Деформируемый сплав на основе алюминия
WROUGHT ALUMINIUM-BASED ALLOY

Изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым сплавам на основе алюминия, предназначенным для использования в виде деформированных полуфабрикатов, преимущественно в виде прессованных прутков, в качестве электропроводного конструкционного материала преимущественно для токопроводящих элементов конструкции в авиакосмической технике, судостроении, транспортном машиностроении и других отраслях промышленности, а также в качестве заготовки для получения электропроводов.
Известен деформируемый сплав на основе алюминия, применяемый в качестве электропроводного материала, содержащий 99,5 мас.% алюминия и примеси в количестве не более, мас.%: железо 0,3, кремний 0,3, медь 0,05, цинк 0,1, титан 0,15, марганец 0,025, магний 0,05, примеси в сумме 0,7 (см. Алюминиевые сплавы. Применение алюминиевых сплавов. Справочное руководство. М.: Металлургия. 1972. С. 238).
Однако существующий сплав имеет низкие прочностные свойства.
Известен деформируемый сплав на основе алюминия, применяемый в качестве электропроводного материала (см. патент RU №2416658, МПК C22C 21/06 - прототип), следующего химического состава, мас.%:
Магний
0,55-0,85
Скандий
0,2-0,4
Гафний
0,02-0,05
Иттрий
0,0001-0,005
Алюминий
Остальное
Однако известный сплав имеет недостаточно высокие прочностные свойства, что утяжеляет токопроводящие элементы конструкции и снижает тем самым характеристики весовой отдачи конструкции в целом.
Предлагается деформируемый сплав на основе алюминия, содержащий магний и скандий, который дополнительно содержит цирконий, кальций, железо, кремний и неизбежные примеси, основными из которых являются медь, цинк, марганец и хром, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Магний
0,45-0,6
Скандий
0,1-0,15
Цирконий
0,1-0,15
Кальций
0,02-0,1
Железо
0,4-0,7
Кремний
0,45-0,65
Алюминий и неизбежные примеси, в том числе медь в количестве не более 0,05 мас.%, цинк в количестве не более 0,05 мас.%, марганец в количестве не более 0,02 мас.% и хром в количестве не более 0,02 мас.%
Остальное
Предлагаемый сплав отличается от известного тем, что он дополнительно содержит цирконий, кальций, железо, кремний и неизбежные примеси, основными из которых являются медь, цинк, марганец и хром, и компоненты взяты в следующем соотношении, мас.%:
Магний
0,45-0,6
Скандий
0,1-0,15
Цирконий
0,1-0,15
Кальций
0,02-0,1
Железо
0,4-0,7
Кремний
0,45-0,65
Алюминий и неизбежные примеси, в том числе медь в количестве не более 0,05 мас.%, цинк в количестве не более 0,05 мас.%, марганец в количестве не более 0,02 мас.% и хром в количестве не более 0,02 мас.%
Остальное
Технический результат - повышение прочностных характеристик сплава, что позволяет снизить массу и габариты токопроводящих элементов конструкции, повышая тем самым характеристики весовой отдачи конструкции в целом.
3
2
2
При предлагаемом содержании и соотношении компонентов в предлагаемом сплаве за счет образующихся при неизбежных технологических нагревах вторичных выделений дисперсных интерметаллидов типа Al(Sc,Zr), а также образующихся при кристаллизации расплава фаз MgSi, CaSi и Al(Fe,Si), оказывающих непосредственное упрочняющее воздействие, достигается повышенный уровень прочностных свойств в состоянии после высокотемпературного отжига, обеспечивающего максимально возможный для данного химического состава уровень электропроводности. Ограничение содержания неизбежных примесей меди, цинка, марганца и хрома, обладающих заметной растворимостью в алюминии, способствует сохранению достаточно высокого уровня электропроводности сплава.
Пример
Получили предлагаемый сплав из шихты, состоящей из алюминия марки А99, магния марки Мг95, двойных лигатур алюминий-скандий, алюминий-цирконий, алюминий-железо, кальция металлического и силумина. Сплав готовили в электрической печи сопротивления и методом полунепрерывного литья отливали круглые слитки диаметром 370 мм. Химический состав сплава приведен в таблице 1.
В
0,2
Слитки гомогенизировали, после чего резали на заготовки длиной 600 мм, которые затем обтачивали до диаметра 345 мм. Обточенные заготовки прессовали на горизонтальном гидравлическом прессе с максимальным усилием 5000 тс при температуре 390°C на пруток диаметром 120 мм. Пруток подвергали отжигу при температуре 390°C с выдержкой при этой температуре 1 ч. Определяли механические свойства (предел прочности σ, предел текучести σ, относительное удлинение δ) при испытании на растяжение и удельную электрическую проводимость γ отожженных прессованных прутков. Также определяли механические свойства и удельную электрическую проводимость изготовленных тем же способом прутков из сплава-прототипа, химический состав которого приведен в таблице 1
Результаты испытаний приведены в таблице 2.
Таким образом, предлагаемый сплав имеет в 1,08 раза более высокий предел прочности и в 1,11 раза более высокий предел текучести, что позволит на 8-10% снизить массу и габариты токопроводящих элементов конструкции и соответственно повысить характеристики весовой отдачи конструкции в целом, что принципиально важно для авиакосмической техники, судостроения и других отраслей промышленности.