СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ Российский патент 2024 года по МПК C22C21/02 C22C21/06 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно, к термически упрочняемым алюминиевым сплавам на основе системы алюминий-магний-кремний, используемых в качестве материалов для элементов сварных конструкций в строительстве и транспортном машиностроении, в том числе, пассажирском вагоностроении.

Уровень техники

C развитием транспортного машиностроения и строительной отрасли возникает потребность в новых материалах, конструкциях и технологиях. Наиболее актуальным направлением в настоящий момент является изготовление конструкций с применением полых панелей из алюминия. Таким примером могут служить мостовые конструкции или бескаркасные вагоны из алюминиевых сплавов с применением широкого профиля взамен стальных каркасных решений. Для обеспечения конкурентного преимущества алюминиевого широкого профиля требуются сплавы с повышенным уровнем прочности и усталостной долговечности с возможностью сварки и хорошей технологичностью при прессовании для получения широких панелей со сложной внутренней геометрией и высоким качеством поверхности. Имеющиеся сплавы не удовлетворяют данным требованиям.

Применение профиля из улучшенного сплава позволяет снизить вес конструкции вагона, что в свою очередь обеспечивает повышение его весовой эффективности и позволяет решить вопросы высокого потребления электроэнергии и износа железнодорожных путей. Кроме того, строительные конструкции и железнодорожный транспорт испытывают длительные циклические нагрузки в процессе эксплуатации, в связи с чем, повышенный уровень усталостной долговечности сплава позволяет обеспечить повышенный срок службы таких изделий.

Известен деформируемый термически упрочняемый сплав c повышенным уровнем прочности, усталостной долговечности и ударной вязкости, предназначенный для применения в конструкции автомобилей (CN109666824, С22С21/02, C22C21/08 опубл. 24.04.2020 г.). Сплав имеет следующий состав, масс.%:

магний 0,8-1,5 кремний 0,8-1,6 марганец 0,3-1,0 цирконий 0,01-0,3 медь 0-0,3 цинк 0,05-0,3 хром 0,1-0,3 титан меньше или равно 0,1 железо меньше или равно 0,5 неизбежные примеси меньше или равно 0,15 алюминий остальное

Основным недостатком данного сплава является высокое легирование как основными легирующими элементами, так и дополнительными малыми добавками, что потребует высоких усилий пресса для получения прессованных полых панелей и снизит выход годного и усталостную долговечность по причине получения неудовлетворительного качества поверхности панелей. Кроме того, низкая производительность при изготовлении прессованных панелей привет к увеличению стоимости конечного продукта и снижению конкурентного преимущества применения алюминия в конструкции. Также при высоком содержании магния и кремния сплав становится склонным к межкристаллитной и питтинговой коррозии, что может вызывать преждевременное разрушение при воздействии знакопеременных нагрузок.

Известен алюминиевый сплав системы Al-Mg-Si-Cr (CN109295355, С22С21/02, С22С1/03, С22F1/05, опубл. 29.12.2020 г.). Сплав предназначен для применения в виде плит в железнодорожном транспорте и обладает повышенным уровнем усталостной долговечности и коррозионной стойкости. Указанный сплав имеет следующий химический состав, масс.%:

кремний 0,7-1,2 железо до 0,5 медь до 0,1 марганец 0,4-0,8 магний 0,5-1,0 хром 0,1-0,25 цинк до 0,2 титан до 0,1 примеси до 0,15 (каждая до 0,05) алюминий остальное

Основным недостатком данного сплава является недостаточное содержание элементов антирекристаллизаторов, которые предотвращают образование рекристаллизованной структуры и крупнокристаллического ободка в профилях. Наличие такой структуры в профиле негативно сказывается на прочностных свойствах. Высокое содержание марганца при малой добавке хрома при нагреве под закалку может приводить к образованию грубой крупнозернистой структуры из-за неоднородности химического состава, связанной с внутрикристаллитной ликвацией марганца. Кроме того, при производстве профилей с химическим составом, приближенным к верхней границе содержания магния и кремния, приведет к сильному снижению прочностных свойств в случае возникновения перерыва между закалкой и старением. С учетом особенностей производственных условий выполнить искусственное старение в течение одного часа после закалки для предотвращения распада твердого раствора при вылеживании редко представляется возможным.

