Деформируемый сплав на основе алюминия и изделие, выполненное из этого сплава

Деформируемый сплав на основе алюминия и изделие, выполненное из этого сплава

Реферат

Изобретение относится к области металлургии сплавов, в частности, к деформируемым термически неупрочняемым свариваемым сплавам на основе системы Аl-Мn и изделиям, выполненным из него, предназначенным для использования в авиации, строительстве, автомобильной и других отраслях промышленности, например, для малонагруженных конструкций (бензо- и маслопроводов, баков), а также теплообменников, декоративной отделки, транспортировки и хранения различных химических веществ и т.д.

На основе системы Аl-Мn разработаны сплавы серии 3000, сплавы обладают комплексом ценных свойств: высокой коррозионной стойкостью, свариваемостью, высокой пластичностью, технологичностью как при горячей, так и при холодной обработке давлением. Сплавы этой системы не требуют закалки, что снижает трудоемкость при получении из них полуфабрикатов, и отсутствуют потери металла, связанные с короблением. Однако уровень прочностных свойств, особенно предела текучести у этих сплавов низкий. С помощью холодной деформации можно повысить прочностные свойства, но при этом резко снижается пластичность.

Известен сплав на основе алюминия марки 3003, содержащий в мас.%:

марганец 1,5

кремний ≤0,6

железо ≤0,7

медь ≤0,2

цинк ≤0,1

алюминий остальное

(Alloy Dig., 1988, Jan, опубл. в Реферативном журнале “Металлургия” №5, 1988 г., 5И1097 ).

Сплав применяют в виде холоднодеформированных полуфабрикатов (листов, плит). Сплав имеет низкий предел текучести - 4 кгс/мм². Для повышения прочностных свойств применяют холодную деформацию, при этом существенно снижается относительное удлинение - до 4%, что приводит к резкому падению технологичности полуфабриката из данного сплава и невозможности получения из него изделий сложной формы.

Наиболее близким к предложенному техническому решению является сплав на основе алюминия марки АМц, который содержит в мас.%:

марганец 1,0-1,6

в сплаве допускается наличие примесей, не более

железо 0,7

кремний 0,6

медь 0,2

алюминий остальное

(М.В.Мальцев Металлография промышленных цветных металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1970 г., с.47-48).

Недостатком известного сплава является также пониженная прочность, особенно предела текучести в отожженном состоянии. Повышение прочности путем деформации снижает пластичность, и, как следствие, падает способность к формуемости, становится невозможным получение изделия сложной формы.

Технической задачей изобретения является разработка сплава на основе системы Аl-Мп и изделия, выполненного из этого сплава, с целью повышения предела текучести при высоком относительном удлинении, что обеспечивает хорошую деформируемость в холодном состоянии и повышенную обрабатываемость резанием.

Для достижения технической задачи предложен деформируемый сплав на основе алюминия, содержащий марганец и дополнительно кальций, натрий и по меньшей мере один металл, выбранный из группы, включающей железо, медь, цирконий и хром, при следующем соотношении компонентов в мас.%:

марганец 0,5-1,7

кальций 0,002-0,5

натрий 0,0002-0,01

по меньшей мере один металл,

выбранный из группы, включающей

железо, медь, цирконий и хром 0,02-1,0

алюминий остальное,

и изделие, выполненное из него.

В сплаве допускается наличие примесей не более в мас.%:

титан 0,2

цинк 0,5

кремний 0,5

магний 0,4

Са в количестве 0,002-0,5% совместно с 0,0002-0,01% Na в сплаве системы Аl-Мn повышает предел текучести сплава, улучшает деформируемость в холодном состоянии и способность к обработке резанием. При содержании Са и Na в сплаве соответственно ниже 0,002 и 0,0002% эффект воздействия практически не проявляется, а при содержании выше 0,5 и 0,01% снижаются пластические свойства, особенно при холодной деформации.

Железо, цирконий, медь и хром относятся к группе переходных металлов. Для повышения прочностных свойств сплава и измельчения зерна при рекристаллизации вводят по меньшей мере один металл, выбранный из группы, включающей железо, цирконий, медь и хром. При содержании железа, и/или меди, и/или циркония, и/или хрома менее нижнего предела положительного воздействия не проявляется, при содержании выше верхнего предела снижается пластичность сплава за счет появления первичных интерметаллидов.

