Высокопрочный деформируемый сплав на основе алюминия системы Al-Zn-Mg-Cu и изделие из него Российский патент 2017 года по МПК C22C21/10 

Описание патента на изобретение RU2613270C1

Предлагаемое изобретение относится к области металлургии, в частности к высокопрочным деформируемым сплавам на основе алюминия, предназначенным для использования в виде деформированных полуфабрикатов, преимущественно прессованных, в качестве конструкционного материала.

Известен в металлургии высокопрочный деформируемый сплав на основе алюминия марки В96Ц системы Al-Zn-Mg-Cu следующего химического состава, мас.%:

Цинк 8,0-9,0 Магний 2,3-3,0 Медь 2,0-2,6 Цирконий 0,1-0,2 Железо, не более 0,4 Кремний, не более 0,3 Алюминий Остальное

(см. Промышленные алюминиевые сплавы: Справ. изд. / Алиева С.Г., Альтман М.Б., Амбарцумян С.М. и др. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Металлургия. 1984. С. 124).

Недостатком этого сплава является низкая пластичность и недостаточно высокие характеристики удельной прочности в термически обработанном (закаленном и искусственно состаренном) состоянии.

Известен высокопрочный деформируемый сплав на основе алюминия системы Al-Zn-Mg-Cu, содержащий, мас.%:

Цинк 6,0-8,0 Магний 3,4-4,2 Медь 0,8-1,3 Скандий 0,07-0,15 Цирконий 0,08-0,12 Бериллий 0,0005-0,004 Церий 0,01-0,15 Титан 0,02-0,08 Кремний 0,01-0,15 Железо 0,01-0,15 Водород 0,05-0,35 см3/100 г металла Неизбежные примеси из группы Mn, Cr, V, Mo, Li, Ag, К, Na, О в суммарном количестве, не более 0,10 Алюминий Остальное,

при соблюдении соотношения между содержанием магния и цинка от 0,53 до 0,57 (см. патент RU №2514748 C1, С22С 21/06 - прототип).

Недостатком сплава-прототипа являются недостаточно высокие прочностные характеристики и характеристики удельной прочности в термически обработанном (закаленном и искусственно состаренном) состоянии при достаточно высокой пластичности в продольном направлении.

Предлагается высокопрочный деформируемый сплав на основе алюминия системы Al-Zn-Mg-Cu, содержащий цинк, магний, медь, скандий, цирконий, церий, титан, водород и неизбежные примеси, основными из которых являются железо, кремний, марганец и хром, который дополнительно содержит бор при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Цинк 7,8-8,2 Магний 2,0-2,4 Медь 1,8-2,1 Скандий 0,1-0,17 Цирконий 0,1-0,14 Церий 0,0005-0,001 Титан 0,01-0,03 Бор 0,0005-0,001 Водород 0,05-0,3 см3/100 г металла Алюминий и неизбежные примеси Остальное,

в том числе:

железо в количестве не более 0,12 мас. % кремний в количестве не более 0,11 мас. % марганец в количестве не более 0,02 мас. % хром в количестве не более 0,02 мас. %,

при соблюдении соотношения между содержанием магния и цинка от 0,25 до 0,3.

Предлагается также изделие, выполненное из высокопрочного деформируемого сплава на основе алюминия системы Al-Zn-Mg-Cu следующего химического состава, мас. %:

Цинк 7,8-8,2 Магний 2,0-2,4 Медь 1,8-2,1 Скандий 0,1-0,17 Цирконий 0,1-0,14 Церий 0,0005-0,001 Титан 0,01-0,03 Бор 0,0005-0,001 Водород 0,05-0,3 см3/100 г металла Алюминий и неизбежные примеси Остальное,

в том числе:

железо в количестве не более 0,12 мас. % кремний в количестве не более 0,11 мас. % марганец в количестве не более 0,02 мас. % хром в количестве не более 0,02 мас. %,

при соблюдении соотношения между содержанием магния и цинка от 0,25 до 0,3.

