Патент на изобретение №2164541

(54) СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к сплавам на основе алюминия системы Al-Zn-Mg-Cu, предназначенным для изготовления концевых деталей газовых центрифуг, с целью получения изотопов урана и других элементов, применяемых в атомной энергетике, медицине, электронике и других отраслях народного хозяйства. Техническая задача – создание сплава, обладающего высокой конструкционной прочностью, эксплуатационной надежностью и технологичностью. Сплав имеет следующий химический состав, мас.%: Zn – 8,0-9,0; Mg – 2,3-3,0; Cu – 2,0-2,6; Zr – 0,1-0,2; Fe – 0,05-0,3; Si – 0,03-0,15; Be – 0,0001-0,002; ₂ – (0,9-3,6)10^-5, Al – остальное, при соотношении Fe/Si 0,5. 2 табл.

Изобретение относится к сплавам на основе алюминия системы Al-Zn-Mg-Cu, предназначенным для изготовления концевых деталей газовых центрифуг, с целью получения изотопов урана и других элементов, применяемых в атомной энергетике, медицине, электронике и других отраслях народного хозяйства.

Известны высоколегированные сплавы системы Al-Zn-Mg-Cu, В96ц3 [1] и сплавы серии 7000, например 7050 и др. [2]. Однако они обладают недостаточным уровнем конструкционной прочности для создания высоконагруженных деталей газовых центрифуг.

За прототип принят сплав на основе алюминия [3] следующего химического состава, мас.%: Zn – 8,2-9,0; Mg – 2,4-3,0; Cu – 2,0-2,6; Mn – 0,2-0,8; Zr – 0,1-0,2; Ti – до 0,1; Fe – до 0,4; Si – до 0,3; Cr – до 0,1; Be – до 0,002; Al – остальное.

Сплав-прототип имеет недостаточно высокие характеристики конструкционной прочности и эксплуатационной надежности, которые необходимы для высоконагруженных конструкций газовых центрифуг, работающих длительное время (более 10 лет) при постоянно действующих высоких напряжениях.

Прессованные полуфабрикаты из этого сплава в закаленном и искусственно состаренном состоянии имеют следующие свойства: в долевом направлении предел прочности при растяжении – 68 кгс/мм², предел текучести – 65 кгс/мм², относительное удлинение – 2%; в поперечном направлении – предел прочности при растяжении – 66 кгс/мм², предел текучести – 64 кгс/мм² относительное удлинение – 2%.

Технической задачей данного изобретения является создание сплава, обладающего высокой конструкционной прочностью и эксплутационной надежностью.

Для достижения поставленной технической задачи предложен сплав, имеющий следующий химический состав, мас.%: Zn – 8,0- 9,0; Mg 2,3-3,0; Cu – 2,0-2,6; Zr – 0,1-0,2; Fe – 0,05-0,3; Si – 0,03-0,15; Be – 0,0001-0,002; H₂ – (0,9-3,6)10^-5; Al – остальное, при соотношении Fe/Si 0,5.

Повышение конструкционной прочности и эксплутационной надежности сплава достигается путем введения в сплав водорода.

Введение водорода в сплав приводит к образованию гидрида магния, который, являясь центрами кристаллизации, способствует модифицированию расплава, что приводит к дополнительному измельчению зеренной структуры и обеспечивает повышение конструкционной прочности и эксплуатационной надежности в процессе длительной эксплуатации изделий.

Наличие бериллия обеспечивает уменьшение окисных плен в сплаве, что способствует повышению эксплуатационной надежности.

Авторами установлено, что отсутствие марганца в сплаве предложенного состава исключает наличие марганцовистого дисперсоида, расположенного преимущественно в направлении деформации, что обеспечивает повышение характеристик пластичности и конструкционной прочности.

Пример осуществления.

В производственных условиях были отлиты шесть плавок по 300 кг каждая из предложенного сплава и сплава с содержанием компонентов в количествах, выходящих за заявленные пределы.

Из каждой плавки полунепрерывным методом были отлиты слитки диаметром 50-65 мм. Все слитки проходили входной контроль на наличие горячих трещин.

