ЖАРОПРОЧНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ Российский патент 2015 года по МПК C22C21/16 

Описание патента на изобретение RU2558806C1

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к деформируемым термически упрочняемым сплавам на основе алюминия, предназначенным для применения в качестве конструкционного материала для элементов конструкций изделий авиационной техники и машиностроения, подвергающихся технологическим и эксплуатационным нагревам до температур 175-200°C.

Известен алюминиевый сплав марки 1205, имеющий следующий состав, мас.%:

медь 5,6-6,8 марганец 0,3-0,8 титан 0,02-0,1 цирконий 0,08-0,15 кадмий 0,1-0,2 магний не более 0,02 алюминий остальное

(«Авиационные материалы. Справочник в 9 томах» т. 4, кн. 1. Под ред. С.И. Кишкина. Москва. ОНТИ, 1982 г., стр. 453-481).

Недостатком данного сплава является невысокий уровень длительной прочности при температурах 175-200°C, что позволяет ограниченно использовать его в греющихся частях конструкций. Кроме того, в его составе содержится кадмий, который существенно ухудшает экологичность производства сплава.

Известен жаропрочный деформируемый алюминиевый сплав, содержащий следующие элементы, мас.%:

медь 5,5-6,5 марганец 0,4-0,8 магний 0,2-0,35 титан 0,05-0,1 цирконий 0,06-0,2 ванадий 0,05-0,15 молибден 0,02-0,08 кремний 0,12-0,25 алюминий остальное

(RU 2048577 С1, 20.11.1995).

Недостатком данного сплава является невысокий уровень механических свойств при комнатной температуре. Малое содержание магния не обеспечивает уровень предела текучести выше 390 МПа. Кроме того, из-за легирования большим количеством нерастворимых в алюминии элементов, в частности кремнием, сплав отличается невысокими характеристиками трещиностойкости в результате образования избыточных грубых интерметаллидов, являющихся центрами зарождения и развития трещин.

Наиболее близким аналогом является алюминиевый сплав, имеющий следующий химический состав, мас.%:

Cu 4,1-5,5 Mg 0,30-0,75 Mn 0,15-0,8 Ti 0,05-0,4 Cr 0,05-0,4 Ag 0-0,7 Zr 0-0,2 Fe 0-<0,20, предпочтительно 0-<0,15 Si 0-<0,20, предпочтительно 0-<0,15 Al и другие примеси остальное

(RU 2418876 С2, 0.05.2011).

Недостатком данного сплава является неудовлетворительная длительная прочность, что существенно ограничивает его применение в изделиях, подвергающихся эксплуатационным и технологическим нагревам. Задачей данного изобретения является разработка алюминиевого сплава системы Al-Cu-Mg, легированного редкими (далее - РМ) и редкоземельными металлами (далее - РЗМ) для элементов конструкций изделий авиационной техники и машиностроения, подвергающихся эксплуатационным и технологическим нагревам, в том числе длительным, вплоть до температур 175-200°C.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение пределов прочности и текучести при комнатной температуре и длительной прочности при температурах 175-200°C после упрочняющей термической обработки при сохранении высокого уровня трещиностойкости. Технический результат достигается за счет того, что предложен сплав на основе алюминия, включающий медь, магний, марганец, цирконий, серебро, при этом он дополнительно содержит кобальт, по крайней мере, один элемент из группы, содержащей иттрий, церий, и, по крайней мере, один элемент из группы, содержащей гафний, титан, бор, углерод, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

медь 5,1-6,5 магний 0,15-1,0 марганец 0,1-0,9 цирконий 0,005-0,2 кобальт 0,005-0,2 серебро 0,25-1,0

по крайней мере, один элемент из группы, содержащей

иттрий, церий 0,005-0,2

по крайней мере, один элемент из группы, содержащей

гафний, титан 0,001-0,1 бор, углерод 0,0001-0,08 алюминий остальное

Комплексное легирование сплава обеспечивает повышение прочности и длительной прочности за счет выделения упрочняющих фаз в процессе старения и укрепление границ зерен нерастворимыми фазами на основе алюминия с редкоземельными металлами.

