СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ
ALLOY ON BASIS OF ALUMINIUM

Изобретение относится к области металлургии легких сплавов, в частности сплавов на основе алюминия для изготовления кованых, прессованных и катаных полуфабрикатов, используемых в качестве конструкционного материала в изделиях авиастроения.
Известен сплав на основе системы алюминий-цинк-магний-медь следующего химического состава, мас.%:
Цинк
6,35÷8,0
Магний
0,5÷2,3
Медь
0,8÷3,0
Железо
0,06÷0,25
Титан
0,03÷0,1
Цирконий
0,07÷0,25
Бериллий
0,0001÷0,05
Алюминий
Остальное
(Авторское свидетельство СССР №1185878, МПК С22С 21/18, 1990, бюл. №44)
Недостатком сплава является малая технологичность в металлургическом производстве и, в частности, склонность к образованию интерметаллидов при литье слитков, низкие характеристики пластичности и вязкости разрушения в поперечных направлениях полученных из них полуфабрикатов.
Известен алюминиевый сплав системы алюминий-цинк-магюш-медь следующего химического состава, мас.%:
Цинк
6,35÷8,0
Магний
0,5÷2,5
Медь
0,8÷1,3
Железо
0,06÷0,25
Кремний
0,01÷0,20
Цирконий
0,07÷0,20
Марганец
0,001÷0,1
Хром
0,001÷0,05
Титан
0,03÷0,1
Бериллий
0,0001÷0,05
По крайней мере, один элемент из группы щелочноземельных металлов;
Калий
0,0001÷0,01
Натрий
0,0001÷0,01
Кальций
0,0001÷0,01
Алюминий
Остальное
(Патент РФ №2165995, МПК С22С 21/10, 2001, бюл. №12) - прототип.
Недостатком этого сплава является склонность к образованию интерметаллидов при литье слитков и несплошностей в виде расслоений в готовых полуфабрикатах и, как результат, низкая пластичность и вязкость разрушения в поперечных направлениях.
Предлагается алюминиевый сплав на основе алюминия системы алюминий-цинк-магний-медь следующего химического состава, мас.%:
Цинк
6,35÷7,2
Магний
1,6÷2,2
Медь
0,8÷1,2
Цирконий
0,07÷0,12
Молибден
0,01÷0,03
Титан
0,01÷0,05
Бериллий
0,0001÷0,05
Церий
0,001÷0,05
Алюминий
Остальное
Предлагаемый сплав отличается от прототипа тем, что он дополнительно содержит молибден и церий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Цинк
6,35÷7,2
Магний
1,6÷2,2
Медь
0,8÷1,2
Цирконий
0,07÷0,12
Титан
0,01÷0,05
Бериллий
0,0001÷0,05
Молибден
0,01÷0,03
Церий
0,001÷0,05
Алюминий
Остальное
Достигаемый при использовании сплава технический эффект заключается в повышении комплекса механических свойств готовых термически упрочненных полуфабрикатов, в особенности пластичности и вязкости разрушения в поперечных направлениях. Природа этого явления заключается в том, что предлагаемый сплав меньше окисляется при плавке и литье слитков и меньше загрязнен окисью алюминия и магния. Кроме того, сплав не склонен к образованию первичных интерметаллидов, содержащих тугоплавкие металлы, вследствие комплексного легирования, обеспечивающего большую совместную растворимость тугоплавких металлов в жидком алюминии и благодаря уменьшению суммарного содержания легирующих компонентов в целом. Отсутствие первичных интерметаллидов позволяет повысить комплекс механических свойств, уменьшить количество несплошностей-расслоений, снижающих механические свойства полуфабрикатов, в особенности в поперечных направлениях. Все это вместе взятое уменьшает склонность сплава к образованию внутренних дефектов в полуфабрикатах.
Отсутствие интерметаллидов и малое количество несплошностей-расслоений способствует достижению высокого уровня механических свойств термически упрочненных полуфабрикатов.
ПРИМЕР.
Из известного и предлагаемого сплавов, химический состав которых приведен в таблице 1, полунепрерывным способом отливали слитки диаметром 835 мм.
Таблица 1
№ п/п
Сплав
Zn
Mg
Cu
Zr
Ti
Mn
Cr
Be
К
Na
Ca
Mo
Се
1
Извес.
6,6
2,01
1,1
0,16
0,07
0,05
0,03
0,0002
0,002
0,001
0,003
-
-
2
Предл.
6,8
1,98
1,0
0,10
0,03
-
-
0,0003
-
-
-
0,02
0,003
После гомогенизации при температуре 460-470°С в течение 24 часов слитки механически обрабатывали и после нагрева до температуры 380-420°С изготавливали поковки размером 220×·690×·3720 мм. Поковки проходили термическую обработку по режиму: закалка в воду после выдержки 270 минут при температуре 465°С и последующее двухступенчатое старение - 120°С, 12 часов +180°С, 6 часов.
Вязкость разрушения, прочностные и пластические свойства определяли в продольном, поперечном по ширине и толщине направлениях. Наличие внутренних дефектов оценивали методом ультразвукового контроля. Результаты испытаний приведены в таблице 2.
Таблица 2
№ п/п
Сплав
Направление образцов
σ<sub>в</sub>, МПа
σ<sub>0,2</sub>, МПа
δ, %
К<sub>1С</sub>, МПа√/м
Число дефектов, УЗК
Продольное
501
455
8,2
47,1
1
Известный
Поперечное по ширине
497
458
7,7
46,0
207
Поперечное по толщине
450
433
4,1
41,2
Продольное
507
462
10,7
56,7
2
Предлагаемый
Поперечное по ширине
505
458
10,2
56,2
11
Поперечное по толщине
493
451
7,4
55,4
Исследование структуры слитков известного и предлагаемого сплава показало наличие интерметаллидов тугоплавких металлов в слитке известного сплава и практически их отсутствие в слитке предлагаемого сплава.
1С
Из таблицы 2 следует, что поковка из предлагаемого сплава характеризуется более высокими характеристиками пластичности 5 и вязкости разрушения К, в особенности в поперечном по толщине направлении, а также меньшей анизотропией свойств.
Использование деформированных полуфабрикатов из предлагаемого сплава в качестве конструкционного материала в авиастроении позволит повысить надежность конструкции и увеличить срок службы авиационной техники.