Патент на изобретение №2368688
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(54) СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ ДЛЯ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
(57) Реферат:
Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству алюминиевого литейного сплава для сварных конструкций массового производства, работающих в условиях знакопеременных нагрузок в различных климатических зонах. Сплав содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: магний 4,5-5,8, марганец 0,4-0,8, титан 0,05-0,09, бериллий 0,02-0,06, алюминий – остальное. Получают прочные сварные соединения и улучшают качество лито-сварных конструкций и их функционирование путем обеспечения эффективной защиты сплава от окисления и насыщения водородом за счет упрочнения поверхностной оксидной пленки сплава и повышения коррозионной стойкости сварных конструкций. 2 табл.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству алюминиевого литейного сплава для сварных конструкций массового производства, работающих в условиях знакопеременных нагрузок в различных климатических зонах, что предъявляет к материалу жесткие требования по прочности и коррозионной стойкости. Известно, что сборка элементов конструкции посредством сварки требует обеспечения важного технологического свойства сплава – хорошей свариваемости. Для обеспечения технико-экономической эффективности массового производства сплав должен обладать сравнительно низкой стоимостью. Для изготовления легких, прочных сварных деталей, конструкций широко применяют литейные сплавы системы алюминий-магний. Известен алюминиевый сплав по патентам Японии Указанный сплав при относительно высоких прочностных свойствах обладает пониженной свариваемостью, что следует из данных статьи Мацумото Д., Имодзуми С., Окуто М. Сварка отливок из алюминиевых сплавов. Журнал «Кэкин-дзоку Есэцу», 1981, т.19, Таким образом, задачей данного технического решения являлось улучшение прочностных свойств, но не обеспечение хорошей свариваемости сплава. Известен также сплав АМг5Мц ГОСТ 1583-93, имеющий следующий химический состав, мас.%: магний 4,8-6,3; марганец 0,4-1,0; титан 0,05-0,15; алюминий – остальное, который является наиболее близким к предлагаемому и выбран авторами в качестве прототипа. Такой сплав обладает высокими механическими (в нетермообработанном состоянии) и антикоррозионными свойствами, однако в расплавленном состоянии у него наблюдается повышенная склонность к окислению. В табл.2 приведены показатели свариваемости сплава, принятого за прототип, и исследуемых сплавов с различным содержанием легирующих элементов, от которых зависит свариваемость (данные предприятия ФГУП «ГНПП «Сплав»). Как видно из табл.2, использование стандартного сплава (прототипа) не обеспечивает надежного сварного соединения по герметичности. Из-за наличия в сплаве (прототипе) магния более 1%, в нем в жидком состоянии отсутствует эффективная защита от окисления собственной пленкой, так как она не обладает достаточной прочностью. Разрушаясь влажная пленка попадает в расплав, влага диссоциирует с выделением водорода H2, который из взаимодействующих с расплавом газов (СО, СО2, N2) обладает наибольшей растворимостью, являясь, таким образом, главным источником пористости, что резко снижает качество сварного шва. Таким образом, задачей данного технического решения (прототипа) являлось улучшение механических и антикоррозионных свойств сплава без обеспечения хорошей свариваемости. Общими признаками с предлагаемым авторами сплавом на основе алюминия является наличие в нем магния, марганца и титана. В отличие от прототипа, предлагаемый авторами сплав на основе алюминия для сварных конструкций с целью улучшения свариваемости содержит компоненты в следующем соотношении в % по массе: магний 4,5-5,8; марганец 0,4-0,8; титан 0,05-0,09; бериллий 0,02-0,06, алюминий – остальное. Именно это позволяет сделать вывод о наличии причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков заявляемого технического решения и достигаемым техническим результатом. Указанный признак, отличительный от прототипа, и на который распространяется испрашиваемый объем правовой защиты, во всех случаях достаточен. Задачей предлагаемого изобретения является улучшение свариваемости путем обеспечения эффективной защиты сплава от окисления и насыщения водородом за счет упрочнения поверхностной оксидной пленки сплава и повышения коррозионной стойкости сварных конструкций. Указанный результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в сплав на основе алюминия для сварных конструкций, содержащий магний, марганец и титан, для улучшения свариваемости в системе