СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ Российский патент 2009 года по МПК C22C21/10 

Изобретение относится к области металлургии легких сплавов, в частности сплавов на основе алюминия для изготовления кованых, прессованных и катаных полуфабрикатов, используемых в качестве конструкционного материала в изделиях авиастроения.

Известен сплав на основе системы алюминий-цинк-магний-медь следующего химического состава, мас.%:

Цинк 6,35÷8,0 Магний 0,5÷2,3 Медь 0,8÷3,0 Железо 0,06÷0,25 Титан 0,03÷0,1 Цирконий 0,07÷0,25 Бериллий 0,0001÷0,05 Алюминий Остальное

(Авторское свидетельство СССР №1185878, МПК С22С 21/18, 1990, бюл. №44)

Недостатком сплава является малая технологичность в металлургическом производстве и, в частности, склонность к образованию интерметаллидов при литье слитков, низкие характеристики пластичности и вязкости разрушения в поперечных направлениях полученных из них полуфабрикатов.

Известен алюминиевый сплав системы алюминий-цинк-магюш-медь следующего химического состава, мас.%:

Цинк 6,35÷8,0 Магний 0,5÷2,5 Медь 0,8÷1,3 Железо 0,06÷0,25 Кремний 0,01÷0,20 Цирконий 0,07÷0,20 Марганец 0,001÷0,1 Хром 0,001÷0,05 Титан 0,03÷0,1 Бериллий 0,0001÷0,05

По крайней мере, один элемент из группы щелочноземельных металлов;

Калий 0,0001÷0,01 Натрий 0,0001÷0,01 Кальций 0,0001÷0,01 Алюминий Остальное

(Патент РФ №2165995, МПК С22С 21/10, 2001, бюл. №12) - прототип.

Недостатком этого сплава является склонность к образованию интерметаллидов при литье слитков и несплошностей в виде расслоений в готовых полуфабрикатах и, как результат, низкая пластичность и вязкость разрушения в поперечных направлениях.

Предлагается алюминиевый сплав на основе алюминия системы алюминий-цинк-магний-медь следующего химического состава, мас.%:

Цинк 6,35÷7,2 Магний 1,6÷2,2 Медь 0,8÷1,2 Цирконий 0,07÷0,12 Молибден 0,01÷0,03 Титан 0,01÷0,05 Бериллий 0,0001÷0,05 Церий 0,001÷0,05 Алюминий Остальное

Предлагаемый сплав отличается от прототипа тем, что он дополнительно содержит молибден и церий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Цинк 6,35÷7,2 Магний 1,6÷2,2 Медь 0,8÷1,2 Цирконий 0,07÷0,12 Титан 0,01÷0,05 Бериллий 0,0001÷0,05 Молибден 0,01÷0,03 Церий 0,001÷0,05 Алюминий Остальное

Достигаемый при использовании сплава технический эффект заключается в повышении комплекса механических свойств готовых термически упрочненных полуфабрикатов, в особенности пластичности и вязкости разрушения в поперечных направлениях. Природа этого явления заключается в том, что предлагаемый сплав меньше окисляется при плавке и литье слитков и меньше загрязнен окисью алюминия и магния. Кроме того, сплав не склонен к образованию первичных интерметаллидов, содержащих тугоплавкие металлы, вследствие комплексного легирования, обеспечивающего большую совместную растворимость тугоплавких металлов в жидком алюминии и благодаря уменьшению суммарного содержания легирующих компонентов в целом. Отсутствие первичных интерметаллидов позволяет повысить комплекс механических свойств, уменьшить количество несплошностей-расслоений, снижающих механические свойства полуфабрикатов, в особенности в поперечных направлениях. Все это вместе взятое уменьшает склонность сплава к образованию внутренних дефектов в полуфабрикатах.

Отсутствие интерметаллидов и малое количество несплошностей-расслоений способствует достижению высокого уровня механических свойств термически упрочненных полуфабрикатов.

ПРИМЕР.

Из известного и предлагаемого сплавов, химический состав которых приведен в таблице 1, полунепрерывным способом отливали слитки диаметром 835 мм.

Таблица 1 № п/п Сплав Zn Mg Cu Zr Ti Mn Cr Be К Na Ca Mo Се 1 Извес. 6,6 2,01 1,1 0,16 0,07 0,05 0,03 0,0002 0,002 0,001 0,003 - - 2 Предл. 6,8 1,98 1,0 0,10 0,03 - - 0,0003 - - - 0,02 0,003

После гомогенизации при температуре 460-470°С в течение 24 часов слитки механически обрабатывали и после нагрева до температуры 380-420°С изготавливали поковки размером 220×·690×·3720 мм. Поковки проходили термическую обработку по режиму: закалка в воду после выдержки 270 минут при температуре 465°С и последующее двухступенчатое старение - 120°С, 12 часов +180°С, 6 часов.

Вязкость разрушения, прочностные и пластические свойства определяли в продольном, поперечном по ширине и толщине направлениях. Наличие внутренних дефектов оценивали методом ультразвукового контроля. Результаты испытаний приведены в таблице 2.

Таблица 2 № п/п Сплав Направление образцов σ_в, МПа σ_0,2, МПа δ, % К_1С, МПа√/м Число дефектов, УЗК     Продольное 501 455 8,2 47,1   1 Известный Поперечное по ширине 497 458 7,7 46,0 207     Поперечное по толщине 450 433 4,1 41,2       Продольное 507 462 10,7 56,7   2 Предлагаемый Поперечное по ширине 505 458 10,2 56,2 11     Поперечное по толщине 493 451 7,4 55,4  

Исследование структуры слитков известного и предлагаемого сплава показало наличие интерметаллидов тугоплавких металлов в слитке известного сплава и практически их отсутствие в слитке предлагаемого сплава.

Из таблицы 2 следует, что поковка из предлагаемого сплава характеризуется более высокими характеристиками пластичности 5 и вязкости разрушения К_1С, в особенности в поперечном по толщине направлении, а также меньшей анизотропией свойств.

Использование деформированных полуфабрикатов из предлагаемого сплава в качестве конструкционного материала в авиастроении позволит повысить надежность конструкции и увеличить срок службы авиационной техники.

Изобретение относится к области металлургии легких сплавов, в частности сплавов на основе алюминия для изготовления кованых, прессованных и катаных полуфабрикатов, используемых в качестве конструкционного материала в изделиях авиастроения. Сплав содержит следующие компоненты, мас.%: цинк 6,35-7,2, магний 1,6-2,2, медь 0,8-1,2, цирконий 0,07-0,12, титан 0,01-0,05, бериллий 0,0001-0,05, молибден 0,01-0,03, церий 0,001-0,05, алюминий - остальное. Получают сплав, обладающий высокой технологичностью и имеющий повышенный уровень механических свойств, в частности пластичности и вязкости разрушения, а также позволяющий уменьшить количество несплошностей в готовых полуфабрикатах. 2 табл.

Сплав на основе алюминия, содержащий цинк, магний, медь, цирконий, титан, бериллий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит молибден и церий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Цинк 6,35÷7,2 Магний 1,6÷2,2 Медь 0,8÷1,2 Цирконий 0,07÷0,12 Титан 0,01÷0,05 Бериллий 0,0001÷0,05 Молибден 0,01÷0,03 Церий 0,001÷0,05 Алюминий Остальное