Повышение содержания меди обеспечивает упрочнение сплава при комнатной температуре за счет повышения плотности выделений упрочняющих фаз.

Добавление серебра обеспечивает образование фазы Ω' в результате искусственного старения, которая выделяется гомогенно и обеспечивает повышение пределов прочности и текучести при сохранении трещиностойкости.

С целью модификации структуры слитков и обеспечения после деформации в полуфабрикатах из данного сплава однородного зерна с регламентированным размером вводятся элементы из группы, содержащей титан, гафний, бор и углерод, которые образуют друг с другом и с алюминием соединения, являющиеся центрами кристаллизации при литье, обеспечивая мелкозернистую структуру в слитках.

Введение в состав сплава редкоземельных металлов - иттрия и/или церия обеспечивает укрепление границ зерен за счет образования стойких к воздействию температур соединений с алюминием, которые являются препятствием для движения дислокаций и развития процессов ползучести, что повышает уровень длительной прочности, в частности при температурах 175-200°C.

Пример осуществления.

Методом полунепрерывного литья были отлиты круглые слитки диаметром 110 мм, химический состав которых представлен в таблице 1. После гомогенизации и обточки проводили ковку слитков на плоскую сутунку при температуре 400-460°C. Затем проводили горячую прокатку сутунок до толщины 6 мм, после чего горячекатаные заготовки прокатывались вхолодную на стане типа «Дуо» до толщины 2,5 мм. После прокатки листы закаливались в холодной воде. Затем проводили правку растяжением со степенью остаточной деформации 0,5-1,5% для придания необходимой плоскостности и искусственное старение по одноступенчатому режиму на максимальную прочность.

Из листов были вырезаны образцы для исследований механических свойств при растяжении при комнатной температуре, а также образцы для определения длительной прочности. Испытания проводились на плоских образцах по ГОСТ 1497-84. Испытания на длительную прочность проводились по ГОСТ 10145-1. Испытания на трешиностойкость с определением критического коэффициента интенсивности напряжений в условиях плосконапряженного состояния проводились по ОСТ 1 90356-84. Результаты механических испытаний приведены в таблице 2.

Как видно из сравнения механических характеристик листов, представленных в таблице 2, предлагаемый сплав обладает на 5% повышенным пределом прочности, на 10% повышенным пределом текучести при комнатной температуре в сравнении с прототипом, а также повышенной на 20% длительной прочностью при сохранении высокого уровня трещиностойкости. Это позволяет использовать данный сплав в нагруженных элементах конструкций в условиях теплового воздействия.

Похожие патенты RU2558806C1

название год авторы номер документа
ВЫСОКОПРОЧНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕГО 2014
  • Каблов Евгений Николаевич
  • Антипов Владислав Валерьевич
  • Клочков Геннадий Геннадьевич
  • Клочкова Юлия Юрьевна
  • Романенко Валерия Андреевна
  • Самохвалов Сергей Васильевич
RU2560485C1
ВЫСОКОПРОЧНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕГО 2015
  • Каблов Евгений Николаевич
  • Антипов Владислав Валерьевич
  • Вахромов Роман Олегович
  • Рябов Дмитрий Константинович
  • Блинова Надежда Евгеньевна
RU2610190C1
СПЛАВ НА ОСНОВЕ СИСТЕМЫ Al-Cu-Li И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕГО 2014
  • Каблов Евгений Николаевич
  • Колобнев Николай Иванович
  • Антипов Владислав Валерьевич
  • Хохлатова Лариса Багратовна
  • Вершинина Елена Николаевна
  • Оглодков Михаил Сергеевич
RU2560481C1
СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ 2014
  • Каблов Евгений Николаевич
  • Антипов Владислав Валерьевич
  • Вахромов Роман Олегович
  • Рябов Дмитрий Константинович
  • Иванова Анна Олеговна
RU2576286C2
Высокопрочный алюминиевый сплав системы Al-Zn-Mg-Cu и изделие, выполненное из него 2022
  • Антипов Владислав Валерьевич
  • Дуюнова Виктория Александровна
  • Оглодков Михаил Сергеевич
  • Селиванов Андрей Аркадьевич
  • Шляпникова Татьяна Анатольевна
  • Блинова Надежда Евгеньевна
  • Асташкин Александр Игоревич
RU2804669C1
СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ 2011
  • Каблов Евгений Николаевич
  • Антипов Владислав Валерьевич
  • Сенаторова Ольга Григорьевна
  • Ткаченко Евгения Анатольевна
  • Вахромов Роман Олегович
  • Григорьев Максим Викторович
RU2447173C1
ВЫСОКОПРОЧНЫЙ ДЕФОРМИРУЕМЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ И ИЗДЕЛИЕ ИЗ НЕГО 2008
RU2394113C1
СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ ЭТОГО СПЛАВА 2010
  • Дриц Александр Михайлович
  • Орыщенко Алексей Сергеевич
  • Григорян Валерий Арменакович
  • Осокин Евгений Петрович
  • Барахтина Наталия Николаевна
  • Соседков Сергей Михайлович
  • Арцруни Арташес Андреевич
  • Хромов Александр Петрович
  • Цургозен Леонид Александрович
RU2431692C1
Жаропрочный литейный сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него 2017
  • Каблов Евгений Николаевич
  • Сидоров Виктор Васильевич
  • Мин Павел Георгиевич
  • Каблов Дмитрий Евгеньевич
  • Вадеев Виталий Евгеньевич
  • Крамер Вадим Владимирович
RU2656908C1
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

