Свариваемый термически не упрочняемый сплав на основе системы al-mg
Владельцы патента RU 2726520:
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва" (RU)
Изобретение относится к области металлургии легких сплавов, предназначенных для изготовления деформированных полуфабрикатов в виде плит, листов, штамповок, профилей для использования в изделиях авиакосмической отрасли. Сплав на основе алюминия содержит, мас. %: магний 5,0-6,0, скандий 0,06-0,16, бериллий 0,0002-0,005, марганец 0,15-0,6, цирконий 0,01-0,12, цинк 0,1-0,6, железо 0,02-0,15, кремний 0,01-0,1, по крайней мере два элемента, выбранных из группы: эрбий 0,03-0,16, гафний 0,01-0,16, иттербий 0,03-0,16, алюминий остальное. Изобретение направлено на создание сплава на основе алюминия системы Al-Mg, обладающего высокими свойствами при температурах выше 70 °С. 3 табл., 1 пр.
Предлагаемое изобретение относится к области металлургии легких сплавов и, в частности, алюминиевых сплавов, предназначенных для изготовления деформированных полуфабрикатов в виде плит, листов, штамповок, профилей для использования в изделиях авиакосмической отрасли.
Известен термически не упрочняемый сплав марки АМг5 химического состава, мас % (Алюминий и сплавы алюминиевые деформируемые. Марки. ГОСТ 4784-97).
| Магний | 4,8-5,8 |
| Марганец | 0,3-0,8 |
| Титан | 0,02-0,10 |
| Бериллий | 0,0002-0,005 |
| Цинк | ≤0,2 |
| Медь | ≤0,1 |
| Железо | ≤0,4 |
| Кремний | ≤0,4 |
Сплав АМг5 обладает хорошей коррозионной стойкостью, прекрасно сваривается, пластичен. Недостатками данного сплава являются - низкие прочностные характеристики сплава, в особенности предел текучести.
Известен алюминиевый сплав типа 1570С следующего химического состава, мас. % (Патент на изобретение №2233345. Заявка №2003100484. Приоритет изобретения 13 января 2003 г. Зарегистрировано 27 июля 2004 г. ), выбранный за прототип.
| Магний | 5,0-5,6 |
| Марганец | 0,15-0,5 |
| Скандий | 0,16-0,26 |
| Цирконий | 0,05-0,12 |
| Титан | 0,01-0,03 |
| Бериллий | 0,0002-0,005 |
| Церий | 0,0002-0,0009 |
| Группа элементов | |
| включающая железо | |
| и кремний | 0,05-0,12 |
Известный сплав обладает высокой коррозионной стойкостью, прекрасно сваривается, прочностные характеристики значительно выше, чем у сплава АМг5, предел текучести выше почти в два раза. Характеристики трещиностойкости весьма высокие. Однако известный сплав, как и другие сплавы системы Al-Mg, характеризуются низкой теплопрочностью. С повышением температуры прочностные характеристики быстро снижаются, быстрее, чем прочностные характеристики алюминиевых сплавов других систем. Известный сплав имеет низкие значения предела длительной прочности и ползучести при температурах свыше 70°С поэтому максимально допустимая рабочая температура этого сплава системы Al-Mg-Sc - 70°С что существенно ограничивает область его применения.
Технической задачей заявляемого изобретения является создание сплава на основе алюминия системы Al-Mg-, обладающего более высокими свойствами при повышенных (свыше 70°С) температурах.
Техническим результатом изобретения является повышение кратковременной прочности при повышенных температурах и предела длительной прочности и ползучести при температурах свыше 70°С.
Технический результат достигается тем, что предлагается сплав на основе системы Al-Mg следующего химического состава, мас. %.
| Магний | 5,0-6,0 |
| Скандий | 0,06-0,16 |
| Бериллий | 0,0002-0,005 |
| Марганец | 0,15-0,6 |
| Цирконий | 0,01-0,12 |
| Цинк | 0,10-0,6 |
| Железо | 0,02-0,15 |
| Кремний | 0,01-0,1 |
| По крайней мере два элемента из группы | |
| Иттербий | 0,03-0,16 |
| Эрбий | 0,03-0,16 |
| Гафний | 0,01-0,16 |
| Алюминий | основа |
Предлагаемый сплав сохраняет все достоинства известного сплава (высокая коррозионная стойкость и трещиностойкость, прекрасная свариваемость, высокие прочностные характеристики), но вместе с тем предлагаемый сплав характеризуется более высокой теплопрочностью. Изделия из предлагаемого сплава могут работать кратковременно при температуре до 150°С и длительно до 100°С.
