АЛЮМИНИЕВЫЙ СПЛАВ Российский патент 1997 года по МПК C22C21/06 

Изобретение относится к области металлургии цветных сплавов, а именно к разработке термически неупрочняемого, свариваемого, деформируемого, коррозионностойкого алюминиевого сплава системы алюминий-магний-скандий для работы в качестве конструкционного материала в изделиях ответственного назначения, элементы деталей которых работают до температур -196^oC. Из нового термически неупрочняемого свариваемого сплава системы Al-Mg-Sc могут изготавливаться различные виды полуфабрикатов (листы, плиты, поковки, штамповки, прутки, трубы, фольга) на металлургических заводах и различные детали из этих полуфабрикатов на машиностроительных заводах.

Известен сплав марки AMг-2, содержащий следующие компоненты, в мас. магний 1,8-2,8, марганец 0,2-0,6, алюминий остальное. (Алюминиевые сплавы. Структура и свойства полуфабрикатов из алюминиевых сплавов. Справочник М. Металлургия, 1974, стр. 90, Свариваемые алюминиевые сплавы. Николаев Г.А. Фридляндер И.Н. Арбузов Ю.П. Металлургия, 1990, стр. 273-274).

Одним из существенных недостатков термически неупрочняемого алюминиевого деформируемого сплава АМг-2 является то, что полуфабрикаты имеют недостаточно высокие механические свойства (σ_в= 17, σ_0,2= 8-10 кгс/мм² для листов) как основного металла, так и его св. соединений.

Наиболее близким к заявляемому сплаву является отечественный термически неупрочняемый свариваемый алюминиевый деформируемый сплав 01523 (Сплавы алюминиевые деформируемые марок 01570, 01523. ТУ1-809-420-84). Он имеет следующий химический состав, вес.

магний 1,8-2,4
скандий 0,2-0,4
цирконий 0,1-0,2
хром 0,03-0,1
ванадий 0,02-0,04
церий 0,01-0,05
алюминий остальное
Сплав 01523 может применяться в виде листов, плит, поковок, штамповок, прутков, труб имеет более высокие механические свойства (σ_в= 30, σ_0,2= 25 кгс/мм²), чем у сплава АМг 2 при комнатной температуре. Однако сплав 01523 имеет недостаточно высокую коррозионную стойкость и содержит большое количество дорогостоящего легирующего компонента скандия (0,2-0,4%), а также редкоземельный элемент - церий.

Технической задачей данного изобретения является разработка менее дорогостоящего экономно легированного сплава, повышенной коррозионной стойкости, лучшей свариваемости, работающего при криогенных температурах с повышенными механическими свойствами при комнатной и отрицательных температурах.

Поставленная задача решается тем, что в сплаве ограничено содержащие скандия, дополнительно введены марганец, бериллий и водород, и отсутствуют такие легирующие элементы, как хром, ванадий и цери. Сплав имеет следующий химический состав, мас.

магний 1,8-2,6
марганец 0,2-0,6
цирконий 0,05-0,05
бериллий 0,002-0,005
скандий 0,1-0,19
водород 0,0179774-0,035948
с контролем примесей химических элементов (не более):
железо 0,4
кремний 0,4
медь 0,1
цинк 0,2
титан 0,1
алюминий остальное
Совместное введение скандия с цирконием повышает механические свойства сплава (σ_в, σ_0,2), как основного металла, так и свойства сварных соединений. Большее их количество, чем указанное в сплаве, может снижать как прочностные характеристики, так и характеристики вязкости и надежности сплава.

Взаимодействие элементов: циркония (перитектическая диаграмма состояния с алюминием) и скандия (эвтектическая диаграмма состояния с алюминием ), из-за ограничения последнего в сплаве до 0,1-0,19% недостаточно, для влияния скандия (как поверхностно активного элемента) по границам зерен сплава.

Поэтому введение дополнительно менее дорогого не дефицитно легирующего элемента марганца, компенсирует недостаточную концентрацию скандия. При этом марганец увеличивает сопротивление сплава образованию горячих трещин при отливке слитков и при сварке деталей, а также увеличивает коррозионную стойкость.

Содержание водорода в количестве 0,0179774 0,035948% в сплаве, обеспечивает минимальную пористость приводящую к снижению брака сварных соединений.

