СВЕРХПРОЧНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ Российский патент 2012 года по МПК C22C21/10 

Предлагаемое изобретение относится к области металлургии легких сплавов, в частности сплавов на основе алюминия, предназначенных для изготовления деформированных полуфабрикатов в виде листов, штамповок, прутков, труб или другом виде для использования в газовых центрифугах, компрессорах низкого давления, вакуумных молекулярных насосах и в других сильно нагруженных изделиях, работающих при умеренно повышенных температурах.

Известен сплав на основе системы Al-Zn-Mg-Cu марки В95, широко используемый в виде деформированных полуфабрикатов в тяжело нагруженных изделиях и имеющий следующий химический состав, мас.%:

Цинк 5,0-7,0

Магний 1,8-2,8

Медь 1,4-2,0

Марганец 0,2-0,6

Хром 0,10-0,25

Алюминий - остальное

(Структура и свойства полуфабрикатов из алюминиевых сплавов. Справочник. Ответственные редакторы В.И.Елагин, В.А.Ливанов, Москва, «Металлургия», 1984 г.).

Сплав В95 обладает хорошим сочетанием служебных и технологических характеристик, но прочностные характеристики этого сплава недостаточно высоки, как при комнатной, так и при повышенных температурах.

Известен алюминиевый сплав марки В96Цпч следующего химического состава, мас.%:

Цинк 8,0-9,0

Магний 2,3-3,0

Медь 2,0-2,6

Цирконий 0,1-0,2

Алюминий - остальное

(Сплавы алюминиевые деформируемые повышенной чистоты. Марки. ОСТ 1 90026-80).

В целом сплав В96Цпч обладает достаточной прочностью при комнатной температуре. Однако жаропрочность сплава низкая и при повышении температуры прочностные характеристики быстро снижаются. Длительная прочность сплава и сопротивление ползучести при повышенных температурах низкие. Кроме того полуфабрикаты из этого сплава, полученные с большой степенью пластической деформации, например листы, обладают низкими прочностными свойствами. Сплав имеет повышенный удельный вес.

Предлагается сплав на основе алюминия следующего химического состава, мас.%:

Цинк 6,6-7,4

Магний 3,2-4,0

Медь 0,8-1,4

Скандий 0,12-0,30

Цирконий 0,06-0,20

Титан 0,01-0,07

Молибден 0,01-0,07

Никель 0,35-0,65

Железо 0,35-0,65

Кремний 0,10-0,30

Алюминий остальное

Предлагаемый сплав отличается от сплава прототипа тем, что он дополнительно содержит скандий, титан, молибден, никель, железо и кремний, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Цинк 6,6-7,4

Магний 3,2-4,0

Медь 0,8-1,4

Скандий 0,12-0,30

Цирконий 0,06-0,20

Титан 0,01-0,07

Молибден 0,01-0,07

Никель 0,35-0,65

Железо 0,35-0,65

Кремний 0,10-0,30

Технический результат - повышение прочностных свойств при комнатной температуре, в особенности у полуфабрикатов, получаемых с высокой степенью деформации, таких как, например, листы, раскатные трубы, а также повышение жаропрочности, т.е. снижение темпа разупрочнения при повышении температуры испытания. Сплав характеризуется высокими значениями длительной прочности при умеренно повышенных температурах.

Предлагаемый сплав позволяет получать любые виды деформированных полуфабрикатов (кованых, катаных, прессованных) со стабильной нерекристаллизованной структурой благодаря присутствию дисперсных вторичных частиц фазы Al₃ (Sc, Zr, Ti, Mo), тормозящих рекристаллизацию. Присутствие также в структуре сплава частиц фазы Al₉Fe, Ni и частиц фазы Mg₂Si эвтектического происхождения обуславливают достижение высоких прочностных свойств у всех видов полуфабрикатов при комнатной и повышенной температурах. Сплав имеет высокие значения длительной прочности при умеренно повышенных температурах. Удельный вес сплава меньше удельного веса прототипа.

Пример. Методом непрерывного литья были получены слитки диаметром 95 мм двух сплавов: известного сплава среднего состава и предлагаемого сплава среднего химического состава. Химический состав сплавов представлен в таблице 1.

Таблица 1 Сплав Zn Mg Cu Sc Zr Ti Mo Ni Fe Si Известный 8,5 2,7 2,3 - 0,12, - - - 0,02 0,01 Предлагаемый 7,0 3,6 1,1 0,22 0,11 0,03 0,02 0,5 0,5 0,21

Слитки гомогенизировали по ступенчатому режиму, резали на заготовки и прессовали на пруток диаметром 50 мм, из которого осадкой делали поковку, и на прессованную полосу сечением 6×60 мм, которую раскатывали на лист толщиной 1 мм. Полученные полуфабрикаты (прессованная полоса, катаный лист и поковка) закаливали в холодной воде и искусственно старили.

Проводили следующие испытания полученных полуфабрикатов: испытания на растяжение с определением σ_в, σ₀₂, δ при комнатной и повышенных температурах, определение длительной (сточасовой) прочности при 75, 100 и 125°С. Для понимания полученных результатов проводили структурные исследования.

В таблице 2 представлены результаты испытаний на растяжение при комнатной температуре и рассчитанная плотность.

Таблица 2 Свойство, единица измерения Вид полуфабриката Известный сплав Предлагаемый сплав Квота преимуществ, % Плотность, г/см³ Все виды 2,90 2,82 3 Временное сопротивление, МПа Прессованная полоса 650 680 4,6 Лист 610 710 16 Предел текучести, МПа Прессованная полоса 610 670 13 Лист 555 680 22 Ударная вязкость, кгм/см² Прессованная полоса 0,4 0,9 125

Предлагаемый сплав легче и прочнее известного, обладает значительно более высоким сопротивлением ударному изгибу.

При повышении температуры испытания преимущества предлагаемого сплава возрастают (табл.3).

Таблица 3 Свойства прессованных полос предлагаемого и известного сплава при температуре 150°С Сплав σ_в, МПа σ₀₂, МПа δ, % Предлагаемый 524 515 5,4 Известный 470 420 7,0

Предлагается сплав на основе алюминия, предназначенный для изготовления деформированных полуфабрикатов в виде листов, штамповок, прутков, труб или в другом виде для использования в газовых центрифугах, в компрессорах низкого давления, вакуумных молекулярных насосах и в других сильно нагруженных изделиях, работающих при умеренно повышенных температурах. Сплав содержит следующие компоненты, мас.%: цинк 6,6-7,4, магний 3,2-4,0, медь 0,8-1,4, скандий 0,12-0,30, цирконий 0,06-0,20, титан 0,01-0,07, молибден 0,01-0,07, никель 0,35-0,65, железо 0,35-0,65, кремний 0,10-0,30, алюминий остальное. Повышаются прочностные свойства сплава при комнатной температуре. 3 табл., 1 пр.

Сплав на основе алюминия, содержащий цинк, магний, медь, цирконий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит скандий, титан, молибден, никель, железо и кремний при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Цинк 6,6-7,4 Магний 3,2-4,0 Медь 0,8-1,4 Скандий 0,12-0,30 Цирконий 0,06-0,20 Титан 0,01-0,07 Молибден 0,01-0,07 Никель 0,35-0,65 Железо 0,35-0,65 Кремний 0,10-0,30 Алюминий Остальное