Известен профиль из алюминиевого сплава для применения в элементах конструкций автотранспорта (СN114592147, C22C21/02, С22С1/03, опубл. 31.01.2023 г.). Сплав имеет следующий состав, масс.%:

кремний 0,8-1,0 хром 0,25-0,5 медь 0,12-0,15 цинк 0,1-0,3 железо 0,05-0,08 магний 0,5-0,7 марганец 0,32-0,40 титан 0,10-0,13 цирконий 0,10-0,14 кадмий 0,01-0,02 редкоземельные элементы 0,01-0,05 алюминий остальное примеси до 0,15 (каждая до 0,05) цирконий+титан меньше или равно 0,25 церий/лантан 3-5/1-3

Легирование сплава хромом и цирконием в выбранных интервалах может приводить к образованию первичных интерметаллидов при литье слитков, которые будут снижать как прочностные, так и пластические характеристики конечных полуфабрикатов. Кроме того, добавки дорогостоящего лантана и других редкоземельных элементов снижают экономическую эффективность применения данного сплава из-за высокой стоимости. Низкое содержание железа в сплаве также приведет к удорожанию конечного продукта из-за необходимости использования более чистого алюминия при приготовлении сплава.

Известен алюминиевый сплав системы Al-Mg-Si с хорошей прочностью, коррозионной стойкостью и возможностью вторичной переработки для применения в транспортных средствах, кораблях, автомобилях, мотоциклах и так далее (JP2020066752, С22С21/02, С22С21/06, С22F1/05, B21C23/00, C22F1/00 опубл. 02.12.2022 г.), следующего состава в масс.%:

кремний 0,95-1,25 магний 0,8-1,05 медь 0,3-0,5 марганец 0,4-0,6 железо 0,15-0,3 хром 0,09-0,21 бор 0,0001-0,03 цинк до 0,25 цирконий до 0,05 титан до 0,10 алюминий остальное

Одним из недостатков данного сплава является высокое содержание магния и кремния, что приведет к потере прочностных характеристик в случае вылеживания во время перерыва между закалкой и искусственным старением. Высокое содержание меди негативно сказывается на коррозионной стойкости и может приводить к возникновению межкристаллитной коррозии. Совместное введение титана, бора и циркония не желательно, поскольку может снижать эффективность модифицирования материала.

Также сплавы различных составов описаны в WO 2017077137, CN114959374, CN115852217, KR20220063628, EP3196324, CN112281031, однако, ни в одном источнике не раскрыт компонентный состав предложенного сплава с учетом соотношений и количеств компонентов, и не ставится задача, для решения которой предназначен разработанный сплав, обеспечивающий целый ряд преимуществ перед аналогами, о чем подробнее ниже.

Наиболее близким аналогом предложенного сплава является известный термически упрочняемый алюминиевый сплав 6005А (Стандарт EN 573-3 «Aluminium and aluminium alloys - Chemical composition and form of wrought products - Part 3: Chemical composition and form of products»), имеющий следующий состав, масс.%:

кремний 0,5-0,9 магний 0,4-0,7 марганец до 0,50 хром до 0,30 марганец+хром 0,12-0,5 алюминий остальное

примеси

железо до 0,35 медь до 0,30 цинк до 0,2 титан до 0,1

Данный сплав применяют в различных областях промышленности, в том числе для производства широких панелей для пассажирского железнодорожного транспорта. Сплав обладает хорошей технологичностью при прессовании и коррозионной стойкостью. Однако сплав имеет невысокий уровень прочностных и усталостных свойств, что не обеспечивает достижения максимальной весовой эффективности в современных конструкциях. Кроме того, сплав склонен к образованию крупнокристаллического ободка при прессовании из-за малого содержания элементов антирекристаллизаторов.

Раскрытие сущности изобретения

Задачей изобретения является разработка термически упрочняемого деформируемого сплава на основе алюминия для изготовления широких профилей, деталей и конструкций, в том числе сварных, для применения в строительстве и транспортном машиностроении с повышенным уровнем прочности и усталостной долговечности с сохранением коррозионной стойкости и свариваемости относительно сплава аналога.

Техническим результатом является решение поставленной задачи, повышение прочности и усталостной долговечности с сохранением уровня коррозионной стойкости и свариваемости.

