СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕГО Российский патент 2007 года по МПК C22C21/10 

Описание патента на изобретение RU2293783C1

Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к среднепрочным, экономнолегированным сплавам на основе алюминия системы Al-Zn-Mg-Cu. Полуфабрикаты из этих сплавов (листы, профили, штамповки, поковки и др.) используются в качестве конструкционных материалов при изготовлении обшивки фюзеляжа, элементов силового набора планера гидросамолетов, вертолетов и палубной авиации, эксплуатирующихся во всеклиматических условиях, а также применяемых в транспортном машиностроении, судостроении, строительных конструкциях и других отраслях техники.

Известен сплав на основе алюминия, имеющий следующий химический состав (мас.%):

Zn=3,2-2,8

Mg=2,2-2,8

Cr=0,1-0,3

Zr=0,1-0,3

В=0,01-0,03

Be=0,01-0,05

Ti=0,1-0,3

Al=остальное (авт. св. СССР №1427857)

Сплав предназначен для литых деталей и изделий, выполненных из него. Недостатком сплава является пониженная технологическая пластичность, пониженная коррозионная стойкость и прочностные характеристики, что не позволяет использовать его в деталях силового набора и обшивок летательных аппаратов нового поколения.

Известны сплавы на основе алюминия серии 7000, например:

1. Сплав, имеющий следующий химический состав (мас.%):

Zn=5,0-8,0

Mg=2,0-3,5

Cu=0,5-2,5

Ni=0,05- 1,2

РЗМ=0,05-1,0

Fe=0,2-0,45

Si=0,05-0,15

Один элемент из группы

Zr=0,05-0,25

Ti=0,01-0,1

В=0,001-0,01

Mn=0,05-0,6

Cr=0,03-0,25

V=0,03-0,15

или Pb, Bi, Sn=0,05-2,5

Al=остальное (патент Японии №2107739)

2. Сплав на основе алюминия следующего химического состава (мас.%):

Zn=3,5-5,0

Mg=2,2-3,5

Mn=0,5-1,2

Zr=0,1-0,3

Fe≤0,1

Si≤0,1

Cr≤0,1

Ti≤0,1

Al=остальное (патент Великобритании №2246578)

Эти высоколегированные сплавы системы Al-Zn-Mg предназначены в качестве конструкционных материалов основных силовых элементов планера самолета - обшивки, деталей силового набора, стрингеров и др. Сплавы, обеспечивая сравнительно высокий уровень конструкционной прочности, плохо свариваются и обладают недостаточной коррозионной стойкостью, что не позволяет эффективно использовать их в изделиях, эксплуатирующихся во всеклиматических условиях.

Наиболее близким по химическому составу к предлагаемому является сплав на основе алюминия следующего химического состава (мас.%):

Zn=5,0-9,0

Mg=0,3-3,0

Cu=0,3-1,3

Zr=0,05-0,3

Fe=0,05-0,3

Si=0,01-0,2

по крайней мере, один элемент из группы:

Ni=0,01-0,2

Со=0,01-0,2

по крайней мере, один элемент из группы:

Be=0,0001-0,05

Мо=0,001-0,1

Mn=0,01-0,1

Ti=0,02-0,1

Cr=0,001-0,1

V=0,001-0,1

Н2=(0,1-3,6)·10-5

В=0,0001-0,03

С=0,00001-0,008

Al=остальное (патент РФ №2215807)

Полуфабрикаты, полученные из этого сплава (поковки, штамповки), обладают повышенной вязкостью разрушения, прочностными характеристиками, низкими остаточными напряжениями и не подвержены короблению. Однако сплав имеет недостаточно высокую технологическую пластичность, коррозионную стойкость и недостаточно высокую прочность сварного соединения, повышенную скорость роста трещины усталости (СРТУ), что не позволяет эффективно использовать его в изделиях авиационной техники, в частности гидросамолетах и палубной авиации.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание сплава и изделия на его основе, обладающего повышенными коррозионными свойствами (МКК, РСК и КР), свариваемостью всеми видами сварки, технологической пластичностью, хорошей прокаливаемостью, низкой скоростью трещины усталости (СРТУ), особенно в коррозионной среде. Все вышеперечисленные показатели позволяют использовать его в изделиях авиационной техники, эксплуатирующейся во всеклиматических условиях при температуре от -70°C до +80°C.

Для достижения поставленной задачи предложен сплав на основе алюминия, содержащий цинк, медь, магний, марганец, хром, кремний железо, отличающийся тем, что он дополнительно содержит скандий и, по крайней мере, один элемент из группы: цирконий, церий при следующем соотношении компонентов (мас.%):

Zn=3,5-4,85

Cu=0,3-1,0

Mg=1,2-2,2

Mn=0,15-0,6

Fe=0,01-0,15

Si=0,01-0,12

Sc=0,05-0,4

Cr=0,01-0,3

по крайней мере один элемент из группы:

Zr=0,05-0,15

Се=0,005-0,25

Al=остальное

и изделие, выполненное из него.

