Патент на изобретение №2180930
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУФАБРИКАТОВ ИЗ ЭТОГО СПЛАВА
(57) Реферат: Изобретение относится к области металлургии, в частности к высокопрочным свариваемым сплавам пониженной плотности системы алюминий – медь – литий, и может быть использовано в авиакосмической технике. Предлагается сплав на основе алюминия, включающий следующие компоненты в мас.%: медь 3,0-3,5, литий 1,5-1,8, цирконий 0,05-0,12, скандий 0,06-0,12, кремний 0,02-0,15, железо 0,02-0,2, бериллий 0,0001-0,02, по крайней мере один элемент из группы, содержащей магний 0,1-0,6, цинк 0,02-1,0, марганец 0,05-0,5, германий 0,02-0,2, церий 0,05-0,2, иттрий 0,005-0,02, титан 0,005-0,05, алюминий остальное при соотношении содержания меди к содержанию лития 1,9-2,3. Предлагается также способ изготовления полуфабрикатов, включающий нагрев литой заготовки под прокатку, горячую прокатку, закалку, правку растяжением и трехступенчатое искусственное старение. Техническим результатом от реализации изобретения является повышение пластичности, трещиностойкости, в том числе сопротивления ударным нагрузкам, увеличение стабильности механических свойств при длительных, низкотемпературных нагревах. 2 с.п. ф-лы, 4 табл. Изобретение относится к области металлургии, в частности к высокопрочным свариваемым сплавам пониженной плотности системы алюминий – медь – литий, и может быть использовано в авиакосмической технике. Известен сплав на основе алюминия состава (мас.%): Медь – 2,6-3,3 Литий – 1,8-2,3 Цирконий – 0,09-0,14 Магний –  0,1Марганец – 0,1Хром – 0,05Никель – 0,003Церий – 0,005Титан – 0,02-0,06Кремний – 0,1Железо – 0,15Бериллий – 0,008-0,1 Алюминий – Остальное (ОСТ 1-90048-77). Недостатком этого сплава является его низкая свариваемость, пониженное сопротивление ударным нагрузкам и низкая стабильность механических свойств в случае длительных низкотемпературных нагревов. За прототип принят сплав на основе алюминия следующего химического состава (мас.%): Медь – 1,4-6,0 Литий – 1,0-4,0 Цирконий – 0,02-0,3 Титан – 0,01-0,15 Бор – 0,0002-0,07 Церий – 0,005-0,15 Железо – 0,03-0,25 По крайней мере, один элемент из группы: ниодим – 0,0002-0,1 скандий – 0,01-0,35 ванадий – 0,01-0,15 марганец – 0,05-0,6 магний – 0,6-2,0 алюминий – остальное (Патент РФ 1584414, С 22 С 21/12, 1988). Недостатком этого сплава является пониженная термическая стабильность, недостаточно высокие характеристики трещиностойкости, высокая анизотропия свойств, особенно по относительному удлинению. Известен способ изготовления полуфабрикатов из сплавов системы алюминий-медь-литий, включающий нагрев заготовки при 470-537oС, горячую прокатку (температура металла в конце прокатки не оговаривается), закалку от 549oС, правку растяжением (  = 2-8%) и искусственное старение при 149oС, 8-24 ч или при 162oС, 36-72 ч, или при 190oС, 18-36 ч.
(Патент США 4806174, C 22 F 1/04, 1989).
Недостатком этого способа является низкая термическая стабильность свойств полуфабрикатов из-за остаточного пересыщения твердого раствора и последующего его распада с выделением мелких частиц упрочняющих фаз, а также низкие относительное удлинение и трещиностойкость, что повышает опасность разрушения при эксплуатации.
За прототип принят известный способ изготовления изделий из сплава системы алюминий-медь-литий, включающий нагрев литой заготовки под деформацию при температуре 430-480oС, деформацию при температуре окончания прокатки не менее 375oС, закалку от температуры 525 5oС, правку растяжением ( = 1,5-3,0%) и искусственное старение по режиму: 1505oС, 20-30 ч.
(Технологическая рекомендация по изготовлению плит из сплавов 1440 и 1450, ТР 456-2/31-88. ВИЛС, М., 1988г.).
Недостатком этого способа является существенный разброс значений механических свойств из-за широкого интервала температур деформации и низкая термическая стабильность из-за остаточного пересыщения твердого раствора после старения.
