0,29, |
титан | 0,01-0,05, |
цирконий | 0,05-0,12, |
хром | 0,05-0,15, |
бериллий | 0,0005-0,002, |
церий | 0,001-0,01, |
железо | 0,05-0,25, |
кремний | 0,01-0,10, |
алюминий | остальное, |
при этом сплав содержит водород в количестве 0,05-0,35 см3/100 г металла.
Предложенный сплав и выполненное из него изделие отличаются от прототипа тем, что сплав содержит церий и водород при меньшем содержании цинка и марганца и более высоком содержании хрома при следующем соотношении компонентов, масс. %:
цинк | 7,4-8,4, |
магний | 2,3-3,0, |
медь | 2,0-2,6, |
марганец | 0,05-0,29, |
титан | 0,01-0,05, |
цирконий | 0,05-0,12, |
хром | 0,05-0,15, |
бериллий | 0,0005-0,002, |
церий | 0,001-0,01, |
железо | 0,05-0,25, |
кремний | 0,01-0,10, |
алюминий | остальное, |
при этом сплав содержит водород в количестве 0,05-0,35 см3/100 г металла.
Полуфабрикаты и изделия из предлагаемого сплава имеют одинаковые с прототипом прочностные характеристики и повышенную пластичность разрывных образцов в направлении по толщине изделия.
Добавка церия усиливает влияние бериллия на снижение окисляемости расплава и снижает потери от угара, уменьшает загрязненность сплава окисными включениями.
Благодаря пониженному содержанию цинка и повышенному содержанию железа при низком содержании кремния сплав имеет хорошие литейные свойства, отличается низким браком при литье слитков.
Технический результат - повышение литейных свойств и ожидаемое уменьшение брака при литье слитков, повышение пластичности полуфабрикатов и деталей в термически обработанном состоянии, и, как следствие, повышение эксплуатационной надежности готовых деталей конструкций.
Пример осуществления.
В электрической печи емкостью 16 т произвели приготовление трех плавок предлагаемого сплава приведенного в таблице 1 состава, из которых отлили полунепрерывным методом годные слитки диаметром 312 мм. Слитки сплава после гомогенизации и механической обработки на диаметр 300 мм прессовали на профиль с поперечным сечением 46 см2 и диаметром описанной окружности 100 мм. Полученные профили закалили в воду после нагрева в вертикальной закалочной печи по режиму 475°С - 2 ч, правили растяжением с остаточной деформацией 1% и искусственно старили по режиму 120°С - 24 ч.
Примечание к таблице 1: Содержание водорода в сравниваемых сплавах плавок 1-3 составило 0,20 см3/100 г металла. В сплаве предлагаемого состава допустимое содержание водорода 0,05-0,35 см3/100 г металла. В сплаве-прототипе содержание водорода не регламентировано.
Профили подвергли испытаниям с определением временного сопротивления σВ, предела текучести σ0,2, относительного удлинения δ. При этом механические свойства на растяжение определяли на продольных и высотных разрывных образцах при комнатной температуре. Результаты испытаний на растяжение приведены в таблице 2.
Для сравнения использовали результаты испытания аналогичного серийного термически обработанного профиля из сплава - прототипа марки В96Ц1 в состоянии Т1, химический состав которого приведен в табл. 3.
Результаты механических испытаний этого профиля из сплава В96Ц1Т1 приведены в таблице 2.
Из приведенных в табл. 2 данных видно, что предлагаемый сплав по прочностным характеристикам в продольном направлении не уступает серийному сплаву В96Ц1Т1, а его характеристики в направлении по толщине профиля выше, чем у сплава В96Ц1Т1.
Таким образом, предлагаемый сплав отличается меньшим браком при литье слитков полунепрерывного литья и повышенной пластичностью высотных образцов в термически обработанном состоянии,
1. Высокопрочный деформируемый сплав на основе алюминия системы Al-Zn-Mg-Cu, содержащий цинк, магний, медь, марганец, титан, цирконий, хром, бериллий, церий, железо и кремний, отличающийся тем, что он дополнительно содержит церий и водород при следующем соотношении компонентов, мас.%:
цинк | 7,4-8,4 |
магний | 2,3-3,0 |
медь | 2,0-2,6 |
марганец | 0,05-0,29 |
титан | 0,01-0,05 |
цирконий | 0,05-0,12 |
хром | 0,05-0,15 |
бериллий | 0,0005-0,002 |
церий | 0,001-0,01 |
железо | 0,05-0,25 |
кремний | 0,01-0,10 |
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, отличающееся тем, что оно выполнено из сплава, содержащего цинк, магний, медь, марганец, титан, цирконий, хром, бериллий, церий, железо, кремний и церий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
цинк | 7,4-8,4 |
магний | 2,3-3,0 |
медь | 2,0-2,6 |
марганец | 0,05-0,29 |
титан | 0,01-0,05 |
цирконий | 0,05-0,12 |
хром | 0,05-0,15 |
бериллий | 0,0005-0,002 |
церий | 0,001-0,01 |
железо | 0,05-0,25 |
кремний | 0,01-0,10 |
алюминий | остальное, |
при этом сплав содержит водород в количестве 0,05-0,35 см3/100 г металла.