Значительное снижение суммарного содержания Zn и Mg на 25-30% в предложенном сплаве приводит к улучшению свариваемости и повышению прочности сварных соединений. Этот эффект достигается за счет малой чувствительности предлагаемого сплава к скорости охлаждения с высокой температуры и в процессе охлаждения на воздухе. В зоне термического воздействия сварного соединения происходит распад пересыщенного твердого раствора с выделением основной упрочняющей фазы MgZn2. Кроме того, при заявленном суммарном содержании Zn и Mg в сплавах системы Al-Zn-Mg наблюдается наилучшая технологичность (Rмин) и практически отсутствует склонность к коррозии под напряжением.

Дополнительное легирование Sc оказывает существенный упрочняющий эффект за счет выделения дисперсных частиц фазы Al3Sc. Кроме того, Sc измельчает зеренную структуру в зоне сварного шва, что также способствует высокой прочности сварного соединения.

Малые добавки Zr и/или Се способствуют измельчению зерна и уменьшению отрицательного влияния Si на характеристики пластичности и вязкости разрушения.

Пример осуществления

В опытно-промышленных условиях были проведены плавки предлагаемого сплава и сплава прототипа. Из отлитых слитков изготовлены следующие полуфабрикаты: штамповки, профиль, листы термообработаны по двухступенчатому режиму старения (Т3):

1-ая ступень старения - 100±5°С - 8 часов

2-ая ступень старения - 170±5°С - 5 часов

После изготовления образцов проведены испытания на СРТУ - скорость роста трещины усталости (ОСТ 1.90268-78).

Коррозионные испытания:

1. испытания на межкристаллитную коррозию (МКК) проводились по ГОСТ 9.021;

2. испытания на расслаивающую коррозию (РСК) проводились по ГОСТ 9.904;

3. испытания сварных соединений по ГОСТ 1497-84

В таблице 1 представлен химический состав предложенного сплава (пример 1-3) и сплава-прототипа (пример 4).

В таблице 2 представлены свойства указанных сплавов.

Как видно из таблицы 2, предлагаемый сплав превосходит сплав-прототип по характеристикам коррозионной стойкости (РСК, МКК, КР), технологической пластичности. Скорость роста трещины усталости у предлагаемого сплава более чем в два раза ниже, чем у сплава-прототипа. Прочность сварного соединения предложенного сплава максимально приближается к прочности основного металла. Предложенный сплав низколегированный и, следовательно, экономически выгодный.

Таким образом, полученный комплекс указанных свойств позволяет применять предложенный сплав в качестве обшивки фюзеляжа, элементов силового набора планера, гидросамолетов, вертолетов и палубной авиации

Таблица 1
Химический состав сплавов
№ п/пAlZnCuMgMnCrFeSiScZrСеNiСоBeМоVBH2С1Ост.3,50,31,20,150,010,010,010,050,15---------24,00,71,80,40,10,080,090,2-0,25--------34,851,02,20,60,30,150,120,40,050,005--------47,02,01,20,020,020,120,08-0,05-0,020,1Ti0,06--0,0008--Таблица 2
Свойства сплавов
№ п/пRмин*РСК, балМКК, ммКР, МПаСРТУ, dl/dNσвосн.ме.10,8S2отсутствует3502,10,9521,0S2отсутствует3002,00,9231,3S2отсутствует3402,00,934 (прототип)2,2S3-40,1-0,22304,20,65Rмин*- радиус гиба от толщины листа S
σвосн. ме. - отношение прочности сварного соединения к прочности основного металла