Задача решается, а технический результат достигается за счет того, что предложен термически упрочняемый деформируемый сплав на основе алюминия, содержащий кремний, магний, медь, марганец, цирконий, водород, по крайней мере один элемент из группы, включающей стронций, галлий, по крайней мере один элемент из группы, включающей бор, углерод, при следующем соотношении компонентов, масс. %:

кремний 0,65-0,90 магний 0,40-0,75 медь 0,05-0,20 марганец 0,10-0,55 цирконий 0,03-0,12 водород 0,5·10^-5-4·10^-5 по крайней мере один элемент из группы, включающей стронций, галлий (суммарно или отдельно) 0,0005-0,030 по крайней мере один элемент из группы, включающей бор, углерод (суммарно или отдельно) 0,0001-0,003 алюминий и неизбежные примеси остальное

Состав сплава и соотношение компонентов подобраны экспериментально. При этом в ходе экспериментов были неожиданно обнаружены особенности взаимодействия компонентов в указанных количествах и соотношениях с проявлением определенных свойств, что было использовано для решения поставленной задачи.

Цирконий в структуре сплава содержится в виде наночастиц фазы Al₃Zr со средним размером не более 150 нм.

Сумма Mn+3Zr должна быть не менее 0,30 масс.%.

В соответствии с другим аспектом заявленное изобретение относится к изделию из алюминиевого сплава, который описан выше, в частности, выполненное в виде деформированных полуфабрикатов.

Под указанием «суммарно или отдельно» понимается содержание в сумме двух элементов или содержание отдельного (только одного) элемента, в обоих случаях диапазон значений одинаков.

Осуществление изобретения

Для обеспечения характеристик прочности и усталостной долговечности в сплав вводятся добавки кремния в количестве от 0,65 до 0,90 масс.% и магния в количестве от 0,40 до 0,75 масс.% при оптимальном соотношении магния к кремнию в интервале от 0,53 до 0,90. Выбранный диапазон введения кремния в сплав соответствует пределу растворимости кремния в алюминиевом твердом растворе при совместном введении с магнием, но в то же время обеспечивает достаточный эффект дисперсионного упрочнения. Снижение количества магния и кремния ниже выбранных минимальных значений приведет к снижению прочностных свойств по причине недостаточного объема выделения при старении упрочняющей фазы Mg₂Si. Увеличение содержания магния и кремния выше максимального значения интервалов приведет к снижению прочностных свойств при наличии в технологии изготовления профиля длительного перерыва между закалкой и старением, ухудшению качества поверхности и снижению выхода годного при прессовании широких полых панелей.

Введение меди в количестве от 0,05 до 0,20 масс.% обеспечивает восполнение части прочностных свойств за счет твердорастворного упрочнения и образования при термической обработке фазы Q (AlMgSiCu), потеря которых имеет место быть при вылеживании сплава в закаленном состоянии при комнатной температуре перед операцией искусственного старения. Также выделение фазы Q взамен β (Mg₂Si) является благоприятным, поскольку выделения β (Mg₂Si) имеют игольчато-пластинчатую форму, в то время как Q (AlMgSiCu) фаза имеет более компактную форму, что может благоприятно сказываться на усталостной долговечности. Увеличение меди выше выбранного интервала приведет к снижению коррозионной стойкости сплава из-за повышения склонности к межкристаллитной и общей коррозии.

Легирование марганцем в количестве от 0,10 до 0,55 масс.% способствует повышению прочности сплава. При гомогенизационном отжиге из пересыщенного твердого раствора в алюминии, полученного при кристаллизации, марганец выделяется в виде дисперсоидов фазы MnAl₆, которые повышают температуру рекристаллизации и способствуют сохранению нерекристаллизованной структуры в прессованных изделиях, что благоприятно сказывается на усталостной долговечности конечного полуфабриката. Увеличение содержания марганца приведет к образованию крупных интерметаллидов, что снизит модифицирующий эффект от добавки. Снижение количества марганца ниже 0,10 масс.% не обеспечит достаточного модифицирующего и упрочняющего эффекта.

Добавка циркония в интервале от 0,03 до 0,12 масс.% обеспечивает модифицирование литого зерна. Кроме того, добавка циркония увеличивает как прочность, так и усталостную долговечность сплавов за счет мелких выделений дисперсоидов Al₃Zr, которые служат преградой на пути движения дислокаций и обеспечивают образование полигонизованной структуры в горячедеформированных полуфабрикатах. Введение циркония в количестве меньшем, чем заявлено, не обеспечит требуемого эффекта из-за низкой объемной доли выделений. При увеличении циркония выше 0,12 масс.% возникает вероятность образования грубых крупных первичных интерметаллидов, которые негативно сказываются на усталостных характеристиках.

