Патент на изобретение №2209844

(54) СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ И ИЗДЕЛИЕ ИЗ НЕГО

(57) Реферат:

Изобретение относится к области металлургии, в частности, к деформируемым алюминиевым сплавам системы алюминий-медь-магний, предназначенным для применения в качестве конструкционного материала в авиации, автомобильной и транспортной промышленности, в том числе в сварных конструкциях. Сплав на основе алюминия содержит следующие компоненты, мас.%: медь 3,8-4,9, магний 0,4-2,5, марганец 0,3-1,2, титан 0,01-0,1, по крайней мере, один элемент из группы: бор 0,0001-0,05, углерод 0,00001-0,008, алюминий – остальное. Техническим результатом изобретения является повышение технологической пластичности при горячей деформации и свариваемости, что позволяет повысить производительность труда и получить изделия сложной формы. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к деформируемым алюминиевым сплавам системы Al-Cu-Mg, предназначенным для применения в качестве конструкционного материала в авиации, автомобильной и транспортной промышленности, в том числе в сварных конструкциях.

Известен сплав на основе алюминия состава, мас.%:
Медь – 3,8-4,5
Магний – 1,2-1,6
Марганец – 0,4-0,8
Титан – 0,01-0,05
Водород – 2,710^-5-510^-5
Алюминий – Остальное
(патент РФ 2163941, С 22 С 21/16, 1999).

Недостатком этого сплава является низкая технологическая пластичность при горячей деформации и плохая свариваемость.

Известен сплав на основе алюминия следующего химического состава, мас.%:
Медь – 3,8-4,9
Магний – 1,2-1,8
Марганец – 0,3-0,9
Железо – 0,0001-0,3
Кремний – 0,0001-0,2
Цинк – 0,0001-0,1
Титан – 0,0001-0,1
Никель – 0,0001-0,05
Сера – 0,0001-0,0004
Алюминий – Остальное
(патент РФ 2119544, С 22 С 21/16, 1997 – прототип).

Недостатком этого сплава является низкая технологическая пластичность при горячей деформации и плохая свариваемость, что снижает производительность труда при получении полуфабрикатов, не позволяет получать изделия сложной формы и сварные конструкции из этого сплава.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение технологической пластичности при горячей деформации и свариваемости, что позволяет повысить производительность труда при изготовлении полуфабрикатов и получить изделия сложной формы, в том числе и сварные, снизить вес изделий.

Предлагается сплав на основе алюминия следующего химического состава, мас.%:
Медь – 3,8-4,9
Магний – 0,4-2,5
Марганец – 0,3-1,2
Титан – 0,01-0,1
По крайней мере один элемент из группы:
Бор – 0,0001-0,05
Углерод – 0,00001-0,008
Сплав может содержать по крайней мере один элемент из группы, содержащей не более, мас.%:
Железо – 0,4
Кремний – 0,3
Никель – 0,08
Бериллий – 0,08
Ванадий – 0,05
Хром – 0,1
Цинк – 0,1
Водород – 2,510^-5
Сера – 0,0004
При этом суммарное содержание железо + кремний составляет не более 0,5, а отношение железа к кремнию – более или равно 2 (Fe/Si2). Из этого сплава изготавливают изделия, включая сварные, например, обшивки фузеляжа, стрингеры для крыла летательных аппаратов, а также панели кузовов и бортов для автомобилестроения, вагонов и других транспортных систем. Эти изделия будут иметь пониженный вес за счет применения сварки вместо клепаных и болтовых соединений и за счет более высоких значений прочности сварных соединений.

Предлагаемый сплав отличается от прототипа тем, что он дополнительно содержит, по крайней мере, один элемент из группы: бор, углерод при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Медь – 3,8-4,9
Магний – 0,4- 2,5
Марганец – 0,3-1,2
Титан – 0,01-0,1
По крайней мере один элемент из группы:
Бор – 0,0001-0,05
Углерод – 0,00001-0,008
Алюминий – Остальное
Сплав может содержать по, по крайней мере, один элемент из группы, содержащей не более, мас.%:
Железо – 0,4
Кремний – 0,3
Никель – 0,08
Бериллий – 0,08
Ванадий – 0,05
Хром – 0,1
Цинк – 0,1
Водород – 2,510^-5
Сера – 0,0004
При этом суммарное содержание железа и кремний составляет не более 0,5 при отношении более или равно 2.