Сплав может быть изготовлен в форме прессованных, катаных и кованых и штампованных полуфабрикатов. Приготовление предложенного сплава допускает применение вторичной шихты с привлечением отходов широкого ассортимента.

Сплав позволяет получать изделия сложной формы, например, баков, теплообменников, бензо- и маслопроводов и т.д.

Пример, иллюстрирующий предложенное изобретение, приведен в табл.1 и 2. В табл.1 приведен химический состав опробованных композиций предложенного и известного сплавов. При приготовлении композиций алюминий, кальций, натрий, медь вводили в чистом виде, а марганец, железо, цирконий и хром в виде лигатуры. Плавка осуществлялась в электрической печи. Из отлитых слитков были получены горячепрессованная полоса и холоднокатаные листы толщиной 1,5 мм. В табл.2 приведены свойства полуфабрикатов из опробованных составов предложенного сплава в сопоставлении с известным.

Как видно из данных табл.2, предложенный сплав в сравнении с известным характеризуется более высокими прочностными свойствами, особенно пределом текучести при высоком относительном удлинении, что свидетельствует о хорошей способности к обработке деформацией в холодном состоянии и дает возможность изготавливать изделия сложной формы прогрессивным методом - холодной штамповкой. Предложенный сплав удовлетворительно обрабатывается резанием, сваривается всеми видами сварки, нечувствителен к концентраторам напряжений, поэтому может соединяться путем сварки, клепки, болтовыми соединениями. Это позволяет рекомендовать предложенный сплав для внедрения в изделия авиационной, строительной, автомобильной и других отраслях промышленности.

Таким образом, предлагаемый деформируемый сплав на основе алюминия может быть использован для изготовления различных изделий, например, для малонагруженных конструкций (бензо- и маслопроводов, баков), теплообменников, декоративной отделки, транспортировки и хранения различных химических веществ и т.д.

Таблица 1
Химический состав опробованных композиций
Сплав	№ сплава	Mn	Са	Си	Zr	Cr	Fe	Na	Аl
Известный	1	1,2	-	-	-	-	-	-	ост
Предло-женный	2	1,2	0,03	0,02	-	-	-	0,002	ост
3	1,7	0,002	-	0,05	0,05	0,4	0,0002	ост
4	0,5	0,5	-	-	-	1,0	0,01	ост
Примечание: Предложенный и известный сплавы содержат титан, магний, кремний и цинк по 0,05% каждого.

Таблица 2
Свойства полуфабрикатов из предложенного и известного сплавов
Сплав	№ сплава	Лист 1,5 мм (в отожженном состоянии)	Пресс-полоса
σв, МПа	σ0,2, МПа	δ, %	σв, МПа	σ0,2, МПа	δ, %
Известный	1	108	55	30	165	106	23
Предложенный	2	114	85	33	-	-	-
3	123	90	28	181	123	20
4	118	86	31	-	-	-
Примечание: При фрезеровании известного сплава наблюдалось налипание (наволакивание) металла на инструмент, в то время как предложенный сплав обрабатывался удовлетворительно.

1. Деформируемый сплав на основе алюминия, содержащий марганец, отличающийся тем, что он дополнительно содержит кальций, натрий и по меньшей мере один металл, выбранный из группы, включающей железо, медь, цирконий и хром, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Марганец 0,5-1,7

Кальций 0,002-0,5

Натрий 0,0002-0,01

по меньшей мере один металл, выбранный из группы, включающей

Железо, медь, цирконий и хром 0,02-1,0

Алюминий Остальное

2. Изделие, выполненное из деформируемого сплава на основе алюминия, отличающееся тем, что оно изготовлено из сплава, содержащего в мас.%: марганец 0,5-1,7, кальций 0,002-0,5, натрий 0,0002-0,01 и по меньшей мере один металл, выбранный из группы, включающей железо, медь, цирконий и хром 0,02-1,0, алюминий - остальное.