Реферат патента 2015 года ЖАРОПРОЧНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к деформируемым термически упрочняемым сплавам на основе алюминия. Сплав на основе алюминия включает медь, магний, марганец, цирконий, кобальт, серебро, по крайней мере один элемент из группы, содержащей иттрий, церий, и по крайней мере один элемент из группы, содержащей гафний, титан, бор, углерод, при следующем соотношении компонентов, мас.%: медь 5,1-6,5, магний 0,15-1,0, марганец 0,1-0,9, цирконий 0,005-0,2, кобальт 0,005-0,2, серебро 0,25-1,0, по крайней мере один элемент из группы, содержащей иттрий, церий 0,005-0,2, по крайней мере один элемент из группы, содержащей гафний, титан 0,001-0,1, бор, углерод 0,0001-0,08, алюминий - остальное. Техническим результатом изобретения является повышение пределов прочности и текучести при комнатной температуре и длительной прочности при температурах 175-200°C после упрочняющей термической обработки при сохранении высокого уровня трещиностойкости. 3 пр., 2 табл.

Формула изобретения RU 2 558 806 C1

Сплав на основе алюминия, содержащий медь, магний, марганец, цирконий, серебро, отличающийся тем, что он дополнительно содержит кобальт, по крайней мере один элемент из группы, содержащей иттрий, церий, и по крайней мере один элемент из группы, содержащей гафний, титан, бор, углерод, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
медь 5,1-6,5 магний 0,15-1,0 марганец 0,1-0,9 цирконий 0,005-0,2 кобальт 0,005-0,2 серебро 0,25-1,0


по крайней мере один элемент из группы, содержащей
иттрий, церий 0,005-0,2

по крайней мере один элемент из группы, содержащей
гафний, титан 0,001-0,1 бор, углерод 0,0001-0,08 алюминий остальное

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2015 года RU2558806C1

СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ 1992
  • Фридляндер И.Н.
  • Романова О.А.
  • Данилов С.Ф.
  • Ланцова Л.П.
  • Якимова Е.Г.
  • Алексеева О.И.
  • Дмитриева М.Н.
  • Телешов В.В.
  • Елагин В.И.
  • Щербакова В.Н.
  • Каримова С.А.
  • Старова Е.Н.
RU2048577C1
RU 20012138290 A, 10.02.2011
US 20120048390 A1, 01.02.2012
СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ, ИЗДЕЛИЕ ИЗ ЭТОГО СПЛАВА И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ 2001
RU2210614C1
WO 2010082811 A1, 22.07.2010

RU 2 558 806 C1

Авторы

Каблов Евгений Николаевич

Антипов Владислав Валерьевич

Вахромов Роман Олегович

Рябов Дмитрий Константинович

Антипов Константин Валерьевич

Зеленюк Наталия Юрьевна

Даты

2015-08-10Публикация

2014-05-19Подача