Предлагается изделие из сплава на основе алюминия, отличающееся тем, что оно выполнено из сплава следующего химического состава, мас.%:
Медь – 3,8-4,9
Магний – 0,4-2,5
Марганец – 0,3-1,2
Титан – 0,01-0,1
По крайней мере, один элемент из группы:
Бор – 0,0001-0,05
Углерод – 0,00001-0,008
Алюминий – Остальное
Изделие изготавливается из сплава на основе, который может содержать, по крайней мере, один элемент из группы, не более мас.%:
Железо – 0,4
Кремний – ,3
Никель – 0,08
Бериллий – ,08
Ванадий – 0,05
Хром – – 0,1
Цинк – – 0,1
Водород – 2,510^-5
Сера – – 0,0004
При этом суммарное содержание железо + кремний составляет не более 0,5 при их отношении более или равно 2.

В предлагаемом составе за счет легирования сплава углеродом или бором или углеродом и бором одновременно происходит значительное измельчение эвтектических составляющих растворимых фаз, а также выделение в глобулярной форме выделений, нерастворимых фаз, образующихся при кристаллизации слитка, что повышает пластичность слитков из предлагаемого сплава при температуре горячей деформации. При сварке за счет уменьшения интервала кристаллизации существенно снижается склонность сплава к образованию горячих трещин, а наличие карбидов и (или) боридов приводит к существенному повышению прочности и пластичности сварного соединения.

Примеры осуществления.

Отливали слитки 4-х химических составов. Химический состав предлагаемого сплава и прототипа приведен в таблице 1.

Слитки гомогенизировали при 490^oС 6 часов, а затем прессовали в горячую при температуре 400^oС в полосу сечением 5х100 мм. Определили механические свойства литого слитка при температуре горячей деформации и максимально возможную скорость истечения металла при прессовании данной полосы. Прессованные полосы подвергали упрочняющей термической обработке (закалка + естественное старение), после чего сваривали. Механические свойства приведены в таблице 2.

Как видно из таблицы 2, предложенный сплав имеет на 15-60% более высокую пластичность при температуре деформации и в 1,5-2,0 раза более высокие скорости истечения металла при прессовании. Предлагаемый сплав также имеет в 3-4 раза более низкий коэффициент трещинообразования при сварке, что характеризует его лучшую свариваемость и на 6,5-8 кг/мм² более высокие значения прочности сварных соединений, а также в 2-2,5 раза большую пластичность сварных соединений.

Это позволяет получить изделий сложной формы, повысить надежность работы изделий и снизить из вес как за счет более высоких значений прочности сварных соединений, так и за счет изготовления из предложенного сплава сварных конструкций взамен клепаных или болтовых соединений, а также повысить производительность труда при изготовлении полуфабрикатов за счет более высоких скоростей истечения металла при прессовании.

Формула изобретения

1. Сплав на основе алюминия, содержащий медь, магний, марганец, титан, отличающийся тем, что он дополнительно содержит по крайней мере один элемент из группы: бор, углерод при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Медь – 3,8 – 4,9
Магний – 0,4 – 2,5
Марганец – 0,3 – 1,2
Титан – 0,01 – 0,1
По крайней мере, один элемент из группы:
Бор – 0,0001 – 0,05
Углерод – 0,00001 – 0,008
Алюминий – Остальное
2. Сплав по п.1, отличающийся тем, что он содержит по крайней мере один элемент из группы, содержащей не более мас.%:
Железо – 0,4
Кремний – 0,3
Никель – 0,08
Бериллий – 0,08
Ванадий – 0,05
Хром – 0,1
Цинк – 0,1
Водород – 2,5 – 10^-5
Сера – 0,0004
при этом суммарное содержание железо + кремний составляет не более 0,5 при их отношении более или равном 2.

3. Изделие из сплава на основе алюминия, отличающееся тем, что оно выполнено из сплава следующего химического состава, мас.%:
Медь – 3,8 – 4,9
Магний – 0,4 – 2,5
Марганец – 0,3 – 1,2
Титан – 0,01 – 0,1
По крайней мере, один элемент из группы:
Бор – 0,0001 – 0,05
Углерод – 0,00001 – 0,008
Алюминий – Остальное
4. Изделие из алюминиевого сплава по п.3, отличающееся тем, что сплав для его изготовления содержит по крайней мере один элемент из группы, содержащей не более мас.%:
Железо – 0,4
Кремний – 0,3
Никель – 0,08
Бериллий – 0,08
Ванадий – 0,05
Хром – 0,1
Цинк – 0,1
Водород – 2,5 – 10^-5
Сера – 0,0004
при этом суммарное содержание железо + кремний составляет не более 0,5 при их отношении более или равном 2.

РИСУНКИ