СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕГО Российский патент 2009 года по МПК C22C21/16 

Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к сплавам на основе алюминия системы Al-Cu-Mg-Li. Полуфабрикаты из этих сплавов используются в качестве конструкционных материалов для авиакосмической техники в виде обшивки и силового набора.

Сплавы системы Al-Cu-Mg-Li широко используются в авиакосмической технике.

Известны американские сплавы, имеющие следующий химический состав (% по массе):

Литий1,9-2,6Медь1,0-2,2Магний0,4-1,4Марганец0-0,9Никель0-0,5Цинк0-0,5Цирконий0-0,25Алюминийост. (Патент США №5374321)Литий1,5-2,5Медь1,6-2,8Магний0,7-2,5Цирконий0,05-0,2Железо≤0,5Кремний≤0,5Алюминийост. (Патент США №4795502)

Эти сплавы, имея пониженную плотность и приемлемые механические свойства при однократном и повторном нагружении, обладают высокой звукопроводностью при акустическом воздействии. Характеристики шумопоглощения для ряда изделий авиакосмической техники являются определяющими.

Наиболее близким аналогом к заявляемому, взятым за прототип, является российский сплав имеющий следующий химический состав (% по массе):

Литий1,7-2,0Медь1,6-2,0Магний0,7-1,1Цирконий0,04-0,2Бериллий0,02-0,2Титан0,01-0,1Никель0,01-0,15Марганец0,01-0,4Галлий0,001-0,05Водород1,5·10^-5-5,0·10^-5по крайней мере один элемент из группы, содержащей: Цинк0,01-0,3Сурьму0,00003-0,015Натрий0,0005-0,001Алюминийост. (Патент РФ №2180928)

Данный сплав обладает улучшенным сочетанием характеристик прочности и пластичности. Лист, изготовленный из этого сплава, обладает следующими свойствами: σ_В≥410 МПа, σ_0,2≥305 МПа, δ≥7%, К_с ^у≥100 МПа√м. Однако обшивка самолета, выполненная из этого сплава, обладает недостаточными характеристиками шумопоглощения.

Технической задачей настоящего изобретения является создание сплава, обладающего наряду с высокими прочностными свойствами (пределами прочности и текучести) пониженной звукопроводностью при акустическом воздействии.

Согласно настоящему изобретению предложен сплав на основе системы Al-Cu-Mg-Li, имеющий следующий химический состав (% по массе):

Литий1,7-2,0Медь1,6-2,0Магний0,7-1,1Цирконий0,04-0,2Бериллий0,02-0,2Титан0,01-0,1Никель0,01-0,15Марганец0,01-0,4Сера0,5·10^-4-1,0·10^-4Азот0,5·10^-4-1,0·10^-4Кобальт0,5·10^-6-1,0·10^-6Натрий0,5·10^-3-1,0·10^-3Алюминийостальноеи изделие, выполненное из него 

Присутствие серы и азота, вызывающих образование сульфидов и нитридов, создает некоторую акустическую неоднородность, способствующую увеличению коэффициента затухания ультразвука. Тем самым повышаются характеристики шумопоглощения материала. Кобальт концентрируется на границах зерен и способствует зернограничной деформации. При этом улучшается деформационная способность сплава и повышается технологическая пластичность.

Пример осуществления

В лабораторных условиях были отлиты слитки 4 сплавов. Химические составы предложенного и известного сплавов приведены в таблице 1, где сплавы 1-3 являются примерами сплавов согласно изобретению, а сплав 4 является примером - протипа.

Из слитков путем прессования полосы и последующей горячей и холодной прокатки получали листы толщиной 1,5 мм. Прессование проводили при 430°С, а горячую прокатку - при 440-450°С. Листы разрезали на заготовки, которые закаливали с температуры 530°С в воде и старили при температуре 150°С в течение 24 ч. Из этих заготовок были изготовлены образцы для измерения коэффициента затухания ультразвука. Главным фактором, определяющим способность материала поглощать звуковые волны, а следовательно, увеличивать величину шумопоглощения, является коэффициент затухания ультразвука. Коэффициент затухания ультразвука измеряли эхоимпульсным методом на продольных волнах в частотах 10,20 и 30 МГц. Результаты испытаний приведены в таблице 2.

Полученные результаты показывают, что предложенный сплав по сравнению с известными сплавами системы Al-Cu-Mg-Li обладает практически одинаковыми пределом прочности и относительным удлинением. Однако по величине шумопоглощения, определяемой по коэффициенту затухания ультразвука, он имеет превосходство на ˜30%.

Таким образом, применение предлагаемого сплава в качестве конструкционного материала для авиакосмической техники в виде обшивки и силового набора из листов обеспечивает значительное повышение шумопоглощения.

Таблица 1Химический состав сплавов (% по массе)Номер сплаваLiCuMgZrBeTiNiMnSNСоNaGaНAl11,71,60,70,040,020,010,010,010,5·10^-40,5·10^-40,5·10^-60,5·10^-3--ост.21,851,80,90,120,110,0550,080,2050,75·10^-40,75·10^-40,75·10^-60,75·10^-3--ост.32,02,01,10,20,20,10,150,41,0·10^-41,0·10^-41,0·10^-61,0·10^-3--ост.41,71,80,80,120,020,050,10,3---1,0·10^-30,052,0·10^-5ост.

Таблица 2Механические свойства сплавовНомер сплаваПредел прочности при растяжении, МПаПредел текучести при растяжении, МПаОтносительное удлинение, %Вязкость разрушения (K_c ^у), МПа√мКоэффициент затухания ультразвука, дБ/м14103051511028241531013105293420315121003044103051410521

Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к сплавам на основе алюминия и изделиям, выполненным из них, которые предназначены для авиакосмической техники. Сплав и изделие, выполненное из него, имеют следующие компоненты, мас.%: литий 1,7-2,0, медь 1,6-2,0, магний 0,7-1,1, цирконий 0,04-0,2, бериллий 0,02-0,2, титан 0,01-0,1, никель 0,01-0,15, марганец 0,01-0,4, сера 0,5·10^-4-1,0·10^-4, азот 0,5·10^-4-1,0·10^-4, кобальт 0,5·10^-6-1,0·10^-6, натрий 0,5·10^-3-10·10^-3, алюминий - остальное. Получают сплав и изделие из него, обладающие наряду с высокими прочностными свойствами (пределами прочности и текучести) пониженной звукопроводностью при акустическом воздействии. 2 н.п. ф-лы, 2 табл.

1. Сплав на основе алюминия, содержащий литий, медь, магний, цирконий, бериллий, титан, никель, марганец, натрий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит кобальт, серу и азот при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Литий1,7-2,0Медь1,6-2,0Магний0,7-1,1Цирконий0,04-0,2Бериллий0,02-0,2Титан0,01-0,1Никель0,01-0,15Марганец0,01-0,4Сера0,5·10^-4-1,0·10^-4Азот0,5·10^-4-1,0·10^-4Кобальт0,5·10^-6-1,0·10^-6Натрий0,5·10^-3-1,0·10^-3АлюминийОстальное

Литий1,7-2,0Медь1,6-2,0Магний0,7-1,1Цирконий0,04-0,2Бериллий0,02-0,2Титан0,01-0,1Никель0,01-0,15Марганец0,01-0,4Сера0,5·10^-4-1,0·10^-4Азот0,5·10^-4-1,0·10^-4Кобальт0,5·10^-6-1,0·10^-6Натрий0,5·10^-3-1,0·10^-3АлюминийОстальное