Химический состав предложенного и известного сплавов приведен в таблице 1.

После гомогенизации из слитков были изготовлены штамповки разных конфигураций (верхняя и нижняя крышки и диафрагма). После удаления облоя штамповки подвергали термической обработке по следующему режиму: закалка от 470^oC в воду комнатной температуры и старение при 140^oC в течение 16 ч.

Из штамповок изготавливали образцы для определения механических свойств, а также сборочные узлы, состоящие из ротора и верхней крышки, для определения конструкционной прочности, которую оценивали по усилию отрыва горловины.

Скорость ползучести определяли на плоских образцах, вырезанных из цилиндрической части штамповок при напряжении 45 кгс/мм², температуре 50^oC на базе 3000 ч.

Результаты испытаний.

Результаты испытаний, приведенные в таблице 2, показали, что предложенный сплав на основе алюминия, обладая высокими характеристиками прочности и текучести, обеспечивает, по сравнению с известным сплавом, повышение пластичности в долевом направлении более чем в 4 раза, в поперечном направлении более чем в 3 раза, повышение конструкционной прочности в 1,7-2,0 раза и уменьшение скорости ползучести при напряжении 45 кгс/мм², температуре 50^oC на базе 3000 ч в 1,45-2,0 раза.

Таким образом, применение предложенного сплава в газовых центрифугах позволяет повысить конструкционную прочность изделий, что обеспечивает повышение надежности в процессе длительной эксплуатации и увеличивает их ресурс.

Список литературы
1. Фридляндр И.Н. “Алюминиевые деформируемые конструкционные сплавы.” М. , Металлургия, 1979, стр 154.

2. Aluminium Alloys. Proceedings of 5th International Conference ICAA5. Grenoble, France, 1996, т. 3, стр. 1587.

3. A.C. N 155001, СССР, C 22 C 21/10.

Формула изобретения

Сплав на основе алюминия, содержащий цинк, магний, медь, цирконий, железо, кремний и бериллий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит водород при следующих соотношениях компонентов, мас.%:
Цинк – 8,0 – 9,0
Магний – 2,3 – 3,0
Медь – 2,0 – 2,6
Цирконий – 0,1 – 0,2
Железо – 0,05 – 0,3
Кремний – 0,03 – 0,15
Бериллий – 0,0001 – 0,002
Водород – (0,9 – 3,6) 10^-5
Алюминий – Остальное
при соотношении Fe/Si 0,5.

РИСУНКИ

QB4A Регистрация лицензионного договора на использование изобретения

Вид лицензии*: НИЛ

Лицензиат(ы): АО Каменск-Уральский металлургический завод

Номер и год публикации бюллетеня: 5-2004

(73) Новый патентообладатель:

ФГУП “Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов”

Договор № 18298 зарегистрирован 28.01.2004

Извещение опубликовано: 20.02.2004

* ИЛ – исключительная лицензия НИЛ – неисключительная лицензия

QB4A Регистрация лицензионного договора на использование изобретения

Лицензиар(ы): Федеральное государственное унитарное предприятие “Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов”

Вид лицензии*: НИЛ

Лицензиат(ы): Открытое акционерное общество “Каменск-Уральский металлургический завод”

Договор № РД0049667 зарегистрирован 28.04.2009

Извещение опубликовано: 10.06.2009 БИ: 16/2009

* ИЛ – исключительная лицензия НИЛ – неисключительная лицензия

QZ4A – Регистрация изменений (дополнений) лицензионного договора на использование изобретения

Лицензиар(ы): Федеральное государственное унитарное предприятие “Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов”

Вид лицензии*: НИЛ

Лицензиат(ы): Открытое акционерное общество “Каменск-Уральский металлургический завод”

Характер внесенных изменений (дополнений):

Договор расторгнут по взаимному согласию сторон.

Дата и номер государственной регистрации договора, в который внесены изменения:

28.01.2004 № 18298

Извещение опубликовано: 10.06.2009 БИ: 16/2009

* ИЛ – исключительная лицензия НИЛ – неисключительная лицензия