Деформируемый сплав системы алюминий-магний-кремний и изделие из этого сплава Российский патент 2024 года по МПК C22C21/02 C22C21/06 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к термически упрочняемым сплавам системы Al-Mg-Si и изделиям, выполненным из этого сплава.

Сплав может использоваться в основном в виде листов и плит, которые в дальнейшем подвергаются холодной деформации штамповкой, гибкой и другим операциям, для изготовления таких изделий как детали наружные и внутренние элементы кузовов автомобилей, емкостей и баков различного назначения, строительных конструкций, в том числе для сварных конструкций, которые в процессе изготовления подвергаются окраске, нанесению полимерных и других покрытий.

Сплавы системы Al-Mg-Si имеют высокую технологичность при производстве катанных полуфабрикатов, таких как листы и плиты и широко применяются в различных областях промышленности, обладая средней прочностью и хорошими показателями свариваемости и коррозионной стойкости.

Эти сплавы относятся к термически упрочняемым алюминиевым сплавам, в которых для получения требуемого уровня свойств необходима термическая обработка, включающая закалку и искусственное старение.

Для получения максимальных прочностных свойств, искусственное старение после закалки проводят при температурах 160-190°С в течение 10-16 часов.

Для соединения деталей алюминиевых деталей в промышленности широко используют точечную сварку. Для алюминиевых сплавов получение высокой прочности сварных соединений перед сваркой требуется разрушение оксидной пленки на поверхности алюминиевого сплава, это достигается механическим или химическим удаление оксидной пленки с поверхности пред сваркой.

Технология получения кузовных изделий автомобиля, емкостей различного назначения и строительных деталей, стоится следующим образом. Холодная штамповка производится из листов, находящихся в закаленном состоянии, потом детали соединяют сваркой(точечной), затем происходит окраска или нанесение покрытий и затем процесс сушки покрытий, который происходит при температуре 160-190°С в течение 20-40 минут. Во время этой операции сушки при этих температурах происходит процесс искусственного старения, при котором важно получить как можно более высокий уровень прочностных свойств за очень короткое (20-40 мин), по сравнению с стандартным (10-16 часов) время.

С учетом требования к качеству поверхности окрашенных изделий, удаление оксидной пленки перед сваркой механическим или химическим путем невозможно.

Поэтому точечная сварка должна обеспечить получение качественного соединения без удаления оксидной пленки с поверхности сплава.

Известен деформируемый алюминиевый сплав [патент GB143075 8А, МПК С22С21/06; С22С21/08, опубл. 07.04.1976], содержащий в мас.%:

Магний 0,3-1,2 Кремний 0,2-1,7 Медь до 0,4 Цинк до 0, 1 Марганец до 0,1 Железо 0,05-0,3 Стронций или кальций 0,02-0,05 Алюминий остальное

Этот сплав предназначен для изготовления прессованных изделий. Листы из этого сплава имеют низкую технологическую пластичность при холодной штамповке, низкий уровень прочности и пластичности при кратковременном искусственном старении, а также низкую прочность сварного соединения при точечной сварке без специальной подготовки поверхности.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является сплав деформируемый сплав на основе алюминия и изделие, выполненное из этого сплава [патент RU 2255133, МПК С22С 21/04, С22С 21/08, опубл. 27.06.2005 Бюл. №18] который содержит следующие компоненты, мас.%:

Магний 0,3-1,2 Кремний 0,3-1,7 Марганец 0,15-1,1 Кальций 0,05-0,5 Натрий 0,0002-0,01,

по меньшей мере один металл, выбранный из группы, включающей

Медь, железо, цирконий и хром 0,02-1,0, Алюминий остальное

Недостатком этого сплава являются низкие прочностные свойства после кратковременного искусственного старения, а также низкие свойства сварного соединения, полученного точечной сваркой без специально подготовки поверхности по сварку.