Соотношение Mn+3Zr ≥ 0,30 масс.% обеспечивает выделение достаточного количества дисперсоидов для торможения рекристаллизационных процессов в полуфабрикатах.

Добавка водорода в интервале от 0,5·10^-5 до 4·10^-5 масс.% обеспечивает модификацию литой структуры за счет образования гидридов, например, с магнием. Кроме того, водород имеет тенденцию скапливаться по границам зерен, тем самым затормаживая их рост в процессе нагревов. Увеличение содержания водорода выше заявленного интервала может привести к появлению пузырей на поверхности профилей после высокотемпературной термической обработки, что окажет негативное влияние на усталостную долговечность материала.

Легирование элементами из группы стронций, галлий в количестве от 0,0005 до 0,030 масс.% (суммарно или отдельно) обеспечивает получение более компактной формы железистых фаз, что благоприятно сказывается на технологичности сплава при прессовании. Получение профилей с высоким качеством поверхности обеспечивает получение повышенного уровня усталостной долговечности, поскольку зарождение трещин происходит преимущественно из-за несовершенств поверхности полуфабрикатов.

Легирование элементами из группы бор, углерод в количестве от 0,0001 до 0,003 масс.% (суммарно или отдельно) обеспечивает формирование мелкозернистой структуры в слитке за счет модифицирующего действия боридов или карбидов, что благоприятно сказывается на механических свойствах конечного полуфабриката.

Сплав предназначен для получения различных полуфабрикатов (прессованных, катаных и пр.), которые используются для изготовления различных деталей в изделиях транспортного машиностроения.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 представлен эскиз профиля.

На фиг. 2 представлена типичная фотография микроструктуры прессованных полуфабрикатов, полученная с использованием сканирующего электронного микроскопа.

На фиг. 3 представлены типичные изображения фаз Al₆(Mn,Fe) и Al₃Zr, полученные с использованием просвечивающего электронного микроскопа.

На фиг. 4 представлен эскиз прессованной широкой панели.

На фиг. 5 представлены фотографии зеренной структуры профилей, полученные с использованием оптического микроскопа.

Примеры осуществления изобретения

Пример 1

Методом полунепрерывного литья были отлиты цилиндрические слитки диаметром 215 мм и длиной 1500 мм. Химический состав слитков приведен в таблице 1.

После обрезки литниковой и донной частей проводили гомогенизацию слитков по следующему режиму – 550-570 °C в течение 2-4 ч. С температуры гомогенизации выполнялось принудительное охлаждение слитков за первый час на 300 °C, далее охлаждение слитков проводилось на воздухе. После проведения гомогенизации выполнялась обточка слитков до диаметра 195 мм и резка их на заготовки длинной 300 мм. Из заготовок изготавливали полый квадратный профиль с шириной стенки 80 мм и толщиной стенки 4 мм, эскиз профиля приведен на фиг. 1. Нагрев слитков перед прессованием составил 470-490 °С. Температура профиля на выходе из матрицы не превышала 510 °С. Полученные профили закаливались в вертикальной закалочной печи при температуре 530-540 °С. После закалки выполнялась правка профилей растяжением со степенью остаточной деформации 1,2%. Искусственное старение проводили при температуре 195 °C с выдержкой 2 часа, перерыв между закалкой и старением составил 11 часов.

Типичная микроструктура профилей приведена на фиг. 2 и 3. Структура, приведенная на фиг. 2, представляет собой алюминиевый твердый раствор, на фоне которого выделяются строчки включений фаз AlFeSi, с растворенными в ней другими легирующими элементами. Выделения частиц Al₆(Mn,Fe), образовавшиеся в процессе гетерогенизации при гомогенизационном отжиге и технологических нагревах, представлены в виде мелкой сыпи. Выделения частиц фаз Al₃Zr и Al₆(Mn,Fe) приведены на фиг. 3.

Из профилей вырезались образцы для исследований механических свойств при комнатной температуре, коррозионной стойкости и усталостной долговечности.

