КОНСТРУКЦИОННЫЙ ДЕФОРМИРУЕМЫЙ ТЕРМИЧЕСКИ НЕУПРОЧНЯЕМЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ
STRUCTURAL WROUGHT NON-HEAT-TREATABLE ALUMINIUM-BASED ALLOY

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 катаных плит и листов, в качестве конструкционного материала в космической технике, авиастроении, транспортном машиностроении и других областях техники.
Известны в металлургии конструкционные деформируемые термически неупрочняемые 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,
(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 неупрочняемый сплав на основе алюминия (патент RU №2233345, М. Кл. С22С 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 свойства при хорошей деформируемости, высокой коррозионной стойкости и хорошей свариваемости.
Предлагается конструкционный деформируемый термически неупрочняемый сплав на основе алюминия, содержащий магний, титан, бериллий, цирконий, скандий, марганец, железо и кремний, который дополнительно содержит водород и неизбежные примеси меди, цинка и прочих элементов, и компоненты взяты в следующем соотношении, мас. %:
Магний
5,7-6,3
Титан
0,01-0,03
Бериллий
0,0001-0,005
Цирконий
0,05-0,12
Скандий
0,18-0,26
Марганец
0,2-0,55
Железо
0,05-0,3
Кремний
0,03-0,2
Водород
0,1-0,35 см<sup>3</sup>/100 г металла
Неизбежные примеси, не более:
меди
0,1
цинка
0,1
каждого из прочих элементов
0,05
суммы прочих элементов
0,15
Алюминий
Остальное,
при этом величина отношения содержания железа к содержанию кремния должна быть равна или больше единицы.
Предлагаемый сплав отличается от известного тем, что он дополнительно содержит водород и неизбежные примеси меди, цинка и прочих элементов, и компоненты взяты в следующем соотношении, мас. %:
Магний
5,7-6,3
Титан
0,01-0,03
Бериллий
0,0001-0,005
Цирконий
0,05-0,12
Скандий
0,18-0,26
Марганец
0,2-0,55
Железо
0,05-0,3
Кремний
0,03-0,2
Водород
0,1-0,35 см<sup>3</sup>/100 г металла
Неизбежные примеси, не более:
меди
0,1
цинка
0,1
каждого из прочих элементов
0,05
суммы прочих элементов
0,15
Алюминий
Остальное,
при этом величина отношения содержания железа к содержанию кремния должна быть равна или больше единицы.
Технический результат - повышение прочностных характеристик, что позволяет повысить характеристики весовой отдачи конструкций, в частности конструкций космических аппаратов.
При предлагаемом содержании и соотношении компонентов в предлагаемом сплаве за счет дисперсных выделений 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 хорошую деформируемость при обработке сплава давлением, в частности при горячей и холодной прокатке. Водород в указанном количестве образует твердый раствор внедрения, что дополнительно повышает высокотемпературную пластичность матрицы и границ зерен, улучшая деформируемость сплава при горячей деформации. Регламентируемая величина отношения содержания железа к содержанию кремния при указанном их содержании оптимизирует морфологию избыточных интерметаллидных фаз, содержащих, в основном, алюминий, железо и кремний, способствуя повышению прочностных свойств при сохранении пластичности и обеспечивая хорошие литейные свойства сплава. Регламентированное содержание неизбежных примесей меди, цинка и примесей каждого из прочих элементов и их суммы обеспечивает стабильность химического состава сплава. Указанное количество неизбежных примесей прочих элементов может быть обеспечено технологией производства сплава без проведения химического анализа.
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 и силумина. Сплав готовили в электрической печи сопротивления. Требуемое содержание водорода и полную растворимость лигатур, содержащих тугоплавкие металлы, обеспечивали за счет перегрева расплава. Содержание легирующих элементов и примесей меди и цинка определяли химическим анализом. Содержание прочих примесей обеспечивали технологией производства. Содержание водорода определяли в соответствии с ГОСТ 21132.1-98. Методом полунепрерывного литья отливали плоские слитки сечением 165×550 мм. Химический состав сплава приведен в таблице 1.
в
0,2
Слитки гомогенизировали, после чего резали на мерные заготовки длиной 950 мм, которые затем фрезеровали до толщины 145 мм. Механически обработанные заготовки подвергали многопроходной горячей прокатке при температуре 390°С с суммарным обжатием 84%. Получили горячекатаные плиты толщиной 23 мм. Механические свойства (предел прочности σ, предел текучести σ, относительное удлинение δ) плит в отожженном состоянии определяли при испытании на растяжение в соответствии с ГОСТ 1497-84 цилиндрических образцов, вырезанных из плит в направлении вдоль (Д) и поперек (П) прокатки. Также определяли механические свойства изготовленных тем же способом плит из сплава-прототипа среднего химического состава.
Результаты испытаний приведены в таблице 2. 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 5-7% 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 неупрочняемым сплавам на основе алюминия, предлагаемый сплав может быть использован в сварных конструкциях как в качестве основного материала, так и в качестве присадочного материала при сварке плавлением.