Техническим результатом изобретения является создание деформируемого сплава на основе системы Al-Mg-Si и изделий, выполненных из этого сплава, обладающего высокой прочностью после кратковременного искусственного старения и высокой прочностью сварных соединений, получаемых точечной сваркой без подготовки поверхности под сварку.

Для достижения технического результата предложен сплав на основе алюминия, содержащий магний, кремний, марганец, кальций, медь, железо, хром, отличающийся тем, что он дополнительно содержит, титан, никель, цинк, бериллий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Магний 0,4-0,8 Кремний 0,7-1,45 Марганец 0,01-0,2 Кальций 0,0001-0,08 Медь 0,01-0,2 Железо 0,05-0,25 Хром 0,005-0,1 Титан 0,01-0,1 Никель до 0,1 Цинк 0,01-0,25 Бериллий 0,0001-0,05 Алюминий остальное

Технический результат достигается также за счет изготовления изделия, изготовленного из указанного сплава.

Осуществление изобретения

В табл. 1 представлены химические составы композиций предложенного деформируемого сплава на основе алюминия системы Al-Mg-Si (сплавы №2-4), в которых отражено разное соотношение компонентов и известного сплава (сплав №1).

В табл. 2 представлены механические свойства листов, полученных из сплавов 1-4 приведенных в таблице 1, после имитации сушки покрытия (закалка+деформация 2%+старения 180°С, 25 минут).

В табл. 3 представлены механические свойства сварки соединений образцов, полученных из сплавов 1-4 приведенных в таблице 1.

Установлено, что в предлагаемом сплаве за счет оптимального сочетания упрочняющей фазы Mg₂Si и избыточного кремния при кратковременном старении достигается высокий уровень прочностных свойств.

При содержании в сплаве избыточного кремния меньше 0,35% прочностные свойства сильно снижаются, а при избыточном содержании кремния свыше 1,0% происходит снижении пластичности материала.

Добавки титана в количестве 0,01-0,1%, никеля до 0,1%, цинка 0,01-0,25% и бериллия 0,0001-0,05% не только ускоряют процесс старения, способствуя получению высоких свойств при кратковременном искусственном старении, но и обеспечивают снижение толщины окисной пленки и ее более «рыхлую» структуру, что повышает прочность соединения при точечной сварке. Увеличение содержания этих элементов в сплаве системы Al-Mg-Si может привести к снижению пластичности сплава, а снижение содержания каждого из этих элементов ниже указываемых пределов будет способствовать снижению прочности после кратковременного старении и снижать прочность сварного соединения при точечной сварке.

Марганец 0,01-0,2 Кальций 0,0001-0,08 Медь 0,01-0,2 Железо 0,05-0,25 Хром 0,005-0,1,

в выбранных концентрациях обеспечивают получение в листах мелкозернистой структуры.

При их содержании меньше нижнего предела наблюдается рост зерна, что снижает технологичность при холодной штамповки изделий, а в случае превышения верхнего предела снижется пластичность листов за свет появления большого количества нерастворимых фаз.

Как видно из таблиц 2 и 3 предложенный сплав (№ 2-4) по сравнению с известным (№1) обеспечивает после кратковременного старения более высокий предел прочности, на 20-30% белее высокий предел текучести и на 10-20% более высокие значения пластичности.

Предложенный деформируемый сплав системы Al-Mg-Si предназначен для изготовления в основном листов для последующей холодной штамповки, деталей кузова автомобилей, топливных баков, рам, строительных конструкций и других изделий, которые подвергаются нанесению покрытий их сушки, соединению точечной сваркой.

Примеры, иллюстрирующие предложенное изобретение.

Из сплавов в таблице 1 отливали плоские слитки, из которых путем горячей и холодной прокатки получали листы толщиной 1,2 мм.

Листы подвергали закалке (состояние Т) по режиму: нагрев до 530°С, выдержка в течение 30 минут, охлаждение в воде с температурой 25°С.

