Сплав на основе алюминия и изделие, выполненное из него

Сплав на основе алюминия и изделие, выполненное из него

Реферат

Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к сплавам на основе алюминия системы Al-Cu-Mg-Li. Полуфабрикаты из этих сплавов используются в качестве конструкционных материалов для авиакосмической техники в виде обшивки и силового набора.

Сплавы системы Al-Cu-Mg-Li широко используются в авиакосмической технике.

Известны американские сплавы, имеющие следующий химический состав (% по массе):

Литий	1,9-2,6
Медь	1,0-2,2
Магний	0,4-1,4
Марганец	0-0,9
Никель	0-0,5
Цинк	0-0,5
Цирконий	0-0,25
Алюминий	ост. (Патент США №5374321)
Литий	1,5-2,5
Медь	1,6-2,8
Магний	0,7-2,5
Цирконий	0,05-0,2
Железо	≤0,5
Кремний	≤0,5
Алюминий	ост. (Патент США №4795502)

Эти сплавы, имея пониженную плотность и приемлемые механические свойства при однократном и повторном нагружении, обладают высокой звукопроводностью при акустическом воздействии. Характеристики шумопоглощения для ряда изделий авиакосмической техники являются определяющими.

Наиболее близким аналогом к заявляемому, взятым за прототип, является российский сплав имеющий следующий химический состав (% по массе):

Литий	1,7-2,0
Медь	1,6-2,0
Магний	0,7-1,1
Цирконий	0,04-0,2
Бериллий	0,02-0,2
Титан	0,01-0,1
Никель	0,01-0,15
Марганец	0,01-0,4
Галлий	0,001-0,05
Водород	1,5·10-5-5,0·10-5
по крайней мере один элемент из группы, содержащей:
Цинк	0,01-0,3
Сурьму	0,00003-0,015
Натрий	0,0005-0,001
Алюминий	ост. (Патент РФ №2180928)

Данный сплав обладает улучшенным сочетанием характеристик прочности и пластичности. Лист, изготовленный из этого сплава, обладает следующими свойствами: σ_В≥410 МПа, σ_0,2≥305 МПа, δ≥7%, К_с ^у≥100 МПа√м. Однако обшивка самолета, выполненная из этого сплава, обладает недостаточными характеристиками шумопоглощения.

Технической задачей настоящего изобретения является создание сплава, обладающего наряду с высокими прочностными свойствами (пределами прочности и текучести) пониженной звукопроводностью при акустическом воздействии.

Согласно настоящему изобретению предложен сплав на основе системы Al-Cu-Mg-Li, имеющий следующий химический состав (% по массе):

Литий	1,7-2,0
Медь	1,6-2,0
Магний	0,7-1,1
Цирконий	0,04-0,2
Бериллий	0,02-0,2
Титан	0,01-0,1
Никель	0,01-0,15
Марганец	0,01-0,4
Сера	0,5·10-4-1,0·10-4
Азот	0,5·10-4-1,0·10-4
Кобальт	0,5·10-6-1,0·10-6
Натрий	0,5·10-3-1,0·10-3
Алюминий	остальное
и изделие, выполненное из него

Присутствие серы и азота, вызывающих образование сульфидов и нитридов, создает некоторую акустическую неоднородность, способствующую увеличению коэффициента затухания ультразвука. Тем самым повышаются характеристики шумопоглощения материала. Кобальт концентрируется на границах зерен и способствует зернограничной деформации. При этом улучшается деформационная способность сплава и повышается технологическая пластичность.

Пример осуществления

В лабораторных условиях были отлиты слитки 4 сплавов. Химические составы предложенного и известного сплавов приведены в таблице 1, где сплавы 1-3 являются примерами сплавов согласно изобретению, а сплав 4 является примером - протипа.

Из слитков путем прессования полосы и последующей горячей и холодной прокатки получали листы толщиной 1,5 мм. Прессование проводили при 430°С, а горячую прокатку - при 440-450°С. Листы разрезали на заготовки, которые закаливали с температуры 530°С в воде и старили при температуре 150°С в течение 24 ч. Из этих заготовок были изготовлены образцы для измерения коэффициента затухания ультразвука. Главным фактором, определяющим способность материала поглощать звуковые волны, а следовательно, увеличивать величину шумопоглощения, является коэффициент затухания ультразвука. Коэффициент затухания ультразвука измеряли эхоимпульсным методом на продольных волнах в частотах 10,20 и 30 МГц. Результаты испытаний приведены в таблице 2.

Полученные результаты показывают, что предложенный сплав по сравнению с известными сплавами системы Al-Cu-Mg-Li обладает практически одинаковыми пределом прочности и относительным удлинением. Однако по величине шумопоглощения, определяемой по коэффициенту затухания ультразвука, он имеет превосходство на ˜30%.

Таким образом, применение предлагаемого сплава в качестве конструкционного материала для авиакосмической техники в виде обшивки и силового набора из листов обеспечивает значительное повышение шумопоглощения.

Таблица 1
Химический состав сплавов (% по массе)
Номер сплава	Li	Cu	Mg	Zr	Be	Ti	Ni	Mn	S	N	Со	Na	Ga	Н	Al
1	1,7	1,6	0,7	0,04	0,02	0,01	0,01	0,01	0,5·10-4	0,5·10-4	0,5·10-6	0,5·10-3	-	-	ост.
2	1,85	1,8	0,9	0,12	0,11	0,055	0,08	0,205	0,75·10-4	0,75·10-4	0,75·10-6	0,75·10-3	-	-	ост.
3	2,0	2,0	1,1	0,2	0,2	0,1	0,15	0,4	1,0·10-4	1,0·10-4	1,0·10-6	1,0·10-3	-	-	ост.
4	1,7	1,8	0,8	0,12	0,02	0,05	0,1	0,3	-	-	-	1,0·10-3	0,05	2,0·10-5	ост.

Таблица 2
Механические свойства сплавов
Номер сплава	Предел прочности при растяжении, МПа	Предел текучести при растяжении, МПа	Относительное удлинение, %	Вязкость разрушения (Kc у), МПа√м	Коэффициент затухания ультразвука, дБ/м
1	410	305	15	110	28
2	415	310	13	105	29
3	420	315	12	100	30
4	410	305	14	105	21

1. Сплав на основе алюминия, содержащий литий, медь, магний, цирконий, бериллий, титан, никель, марганец, натрий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит кобальт, серу и азот при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Литий	1,7-2,0
Медь	1,6-2,0
Магний	0,7-1,1
Цирконий	0,04-0,2
Бериллий	0,02-0,2
Титан	0,01-0,1
Никель	0,01-0,15
Марганец	0,01-0,4
Сера	0,5·10-4-1,0·10-4
Азот	0,5·10-4-1,0·10-4
Кобальт	0,5·10-6-1,0·10-6
Натрий	0,5·10-3-1,0·10-3
Алюминий	Остальное

2. Изделие, выполненное из сплава на основе алюминия, отличающееся тем, что сплав содержит следующие компоненты, мас.%:

Литий	1,7-2,0
Медь	1,6-2,0
Магний	0,7-1,1
Цирконий	0,04-0,2
Бериллий	0,02-0,2
Титан	0,01-0,1
Никель	0,01-0,15
Марганец	0,01-0,4
Сера	0,5·10-4-1,0·10-4
Азот	0,5·10-4-1,0·10-4
Кобальт	0,5·10-6-1,0·10-6
Натрий	0,5·10-3-1,0·10-3
Алюминий	Остальное