С целью оценки свариваемости из профилей вырезались карты и выполнялась их сварка методом MIG с применением сварочной проволоки марки 5556А. Сварка выполнялась встык без разделки кромок. Сварка велась в защитном газе аргоне высокой чистоты (Ar 99.998 %) на не остающейся керамической подложке. Для сварки использовался стандартный синергетический режим работы сварочного источника питания по сварочной кривой AlMg4,5Mn(Zr) 1.2 MIG CMT #3727. Вылет электрода составлял 20 мм. Формирование сварного соединения профилей осуществлялось за 1 проход. Скорость сварки составила 0,4 м/мин, скорость подачи проволоки 7,0 м/мин. Из сварных соединений вырезались образцы для оценки предела прочности сварных соединений.

Испытания на растяжение проводились на плоских образцах по ASTM E8M. Испытания на межкристаллитную коррозию проводились на образцах размером 10х20 мм в соответствии с ГОСТ 9.021 в растворе 1 в течение 24 часов. Испытания на расслаивающую коррозию выполнялись на образцах размером 40х60 мм в соответствии с ГОСТ 9.904. Усталостная долговечность оценивалась на плоских образцах на базе 10⁷ циклов при коэффициенте асимметрии R=-1 в соответствии с ГОСТ 25.502. Испытания на растяжение сварных соединений при комнатной температуре выполнялось в соответствии с ГОСТ 6996.

Результаты испытаний приведены в таблице 2.

Таблица 1

№ Состав сплава, масс.% Al Si Mg Cu Mn Zr H*10^-5 Sr Ga C B Cr 1 Основа 0,77 0,40 0,10 0,55 0,08 0,5 - 0,030 0,0001 - - 2 0,90 0,75 0,07 0,10 0,07 1,5 - 0,0005 0,003 - - 3 0,65 0,53 0,20 0,42 0,06 1,8 0,0005 - - 0,0001 - 4 0,73 0,54 0,05 0,15 0,12 4,0 0,0013 0,0091 - 0,003 - 5 0,75 0,45 0,13 0,38 0,03 2,4 0,0300 - 0,0005 0,0002 - А 0,72 0,50 0,07 0,25 - - - - - 0,10

А – прототип

Таблица 2

Состав σ_в, МПа σ_0,2, МПа δ, % σ^-1, МПа σ_в^{св.соед}, МПа МКК, мкм РСК, балл Внутренняя сторона Внешняя сторона 1 325 305 17,0 95 210 43 1 1 2 355 325 15,0 90 215 49 3 1 3 300 285 16,5 90 185 47 1 1 4 315 300 16,0 90 200 50 1 1 5 300 285 15,0 95 185 45 1 1 А 275 255 15,0 80 165 50 4 1

Как видно из сравнения механических характеристик профилей, представленных в таблице 2, предлагаемый сплав в сравнении с прототипом обеспечивает повышенный уровень прочностных и усталостных свойств при сохранении уровня относительного удлинения и склонности к межкристаллитной коррозии. Исследование прочности сварного соединения показали, что предлагаемый сплав не уступает по свариваемости прототипу. Оценка результатов испытаний на расслаивающую коррозию выявила небольшое преимущество по коррозионной стойкости нового сплава. Наиболее значимым преимуществом сплава является повышенный уровень прочности, что позволит уменьшить толщину стенки выполненных из него изделий и тем самым повысить весовую эффективность конструкций из него. Повышенный уровень усталостной долговечности обеспечивает также снижение толщины стенки конструкции и дополнительно увеличивает срок службы изделий, выполненных из разработанного сплава. Небольшое преимущество по стойкости сплава к коррозии позволит повысить надежность конструкции.

Пример 2

Методом полунепрерывного литья были отлиты цилиндрические слитки диаметром 356 мм и длиной 2000 мм. Химический состав слитков приведен в таблице 3.

После обрезки литниковой и донной частей проводили гомогенизацию слитков по следующему режиму – 575-585 °C в течение 2,5 ч. С температуры гомогенизации выполнялось принудительное охлаждение слитков за первый час на 300 °C, далее охлаждение слитков проводилось на воздухе. После проведения гомогенизации выполнялась резка слитков на заготовки длинной 800 мм и обточка до диаметра 350 мм. Из заготовок изготавливали полый широкий профиль, эскиз профиля приведен на фиг. 4. Нагрев слитков перед прессованием составил 490-510 °С. Температура профиля на выходе из матрицы не превышала 530 °С. Закалка профилей выполнялась на столе пресса. После закалки выполнялась правка профилей растяжением со степенью остаточной деформации 1,0%. Искусственное старение проводили при температуре 195 °C с выдержкой 2 часа, перерыв между закалкой и старением составил 11 часов.