Для имитации холодной деформации и сушки покрытия листов, совмещенного с искусственным старением, образцы деформировали растяжением на 2% и потом нагревали до температуры 180С в течение 25 минут (состояние Т1).

Точечную контактную сварку образцов из предлагаемого сплава и сплава, принятого за прототип, осуществляли на пластинах из листов толщиной 1,2 мм листы сваривали после закалки (состояние Т). Сварку осуществляли без специальной подготовки поверхности пластин под сварку.

Для сварки образцов использовали машину для контактной точечной сварки марки МТН-7501. Сварочная машина типа МТН-7501 предназначена для контактной точечной сварки током низкой частоты изделий ответственного назначения из алюминиевых сплавов.

Машина МТН-7501 обеспечивает получение во вторичном контуре переменного тока низкой частоты величиной до 80 кА. Усилие сжатия электродов варьируется в диапазоне 220-2200 даН.

Сварку образцов осуществляли с нахлесткой 15-20 мм на следующих параметрах режима:

усилие сжатия электродов, даН 850 ковочное усилие сжатия электродов, даН 1500 сила сварочного тока в импульсе, кА 38 длительность импульса сварочного тока, с 0,06-0,08 длительность проковки, с 0,04

Испытания образцов сварных соединений на отрыв и срез проводились на образцах в соответствии с ГОСТ 6996-66 «Сварные соединения. Методы определения механических свойств» (образцы тип XX и XXI).

Толщину оксидной пленки на поверхности листов из предлагаемого сплава и сплава, принятого за прототип, определяли с помощью метода двухлучевой интерференции.

Результаты испытаний после имитации сушки и результаты испытаний сварных соединений и замеров толщины оксидной пленки для известного сплава и предлагаемого приведены в таблицах 2 и 3.

Как видно из таблиц 2 и 3 предложенный сплав но сравнению с известным обеспечивает после кратковременного старения 180°С, 25 минут на 8-15% более высокий предел прочности, на 20-30% белее высокий предел текучести и на 10-20% более высокие значения пластичности.

Кроме того, предложенный сплав обеспечивает по сравнению с известным на 10-25% более высокие свойства сварных соединений при отрыве и срезе, полученные точечной сваркой.

Полученные данные позволяют рекомендовать применение предлагаемого сплава для изготовления в основном листов или плит, для применения в деталях кузова автомобилей, строительных конструкций и различных емкостей, в том числе для сварных конструкций, которые подвергаются нанесению покрытий, с их последующей сушкой совмещенной со старением сплавов.

Изобретение относится к металлургии, в частности к термически упрочняемым сплавам системы Al-Mg-Si и изделиям, выполненным из этого сплава. Сплав на основе алюминия системы Al-Mg-Si содержит, мас.%: магний 0,4-0,8, кремний 0,7-1,5, марганец 0,01-0,2, кальций 0,0001-0,08, медь 0,01-0,2, железо 0,05-0,25, хром 0,005-0,1, титан 0,01-0,1, никель до 0,1, цинк 0,01-0,25, бериллий 0,0001-0,05, алюминий - остальное. Сплав характеризуется высокой прочностью после кратковременного искусственного старения и высокой прочностью сварных соединений, получаемых точечной сваркой без подготовки поверхности под сварку. 2 н.п. ф-лы, 3 табл., 3 пр.

1. Деформируемый сплав на основе алюминия системы Al-Mg-Si, содержащий магний, кремний, марганец, кальций, медь, железо, хром и алюминий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит титан, никель, цинк и бериллий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Магний 0,4-0,8 Кремний 0,7-1,45 Марганец 0,01-0,2 Кальций 0,0001-0,08 Медь 0,01-0,2 Железо 0,05-0,25 Хром 0,005-01 Титан 0,01-0,1 Никель до 0,1 Цинк 0,01-0,25 Бериллий 0,0001-0,05 Алюминий остальное

2. Изделие из деформируемого сплава на основе алюминия системы Al-Mg-Si, отличающееся тем, что выполнено из сплава по п. 1.