деформируемый термически неупрочняемый сплав на основе алюминия
Классы МПК: | C22C21/06 с магнием в качестве следующего основного компонента |
Автор(ы): | Задерей Александр Геннадьевич (RU), Ковалев Геннадий Дмитриевич (RU), Филатов Юрий Аркадьевич (RU), Захаров Валерий Владимирович (RU), Байдин Николай Григорьевич (RU), Дегтярь Владимир Григорьевич (RU), Чернов Сергей Сергеевич (RU), Звонков Александр Анатольевич (RU), Махов Сергей Владимирович (RU), Доброжинская Руслана Ивановна (RU), Овсянников Борис Владимирович (RU), Семовских Станислав Валерьевич (RU) |
Патентообладатель(и): | Открытое акционерное общество "Всероссийский институт легких сплавов" (ОАО "ВИЛС") (RU), Открытое акционерное общество "Государственный ракетный центр имени академика В.П. Макеева" (ОАО "ГРЦ Макеева") (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2013-02-21 публикация патента:
20.04.2014 |
Изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым термически неупрочняемым сплавам на основе алюминия, предназначенным для использования в виде деформированных полуфабрикатов и в качестве конструкционного материала. Сплав, содержит, мас.%: магний 5,6-6,3; титан 0,01-0,03; бериллий 0,0001-0,005; цирконий 0,05-0,12; скандий 0,18-0,3; марганец 0,3-0,6; группу элементов, включающую железо и кремний 0,05-0,2; никель 0,01-0,05; кобальт 0,01-0,05; алюминий - остальное, при этом отношение суммарного содержания железа, никеля и кобальта к содержанию кремния равно или больше единицы. Техническим результатом является повышение прочностных характеристик материала. 1 пр., 2 табл.
Формула изобретения
Деформируемый термически неупрочняемый сплав на основе алюминия, содержащий магний, титан, бериллий, цирконий, скандий, марганец и группу элементов, включающую железо и кремний, отличающийся тем, что он дополнительно содержит никель и кобальт при следующем соотношении компонентов, в мас.%:
магний | 5,6-6,3 |
титан | 0,01-0,03 |
бериллий | 0,0001-0,005 |
цирконий | 0,05-0,12 |
скандий | 0,18-0,3 |
марганец | 0,3-0,6 |
группа элементов, включающая | ![]() |
железо и кремний | 0,05-0,2 |
никель | 0,01-0,05 |
кобальт | 0,01-0,05 |
алюминий | остальное, |
при отношении суммарного содержания железа, никеля и кобальта к содержанию кремния, равном или большем единицы.
Описание изобретения к патенту
Предлагаемое изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым термически неупрочняемым сплавам на основе алюминия, предназначенным для использования в виде деформированных полуфабрикатов, преимущественно в виде поковок, в качестве конструкционного материала в космической технике, авиастроении, судостроении, транспортном машиностроении и других областях техники.
Известны в металлургии термически неупрочняемые сплавы на основе алюминия, в частности сплав АМг61 следующего химического состава, мас.%:
Магний | 5,5-6,5 |
Марганец | 0,8-1,1 |
Цирконий | 0,02-0,1 |
Бериллий | 0,0001-0,005 |
Алюминий | Остальное |
(см. Алюминиевые сплавы. Промышленные деформируемые, спеченные и литейные алюминиевые сплавы. Справочное руководство. М.: Металлургия. 1972. С.44).
Однако существующий сплав имеет низкие прочностные свойства, в частности низкий предел текучести в отожженном состоянии.
Известен деформируемый термически неупрочняемый сплав на основе алюминия, предназначенный для использования в виде деформированных полуфабрикатов в качестве конструкционного материала (см. патент RU № 2233345, М. кл. C22C 21/08 - прототип), следующего химического состава, мас.%:
Магний | 5,0-5,6 |
Титан | 0,01-0,03 |
Бериллий | 0,0002-0,005 |
Цирконий | 0,05-0,12 |
Скандий | 0,16-0,26 |
Церий | 0,0002-0,0009 |
Марганец | 0,15-0,5 |
Группа элементов, включающая | ![]() |
железо и кремний | 0,05-0,12 |
Алюминий | Остальное |
при этом величина отношения содержания железа к содержанию кремния должна быть равна или больше единицы.
Известный сплав имеет недостаточно высокие прочностные характеристики при хорошей деформируемости в горячем состоянии, высокой коррозионной стойкости, хорошей свариваемости и высокой вязкости разрушения.
