СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕГО Российский патент 2001 года по МПК C22C21/00 C22C21/06 

Изобретение относится к области металлургии, а именно к свариваемым сплавам пониженной плотности системы Al-Mg-Li, предназначенным для применения в качестве конструкционных материалов в авиакосмической технике. Из этого сплава могут изготавливаться различные элементы силового набора и обшивки фюзеляжей самолетных конструкций, в том числе сварные, а также сварные топливные баки и другие элементы ракетной техники.

Из уровня техники известны сплавы системы Al-Mg-Li с небольшими добавками меди или цинка (патенты фирмы Alcan N 4584173 и Reynolds N 5133931), которые входят в твердый раствор, изменяют состав упрочняющих фаз, выделившихся при старении, и за счет этого оказывают положительное влияние на механические свойства. Однако эти добавки отрицательно влияют на свариваемость и коррозионную стойкость сплава. Кроме того, сплавы с указанными добавкам имеют более высокую плотность. Известен сплав 1420 следующего химического состава, мас.%:
Магний - 4,5-6,0
Литий - 1,8-2,3
Цирконий - 0,08-0,15
Алюминий и примеси - Остальное
(ОСТ 1.90048-77. Сплавы алюминиевые деформируемые. Марки).

Недостатком сплава является пониженный предел текучести.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является свариваемый сплав системы Al-Mg-Li следующего химического состава, мас.%:
Магний - 4,0-6,0
Литий - 1,3-2,2
Медь - 0,005-0,2
Бериллий - 0,0001-0,3
по крайней мере один металл из группы, включающей, мас.%:
Цирконий - 0,04-0,12
Скандий - 0,03-0,25
и по крайней мере один металл из группы, включающей, мас.%:
Кальций и барий - 0,002-0,05
Алюминий - Остальное
(см. патент РФ N 2038405, БИ N 18, 1995 г.)
Недостатком сплава является высокая скорость роста трещины усталости, что обусловлено наличием нерастворимых частиц интерметаллидов, содержащих кальций и барий, даже при их содержании менее 0,05%. Этот недостаток наиболее ярко проявляется в листах и тонких профилях, которые являются основными полуфабрикатами, используемыми в самолетных конструкциях. Кроме того, режимы термической обработки, используемые для обеспечения высоких прочностных свойств и высокой длительной прочности сплава при 20-70^oC, не обеспечивают термическую стабильность сплава в процессе длительного солнечного нагрева при 85^oC, 1000 ч. Поэтому этот сплав не пригоден для применения в обшивках и силовом наборе самолетов.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание сплава пониженной плотности с высокими характеристиками трещиностойкости, обладающего высокой термической стабильностью при сохранении высокой коррозионной стойкости и свариваемости, и изделий из него. Изделия из этого сплава, включая сварные, например топливные баки, обшивка фюзеляжа и др., будут иметь пониженную массу и повышенные характеристики надежности при эксплуатации.

Для решения этой задачи предлагается сплав на основе алюминия следующего химического состава, мас.%:
Магний - 4,5-7,0
Литий - 1,5-3,0
Железо - 0,01-0,15
Водород - 1,7•10^-5-4,5•10^-5
Натрий - 0,0001-0,0015
по крайней мере один элемент из группы, содержащей:
Цирконий - 0,05-0,15
Скандий - 0,05-0,4
Бериллий - 0,005-0,1
и по крайней мере один элемент из группы, содержащей:
Марганец - 0,005-0,3
Хром - 0,005-0,2
Титан - 0,005-0,2
Алюминии - Остальное
и изделие из этого сплава.

Дополнительное введение водорода, натрия, железа, а также одного или более элементов из группы: марганец, хром, титан - обеспечивают высокую термическую стабильность предлагаемому сплаву, высокие прочностные свойства и коррозионную стойкость.

Пример осуществления:
Из слитков ⊘ 70 мм, состав которых приведен в табл. 1, после гомогенизации при температуре 500^oC в течение 10 часов изготавливали прессованную полосу сечением 15х65 мм. Далее из прессованных заготовок получали горячей прокаткой листы толщиной 4,5 мм и затем холодной прокаткой листы толщиной 2 мм. Свойства листов после закалки на воздухе и трехступенчатого старения приведены в таблице 2.

Как видно из табл. 2 у предлагаемого сплава значительно меньше скорость роста трещины усталости и выше термическая стабильность после длительного низкотемпературного нагрева при 85^oC, 1000 ч, особенно по относительному удлинению и вязкости разрушения. При этом сплав сохраняет пониженную плотность, высокую коррозионную стойкость до и после нагрева и хорошую свариваемость.

Таким образом, применение предлагаемого сплава для силового набора и обшивки самолетов, сварных топливных баков и других элементов ракетной техники позволит понизить массу изделия на 10-25% за счет низкой плотности и замены клепки на сварку. Высокие характеристики и термическая стабильность сплава повысят надежность изделия и его ресурс.

Изобретение относится к металлургии, а именно к свариваемым сплавам пониженной плотности системы Al-Mg-Li, предназначенным для применения в качестве конструкционных материалов в авиакосмической технике. Предлагается сплав следующего химического состава, мас.%:
Магний - 45 - 7,0
Литий - 1,5 - 3,0
Железо - 0,01 - 0,15
Водород - 1,7 • 10^-5 - 4,5 • 10^-5
Натрий - 0,0001 - 0,0015
по крайней мере один элемент из группы, содержащей
Цирконий - 0,05 - 0,15
Скандий - 0,05 - 0,4
Бериллий - 0,005 - 0,1
и по крайней мере один элемент из группы, содержащей
Марганец - 0,005 - 0,3
Хром - 0,005 - 0,2
Титан - 0,05 - 0,2
Алюминий - Остальное
и изделие, выполненное из него. Предлагаемый сплав позволит понизить массу изделия на 10 - 25% за счет низкой плотности и замены клепки на сварку, повысит надежность изделия и его ресурс за счет высоких характеристик и термической стабильности сплава. 2 с.п.ф-лы, 2 табл.

1. Сплав на основе алюминия, содержащий магний, литий, по крайней мере один элемент из группы, содержащей цирконий, скандий, бериллий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит водород, натрий, железо и по крайней мере один элемент из группы, содержащей марганец, хром, титан при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Магний - 4,5 - 7,0
Литий - 1,5 - 3,0
Железо - 0,01 - 0,15
Водород - 1,7•10^-5 - 4,5•10^-5
Натрий - 0,0001 - 0,0015
по крайней мере один элемент из группы, содержащей
Цирконий - 0,05 - 0,15
Скандий - 0,05 - 0,4
Бериллий - 0,005 - 0,1
и по крайней мере один элемент из группы, содержащей:
Марганец - 0,005 - 0,3
Хром - 0,005 - 0,2
Титан - 0,005 - 0,2
Алюминий - Остальное
2. Изделие из сплава на основе алюминия, отличающееся тем, что выполнено из сплава следующего химического состава, мас.%:
Магний - 4,5 - 7,0
Литий - 1,5 - 3,0
Железо - 0,01 - 0,15
Водород - 1,7•10^-5 - 4,5•10^-5
Натрий - 0,0001 - 0,0015
по крайней мере один элемент из группы, содержащей
Цирконий - 0,05 - 0,15
Скандий - 0,05 - 0,4
Бериллий - 0,005 - 0,1
и по крайней мере один элемент из группы, содержащей:
Марганец - 0,005 - 0,3
Хром - 0,005 - 0,2
Титан - 0,005 - 0,2
Алюминий - Остальное