Предлагается сплав на основе алюминия состава (мас.%):Медь – 3,0-3,5 Литий – 1,5-1,8 Цирконий – 0,05-0,12 Скандий – 0,06-0,12 Кремний – 0,02-0,15 Железо – 0,02-0,2 Бериллий – 0,0001-0,02 По крайней мере, один элемент из группы: магний – 0,1-0,6 цинк – 0,01-1,0 марганец – 0,05-0,5 германий – 0,02-0,2 церий – 0,05-0,2 иттрий – 0,005-0,02 титан – 0,005-0,05 алюминий – остальное при соотношении меди и лития Cu/Li – 1,9-2,3. Предлагаемый сплав отличается от прототипа тем, что он дополнительно содержит бериллий и кремний при соотношении компонентов (мас.%): Медь – 3,0-3,5 Литий – 1,5-1,8 Цирконий – 0,05-0,12 Скандий – 0,06-0,12 Кремний – 0,02-0,15 Железо – 0,02-0,2 Бериллий – 0,0001-0.02 По крайней мере, один элемент из группы: магний – 0,1-0,6 цинк – 0,01-1,0 марганец – 0,05-0,5 германий – 0,02-0,2 церий – 0,05-0,2 иттрий – 0,005-0,02 титан – 0,005-0,05 алюминий – остальное при соотношении меди и лития Cu/Li – 1,9-2,3. Предлагается способ изготовления полуфабрикатов, который включает нагрев литой заготовки до температуры 460-500oС, деформацию при температуре  400oС, закалку в воде от температуры 525o5oС, правку растяжением ( = 1,5-3,0%), искусственное старение в три стадии:I – при температуре 155-165oС с выдержкой 10-12 ч; II – при температуре 180-190oС с выдержкой 2-5 ч; III – при температуре 155-165oС с выдержкой 8-10 ч, с последующим охлаждением в печи до температуры 90-100oС со скоростью 2-5oС/ч и охлаждением на воздухе до комнатной температуры. Предложенный способ отличается от прототипа тем, что заготовку перед деформацией нагревают до температуры 460-500oС, деформацию проводят при температуре не ниже 400oС, а искусственное старение ведут в три стадии: сначала при температуре 155-165oС с выдержкой 10-12 ч, затем при температуре 180-190oС с выдержкой 2-5 ч и на последней стадии – при температуре 155-165oС с выдержкой 8-10 ч; затем осуществляют охлаждение до температуры 90-100oС со скоростью 2-5oС/ч с последующим охлаждением на воздухе до комнатной температуры. Задачей данного изобретения является снижение веса конструкций авиакосмической техники, повышение их надежности и ресурса. Технический результат – повышение пластичности, трещиностойкости, в том числе сопротивления ударным нагрузкам, увеличение стабильности механических свойств при длительных, низкотемпературных нагревах. Заявляемые состав сплава и способ получения полуфабрикатов из него обеспечивают необходимую и достаточную легированность твердого раствора, позволяющую достичь высокого упрочнения за счет преимущественного выделения упрочняющих частиц Т1 фазы (Al2CuLi) без остаточного пересыщения твердого раствора литием, что приводит к практически полной термической стабильности сплава при эксплуатации в условиях длительных, низкотемпературных нагревов. При этом плотность и морфология выделений упрочняющих частиц на границах и в зерне такова, что позволяет наряду с высокими пределами прочности и текучести получать высокие характеристики пластичности, трещиностойкости, сопротивления ударным нагрузкам. Предлагаемый состав сплава за счет выделений дисперсных частиц фазы Al3(Zr, Sc) обеспечивает формирование однородной мелкозернистой структуры в слитке и в сварном шве, отсутствие рекристаллизации (в том числе в околошовной зоне) и, следовательно, хорошее сопротивление сварочным трещинам. Таким образом, предлагаемые состав сплава и способ изготовления полуфабрикатов из него позволяют получать комплекс высоких механических и конструкционных характеристик (в том числе сопротивление ударным нагрузкам) за счет благоприятной морфологии упрочняющих выделений Т1 фазы при минимальном остаточном пересыщении твердого раствора, с чем связана его повышенная термическая стабильность. Сплав имеет низкую плотность и высокий модуль упругости. Сочетание этих свойств приводит к повышению весовой отдачи (не менее чем на 15%) и не менее чем на 25% увеличивается надежность и ресурс изделий. Пример осуществления. Плоские слитки сечением 90 х 220 мм 4-х