Патент на изобретение №2247168
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(54) СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ
(57) Реферат:
Изобретение относится к металлургии сплавов на основе алюминия, предназначенных для изготовления катаных, прессованных и кованых полуфабрикатов, используемых в качестве конструкционного материала в сварных конструкциях изделий ответственного назначения. Предложен сплав, содержащий следующие компоненты, мас.%: магний 4,0-5,6, литий 1,3-1,8, цирконий 0,08-0,15, титан 0,05-0,1, бор 0,0001-0,0005, бериллий 0,001-0,01, висмут 0,01-0,1, алюминий – остальное. Техническим результатом изобретения является создание сплава с повышенными характеристиками пластичности основного металла и сварных соединений, а также удовлетворительной свариваемостью и прочностью сварных соединений. 3 табл.
Предлагаемое изобретение относится к металлургии сплавов на основе алюминия, предназначенных для изготовления катаных, прессованных и кованых полуфабрикатов, используемых в качестве конструкционного материала в сварных конструкциях изделий ответственного назначения. Известен сплав марки 1420 (ОСТ 1.90048-77) следующего состава, мас. %: Магний 4,5-6,0 Литий 1,8-2,3 Цирконий 0,08-0,15 Железо не более 0,2 Кремний не более 0,15 Медь не более 0,05 Титан не более 0,1 Натрий не более 0,0006 Алюминий остальное В настоящее время детали из сплава марки 1420 применяются в авиационной и аэрокосмической технике, где необходимы малая плотность в сочетании с высокой жесткостью и прочностью. Недостатком данного сплава является низкая пластичность полуфабрикатов (катаных – в продольном, кованых – в поперечном по толщине направлении) и пониженный предел текучести (не более 28 кгс/мм2). Известны алюминиевые сплавы с литием, которые характеризуются пониженной плотностью и высоким значением предела текучести, но обладают пониженной вязкостью разрушения и невысокой пластичностью. Одним из таких сплавов, наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту, взятым за прототип, является сплав по патенту США №4584173 от 22.04.86, кл. 420-533, который имеет следующий химический состав, мас.%: Магний 3,0-5,5 Литий 2,1-2,9 Медь 0,2-0,7, и один или более элементов из группы, содержащей цирконий, гафний, ниобий и бор: Цирконий 0,05-0,25 Гафний 0,10-0,50 Ниобий 0,05-0,30 Бор 0,0001-0,0005 и один или более элементов из группы Цинк 0-2,0 Титан 0-0,5 Марганец 0-0,5 Никель 0-0,5 Хром 0-0,5 Германий 0-0,2 Алюминий остальное. Данный сплав не обладает достаточной пластичностью основного металла и сварных соединений для получения сложных сварных конструкций типа ферм и рам. Решаемой задачей настоящего изобретения является создание сплава с повышенными характеристиками пластичности основного металла и сварных соединений, а также свариваемостью и прочностью сварных соединений на достаточно высоком уровне, что позволит получать тонкостенные прессованные и кованые полуфабрикаты различной формы и сложные сварные конструкции. Для решения поставленной задачи в известный сплав на основе алюминия дополнительно введены бериллий и висмут при следующем соотношении компонентов, мас.%: Магний 4,0-5,6 Литий 1,3-1,8 Цирконий 0,08-0,15 Титан 0,05-0,1 Бор 0,0001-0,0005 Бериллий 0,001-0,01 Висмут 0,01-0,1 Алюминий остальное Содержание магния в пределах 4,0-5,6 мас.% обеспечивает необходимый уровень прочностных характеристик и свариваемость сплава. При уменьшении содержания магния менее 4,0% значения временного сопротивления и предела текучести снижаются, повышается склонность сплава к горячим трещинам как при литье сплава, так и при сварке. При увеличении содержания магния более 5,6 мас.% технологичность и пластичность полуфабрикатов сплава снижаются. Содержание лития выбрано в пределах 1,3-1,8 мас.% для обеспечении технологичности при деформации и получения требуемого комплекса механических свойств. При снижении содержания лития в сплаве (ниже 1,3 мас.%) уменьшается модуль упругости и повышается плотность сплава. Увеличение содержания лития выше 1,8 мас.% ухудшает технологичность и свариваемость сплава. Цирконий вводится в алюминиевые сплавы в качестве модифицирующей добавки. Являясь переходным элементом, он обеспечивает получение полигонизованной структуры в горячедеформированных полуфабрикатах. При содержании циркония ниже 0,08 мас.% положительных воздействий не проявляется, при его содержании выше 0,15 мас.% выделяются грубые первичные частицы нерастворимой в алюминиевом твердом растворе фазы Аl3 Zr, что приводит к резкому снижению пластичности полуфабрикатов. Титан и бор совместно улучшают структуру сплава и увеличивают его прочность. Введение титана более 0,1% и бора более 0,0005%, т.