магний, марганец, титан, алюминий выбирают соотношения компонентов в % по массе: магний 4,5-5,8; марганец 0,4-0,8; титан 0,05-0,09; алюминий – остальное, с дополнительным введением бериллия в пределах 0,02-0,06. Новая совокупность компонентов в сплаве позволяет, в частности, за счет их применения в вышеуказанном соотношении, обеспечить образование в жидком сплаве прочного соединения, позволяющего сформировать оксидную пленку, защищающую расплав от окисления и насыщения водородом (что объясняется большим сродством бериллия к кислороду по сравнению с остальными элементами сплава), а также способствует образованию прочной оксидной пленки и увеличению коррозионной стойкости готовой детали, конструкции. При изменении % соотношения компонентов сплава в сторону увеличения или уменьшения от выбранных значений снижается прочность оксидного соединения и площадь оксидной пленки на поверхности детали, конструкции, повышается расход легирующих материалов без улучшения характеристик свариваемости и коррозионной стойкости. Алюминиевые сплавы при соотношении элементов, мас.%: магний 4,5-5,8; марганец 0,4-0,8; титан 0,05-0,09; бериллий 0,02-0,06, обладающие высокой свариваемостью, в существующем уровне техники не выявлены. Опробование предлагаемого сплава осуществляли на ФГУП «ГНПП «Сплав» (г.Тула) изготовлением лито-сварной конструкции по технологии, представленной в следующем примере. Пример. Были изготовлены сплав по прототипу без бериллия и исследуемые сплавы с различным процентным содержанием его, химический состав которых представлен в табл.1. Сплав выплавляли в печи сопротивления ЭСТ-250 с чугунным тиглем. Технология выплавки предложенного сплава практически не меняется по сравнению с используемой для известного сплава. Особенность заключается в том, что одновременно с алюминием в тигель закладывается алюминиево-бериллиевая лигатура. Разливку производили в металлические формы. Литьем с кристаллизацией под давлением на прессовом оборудовании изготавливали литые заготовки для сварной конструкции силового узла, работающего в условиях знакопеременных нагрузок. Температура сплава при разливке соответствовала +710°±10°С, температура формы – +240°±5°С. Из литых заготовок после механической обработки изготавливали сварные конструкции. Соединение литых деталей осуществляли автоматической аргонодуговой сваркой неплавящимся электродом с подачей присадочной проволоки Св АМг5. Сварка осуществлялась посредством наложения кольцевого шва в три прохода на замковое соединение литых деталей при сварочном токе – 200 Из каждого сплава были изготовлены по семь лито-сварных деталей. Свариваемость определяли по показателям пористости и герметичности металла сварного шва. Кроме того, определяли прочность сварного соединения. Данные исследований представлены в табл.2. Пористость изучали на темплетах металлографическими исследованиями макроструктуры сплава, герметичность – гидроиспытаниями внутренним давлением 0,4 МПа, а прочность – механическими испытаниями на растяжение вырезанных образцов. Результаты изучения свариваемости и прочности сплава (табл.2) показали его преимущества по сравнению со сплавом, взятым в качестве прототипа. Наилучшие результаты свариваемости и прочности получены при добавке бериллия в количестве 0,02-0,06%. В этом случае имеет место наименьшая пористость, как по количеству на 1 см2, так и по размерам. При введении в состав сплава бериллия в количествах ниже нижнего предела, указанного в формуле изобретения, происходит снижение свариваемости. Введение в состав сплава бериллия в количествах выше верхнего предела, указанного в формуле изобретения, не приводит к дальнейшему улучшению свариваемости. Таким образом, предлагаемый сплав обладает критерием достижения положительного эффекта, указанного в задаче изобретения. Технико-экономические преимущества использования предлагаемого сплава по сравнению с прототипом заключаются в улучшении качества лито-сварных конструкций и их функционирования, что подтверждено испытаниями, при этом затраты, связанные с исправлением брака по негерметичности, резко сокращаются. В настоящее время разработана и внедрена в серийное производство технология изготовления лито-сварных конструкций с использованием заявляемого сплава.
Формула изобретения
Сплав на основе алюминия для сварных конструкций, содержащий магний, марганец и титан, отличающийся тем, что для улучшения свариваемости он содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: магний 4,5-5,8, марганец 0,4-0,8, титан 0,05-0,09, бериллий 0,02-0,06, алюминий – остальное.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
57-61101, С22С 21/06, опубл. 15.11.76 г. и 
240 А, напряжении – 12
1