Патент на изобретение №2215808

(54) СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ И ИЗДЕЛИЕ ИЗ НЕГО

(57) Реферат:

Изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым алюминиевым сплавам системы алюминий – цинк – медь – магний, предназначенным для применения в качестве конструкционного материала в аэрокосмической промышленности и машиностроении. Сплав на основе алюминия содержит следующие компоненты, мас.%: цинк 5,5-9,0, магний 1,5-3,0, медь 1,4-3,0, никель 0,002-0,3, железо 0,002-0,3, титан 0,02-0,1, ванадий 0,001-0,15, алюминий – остальное, при этом соотношение никеля к железу составляет менее 1, а сумма никеля и титана – не более 0,2. Техническим результатом изобретения является повышение прокаливаемости, вязкости разрушения K_1С и долговечности при малоцикловой усталости. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 2 табл.

Предлагаемое изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в аэрокосмической промышленности и машиностроении.

Известен сплав на основе алюминия следующего химического состава, мас.%:
Цинк – 6,25-8,0
Магний – 1,2-2,2
Медь – 1,7-2,8
Железо – 0,2
Цирконий – 0,1-0,25
Хром – 0,05
Марганец – 0,2
Титан – 0,05
Алюминий – Остальное
При этом Fe+Si 0,4
(Европейский патент 0589807, С 22 С, 21/00, 1993)
Недостатком этого сплава является низкая прокаливаемость, пониженная вязкость разрушения (К_1С) и долговечность при МЦУ (малоцикловая усталость) в непрокаленных зонах изделия, что снижает ресурс изделия.

Известен сплав на основе алюминия состава, мас.%:
Цинк – 5,1-8,1
Магний – 1,8-3,4
Медь – 1,2-2,6
по крайней мере один элемент из группы
Железо – 0,5
Цирконий – 0,05-0,25
Хром – 0,18-0,35
Марганец – 0,7
Кремний – 0,4
Титан – 0,2
Алюминий – Остальное
(патент США 4569703, С 22 С, 21/10, 1986) прототип.

Недостатком является низкая прокаливаемость и, как следствие, неоднородность свойств по объему изделий, низкий ресурс работы массивных изделий, из-за низкого значения вязкости разрушения (К_1С) и долговечности при МЦУ.

Технической задачей является повышение прокаливаемости, вязкости разрушения K_1С и долговечности при МЦУ, что повышает ресурс работы и расширяет сортамент изготавливаемых изделий.

Предлагается сплав следующего состава, мас.%:
Цинк – 5,5-9,0
Магний – 1,5-3,0
Медь – 1,4-3,0
Никель – 0,002-0,3
Железо – 0,002-0,3
Титан – 0,02-0,1
Ванадий – 0,001-0,15
Алюминий – Остальное
При этом отношение Ni/Fe<1, Ni+Ti0,2.

Сплав на основе алюминия может содержать по крайней мере один элемент из группы, мас.%:
Цирконий – 0,02-0,25
Кобальт – 0,01-0,2
Марганец – 0,12-0,8
Хром – 0,02-0,25
Молибден – 0,001-0,1
Кремний – 0,001-0,2
Бериллий – 0,0001-0,05
Бор – 0,0001-0,03
Водород – (0,1-3,6)10^-5
Углерод – 0,0001-0,004
Изделие из сплава на основе алюминия выполнено из сплава состава, мас.%:
Цинк – 5,5-9,0
Магний – 1,5-3,0
Медь – 1,4-3,0
Никель – 0,002-0,3
Железо – 0,002-0,3
Титан – 0,02-0,1
Ванадий – 0,001-0,15
Алюминий – Остальное
При отношении Ni/Fe<1, Ni+Ti0,2.

Изделие изготавливается из сплава, который может содержать по крайней мере один элемент из группы, мас.%:
Цирконий – 0,02-0,25
Кобальт – 0,01-0,2
Марганец – 0,12-0,8
Хром – 0,02-0,25
Молибден – 0,001-0,1
Кремний – 0,001-0,2
Бериллий – 0,0001-0,05
Бор – 0,0001-0,03
Водород – (0,1-3,6)10^-5
Углерод – 0,0001-0,004
Предлагаемый сплав отличается от прототипа тем, что он дополнительно содержит никель, ванадий при следующем соотношение компонентов, мас.%:
Цинк – 5,5-9,0
Магний – 1,5-3,0
Медь – 1,4-3,0
Никель – 0,002-0,3
Железо – 0,002-0,3
Титан – 0,02-0,1
Ванадий – 0,001-0,15
Алюминий – Остальное
При отношении Ni/Fe<1, Ni+Ti0,2.

