СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ Российский патент 1995 года по МПК C22C21/06 

Изобретение относится к алюминиевым деформируемым сплавам и может быть использовано в металлургии и в машиностроении, в частности в судостроении и авиационной промышленности.

Известны алюминиевые деформируемые сплавы, содержащие в качестве основного легирующего компонента магний и включающие в состав переходные металлы. Такие сплавы характеризуются невысокой прочностью, повышающейся с увеличением степени холодной деформации, хорошей коррозионной стойкостью и свариваемостью.

К известным сплавам системы Al-Mg относится, например, сплав, содержащий, мас. Mg 2,4-3,2; Mn 0,2-0,3; Cr<0,01; Ti 0,005-0,025; CuО 0,2-0,3; Fe 0,6-0,8; Be 0,005-0,025; Si 0,2-0,3 [1]
Этот сплав имеет сравнительно невысокую прочность при хорошей стойкости против общей коррозии, но недостаточную ударную вязкость вследствие образования хрупких соединений его компонентов в процессах нагрева и охлаждения. Другой известный сплав состава, мас. Mg 4,0-5,5; Mn 0,4-0,8; Cr 0,05-0,35; Ti 0,005-0,2 (Заявка Японии N 62-42986, кл. C 22 C 21/06, опубл. 1987) имеет сравнительно высокую прочность и достаточно пластичен, что обеспечивает его использование для толстолистовых конструкций, однако плохо противостоит расслаивающей коррозии в жидких хладоагентах.

Наиболее близким к предлагаемому сплаву, т.е. прототипом этого сплава, является сплав марки АМг4, имеющий состав, мас. Mg 3,8-4,8; Mn 0,5-0,8; Cr 0,05-0,25; Ti 0,02-0,1; Be 0,0001-0,005 [2] Этот сплав хорошо деформируется, сваривается, коррозионностоек, но плохо противостоит нагревам до температуры выше 70^оС и склонен к разрушениям его сварных соединений при циклических перепадах температур в условиях эксплуатации.

Цель изобретения разработка сплава, характеризующегося оптимальным сочетанием прочности, вязкости, коррозионной стойкости в агрессивных средах хладоагентов и высоким сопротивлением разрушению при резких перепадах температур от сравнительно высоких (до 100^оС) до температур жидких хладагентов.

Поставленная цель достигается введением в состав сплава, содержащего Al, Mg, Mn, Cr, дополнительно Zr, Y, Y₂O₃ и Al₂O₃ при следующем соотношении компонентов сплава, мас. Mg 3,5-4,5; Mn 0,2-0,7; Cr 0,05-0,25; Zr 0,05-0,12; Be 0,0001-0,005; Y 0,1-0,3; Y₂O₃ 0,1-0,5; Al₂O₃ 0,1-0,5; Al остальное.

Введение Zr в состав сплава при одновременном исключении из его состава Ti способствует улучшению его свариваемости, что обусловлено формированием интерметаллических соединений, содержащих Al, Y и Zr, выделяющихся в зоне сплавления сварного шва и обеспечивающих измельчение его микроструктуры. Введение менее 0,05% не обеспечивает образования указанных соединений, а введение более 0,12% приводит к образованию крупных выделений типа Al₃Zr с малым содержанием Y и резкому огрублению структуры сплава.

Введение Y в состав сплава приводит к формированию в его структуре эвтектических образований, придающих сплаву повышенную пластичность в широком диапазоне температур. Введение Y в количестве, меньшем 0,1% малоэффективно, а в количестве, превышающем 0,3% приводит к повышенной чувствительности по отношению к термическим напряжениям.

Введение Y₂O₃ в сочетании с Al₂O₃ в состав сплава формирует в его структуре дисперсные комплексные образования типа Y₂O₃ ˙ mAl₂O₃, образующие сетку центров торможения дислокаций, что обеспечивает повышенное сопротивление разрушению сварных соединений при резких теплосменах. Некоторая потеря пластичности материала вследствие наличия дисперсных частиц компенсируется одновременным введением в состав сплава. Введение Y₂O₃ и Al₂O₃ в количествах менее 0,1% каждого не обеспечивает заметного повышения сопротивления разрушениям при теплосменах, а введение этих компонентов в количествах, превышающих 0,5% ухудшает технологическую пластичность сплава.

Были изготовлены опытные плавки предлагаемого, опытных и известных сплавов. Выплавка сплавов производилась в печи ПК-70, слитки отливались в медный кристаллизатор способом полунепрерывного литья. Легирующие элементы, кроме Mg, вводились в виде двойных лигатур, Y₂O₃ и Al₂O₃ вводили с использованием предварительно подогретых заготовок гранул вспомогательного сплава. Химический состав сплавов приведен в табл. 1.

Слитки сечением 60 х 240 мм после гомогенизирующей обработки были прокатаны нагоряче на заготовки, а заготовки вхолодную на листы толщиной 6 и 12 мм, из которых изготавливались образцы для испытаний. Выполнялись испытания на разрыв и для определения работы при ударном нагружении (с предварительно выращенной усталостной трещиной).

Проводилась оценка сопротивления коррозии в среде хладоагента путем выдержки нагруженных образцов (σ=0,9 σ_0,2) продолжительностью 1000 ч и сравнение их после выдержки со шкалой эталонов. Оценивался также уровень сопротивления разрушению сварных образцов, полученных аргоно-дуговой импульсной сваркой с присадкой сварочной проволоки такого же состава, что и сплав, при их циклическом погружении в среды с температурой 100 и -180^оС (выдержка в среде 10 ч), путем определения количества циклов до появления микротрещин.

Результаты испытаний приведены в табл. 2.

Как видно из результатов, приведенных в табл. 2, предлагаемый сплав имеет несколько более высокие прочностные свойства и вязкость по сравнению с известными, характеризуется значительно меньшими коррозионными повреждениями в среде хладоагента и существенно превосходит сравниваемые известные и опытные ( не оптимальные по составу) сплавы по служебной долговечности, т.е. количеству циклов до появления микротрещин в сварных соединениях.

Предлагаемый сплав предназначен для использования в сварных конструкциях емкостей для хранения и транспортировки жидких хладагентов в различных климатических зонах.

Использование: в судостроении и авиационной промышленности в качестве конструкционного материала. Сплав содержит, мас. магний 3,5 4,5; марганец 0,2 0,7; хром 0,05 0,25; цирконий 0,05 0,12; бериллий 0,0001 0,005; иттрий 0,1 0,3; оксид иттрия 0,1 0,5; оксид алюминия 0,1 0,5; алюминий остальное. Свойства сплава следующие: предел прочности 34,4-36,7 кгс/мм² предел текучести 18,6-20,3 кгс/мм² относительное удлинение 17,6 19,3% количество циклов до появления трещин 314 338. 2 табл.

СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ, содержащий магний, марганец, хром и бериллий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит цирконий, иттрий, оксиды иттрия и алюминия при следующем соотношении компонентов, мас.

Магний 3,5 4,5
Марганец 0,2 0,7
Хром 0,05 0,25
Цирконий 0,05 0,12
Бериллий 0,0001 0,005
Иттрий 0,1 0,3
Оксид иттрия 0,1 0,5
Оксид алюминия 0,1 0,5
Алюминий Остальное