Деформируемый термически неупрочняемый сплав на основе алюминия

Деформируемый термически неупрочняемый сплав на основе алюминия

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Предлагаемое изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым термически неупрочняемым сплавам на основе алюминия, предназначенным для использования в виде деформированных полуфабрикатов, преимущественно в виде поковок, в качестве конструкционного материала в космической технике, авиастроении, судостроении, транспортном машиностроении и других областях техники.

Известны в металлургии термически неупрочняемые сплавы на основе алюминия, в частности сплав АМг61 следующего химического состава, мас.%:

Магний	5,5-6,5
Марганец	0,8-1,1
Цирконий	0,02-0,1
Бериллий	0,0001-0,005
Алюминий	Остальное

(см. Алюминиевые сплавы. Промышленные деформируемые, спеченные и литейные алюминиевые сплавы. Справочное руководство. М.: Металлургия. 1972. С.44).

Однако существующий сплав имеет низкие прочностные свойства, в частности низкий предел текучести в отожженном состоянии.

Известен деформируемый термически неупрочняемый сплав на основе алюминия, предназначенный для использования в виде деформированных полуфабрикатов в качестве конструкционного материала (см. патент RU №2233345, М. кл. C22C 21/08 - прототип), следующего химического состава, мас.%:

Магний	5,0-5,6
Титан	0,01-0,03
Бериллий	0,0002-0,005
Цирконий	0,05-0,12
Скандий	0,16-0,26
Церий	0,0002-0,0009
Марганец	0,15-0,5
Группа элементов, включающая
железо и кремний	0,05-0,12
Алюминий	Остальное

при этом величина отношения содержания железа к содержанию кремния должна быть равна или больше единицы.

Известный сплав имеет недостаточно высокие прочностные характеристики при хорошей деформируемости в горячем состоянии, высокой коррозионной стойкости, хорошей свариваемости и высокой вязкости разрушения.

Предлагается деформируемый термически неупрочняемый сплав на основе алюминия, содержащий магний, титан, берилий, цирконий, скандий, марганец и группу элементов, включающую железо и кремний, который дополнительно содержит никель и кобальт и компоненты взяты в следующем соотношении, мас.%:

Магний	5,6-6,3
Титан	0,01-0,03
Бериллий	0,0001-0,005
Цирконий	0,05-0,12
Скандий	0,18-0,3
Марганец	0,3-0,6
Группа элементов, включающая
железо и кремний	0,05-0,2
Никель	0,01-0,05
Кобальт	0,01-0,05
Алюминий	Остальное

при этом величина отношения суммарного содержания железа, никеля и кобальта к содержанию кремния должна быть равна или больше единицы.

Предлагаемый сплав отличается от известного тем, что он дополнительно содержит никель и кобальт и компоненты взяты в следующем соотношении, мас.%:

Магний	5,6-6,3
Титан	0,01-0,03
Бериллий	0,0001-0,005
Цирконий	0,05-0,12
Скандий	0,18-0,3
Марганец	0,3-0,6
Группа элементов, включающая
железо и кремний	0,05-0,2
Никель	0,01-0,05
Кобальт	0,01-0,05
Алюминий	Остальное

при этом величина отношения суммарного содержания железа, никеля и кобальта к содержанию кремния должна быть равна или больше единицы.

Технический результат - повышение прочностных характеристик, что позволяет повысить характеристики весовой отдачи конструкций, в частности конструкций летательных аппаратов.

При предлагаемом содержании и соотношении компонентов в предлагаемом сплаве за счет выделений дисперсных вторичных интерметаллидов, содержащих в своем составе алюминий, скандий, цирконий и другие переходные металлы, входящие в состав сплава, обеспечивается высокий уровень прочностных свойств. В то же время матрица, представляющая собой, в основном, твердый раствор магния и марганца в алюминии и обладающая большим запасом пластичности, обеспечивает высокую пластичность и хорошую деформируемость при горячей обработке давлением. Регламентируемая величина отношения суммарного содержания железа, никеля и кобальта к содержанию кремния при их низком суммарном содержании оптимизирует морфологию интерметаллидов эвтектического происхождения, содержащих, в основном, алюминий, железо, никель, кобальт и кремний, способствующих повышению прочностных свойств сплава при сохранении пластичности.

Пример

Получили предлагаемый сплав из шихты, состоящей из алюминия марки А85, магния марки Мг95, двойных лигатур алюминий-титан, алюминий-бериллий, алюминий-цирконий, алюминий-скандий, алюминий-марганец, алюминий-железо, алюминий-никель, алюминий-кобальт и силумина. Сплав готовили в электрической печи сопротивления и методом полунепрерывного литья отливали круглые слитки диаметром 178 мм.

Химический состав сплава приведен в таблице 1.

Слитки гомогенизировали, после чего резали на заготовки длиной 350 мм, которые затем обтачивали до диаметра 165 мм. Обточенные заготовки осаживали при температуре 390°C на вертикальном гидравлическом прессе с максимальным усилием 6000 тс на плоских бойках за один жим. Степень деформации при этом составляла 65%. Получили круглые осесимметричные поковки высотой 122,5 мм. Механические свойства (предел прочности σ_B, предел текучести Сод и относительное удлинение δ) поковок в отожженном состоянии определяли при испытании на растяжение в соответствии с ГОСТ 1497-84 цилиндрических образцов, вырезанных из поковок в хордовом направлении. Также определяли механические свойства изготовленных тем же способом поковок из сплава-прототипа, химический состав которого приведен в таблице 1.

Результаты испытаний приведены в таблице 2.

Примечания: (Fe+Ni+Co)/Si - отношение суммарного содержания железа, никеля и кобальта к содержанию кремния; Fe/Si - отношение содержания железа к содержанию кремния.

Как видно из таблицы 2, предлагаемый сплав обладает более высокими прочностными характеристиками по сравнению с известным. Применение предлагаемого сплава в качестве конструкционного материала позволит на 8-10% снизить вес конструкции, что особенно важно для космической техники. Благодаря хорошей свариваемости и высокой коррозионной стойкости, свойственным деформируемым термически неупрочняемым сплавам на основе алюминия, предлагаемый сплав может быть использован в нагруженных сварных конструкциях как в качестве основного материала, так и в качестве присадочного материала при сварке плавлением.

Деформируемый термически неупрочняемый сплав на основе алюминия, содержащий магний, титан, бериллий, цирконий, скандий, марганец и группу элементов, включающую железо и кремний, отличающийся тем, что он дополнительно содержит никель и кобальт при следующем соотношении компонентов, в мас.%:

магний	5,6-6,3
титан	0,01-0,03
бериллий	0,0001-0,005
цирконий	0,05-0,12
скандий	0,18-0,3
марганец	0,3-0,6
группа элементов, включающая
железо и кремний	0,05-0,2
никель	0,01-0,05
кобальт	0,01-0,05
алюминий	остальное,

при отношении суммарного содержания железа, никеля и кобальта к содержанию кремния, равном или большем единицы.