Предлагаемый сплав и изделие из него отличаются от прототипа тем, что сплав дополнительно содержит бор и компоненты взяты в следующем соотношении, мас.%:

Цинк 7,8-8,2 Магний 2,0-2,4 Медь 1,8-2,1 Скандий 0,1-0,17 Цирконий 0,1-0,14 Церий 0,0005-0,001 Титан 0,01-0,03 Бор 0,0005-0,001 Водород 0,05-0,3 см3/100 г металла Алюминий и неизбежные примеси Остальное,

в том числе:

железо в количестве не более 0,12 мас. % кремний в количестве не более 0,11 мас. % марганец в количестве не более 0,02 мас. % хром в количестве не более 0,02 мас. %,

при соблюдении соотношения между содержанием магния и цинка от 0,25 до 0,3.

Отличием предлагаемого сплава является также более низкое отношение содержания магния к содержанию цинка, равное в среднем 0,275, а также то, что железо и кремний рассматриваются как неизбежные примеси.

Технический результат - повышение прочностных характеристик и характеристик удельной прочности сплава и изделий из него в термически обработанном (закаленном и искусственно состаренном) состоянии и, как следствие, повышение весовой отдачи готовых конструкций.

При предлагаемом содержании и соотношении компонентов в предлагаемом сплаве основной упрочняющий эффект достигается за счет образования в результате термической обработки (закалки и последующего искусственного старения) дисперсных выделений упрочняющих фаз М [Mg(CuZn)2] и Т (MgZnAlCu) с высокой плотностью их распределения в структуре полуфабриката, при этом за счет ограничения содержания неизбежных примесей железа, кремния, марганца и хрома снижается количество неизбежно образующихся при кристаллизации сплава включений нерастворимых фаз типа Al (Cu, Fe, Mn, Cr), Al (Zn, Mg, Cu, Fe) и Mg2Si, соответственно увеличивается доля основных легирующих компонентов - цинка, магния и меди, участвующих в упрочнении сплава при термической обработке, что повышает прочность сплава и выполненного из него изделия. Дополнительное упрочнение вносит дисперсная фаза Al3 (Sc, Zr), выделяющаяся при неизбежных технологических нагревах слитка. Добавка церия снижает окисляемость сплава, что позволяет снизить загрязненность сплава окисными включениями, повысив тем самым механические свойства сплава и выполненного из него изделия. Добавка бора совместно с титаном измельчает зерно в слитке, повышая тем самым прочностные и пластические характеристики сплава и выполненного из него изделия. Предлагаемое соотношение между содержанием магния и цинка обеспечивает благоприятное сочетание прочностных и пластических свойств полуфабрикатов и деталей в термически обработанном состоянии. Низкое и регламентированное с обеих сторон содержание водорода обеспечивает высокую деформируемость сплава при горячей обработке давлением, одновременно с этим снижается вероятность возникновения водородной пористости, что также положительно сказывается на механических свойствах сплава и выполненного из него изделия.

Из предлагаемого сплава могут быть изготовлены детали конструкций, для которых важным является снижение массы конструкции с соответствующим увеличением массы полезной нагрузки. В предлагаемом изделии технический результат достигается тем, что в качестве материала заготовки используется высокопрочный деформируемый сплав на основе алюминия системы Al-Zn-Mg-Cu следующего химического состава, мас. %:

Цинк 7,8-8,2 Магний 2,0-2,4 Медь 1,8-2,1 Скандий 0,1-0,17 Цирконий 0,1-0,14 Церий 0,0005-0,001 Титан 0,01-0,03 Бор 0,0005-0,001 Водород 0,05-0,3 см3/100 г металла Алюминий и неизбежные примеси Остальное,

в том числе:

железо в количестве не более 0,12 мас. % кремний в количестве не более 0,11 мас. % марганец в количестве не более 0,02 мас. % хром в количестве не более 0,02 мас. %,

при соблюдении соотношения между содержанием магния и цинка от 0,25 до 0,3.

Пример

Получили предлагаемый сплав из шихты, состоящей из алюминия марки А85, цинка марки ЦО, магния марки Мг95, меди марки Ml, церия марки ЦеЭ-0, двойных лигатур алюминий-скандий, алюминий-цирконий, алюминий-титан и тройной лигатуры алюминий-титан-бор. Сплав готовили в электрической печи сопротивления и методом полунепрерывного литья отливали слитки диаметром 178 мм.

Химический состав сплава приведен в таблице 1.