Из профилей вырезались образцы для исследований механических свойств при комнатной температуре, коррозионной стойкости и усталостной долговечности.

Испытания на растяжение проводились на плоских образцах по ASTM E8M. Испытания на межкристаллитную коррозию проводились на образцах размером 10х20 мм в соответствии с ГОСТ 9.021 в растворе 1 в течение 24 часов. Испытания на расслаивающую коррозию выполнялись на образцах размером 40х60 мм в соответствии с ГОСТ 9.904. Усталостная долговечность оценивалась на плоских образцах на базе 10⁷ циклов при коэффициенте асимметрии R=-1 в соответствии с ГОСТ 25.502.

Результаты испытаний приведены в таблице 4.

Таблица 3

№ Состав сплава, масс.% Al Si Mg Cu Mn Zr H*10^-5 Sr Ga C B Cr 1 Основа 0,77 0,42 0,09 0,55 0,08 1,6 - 0,009 - 0,0012 - 2 0,72 0,65 0,19 0,35 0,03 2,0 0,0005 - - 0,0005 - 3 0,85 0,53 0,13 0,18 0,10 1,0 0,012 0,009 0,003 - - А 0,80 0,57 0,15 0,30 - - - - - - 0,12

А – прототип

Таблица 4

Состав σ_в, МПа σ_0,2, МПа δ, % σ^-1, МПа МКК, мкм РСК, балл Внутренняя сторона Внешняя сторона 1 290 260 15,5 85 35 1 1 2 290 265 15,0 80 43 2 1 3 300 275 16,0 85 40 1 1 А 265 230 15,0 70 45 2 1

Сравнение прочностных и усталостных характеристик профилей, представленных в таблице 4, показало, что предлагаемый сплав в сравнении с прототипом обеспечивает их повышенный уровень при сохранении уровня относительного удлинения и склонности к коррозии. Наиболее значимым преимуществом сплава является повышенный уровень прочности, что позволит уменьшить толщину стенки выполненных из него изделий и тем самым повысить весовую эффективность конструкций из него. Повышенный уровень усталостной долговечности обеспечивает также снижение толщины стенки конструкции и дополнительно увеличивает срок службы изделий, выполненных из разработанного сплава.

Пример 3

Выплавка слитков, проведение гомогенизационного отжига и подготовка заготовок под прессование выполнялись в соответствии с примером 1. Химический состав слитков приведен в таблице 5.

Выполнение прессования профилей и их термическая обработка проводились в соответствии с примером 1.

Из профиля были изготовлены образцы для исследований механических свойств при растяжении при комнатной температуре и для исследований микроструктуры.

Испытания на растяжение проводились на плоских образцах по ASTM E8M из профиля. Усталостная долговечность оценивалась на плоских образцах на базе 10⁷ циклов при коэффициенте асимметрии R=-1 в соответствии с ГОСТ 25.502.

Результаты оценки микроструктуры приведены на фиг. 5. Результаты механических испытаний приведены в таблице 6.

Таблица 5

№ Состав сплава, масс.% Al Si Mg Cu Mn Zr H*10^-5 Sr Ga C B Mn+3Zr 1 Основа 0,73 0,52 0,05 0,10 0,03 2,1 - 0,010 - 0,0011 0,19 2 0,82 0,48 0,11 0,16 0,04 2,0 0,005 0,0007 - 0,0010 0,28 3 0,69 0,44 0,17 0,21 0,03 2,6 0,020 - - 0,0007 0,30 4 0,80 0,60 0,17 0,40 0,07 1,5 - - 0,0004 - 0,61

Таблица 6

Состав σ_в, МПа σ_0,2, МПа δ, % σ^-1, МПа 1 285 275 6,5 80 2 295 270 12,0 80 3 300 280 18,0 95 4 310 300 15,0 90

Из фиг. 5 видно, что несоблюдение соотношения Mn+3Zr ≥ 0,30 масс.% в составах 1 и 2 не обеспечивает получение нерекристаллизованной структуры в профилях. Данный факт приводит к снижению характеристик относительного удлинения и усталостной долговечности, что видно из таблицы 6.

Сплав также может быть использован для получения различных полуфабрикатов включая, но не ограничиваясь: листы, плиты, поковки, штамповки и пр.

