Патент на изобретение №2180929
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕГО
(57) Реферат: Изобретение относится к металлургии, в частности к составам алюминиевых сплавов, и может быть использовано в разработке конструкционных материалов для изготовления изделий авиакосмической техники, в том числе и работающих при криогенных температурах. Сплав также может использоваться в качестве присадочного материала при изготовлении сварных конструкций выше названных изделий из деформированных и литейных алюминиевых сплавов систем Al-Cu, Al-Cu-Li, а также для сварки комбинированных лито-деформированных конструкций. Сплав на основе алюминия и изделие, выполненное из него, содержат следующие компоненты, мас.%: медь 6,0 – 8,5, марганец 0,1 – 0,4, титан 0,05 – 0,2, цирконий 0,08 – 0,25, скандий 0,1 – 0,4, по крайней мере три компонента, выбранных из группы, содержащей: бор 0,0005 – 0,005, бериллий 0,0001 – 0,001, лантан 0,05 – 0,2, иттрий 0,05 – 0,15, церий 0,05 – 0,15, алюминий – остальное. Техническим результатом изобретения является повышение пластичности и трещиностойкости как самого сплава, так и сварных соединений сплавов типа 1460, выполненных с применением данного сплава в качестве присадочного материала, что обеспечивает надежность и долговечность. 2 с.п. ф-лы, 2 табл. Изобретение относится к области металлургии алюминиевых сплавов. Такие сплавы могут быть использованы как конструкционные материалы для изготовления изделий авиакосмической техники, в том числе и работающих при криогенных температурах. Сплав может использоваться в качестве присадочного материала при изготовлении сварных конструкций вышеназванных изделий из деформированных и литейных алюминиевых сплавов систем Аl-Сu, Al-Сu-Li, а также для сварки комбинированных лито-деформированных конструкций. Известен сплав на основе алюминия /1/, содержащий, мас.%: Медь – 5,8-6,8 Марганец – 0,2-0,4 Цирконий – 0,1-0,25 Ванадий – 0,05-0,15 Титан – 0,02-0,1 Алюминий – Остальное Сплав имеет ряд недостатков. Прочность сварного соединения невысока и составляет 250-270 МПа, при низком уровне пластичности и ударной вязкости (угол загиба сварного соединения меньше 40o, ударная вязкость по сварному шву примерно 150 кДж/м2). Склонность к образованию горячих трещин при сварке, определяемая по пробе МВТУ, высокая (Акр составляет 0,09 м/час при сварке без присадки и 0,15 м/час при сварке с использованием присадочного материала того же состава). Все это ограничивает применение сплава в высоконагруженных сварных конструкциях. Наиболее близким к предложенному сплаву по технической сущности и достигаемому эффекту является сплав /2/, принятый за прототип, следующего химического состава, мас.%: Медь – 5,0-5,5 Марганец – 0,2-0,6 Титан – 0,1-0,4 Цирконий – 0,1-0,4 Хром – 0,1-0,4 Кадмий – 0,05-0,25 Стронций или барий – 0,01-0,1 Алюминий – Остальное Недостатками сплава являются пониженные значения пластичности и трещиностойкости, как самого сплава, так и сварных соединений, выполненных с применением данного сплава в качестве присадочного материала. Значения критической скорости деформации (Акр) составляют 0,15 м/час, что совершенно недостаточно для получения качественных и надежных сварных соединений. Изготовление сварных конструкций из этого сплава связано с возникновением большого количества дефектов типа горячих трещин, что значительно снижает показатели надежности и долговечности изделия. Снижение пластичности и трещиностойкости связано с образованием грубых нерастворимых фаз AlCuCd. Технической задачей данного изобретения является разработка состава алюминиевого сплава, обеспечивающего повышение пластичности и трещиностойкости, как самого сплава, так и сварных соединений сплавов типа 1460, выполненных с применением данного сплава в качестве присадочного материала. Изделия из этого сплава, в том числе и сварные конструкции, должны иметь повышенные характеристики надежности и долговечности. Для достижения поставленной технической задачи предлагается сплав на основе алюминия и изделие, выполненное из него. Сплав содержит медь, марганец, титан, цирконий, в который дополнительно введены скандий и по крайней мере три компонента, выбранные из группы, содержащей: бор, бериллий, лантан, иттрий, церий, при следующем соотношении компонентов, мас.