Конструкционный деформируемый термически неупрочняемый сплав на основе алюминия
STRUCTURAL DEFORMABLE THERMALLY HARDENABLE ALUMINUM-BASED ALLOY

Предполагаемое изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым термически не упрочняемым сплавам на основе алюминия, предназначенным для использования в виде деформированных полуфабрикатов, преимущественно больших сечений, в качестве конструкционного материала в космической технике, авиастроении, судостроении, транспортном машиностроении и других областях техники.
Известны в металлургии конструкционные деформируемые термически не упрочняемые сплавы на основе алюминия, в частности сплав следующего химического состава, мас.%:
Магний
5,5-6,5
Марганец
0,8-1,1
Цирконий
0,02-0,1
Бериллий
0,0001-0,005
Примеси, не более:
Меди
0,05
Цинка
0,2
Железа
0,2
Кремния
0,2
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 отожженном состоянии.
Известен конструкционный деформируемый термически не упрочняемый сплав на основе алюминия 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 (см. патент RU 2233345, М. кл. С22С 21/08 - прототип).
Недостатком сплава-прототипа является недостаточно высокая прочность изготовленных из него деформированных полуфабрикатов больших сечений, таких как прессованные прутки диаметром свыше 150 мм, плиты толщиной свыше 35 мм, крупногабаритные поковки и штамповки, что утяжеляет конструкцию, изготовленную из таких полуфабрикатов, и снижает характеристики ее весовой отдачи.
Предлагается конструкционный деформируемый термически не упрочняемый сплав на основе алюминия, содержащий магний, титан, бериллий, цирконий, скандий, церий, марганец, железо и кремний, в котором компоненты взяты в следующем соотношении, мас.%:
Магний
6,0-6,3
Титан
0,01-0,03
Бериллий
0,0002-0,002
Цирконий
0,07-0,12
Скандий
от больше 0,26 до 0,28
Церий
0,0002-0,0009
Марганец
от больше 0,5 до 0,6
Железо и кремний
0,05-0,08
Неизбежные примеси в сумме
не более 0,1,
при содержании каждой
не более 0,05
Алюминий
Остальное,
при этом отношение содержания железа к содержанию кремния равно или больше единицы.
Предлагаемый сплав отличается от прототипа тем, что сплав содержит повышенное количество магния и повышенное количество скандия и марганца и компоненты взяты в следующем соотношении, мас.%:
Магний
6,0-6,3
Титан
0,01-0,03
Бериллий
0,0002-0,002
Цирконий
0,07-0,12
Скандий
от больше 0,26 до 0,28
Церий
0,0002-0,0009
Марганец
от больше 0,5 до 0,6
Железо и кремний
0,05-0,08
Неизбежные примеси в сумме
не более 0,1,
при содержании каждой
не более 0,05
Алюминий
Остальное,
при этом отношение содержания железа к содержанию кремния равно или больше единицы.
Отличием предлагаемого сплава является также то, что он содержит ограниченное количество неизбежных примесей.
Технический результат - повышение прочностных характеристик, что позволяет повысить характеристики весовой отдачи конструкций.
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. Повышенное содержание магния и марганца обеспечивает повышение прочностных свойств за счет механизма твердорастворного упрочнения. Регламентированная величина суммарного содержания железа и кремния и величина отношения содержания железа к содержанию кремния при их низком суммарном содержании оптимизирует морфологию интерметаллидов кристаллизационного происхождения, содержащих эти элементы, что способствует сохранению высокого уровня статической и циклической трещиностойкости. Ограничение содержания неизбежных примесей прочих элементов в сплаве до технически осуществимого в промышленных условиях уровня обеспечивает высокую пластичность сплава, способствуя сохранению хорошей деформируемости при горячей обработке давлением. Указанное количество неизбежных примесей прочих элементов может быть обеспечено технологией производства сплава без проведения химического анализа. Наличие в сплаве малых добавок бериллия и церия предотвращает окисление сплава при плавке и литье, повышая тем самым чистоту металла и обеспечивая повышение комплекса механических свойств деформированных полуфабрикатов и сварных соединений. Сплав обладает высокой коррозионной стойкостью и хорошей свариваемостью, характерными для деформируемых термически не упрочняемых сплавов на основе алюминия.
Пример
Получили предлагаемый сплав из шихты, состоящей из алюминия марки А85, магния марки Мг95, двойных лигатур Al-Ti, Al-Be, Al-Zr, Al-Sc, Al-Mn, Al-Fe, силумина и церия электролитического. Методом полунепрерывного литья отливали цилиндрические слитки диаметром 370 мм.
Химический состав сплава приведен в таблице 1.
Слитки гомогенизировали, резали на мерные заготовки, которые обтачивали до диаметра 345 мм, после чего на горизонтальном гидравлическом прессе с максимальным усилием 5000 тс изготавливали из них крупногабаритные прессованные прутки диаметром 180 мм. Прутки подвергали отжигу. Механические свойства (предел прочности, предел текучести и относительное удлинение) прутков в отожженном состоянии определяли при испытании на растяжение в соответствии с ГОСТ 1497-84 цилиндрических образцов, вырезанных из прутков в продольном направлении. Также определяли механические свойства изготовленных тем же способом прутков из сплава-прототипа среднего химического состава.
Результаты испытаний приведены в таблице 2.
Как видно из таблицы 2, предлагаемый сплав обладает более высокими прочностными свойствами по сравнению с прототипом. Применение предлагаемого сплава в качестве конструкционного материала позволит на 4-5% снизить вес конструкции, что принципиально важно для изделий космической техники.
Из предлагаемого сплава могут быть изготовлены все виды деформированных полуфабрикатов. Благодаря хорошей свариваемости и высокой коррозионной стойкости, свойственным деформируемым термически не упрочняемым сплавам на основе алюминия, предлагаемый сплав может быть использован в сварных конструкциях, в том числе в виде присадочного материала при сварке плавлением.