е. в количествах, превышающих допустимые пределы, приводит к снижению пластичности сплава. Бериллий в количестве 0,001-0,01 мас.% предохраняет сплав от окисления в процессах плавки, литья, сварки, а также при технологических нагревах под деформацию и термическую обработку. Бериллий в количестве менее 0,001 мас.% не оказывает заметного влияния на свойства сплава, а введение бериллия более 0,01 мас.% не рекомендуется с точки зрения гигиены труда. Висмут улучшает пластичность алюминиевых сплавов как основного металла, так и сварных соединений, связывая натрий, являющийся вредной примесью в алюминии, в соединения Na3Bi. При содержании этого элемента ниже указанного (0,01 мас.%) положительного воздействия не выявлено. При введении висмута в больших, чем предложено, количествах (0,1 мас.%) он образует сложную легкоплавкую фазу, выделяющиеся в виде глобулей по границам зерен, что снижает значения относительного удлинения материала. Таким образом, в случае отклонения от указанных пределов как в сторону меньших, так и больших значений содержания компонентов или исключения какого-либо компонента из состава поставленная задача не решается. Изобретение иллюстрируется примером. В таблице 1 приведены химические составы опробованных композиций предлагаемого и известного сплавов. Составы сплавов 1-3 соответствуют предлагаемому. Сплав 1 легирован по нижнему пределу, сплав 2 легирован по среднему пределу, сплав 3 – по верхнему.
Сплав 4 легирован ниже нижнего предела, сплав 5 – выше верхнего предела. Сплав 6 – известный сплав (прототип). Плавку готовили в электрической печи, слитки диаметром 70 мм отливали полунепрерывным способом. Плавление шихты, рафинирование расплава и литье слитков проводили при температуре 700-730°С. Отлитые слитки гомогенизировали по режиму 380-400°С. Гомогенизированные слитки прессовали на полосу 15×60 мм. После термической обработки полос вырезали образцы для определения механических свойств. Определение механических свойств основного металла при температуре 20 Механические свойства основного металла и сварных соединений приведены в таблицах 2 и 3. Сплавы предлагаемого состава (1-3) обладают прочностными характеристиками на уровне прототипа, но большими значениями относительного удлинения по сравнению с ним. Предлагаемые сплавы обладают хорошей свариваемостью, что позволяет использовать их при изготовлении сварных конструкций. Прочность сварных соединений сплавов находится на уровне 32,0-33,5 кгс/мм2. Значения характеристик пластичности (угла изгиба и ударной вязкости) у предлагаемого сплава при комнатной температуре и при минус 196°С выше, чем у прототипа. Снижение содержания легирующих компонентов (сплав 4) ниже предлагаемого состава приводит к снижению свойств, особенно пластичности, сварных соединений. Увеличение содержания легирующих компонентов: магния выше 5,6 мас.% и лития выше 1,8 мас.% (сплав 5) приводит к снижению пластичности сплава, особенно при температуре минус 196°С. Введение в сплав большего количества циркония, висмута и бора приводит к образованию грубых включений, снижающих качество материала. Таким образом, предлагаемый состав сплава является оптимальным. Сплавы, имеющие запредельные содержания компонентов, не обладают необходимым комплексом свойств.
Формула изобретения
Сплав на основе алюминия, содержащий магний, литий, цирконий, титан, бор, отличающийся тем, что он дополнительно содержит бериллий и висмут при следующем содержании элементов, мас.%: Магний 4,0-5,6 Литий 1,3-1,8 Цирконий 0,08-0,15 Титан 0,05-0,1 Бор 0,0001-0,0005 Бериллий 0,001-0,01 Висмут 0,01-0,1 Алюминий Остальное
MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 27.11.2005
Извещение опубликовано: 27.12.2006 БИ: 36/2006
NF4A Восстановление действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение
Дата, с которой действие патента восстановлено: 10.04.2008
Извещение опубликовано: 10.04.2008 БИ: 10/2008
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
С проводили по ГОСТ 1497-84. Сварные соединения выполняли аргонодуговой сваркой с использованием присадочной проволоки. Свариваемость оценивали по пробе “рыбий скелет”, механические свойства сварных соединений при температуре 20°С определяли на образцах по ГОСТ 1497-84. Определение ударной вязкости сварных соединений при пониженной и комнатной температуре проводили по ГОСТ 9454-78. Испытания на угол изгиба (
) выполняли по ГОСТ 6996-66.
В, кгс/мм
0,2, кгс/мм