Слитки гомогенизировали, резали на заготовки, которые затем обтачивали до диаметра 160 мм. Обточенные заготовки прессовали при 400°C на пруток диаметром 51 мм. Полученные прутки подвергали термической обработке (закалке и искусственному старению) по режиму: нагрев под закалку при 473°C, выдержка при этой температуре 2 ч, охлаждение в воде, старение при 125°C, 24 ч. Полученные прутки в термически обработанном (закаленном и искусственно состаренном) состоянии подвергли испытаниям с определением плотности и механических свойств. Механические свойства (предел прочности σВ, предел текучести σ0,2, относительное удлинение δ) определяли при испытании на растяжение при комнатной температуре на стандартных разрывных образцах, вырезанных в продольном направлении. Характеристики удельной прочности (σВуд. и σ0,2уд.) определяли как отношение σВ и σ0,2 к плотности. Также определяли плотность и механические свойства изготовленных тем же способом прутков из сплава-прототипа, химический состав которого приведен в таблице 1.

Результаты испытаний приведены в таблице 2.

Как видно из таблицы 2, предлагаемый сплав обладает по сравнению с прототипом более высокими прочностными характеристиками и характеристиками удельной прочности. Применение предлагаемого сплава в качестве конструкционного материала позволит на 5-7% снизить массу конструкции с соответствующим увеличением массы полезной нагрузки и повышением характеристик весовой отдачи, что принципиально важно для высоконагруженных конструкций разового применения.

Похожие патенты RU2613270C1

название год авторы номер документа
ВЫСОКОПРОЧНЫЙ ДЕФОРМИРУЕМЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ СИСТЕМЫ Al-Zn-Mg-Cu ПОНИЖЕННОЙ ПЛОТНОСТИ И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕГО 2014
  • Захаров Валерий Владимирович
  • Телешов Виктор Владимирович
  • Бочвар Сергей Георгиевич
  • Чугункова Галина Михайловна
  • Головлёва Анна Петровна
RU2581953C1
ВЫСОКОПРОЧНЫЙ ДЕФОРМИРУЕМЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ И ИЗДЕЛИЕ ИЗ НЕГО 2008
RU2394113C1
ДЕФОРМИРУЕМЫЙ ТЕРМИЧЕСКИ НЕУПРОЧНЯЕМЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ И ИЗДЕЛИЕ ИЗ НЕГО 2008
  • Овсянников Борис Владимирович
  • Захаров Валерий Владимирович
  • Филатов Юрий Аркадьевич
  • Чертовиков Владимир Михайлович
RU2387725C2
ВЫСОКОПРОЧНЫЙ ДЕФОРМИРУЕМЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ СИСТЕМЫ Al-Zn-Mg-Cu ПОНИЖЕННОЙ ПЛОТНОСТИ И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕГО 2013
  • Захаров Валерий Владимирович
  • Телешов Виктор Владимирович
  • Головлёва Анна Петровна
RU2514748C1
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
ВЫСОКОПРОЧНЫЙ ДЕФОРМИРУЕМЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ СИСТЕМЫ Al-Zn-Mg-Cu И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕГО 2018
  • Захаров Валерий Владимирович
  • Телешов Виктор Владимирович
  • Запольская Виктория Валерьевна
  • Павлюченко Сергей Николаевич
  • Денищев Тимофей Вячеславович
  • Быстрюкова Тамара Владимировна
  • Краснопёров Сергей Владимирович
  • Семовских Станислав Валерьевич
  • Гусев Дмитрий Васильевич
RU2693710C1
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 АЛЮМИНИЯ ДЛЯ ПРОТИВОМЕТЕОРИТНОЙ ЗАЩИТЫ 2016
  • Мироненко Виктор Николаевич
  • Васенев Валерий Валерьевич
  • Карпова Жанна Александровна
  • Еремеев Владимир Викторович
  • Еремеев Николай Владимирович
  • Тарарышкин Виктор Иванович
  • Клишин Александр Федорович
  • Тулин Дмитрий Владимирович
  • Сыромятников Сергей Алексеевич
RU2654224C1
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 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

Реферат патента 2017 года Высокопрочный деформируемый сплав на основе алюминия системы Al-Zn-Mg-Cu и изделие из него