Причина повышенной теплопрочности алюминиевых сплавов Al-Mg с добавками Er\Yb\Hf по сравнению с аналогичным сплавом, но без Er\Yb\Hf заключается, в образовании при распаде твердого раствора вторичных сложных частиц Al3(Zr,Sc,Hf,Er) с упорядоченной и термически стабильной структурой. Частицы имеют форму близкую к сферической, в центре которых в виде ядра концентрируются атомы Er(Hf,Yb), ядро покрыто внутренней оболочкой из атомов скандия и снаружи частицы покрыты внешней устойчивой оболочкой из атомов циркония. Такие частицы повышают прочностные характеристики при комнатной температуре, повышают температуру рекристаллизации и, что очень важно, обеспечивают низкий темп снижения прочности сплава при повышении температуры и более высокие значения предела длительной прочности и ползучести.
Примеры осуществления изобретения.
С использованием алюминия марок А85 и А95, магния марки Мг90, а также лигатур алюминия со скандием, цирконием, гафнием, эрбием, иттербием и другими элементами отливали слитки размером 40×250×300 мм из сплава АМг5 - известного сплава, принятого за прототип и предлагаемого сплава.
Химический состав сплавов приведен в таблице 1.
После механической отработки и гомогенизации при температуре 400°С с выдержкой 4 часа слитки прокатывали в горячую при температуре 370-380°С до толщины 5 мм, а затем проводили холодную прокатку на толщину 2 мм. Окончательный отжиг проводили при температуре 325°С в течение 30 минут с охлаждением после выдержки на воздухе. Испытания механических свойств проводили на поперечных образцах. Определяли кратковременные свойства при растяжении при комнатной температуре (20°С) и при температурах: 100°С, 150°С, 200°С, 300°С.
Кроме этого, определяли предел длительной прочности и предел ползучести при температурах: 50°С, 100°С, 150°С. Результаты испытаний приведены в таблицах 2 и 3.
Из таблицы 2 видно, что предлагаемый сплав, начиная с температуры 150°С, имеет значительно большее (на 20-50%) значение прочностных свойств, чем прототип и сплав АМг5, сохраняя это преимущество до температуры испытания равной 300°С.
Из таблицы 3 следует, что предел длительной прочности предлагаемого сплава при температурах: 50°С, 100°С и 150°С на 50-70% выше, чем у известного сплава, принятого за прототип. Причем с повышением температуры испытания преимущество предлагаемого сплава, по сравнению с известным, увеличивается. Аналогичным образом ведет себя и предел ползучести, который у предлагаемого сплава выше в 1,4-2,5 раза, чем у известного.
Таким образом, полученные данные позволяют установить рабочую температуру для предлагаемого сплава на уровне 150°С, что в два раза выше, чем у известного.
Повышение рабочей температуры позволит значительно расширить области применения сплава, повысить ресурс и надежность работы изделий и снизить их вес на 15-20%.
Сплав на основе алюминия, содержащий магний, скандий, бериллий, марганец, цирконий, цинк, железо и кремний, отличающийся тем, что он дополнительно содержит по крайней мере два элемента, выбранных из группы: эрбий, гафний, иттербий, при следующем соотношении элементов, мас. %:
| Магний | 5,0-6,0 |
| Скандий | 0,06-0,16 |
| Бериллий | 0,0002-0,005 |
| Марганец | 0,15-0,6 |
| Цирконий | 0,01-0,12 |
| Цинк | 0,1-0,6 |
| Железо | 0,02-0,15 |
| Кремний | 0,01-0,1 |
| по крайней мере два элемента, выбранных из группы: | |
| Эрбий | 0,03-0,16 |
| Гафний | 0,01-0,16 |
| Иттербий | 0,03-0,16 |
| Алюминий | Остальное |