Предлагается деформируемый термически неупрочняемый сплав на основе алюминия, содержащий магний, титан, берилий, цирконий, скандий, марганец и группу элементов, включающую железо и кремний, который дополнительно содержит никель и кобальт и компоненты взяты в следующем соотношении, мас.%:
Магний | 5,6-6,3 |
Титан | 0,01-0,03 |
Бериллий | 0,0001-0,005 |
Цирконий | 0,05-0,12 |
Скандий | 0,18-0,3 |
Марганец | 0,3-0,6 |
Группа элементов, включающая | ![]() |
железо и кремний | 0,05-0,2 |
Никель | 0,01-0,05 |
Кобальт | 0,01-0,05 |
Алюминий | Остальное |
при этом величина отношения суммарного содержания железа, никеля и кобальта к содержанию кремния должна быть равна или больше единицы.
Предлагаемый сплав отличается от известного тем, что он дополнительно содержит никель и кобальт и компоненты взяты в следующем соотношении, мас.%:
Магний | 5,6-6,3 |
Титан | 0,01-0,03 |
Бериллий | 0,0001-0,005 |
Цирконий | 0,05-0,12 |
Скандий | 0,18-0,3 |
Марганец | 0,3-0,6 |
Группа элементов, включающая | ![]() |
железо и кремний | 0,05-0,2 |
Никель | 0,01-0,05 |
Кобальт | 0,01-0,05 |
Алюминий | Остальное |
при этом величина отношения суммарного содержания железа, никеля и кобальта к содержанию кремния должна быть равна или больше единицы.
Технический результат - повышение прочностных характеристик, что позволяет повысить характеристики весовой отдачи конструкций, в частности конструкций летательных аппаратов.
При предлагаемом содержании и соотношении компонентов в предлагаемом сплаве за счет выделений дисперсных вторичных интерметаллидов, содержащих в своем составе алюминий, скандий, цирконий и другие переходные металлы, входящие в состав сплава, обеспечивается высокий уровень прочностных свойств. В то же время матрица, представляющая собой, в основном, твердый раствор магния и марганца в алюминии и обладающая большим запасом пластичности, обеспечивает высокую пластичность и хорошую деформируемость при горячей обработке давлением. Регламентируемая величина отношения суммарного содержания железа, никеля и кобальта к содержанию кремния при их низком суммарном содержании оптимизирует морфологию интерметаллидов эвтектического происхождения, содержащих, в основном, алюминий, железо, никель, кобальт и кремний, способствующих повышению прочностных свойств сплава при сохранении пластичности.
Пример
Получили предлагаемый сплав из шихты, состоящей из алюминия марки А85, магния марки Мг95, двойных лигатур алюминий-титан, алюминий-бериллий, алюминий-цирконий, алюминий-скандий, алюминий-марганец, алюминий-железо, алюминий-никель, алюминий-кобальт и силумина. Сплав готовили в электрической печи сопротивления и методом полунепрерывного литья отливали круглые слитки диаметром 178 мм.
Химический состав сплава приведен в таблице 1.
Слитки гомогенизировали, после чего резали на заготовки длиной 350 мм, которые затем обтачивали до диаметра 165 мм. Обточенные заготовки осаживали при температуре 390°C на вертикальном гидравлическом прессе с максимальным усилием 6000 тс на плоских бойках за один жим. Степень деформации при этом составляла 65%. Получили круглые осесимметричные поковки высотой 122,5 мм. Механические свойства (предел прочности B, предел текучести Сод и относительное удлинение
) поковок в отожженном состоянии определяли при испытании на растяжение в соответствии с ГОСТ 1497-84 цилиндрических образцов, вырезанных из поковок в хордовом направлении. Также определяли механические свойства изготовленных тем же способом поковок из сплава-прототипа, химический состав которого приведен в таблице 1.
Результаты испытаний приведены в таблице 2.
Примечания: (Fe+Ni+Co)/Si - отношение суммарного содержания железа, никеля и кобальта к содержанию кремния; Fe/Si - отношение содержания железа к содержанию кремния.
Как видно из таблицы 2, предлагаемый сплав обладает более высокими прочностными характеристиками по сравнению с известным. Применение предлагаемого сплава в качестве конструкционного материала позволит на 8-10% снизить вес конструкции, что особенно важно для космической техники. Благодаря хорошей свариваемости и высокой коррозионной стойкости, свойственным деформируемым термически неупрочняемым сплавам на основе алюминия, предлагаемый сплав может быть использован в нагруженных сварных конструкциях как в качестве основного материала, так и в качестве присадочного материала при сварке плавлением.
Класс C22C21/06 с магнием в качестве следующего основного компонента