Похожие патенты RU2293783C1

название год авторы номер документа
СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕГО 2003
  • Фридляндер И.Н.
  • Каблов Е.Н.
  • Молостова И.И.
  • Елисеева С.П.
  • Блинова Н.Е.
RU2243278C1
СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕГО 2001
  • Фридляндер И.Н.
  • Колобнев Н.И.
  • Самохвалов С.В.
  • Хохлатова Л.Б.
  • Каримова С.А.
  • Давыдов В.Г.
  • Захаров В.В.
  • Синявский В.С.
  • Бер Л.Б.
  • Капуткин Е.Я.
  • Рендигс Карл-Хайнц
  • Темпус Герхард
RU2215055C2
ВЫСОКОПРОЧНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ ЭТОГО СПЛАВА 2002
  • Ткаченко Е.А.
  • Фридляндер И.Н.
  • Латушкина Л.В.
RU2233902C1
СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ И ИЗДЕЛИЕ ИЗ НЕГО 2020
  • Манн Виктор Христьянович
  • Крохин Александр Юрьевич
  • Вахромов Роман Олегович
  • Градобоев Александр Юрьевич
  • Рябов Дмитрий Константинович
  • Легких Антон Николаевич
RU2771396C1
ВЫСОКОПРОЧНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕГО 2000
  • Фридляндер И.Н.
  • Каблов Е.Н.
  • Сенаторова О.Г.
  • Легошина С.Ф.
  • Самонин В.Н.
  • Сухих А.Ю.
  • Кохорст Иоганнес
RU2184166C2
ВЫСОКОПРОЧНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕГО 2014
  • Сенаторова Ольга Григорьевна
  • Каблов Евгений Николаевич
  • Антипов Владислав Валерьевич
  • Сомов Андрей Валерьевич
  • Блинова Надежда Евгеньевна
RU2556849C1
ВЫСОКОПРОЧНЫЙ ДЕФОРМИРУЕМЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ С ПОНИЖЕННОЙ ПЛОТНОСТЬЮ И СПОСОБ ЕГО ОБРАБОТКИ 2011
  • Елагин Виктор Игнатович
  • Захаров Валерий Владимирович
  • Ростова Татьяна Дмитриевна
  • Швечков Евгений Иванович
  • Фисенко Ирина Антонасовна
  • Кириллова Лидия Петровна
RU2468107C1
ВЫСОКОПРОЧНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЯ ИЗ НЕГО 2010
  • Каблов Евгений Николаевич
  • Ткаченко Евгения Анатольевна
  • Антипов Владислав Валерьевич
  • Вахромов Роман Олегович
RU2443793C1
СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕГО 2005
  • Чирков Евгений Федорович
  • Каблов Евгений Николаевич
  • Каримова Светлана Алексеевна
RU2299256C1
СОСТАВ ПРИСАДОЧНОЙ ПРОВОЛОКИ 2004
  • Лукин В.И.
  • Иода Е.Н.
  • Лоскутов В.М.
  • Базурина Е.Я.
  • Савичева Е.Ю.
RU2265674C1

Реферат патента 2007 года СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕГО

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к среднепрочным, экономнолегированным сплавам на основе алюминия системы Al-Zn-Mg-Cu. Сплав на основе алюминия и изделие, выполненное из него, содержат следующие компоненты, мас.%: цинк 3,5-4,85, медь 0,3-1,0, магний 1,2-2,2, марганец 0,15-0,6, хром 0,01-0,3, железо 0,01-0,15, кремний 0,01-0,12, скандий 0,05-0,4, по крайней мере один элемент из группы: цирконий 0,05-0,15, церий 0,005-0,25, алюминий - остальное. Техническим результатом изобретения является создание сплава и изделия, выполненного из него, обладающих повышенными характеристиками коррозионной стойкости, свариваемостью всеми видами сварки и низкой скоростью роста трещины усталости. 2 н.п. ф-лы, 2 табл.

Формула изобретения RU 2 293 783 C1

1. Сплав на основе алюминия, содержащий цинк, медь, магний, марганец, хром, железо, кремний, отличающийся тем, что он дополнительно содержит скандий и, по крайней мере, один элемент из группы: цирконий, церий, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Цинк3,5-4,85Медь0,3-1,0Магний1,2-2,2Марганец0,15-0,6Хром0,01-0,3Железо0,01-0,15Кремний0,01-0,12Скандий0,05-0,4по крайней мере один элемент из группы:Цирконий0,05-0,15Церий0,005-0,25АлюминийОстальное

2. Изделие из сплава на основе алюминия, отличающееся тем, что оно выполнено из сплава по п.1.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2007 года RU2293783C1

GB 1176235 А, 01.01.1970
СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ, ИЗДЕЛИЕ ИЗ НЕГО И СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ИЗДЕЛИЯ 2001
RU2215807C2
СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕГО 2003
  • Фридляндер И.Н.
  • Каблов Е.Н.
  • Молостова И.И.
  • Елисеева С.П.
  • Блинова Н.Е.
RU2243278C1
US 2001028861 А, 11.10.2001
Перекатываемый затвор для водоемов 1922
  • Гебель В.Г.
SU2001A1
Топчак-трактор для канатной вспашки 1923
  • Берман С.Л.
SU2002A1

RU 2 293 783 C1

Авторы

Фридляндер Иосиф Наумович

Каблов Евгений Николаевич

Базурина Елена Яковлевна

Колобнев Николай Иванович

Каримова Светлана Алексеевна

Кузьмина Светлана Петровна

Даты

2007-02-20Публикация

2005-08-30Подача