СПЛАВ НА ОСНОВЕ МАГНИЯ И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕГО Российский патент 2005 года по МПК C22C23/04 

Изобретение относится к области машиностроения и авиастроения, где могут быть применены экономно легированные магниевые сплавы в качестве легкого прочного и свариваемого конструкционного материала, например, детали кресел, детали приборных отсеков, детали пульта управления, обечайки и т.д.

Известен сплав на основе магния следующего химического состава, мас.%:

Zn 1,0-6,0

Zr 0,4-1,0

РЗМ 1,5-5,0

Са до 0,3

Mg остальное

(Патент США №6299834)

Недостатком известного сплава является то, что сплав не обеспечивает достаточной трещиностойкости сварных соединений при использовании его в качестве присадочного материала, что снижает работоспособность изделий.

Известен также состав присадочной проволоки, рекомендуемый преимущественно для сварки магниевых сплавов, следующего химического состава, мас.%:

Zn 2,5-5

Zr 0,6-1,1

La-Се 0,5-1,5

Mg остальное

(Авторское свид. СССР №572355)

Недостатком этого состава является то, что механические и технологические свойства этого состава недостаточны и изготовление из него изделий не представляется возможным. Применение этого состава ограничивается только в качестве сварочной проволоки.

Причем при применении известного состава в качестве присадки при сварке магниевых сплавов в шве возникают значительные внутренние напряжения, что приводит к образованию трещин, снижению пластичности сварного шва, ухудшению качества и работоспособности изделий, например, таких, как приборные отсеки, приборные панели, детали кресел и т.д.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является сплав на основе магния и изделие, выполненное из него, следующего химического состава, мас.%:

Zn 1,0-1,5

Zr 0,15-0,30

Се 0,05-0,10

не менее одного элемента, выбранного из группы Nd, La, Pr, Sm 0,10-0,15

Mg остальное

(Патент РФ №2184168)

Сплав-прототип имеет недостаточно высокий уровень прочностных свойств. При использовании его в качестве присадочного материала полученные сварные соединения обладают недостаточно высокими прочностными и пластическими свойствами, что приводит к снижению ресурса и надежности изделий.

Технической задачей изобретения является повышение прочностных свойств сплава на основе магния при одновременном повышении прочностных и пластических свойств сварных соединений и изделий, выполненных из предлагаемого сплава.

Поставленная задача достигается тем, что предложен сплав на основе магния, содержащий цинк, цирконий, лантан, который дополнительно содержит алюминий и гафний при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Zn 0,8-1,50

Zr 0,15-0,50

La 0,7- 1,50

Al 0,005-0,05

Hf 0,001-0,05

Mg остальное

и изделие, выполненное из него.

Предлагаемый сплав может быть применен для изготовления деталей планера самолетов, в том числе для изготовления тонкостенных деталей сложной конфигурации (панели обслуживания, приборные панели, качалки, рычаги и т.д.), а также в качестве сварных соединений и присадочного материала для магниевых сплавов.

Авторами было установлено, что содержание в сплаве на основе магния цинка, циркония, лантана и дополнительно введение алюминия и гафния в заявленных пределах приводит к проявлению значительного модифицирующего эффекта. В структуре сплава происходит образование большого количества новых центров кристаллизации, которыми становятся первичные интерметаллиды HfAl₃, HfZn₂, HfZn₅, Mg₁₂Al₁₇. Причем этот эффект наследуется структурой деформированных полуфабрикатов. Мелкодисперсные частицы этих интерметаллидов, хаотически равномерно распределенные как в основном твердом растворе, так и по границам зерен, способствуют повышению прочностных характеристик предлагаемого сплава и сварных соединений, в том числе сварных соединений других магниевых сплавов при использовании заявляемого сплава в качестве присадочного материала. Авторами обнаружено, что наличие указанных интерметаллидов, образующихся при легировании сплава компонентами в заявляемых соотношениях в фазовом составе, приводит к повышению температуры рекристаллизации до 280-320°С. В результате этого нагрев заготовок сплава в процессе деформации не вызывает роста зерна. Это обстоятельство также позволяет достичь и сохранить высокие показатели прочностных свойств деформированных полуфабрикатов предлагаемого сплава, улучшает пластичность и трещиностойкость сварных соединений и увеличивает ресурс изделий.

Примеры осуществления.

Предлагаемый сплав и сплав-прототип были приготовлены в одинаковых условиях. В газовом горне с применением флюса ВИ-2 отлиты плавки, масса каждой составила 10 кг. Получены круглые и плоские слитки каждого сплава. После обточки круглые слитки отпрессованы на прессе, получена проволока ⊘ 2,0 мм. Плоские слитки после фрезерования прокатаны на стане “Дуо” на листы толщиной 2,0 мм. Листы порезаны на мерные заготовки, часть из которых сварена методом аргоно-дуговой сварки встык.