Заявляемый сплав обеспечивает выполнение в виде прессованных полуфабрикатов, при этом обеспечивается повышенный уровень прочностных и усталостных характеристик при сохранении уровня пластичности и стойкости к межкристаллитной коррозии при закалке в вертикальных закалочных печах, а именно временное сопротивление не ниже 300 МПа, предел текучести не ниже 285 МПа и относительное удлинение не ниже 15,0%, предел выносливости на базе 10⁷ циклов при коэффициенте асимметрии R=-1 не ниже 90 МПа.

Указанный сплав также обеспечивает выполнение в виде прессованных полуфабрикатов с закалкой на столе пресса, при этом обеспечивается высокий уровень свойств материала, а именно, временное сопротивление не ниже 290 МПа, предел текучести не ниже 260 МПа и относительное удлинение не ниже 15,0%, предел выносливости на базе 10⁷ циклов при коэффициенте асимметрии R=-1 не ниже 80 МПа.

Принимая во внимание приведенное описание и примеры, объем правовой охраны испрашивается на термически упрочняемый деформируемый сплав на основе алюминия, содержащий кремний, магний, медь, марганец, цирконий, водород, по крайней мере один элемент из группы, включающей стронций и галлий, по крайней мере один элемент из группы, включающей бор, углерод, при следующем соотношении компонентов, масс.%:

кремний 0,65-0,90 магний 0,40-0,75 медь 0,05-0,20 марганец 0,10-0,55 цирконий 0,03-0,12 водород 0,5·10^-5-4·10^-5 по крайней мере один элемент из группы, включающей стронций, галлий (суммарно или отдельно) 0,0005-0,030 по крайней мере один элемент из группы, включающей бор, углерод (суммарно или отдельно) 0,0001-0,003 алюминий и неизбежные примеси остальное

Предпочтительно, чтобы цирконий в структуре сплава содержался в виде наночастиц фазы Al₃Zr со средним размером не более 150 нм, сумма Mn+3Zr составляла не менее 0,30 масс.%.

Еще одним объектом является изделие из предложенного сплава на основе алюминия, выполненное в виде деформированных полуфабрикатов, которое может использоваться для элементов сварных конструкций в строительстве и транспортном машиностроении, в том числе, пассажирском вагоностроении, для изготовления широких профилей, деталей и конструкций, в том числе сварных, с повышенным уровнем прочности и усталостной долговечности с сохранением коррозионной стойкости и свариваемости.

Изобретение относится к металлургии, в частности к термически упрочняемым алюминиевым сплавам на основе системы алюминий-магний-кремний, используемых в качестве материалов для элементов сварных конструкций в строительстве и транспортном машиностроении, в том числе пассажирском вагоностроении. Алюминиевый сплав содержит, мас.%: кремний 0,65-0,90, магний 0,40-0,75, медь 0,05-0,20, марганец 0,10-0,55, цирконий 0,03-0,12, водород 0,5·10^-5-4·10^-5, по крайней мере один элемент из группы, включающей стронций, галлий (суммарно или отдельно) 0,0005-0,030 и по крайней мере один элемент из группы, включающей бор, углерод (суммарно или отдельно) 0,0001-0,003, а также алюминий и неизбежные примеси - остальное. Сплав характеризуется высокими значениями прочности, усталостной долговечности, коррозионной стойкости и свариваемости полуфабрикатов. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 5 ил., 6 табл., 3 пр.

1. Термически упрочняемый деформируемый сплав на основе алюминия, содержащий кремний, магний, медь, марганец, цирконий, водород, по крайней мере один элемент из группы, включающей стронций и галлий, по крайней мере один элемент из группы, включающей бор, углерод, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

кремний 0,65-0,90 магний 0,40-0,75 медь 0,05-0,20 марганец 0,10-0,55 цирконий 0,03-0,12 водород 0,5⋅10^-5-4⋅10^-5 по крайней мере один элемент из группы, включающей стронций, галлий (суммарно или отдельно) 0,0005-0,030 по крайней мере один элемент из группы, включающей бор, углерод (суммарно или отдельно) 0,0001-0,003 алюминий и неизбежные примеси остальное

2. Сплав по п. 1, отличающийся тем, что цирконий в структуре сплава содержится в виде наночастиц фазы Al₃Zr со средним размером не более 150 нм.

3. Сплав по п. 1, отличающийся тем, что сумма Mn+3Zr составляет не менее 0,30 мас.%.

4. Изделие из сплава на основе алюминия по любому из пп. 1-3, выполненное в виде деформированных полуфабрикатов.