сплавов, химический состав которых приведен в табл. 1, были отлиты полунепрерывным методом. Гомогенизированные слитки нагревали перед прокаткой в электропечи, затем раскатывали на листы толщиной 7 мм. Режимы прокатки указаны в табл. 2. Листы закаливали с температуры 525oС в воде, затем правили растяжением со степенью остаточной деформации 2,5-3%. Правленные листы старили по режиму: I ст. – 160oС, 10-12 ч; II ст. – 180oС, 3-4 ч; III ст. – 160oС, 8-10 ч. Листы из сплава-прототипа старили по предлагаемому режиму и по режиму – прототипу (150oС, 24 ч). Часть листов после старения подвергали дополнительному нагреву при 115oС, 254 ч, что по степени структурных изменений и изменений свойств соответствует нагреву при 90oС в течение 4000 ч. Результаты испытаний механических свойств приведены в табл. 3-4. Из данных табл. 3-4 следует, что предложенные сплав и способ изготовления из него полуфабрикатов по сравнению с прототипами обеспечивают превосходство свойств горячекатаных листов по относительному удлинению – на 10%, вязкости разрушения – на 15%, удельной энергии разрушения при ударе – на 10% при близких значениях пределов прочности и текучести. Наибольший выигрыш получен в термической стабильности свойств после длительных низкотемпературных нагревов. Так, практически полностью отсутствуют изменения свойств листов из предложенного сплава, полученных по предложенному способу. Почти для всех свойств изменения после нагревов не превышают 2-5%. В сплаве-прототипе, напротив, имеют место: прирост пределов прочности и текучести на 6%, уменьшение относительного удлинения на 30%, снижение вязкости разрушения на 7%, увеличение скорости роста трещин усталости на 10%, снижение сопротивления удару на 5%. Сопоставление полученных свойств показывает, что предложенные сплав и способ изготовления полуфабрикатов могут обеспечить снижение веса конструкций (за счет более высоких характеристик прочности и трещиностойкости) не менее чем на 15% и увеличение надежности и ресурса изделий не менее чем на 20%. Формула изобретения
Медь – 3,0-3,5 Литий – 1,5-1,8 Цирконий – 0,05-0,12 Скандий – 0,06-0,12 Кремний – 0,02-0,15 Железо – 0,02-0,2 Бериллий – 0,0001-0,02 По крайней мере один элемент из группы: магний – 0,1-0,6 цинк – 0,02-1,0 марганец – 0,05-0,5 германий – 0,02-0,2 церий – 0,05-0,2 иттрий – 0,005-0,02 титан – 0,005-0,05 алюминий – остальное при соотношении содержания меди к содержанию лития 1,9-2,3. 2. Способ изготовления полуфабрикатов из сплава по п. 1, отличающийся тем, что литую заготовку нагревают до 460-500oС, затем проводят деформацию при температуре не ниже 400oС, закалку, правку растяжением, искусственное старение в три стадии: на первой стадии при 155-165oС с выдержкой 10-12 ч, на второй – при 180-190oС с выдержкой 2-5 ч и на третьей – при 155-165oС с выдержкой 8-10 ч; после чего осуществляют охлаждение до температуры 90-100oС со скоростью 2-5oС/ч и последующее охлаждение до комнатной температуры на воздухе. РИСУНКИ
QB4A Регистрация лицензионного договора на использование изобретения
Лицензиар(ы): Федеральное государственное унитарное предприятие “Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов” (ФГУП “ВИАМ”)
Вид лицензии*: ИЛ
Лицензиат(ы): Открытое акционерное общество “Каменск-Уральский металлургический завод” (ОАО “КУМЗ”)
Договор № РД0021133 зарегистрирован 19.04.2007
Извещение опубликовано: 27.05.2007 БИ: 15/2007
* 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*: ИЛ
Лицензиат(ы): Открытое акционерное общество “Каменск-Уральский металлургический завод”
Договор № РД0049659 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” (ФГУП “ВИАМ”)
Вид лицензии*: ИЛ
Лицензиат(ы): Открытое акционерное общество “Каменск-Уральский металлургический завод”
Характер внесенных изменений (дополнений):
Дата и номер государственной регистрации договора, в который внесены изменения:
Извещение опубликовано: 10.06.2009 БИ: 16/2009
* ИЛ – исключительная лицензия НИЛ – неисключительная лицензия
|
||||||||||||||||||||||||||