Исследованы сравнительные механические свойства листовых заготовок и сварных соединений предлагаемого сплава, сплава-прототипа в соответствии с ГОСТ 1497-76, ГОСТ 6996-66.

В таблице 1 представлены составы и механические свойства сплава-прототипа и предлагаемого сплава. В таблице 2 - сравнительные свойства сварных соединений при использовании предлагаемого сплава и сплава-прототипа в качестве основного сплава и присадочного материала.

В таблице 2 приведены также свойства сварных соединений предлагаемого сплава и сплава-прототипа при использовании их как присадки для сварки серийного сплава на основе магния - МА2-1.

Анализ полученных результатов свидетельствует о преимуществе предлагаемого сплава:

По значениям предела прочности и предела текучести предлагаемый сплав на 10-12% превосходит сплав-прототип.

Преимущества предлагаемого сплава наглядно подтверждаются при сравнении основных характеристик сварных соединений: как по пределу прочности, так и по величине угла загиба сварные соединения, изготовленные с его использованием в качестве присадочного материала, превосходят соответственно на 10-15% и 1,8-2 раза сварные соединения, полученные с применением сплава-прототипа. Значения ν_крит, характеризующие трещиностойкость сплавов, у предлагаемого сплава в 4,2 раз выше, чем у сварного соединения сплава-прототипа при использовании соответственно самих сплавов в качестве присадки. Применение предлагаемого сплава обеспечивает эффективный рост характеристик сварных соединений в случае его использования в качестве присадки для сварки серийного сплава МА2-1: предел прочности увеличивается на 20-25%, угол загиба - на 40-45%, ν_крит возрастает примерно в 3 раза (табл.2).

Применение предлагаемого сплава в качестве нового легкого и прочного свариваемого конструкционного материала улучшит качество и снизит массу изделий.

Применение предлагаемого сплава как присадочного материала обеспечит повышение коэффициента использования металла, гарантирует увеличение ресурса и надежности изделий.

Таблица 1№ п/пСплавХимический состав, масс.%Механические свойства сплавов  ZnZrAlHfPЗMMgσ_вσ_0,2      LaСе МПа1Предлагаемый
сплав0,800,150,0050,0010,7-ОСТАЛЬНОЕ2952342 1,150,330,0280,0261,1- 3012393 1,500,500,050,051,5- 3052454Сплав-прототип1,250,23--0,08 272218

Таблица 2№ п/пСплавПрисадочный материалСвойства сварных соединений   σ_{в св.соед.}α¹⁾V²⁾_крит.   МПаград.ММ/МИН1Предлагаемый сплавсостав 1232982,52 состав 2237942,43 состав 3243922,54Сплав-прототипПредлагаемый сплав, состав 1225761,85 Предлагаемый сплав, состав 2229781,96 Предлагаемый сплав, состав 3223811,87 Сплав-прототип195440,68МА2-1Предлагаемый сплав, состав 1223721,59 Предлагаемый сплав, состав 2228761,410 Предлагаемый сплав, состав 3230741,611 Сплав- прототип186430,5Примечание: 1) α-угол загиба сварного соединения, определяется по ГОСТ 6996-66, характеризует способность сварных соединений принимать заданный по размеру и форме изгиб, что определяет пластичность сварного соединения;
2) ν_крит - минимальная скорость деформации (растяжения) затвердевающего в процессе сварки сплава, приводящая к горячей трещине в испытуемом сечении. Характеризует трещиностойкость сварного соединения

Изобретение относится к области машиностроения и авиастроения, где могут быть использованы экономно легированные магниевые сплавы в качестве легкого прочного и свариваемого конструкционного материала, например, для деталей кресел, деталей приборных отсеков, обечайки и т.д. Предложен сплав на основе магния и изделие, выполненное из него. Сплав содержит цинк, цирконий, лантан, при этом он дополнительно содержит алюминий, гафний, при следующем соотношении компонентов, мас.%: Zn 0,8-1,50, Zr 0,15-0,50, La 0,7-1,50, Al 0,005-0,05, Hf 0,001-0,05, Mg остальное. Технический результат - повышение прочностных свойств сплава на основе магния при одновременном повышении прочностных и пластических свойств сварных соединений и изделий, выполненных из предлагаемого сплава. 2 с.п.ф-лы, 2 табл.

1. Сплав на основе магния, содержащий цинк, цирконий, лантан, отличающийся тем, что он дополнительно содержит алюминий и гафний при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Zn 0,8-1,50

Zr 0,15-0,50

La 0,7-1,50

Al 0,005-0,05

Hf 0,001-0,05

Mg Остальное