Сплав на основе алюминия может содержать по крайней мере один элемент из группы, мас.%:
Цирконий – 0,02-0,25
Кобальт – 0,01-0,2
Марганец – 0,12-0,8
Хром – 0,02-0,25
Молибден – 0,001-0,1
Кремний – 0,001-0,2
Бериллий – 0,0001-0,05
Бор – 0,0001-0,03
Водород – (0,1-3,6)10^-5
Углерод – 0,0001-0,004
Изделие из сплава на основе алюминия отличается тем, что оно выполнено из сплава состава, мас.%:
Цинк – 5,5-9,0
Магний – 1,5-3,0
Медь – 1,4-3,0
Никель – 0,002-0,3
Железо – 0,002-0,3
Титан – 0,02-0,1
Ванадий – 0,001-0,15
Алюминий – Oстальное
При этом отношение Ni/Fe<1, Ni+Ti0,2.

Изделие изготовлено из сплава, который может содержать по крайней мере один элемент из группы, мас.%:
Цирконий – 0,02-0,25
Кобальт – 0,01-0,2
Марганец – 0,12-0,8
Хром – 0,02-0,25
Молибден – 0,001-0,1
Кремний – 0,001-0,2
Бериллий – 0,0001-0,05
Бор – 0,0001-0,03
Водород – (0,1-3,6)10^-5
Углерод – 0,0001-0,004
В предлагаемом изобретении в матрице твердого раствора сплава, состоящего из цинка, магния и меди, никель с железом образует первичные дисперсные интерметаллиды кристаллизационного происхождения, что исключает образование грубых частиц интерметаллида алюминида железа. В присутствии ванадия первичные частицы интерметаллидов алюминида титана и железоникелевые частицы сильно измельчаются и равномерно распределяются в матрице сплава. Небольшое количество никеля, растворенного в алюминии, повышает прокаливаемость и, как следствие, равномерность свойств по объему изделия и обеспечивает равномерное выделение вторичных фаз, содержащих цинк, магний, медь в объеме зерна, с чем связано увеличение вязкости разрушения _1С и долговечность при МЦУ.

Все это повышает ресурс работы изделия и расширяет сортамент получаемых изделий.

Пример. Для сравнения были отлиты слитки из предлагаемого сплава и сплава, выбранного за прототип. Химический состав сплавов представлен в таблице 1.

Слитки гомогенизировали по режиму 460^oС, 48 ч. Нагревали под деформацию до температуры 380-420^oС и подвергали горячей прокатке на плиту толщиной 80 мм. Нагревали под закалку до температуры 465^oС, выдерживали 1,5 часа, а затем проводили подачу в закалочную воду и охлаждение плиток. Плиты подвергали правке растяжением. Старение проводили по режиму: Т2 (110^oС, 10 час+165^oС 16 час).

Проводили исследования прокаливаемости, механических свойств, вязкости разрушения K_1С и долговечности при МЦУ при R=0, ^нетто_max = 160 образцов с отверстием K_t=2,6 (таблица 2).

Таким образом, изобретение позволяет:
– повысить в 2-2,3 раза прокаливаемость;
– повысить предел прочности в центральной части изделия на 10-12%;
– повысить вязкость разрушения K_1С на 27-29%, долговечность при МЦУ на 35-38%.

Все это позволяет повысить ресурс работы и расширить сортамент изготавливаемых изделий.

Формула изобретения

1. Сплав на основе алюминия, содержащий цинк, магний, медь, железо, отличающийся тем, что он дополнительно содержит никель, ванадий при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Цинк – 5,5-9,0
Магний – 1,5-3,0
Медь – 1,4-3,0
Никель – 0,002-0,3
Железо – 0,002-0,3
Титан – 0,02-0,1
Ванадий – 0,001-0,15
Алюминий – Остальное
при этом соотношение никеля к железу составляет менее 1, а сумма никеля и титана – не более 0,2.

2. Сплав на основе алюминия по п. 1, отличающийся тем, что он может содержать, по крайней мере, один элемент из группы, мас. %:
Цирконий – 0,02-0,25
Кобальт – 0,01-0,2
Марганец – 0,12-0,8
Хром – 0,02-0,25
Молибден – 0,001-0,1
Кремний – 0,001-0,2
Бериллий – 0,0001-0,05
Бор – 0,0001-0,03
Водород – (0,1-3,6)10^-5
Углерод – 0,0001-0,004
3. Изделие из сплава на основе алюминия, отличающееся тем, что оно выполнено из сплава химического состава, мас. %:
Цинк – 5,5-9,0
Магний – 1,5-3,0
Медь – 1,4-3,0
Никель – 0,002-0,3
Железо – 0,002-0,3
Титан – 0,02-0,1
Ванадий – 0,001-0,15
Алюминий – Остальное
при этом соотношение никель к железу менее 1, а сумма никеля и титана – не более 0,2.

4. Изделие по п. 3, отличающееся тем, что сплав для его изготовления может содержать по крайней мере один элемент из группы, мас. %:
Цирконий – 0,02-0,25
Кобальт – 0,01-0,2
Марганец – 0,12-0,8
Хром – 0,02-0,25
Молибден – 0,001-0,1
Кремний – 0,001-0,2
Бериллий – 0,0001-0,05
Бор – 0,0001-0,03
Водород – (0,1-3,6)10^-5
Углерод – 0,0001-0,004

РИСУНКИ