Пример. В электрической тигельной печи отливали слитки ⊘ 70 мм в водоохлаждаемую стальную изложницу. При изготовлении сплава использовали двойные лигетуры Al-Mn, Al-Sc, Al-Zr, Al-Fe, Al-Be, Al-Ti, магний и цинк вводили в чистом виде. Разливку производили при температуре 710^oC. После гомогенизации и прессования слитков на полосу сечением 15х65 мм, полосы прокатывались сначала в горячую, а затем в холодную до толщины листов 2,0 мм. Исследование проводили на отожженном материале, состав и свойства листов приведены в таблицах 1,2.

Сварку листов осуществляли методом автоматической аргонодуговой сварки (ААрДЭС) с применением присадочной проволоки св. АМ 3 по ГОСТ 7871-79 в продольном направлении.

Проверка чувствительности деформированного материала к возникновению пор в околошовной зоне при сварке осуществлялась по методической рекомендации МР14-31-70.

Коррозионную стойкость (склонность к расслаивающей коррозии) листов оценивали по результатам испытаний отожженных образцов с наложением инициирующего нагрева при температуре 150^oC в течение 50 часов по ГОСТ3 9.901-82.

Свойства сварных соединений сплавов и результаты коррозионных испытаний приведены в таблицах 2, 3.

Из таблицы 2 видно, что механическое свойства при 20^oC предлагаемого сплава (σ_в, σ_0,2) выше, чем у сплава принятого за прототип, по σ_в на 6-20% по σ_0,2 на 8-16% при этом относительное удлинение и ударная вязкость находятся на сопоставимом уровне.

При испытании механических свойств при -196^oC предел прочности σ_в предлагаемого сплава выше на 2-6% чем аналогичные свойства у сплава принятого за прототип.

Следует отметить, что изломы у испытанных образцов при -196^oC - однородные, мелкозернистые; слоистость характерная для высоколегированных сплавов системы Al-Mg-Sc, приводящая к их охрупчиванию и снижению работоспособности отсутствует.

Оценка пористости сварного соединения показала преимущество предлагаемого сплава перед прототипом.

Другим преимуществом предлагаемого сплава является повышенная коррозионная стойкость. Склонность к расслаивающей коррозии после воздействия инициирующего нагрева при температуре 150^oC в течение 50 часов, составляет 4-5 баллов, вместо 6-7 у прототипа (таблица 3).

Наиболее значимым преимуществом предлагаемого сплава является его меньшая легированность по дорогостоящему элементу скандию.

Предлагаемый сплав может быть использован для изготовления авиационных конструкций, например обшивки фюзеляжа, в системе трубопроводов и кондиционирования, работающих в интервале температур +150 -196^oC. В условии дефицита топлива бензина, керосина, сплав может быть широко применен в топливных баковых конструкциях, работающих на сжиженном природном газе (с температурой до -185^oC), который является экологическим топливом, приносящим меньший вред окружающей среде.

Полуфабрикаты сплава, имея высокие прочностные характеристики и повышенную коррозионную стойкость, по сравнению с прототипом, могут найти широкое применение в автомобильной, судостроительной и других отраслях промышленности.

Способ изготовления полуфабрикатов из предлагаемого сплава не отличается от способа производства других алюминиевых серийных, деформируемых сплавов и не требует специального оснащения оборудованием.

Изобретение относится к области металлургии цветных металлов, а именно к разработке термически неупрочняемого, свариваемого, деформируемого, коррозионностойкого алюминиевого сплава системы алюминий-магний-скандий для работы в качестве конструкционного материала в изделиях ответственного назначения, элементы деталей которых работают до температур - 196^oC. Сплав содержит следующие компоненты, в мас. % магний 1,8-2,6, марганец 0,2-0,6, цирконий 0,05-0,015, бериллий 0,0002-0,005, скандий 0,1-0,19 водород 0,0179774-0,35948, алюминий - остальное. 3 табл.

Алюминиевый сплав, содержащий магний, скандий и цирконий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит марганец, бериллий и водород при следующем соотношении компонентов, мас.

Магний 1,8 2,6
Марганец 0,2 0,6
Цирконий 0,05 0,15
Бериллий 0,0002 0,005
Скандий 0,1 0,19
Водород 0,179774 0,035948
Алюминий Остальное,