%: Медь – 6,0-8,5 Марганец – 0,1-0,4 Титан – 0,05-0,2 Цирконий – 0,08-0,25 Скандий – 0,1-0,4 и по крайней мере три компонента, выбранные из группы, содержащей, мас. %: Бор – 0,0005-0,005 Бериллий – 0,0001-0,001 Лантан – 0,05-0,2 Иттрий – 0,05-0,15 Церий – 0,05-0,15 Алюминий – Остальное Изделие из сплава на основе алюминия, отличающееся тем, что оно выполнено из сплава следующего химического состава, мас.%: Медь – 6,0-8,5 Марганец – 0,1-0,4 Титан – 0,05-0,2 Цирконий – 0,08-0,25 Скандий – 0,1-0,4 и по крайней мере три компонента, выбранных из группы содержащей: Бор – 0,0005-0,005 Бериллий – 0,0001-0,001 Лантан – 0,05-0,2 Иттрий – 0,05-0,15 Церий – 0,05-0,15 Алюминий – Остальное При заявленном содержании и соотношении компонентов в предлагаемом сплаве образуются вторичные выделения дисперсных частиц интерметаллидов различного состава (в зависимости от системы легирования), содержащих алюминий, скандий, лантан, бор, иттрий, церий. Образуется мелкозернистая недендритная структура металла шва и зоны сплавления за счет наличия большого числа центров кристаллизации. Кроме того, эти элементы оказывают положительное влияние на структуру границ зерен при кристаллизации шва, что приводит к замене хрупкого зернограничного разрушения металла при динамических нагрузках на вязкое транскристаллитное. В итоге, применение данного материала в качестве основного материала и присадочного для сварки сплавов типа 1460 позволяет повысить значения трещиностойкости, ударной вязкости и пластичности сварного соединения. Изделия из этого сплава обладают повышенной надежностью и работоспособностью. Для осуществления конкретного примера были выплавлены сплавы, состав которых приведен в таблице I. Слитки размером  70 мм/300 мм после гомогенизации при температуре 525oС, 12 ч и механической обработки на размер 60 мм х 250 мм, подвергались горячему прессованию при температуре 400oС на прутки диаметром 6 мм. Затем проводилось волочение с промежуточными отжигами до получения проволоки диаметром 2 мм. Свойства присадочных материалов оценивались при сварке листов сплава 1460 толщиной 2,5 мм. Склонность к образованию горячих трещин при сварке определялась по методике МВТУ им. Н.Э. Баумана на установке ЛТПI-6 с принудительной поперечной растягивающей деформацией образцов в процессе сварки, которая проводилась с присадочной проволокой по режиму: Jсв=140 А. Аргоно-дуговую сварку образцов для механических испытаний проводили на автомате АДСВ-7 с исследуемыми присадочными материалами. Режим сварки: Jсв= 140 А, Vсв= 18 м/ч. Для сравнения аналогичные испытания были проведены для сплава-прототипа, который испытывался как основной и присадочный материал.
Пластичность самого сплава оценивалась по величине относительного удлинения ( %), которое определялось на листовом материале, полученном по следующей технологии. Из слитка 70 мм после гомогенизирующего отжига прессовалась полоса сечением 40  15 мм при 440oС, затем она прокатывалась при 400oС в поперечном направлении. Листы закаливались с температуры 535oС в воду, затем после правки подвергали старению при 180oС в течение 20 ч.
В таблице 2 приведены механические свойства сварных соединений. Как видно из полученных данных, применение заявляемого состава в качестве присадочного материала позволяет повысить трещиностойкость, ударную вязкость и пластичность сварного соединения сплава 1460 примерно на 40-60%. Пластичность заявляемого сплава также повышается.
Применение предлагаемого сплава к качестве присадочного материала позволит использовать новые сверхлегкие алюминиевые сплавы системы Al-Сu-Li в сварных конструкциях авиакосмической техники, повысить их эксплуатационную надежность и снизить вес изделия примерно на 15%.
Литература1. OCT 1-90048-90 “Сплавы алюминиевые деформируемые. Марки. 2. Патент РФ 1678080, С 22 С 21/12. Формула изобретения
Медь – 6,0-8,5 Марганец – 0,1-0,4 Титан – 0,05-0,2 Цирконий – 0,08-0,25 Скандий – 0,1-0,4 и по крайней мере три компонента, выбранных из группы, содержащей Бор – 0,0005-0,005 Бериллий – 0,0001-0,001 Лантан – 0,05-0,2 Иттрий – 0,05-0,15 Церий – 0,05-0,15 Алюминий – Остальное 2. Изделие из сплава на основе алюминия, отличающееся тем, что оно выполнено из сплава следующего химического состава, мас. %: Медь – 6,0-8,5 Марганец – 0,1-0,4 Титан – 0,05-0,2 Цирконий – 0,08-0,25 Скандий – 0,1-0,4 и по крайней мере три компонента, выбранных из группы, содержащей Бор – 0,0005-0,005 Бериллий – 0,0001-0,001 Лантан – 0,05-0,2 Иттрий – 0,05-0,15 Церий – 0,05-0,15 Алюминий – Остальное РИСУНКИ
|
||||||||||||||||||||||||||