Изобретение относится к области металлургии, в частности к высокопрочным деформируемым сплавам на основе алюминия, предназначенным для использования в виде деформированных полуфабрикатов в качестве конструкционного материала. Высокопрочный деформируемый сплав на основе алюминия системы Al-Zn-Mg-Cu и изделие из него содержат, мас.%: цинк 7,8-8,2, магний 2,0-2,4, медь 1,8-2,1, скандий 0,1-0,17, цирконий 0,1-0,14, церий 0,0005-0,001, титан 0,01-0,03, бор 0,0005-0,001, алюминий и неизбежные примеси, в том числе железо не более 0,12, кремний не более 0,11, марганец не более 0,02, хром не более 0,02, - остальное, при этом водород присутствует в сплаве в количестве 0,05-0,3 см3/100 г металла, а отношение магния и цинка составляет от 0,25 до 0,3. Техническим результатом изобретения является повышение прочностных характеристик, в том числе удельной прочности материала. 2 н.п. ф-лы, 1 пр., 2 табл.

Формула изобретения RU 2 613 270 C1

1. Высокопрочный деформируемый сплав на основе алюминия системы Al-Zn-Mg-Cu, содержащий цинк, магний, медь, скандий, цирконий, церий, титан, водород, алюминий и неизбежные примеси, основными из которых являются железо, кремний, марганец и хром, отличающийся тем, что он дополнительно содержит бор при следующем соотношении компонентов, мас. %:

цинк 7,8-8,2 магний 2,0-2,4 медь 1,8-2,1 скандий 0,1-0,17 цирконий 0,1-0,14 церий 0,0005-0,001 титан 0,01-0,03 бор 0,0005-0,001 алюминий и неизбежные примеси остальное,

в том числе:

железо не более 0,12 кремний не более 0,11 марганец не более 0,02 хром не более 0,02,

при этом водород в сплаве содержится в количестве 0,05-0,3 см3/100 г металла, а соотношение магния и цинка составляет от 0,25 до 0,3.

2. Изделие из высокопрочного деформируемого сплава на основе алюминия системы Al-Zn-Mg-Cu, отличающееся тем, что оно выполнено из сплава, содержащего, мас. %:

цинк 7,8-8,2 магний 2,0-2,4 медь 1,8-2,1 скандий 0,1-0,17 цирконий 0,1-0,14 церий 0,0005-0,001 титан 0,01-0,03 бор 0,0005-0,001 алюминий и неизбежные примеси остальное,

в том числе:

железо не более 0,12 кремний не более 0,11 марганец не более 0,02 хром не более 0,02,

при этом водород в сплаве содержится в количестве 0,05-0,3 см3/100 г металла, а соотношение магния и цинка составляет от 0,25 до 0,3.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2017 года RU2613270C1

ВЫСОКОПРОЧНЫЙ ДЕФОРМИРУЕМЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ СИСТЕМЫ Al-Zn-Mg-Cu ПОНИЖЕННОЙ ПЛОТНОСТИ И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕГО 2013
  • Захаров Валерий Владимирович
  • Телешов Виктор Владимирович
  • Головлёва Анна Петровна
RU2514748C1
ИЗДЕЛИЕ ИЗ ДЕФОРМИРУЕМОГО ВЫСОКОПРОЧНОГО СПЛАВА Al-Zn И СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ТАКОГО ИЗДЕЛИЯ 2004
  • Бенедиктус Ринзе
  • Кайдель Кристиан Йоахим
  • Хайнц Альфред Людвиг
RU2353699C2
Колосоуборка 1923
  • Беляков И.Д.
SU2009A1
US 20050034794 A1, 17.02.2005
СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ 2007
  • Сухих Александр Ювенальевич
  • Захаров Валерий Владимирович
RU2352668C2

RU 2 613 270 C1

Авторы

Филатов Юрий Аркадьевич

Тарануха Галина Владимировна

Захаров Валерий Владимирович

Чугункова Галина Михайловна

Байдин Николай Григорьевич

Панасюгина Людмила Ивановна

Шадаев Денис Александрович

Нилов Евгений Евгеньевич

Махов Сергей Владимирович

Напалков Виктор Иванович

Даты

2017-03-15Публикация

2015-10-20Подача