ВЫСОКОПРОЧНЫЙ ДЕФОРМИРУЕМЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ СИСТЕМЫ Al-Zn-Mg-Cu И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕГО
HIGH-STRENGTH DEFORMABLE ALLOY BASED ON ALUMINUM OF THE Al-Zn-Mg-Cu SYSTEM AND AN ARTICLE MADE FROM IT

Предлагаемое изобретение относится к области металлургии алюминиевых сплавов, в частности, к деформируемым сплавам на основе алюминия, используемым в качестве высокопрочного конструкционного материала в изделиях разового применения.
Цель изобретения - создание сплава на основе системы Al-Zn-Mg-Cu с хорошими технологическими (в частности, литейными) свойствами, высоким уровнем прочности и удовлетворительными пластическими характеристиками полуфабрикатов в поперечном и по толщине направлениях для изготовления деталей, использующихся в качестве поддонов артиллерийских выстрелов.
Известен высокопрочный деформируемый термически обрабатываемый сплав на основе алюминия марки 1973 системы Al-Zn-Mg-Cu, предназначенный для изготовления длинномерных деталей летательных аппаратов и содержащий, масс. %:
цинк
5,5-6,7,
магний
2,0-2,6,
медь
1,4-2,2,
марганец
до 0,1,
хром
до 0,05,
цирконий
0,08-0,16,
титан
0,02-0,07,
кремний
до 0,1,
железо
до 0,15,
алюминий
остальное,
(ОСТ 1 90026-80).
Сплав в виде прессованных панелей и катаных плит используется для изготовления ответственных конструкционных деталей в крыльях летательных аппаратов.
Сплав применяется также для изготовления деталей, использующихся в качестве поддонов артиллерийских выстрелов.
Недостатком этого сплава является недостаточно высокий уровень прочностных характеристик, что приводит к увеличению массы деталей и, как следствие, к снижению весовой отдачи или к дополнительным энергетическим затратам при эксплуатации изделий.
Известен высокопрочный деформируемый термически обрабатываемый сплав на основе алюминия марки В96Ц1 системы Al-Zn-Mg-Cu, используемый, в частности, для изготовления деталей, использующихся в качестве поддонов артиллерийских выстрелов и содержащий, масс. %:
цинк
8,0-8,8
магний
2,3-2,8,
медь
2,0-2,6,
цирконий
0,10-0,16,
титан
до 0,05,
марганец
0,3-0,6
хром
до 0,05
кремний
до 0,2,
железо
до 0,3,
бериллий
до 0,002,
алюминий
остальное,
(ТУ1-2-486-86). Прототип.
Сплав применяется для изготовления деталей, использующихся в качестве поддонов артиллерийских выстрелов, требующих высокой прочности используемого материала.
0,2
Массивные прессованные профили из этого сплава имеют нерекристаллизованную структуру и высокие механические свойства в направлении прессования (по ТУ1-2-486-86 σ≥608 МПа, δ≥5%). Однако при испытании разрывных образцов, ориентированных по ширине и толщине профиля, происходит малопластичное разрушение с низким относительным удлинением, что снижает эксплуатационную эффективность готовых изделий.
Недостатком сплава является также пониженная технологичность сплава при литье слитков большого диаметра методом полунепрерывного литья, приводящая к появлению горячих трещин, неслитин и дефектов макроструктуры. В связи с этим, брак слитков при литье сплава В96Ц1 достигает 26%.
Технической задачей предполагаемого изобретения является создание сплава на основе системы Al-Zn-Mg-Cu с хорошей технологичностью при литье слитков большого диаметра методом полунепрерывного литья, высоким уровнем прочности прессованных полуфабрикатов и достаточной пластичностью.
Для решения этой задачи предлагается:
1. Высокопрочный деформируемый сплав на основе алюминия системы Al-Zn-Mg-Cu, содержащий цинк, магний, медь, марганец, титан, цирконий, хром, бериллий, церий, железо и кремний при следующем соотношении компонентов, масс. %:
цинк
7,4-8,4
магний
2,3-3,0,
медь
2,0-2,6,
марганец
0,05-0,29,
титан
0,01-0,05,
цирконий
0,05-0,12,
хром
0,05-0,15,
бериллий
0,0005-0,002,
церий
0,001-0,01,
железо
0,05-0,25,
кремний
0,01-0,10,
алюминий
остальное,
3
при этом сплав содержит водород в количестве 0,05-0,35 см/100 г металла.
2. Изделие, выполненное из высокопрочного деформируемого сплава на основе алюминия системы Al-Zn-Mg-Cu, содержащего цинк, магний, медь, марганец, титан, цирконий, хром, бериллий, церий, железо и кремний при следующем соотношении компонентов, масс. %:
цинк
7,4-8,4
магний
2,3-3,0,
медь
2,0-2,6,
марганец
0,05-0,29,
титан
0,01-0,05,
цирконий
0,05-0,12,
хром
0,05-0,15,
бериллий
0,0005-0,002,
церий
0,001-0,01,
железо
0,05-0,25,
кремний
0,01-0,10,
алюминий
остальное,
3
при этом сплав содержит водород в количестве 0,05-0,35 см/100 г металла.
Предложенный сплав и выполненное из него изделие отличаются от прототипа тем, что сплав содержит церий и водород при меньшем содержании цинка и марганца и более высоком содержании хрома при следующем соотношении компонентов, масс. %:
цинк
7,4-8,4,
магний
2,3-3,0,
медь
2,0-2,6,
марганец
0,05-0,29,
титан
0,01-0,05,
цирконий
0,05-0,12,
хром
0,05-0,15,
бериллий
0,0005-0,002,
церий
0,001-0,01,
железо
0,05-0,25,
кремний
0,01-0,10,
алюминий
остальное,
3
при этом сплав содержит водород в количестве 0,05-0,35 см/100 г металла.
Полуфабрикаты и изделия из предлагаемого сплава имеют одинаковые с прототипом прочностные характеристики и повышенную пластичность разрывных образцов в направлении по толщине изделия.
Добавка церия усиливает влияние бериллия на снижение окисляемости расплава и снижает потери от угара, уменьшает загрязненность сплава окисными включениями.
Благодаря пониженному содержанию цинка и повышенному содержанию железа при низком содержании кремния сплав имеет хорошие литейные свойства, отличается низким браком при литье слитков.
Технический результат - повышение литейных свойств и ожидаемое уменьшение брака при литье слитков, повышение пластичности полуфабрикатов и деталей в термически обработанном состоянии, и, как следствие, повышение эксплуатационной надежности готовых деталей конструкций.
Пример осуществления.
2
В электрической печи емкостью 16 т произвели приготовление трех плавок предлагаемого сплава приведенного в таблице 1 состава, из которых отлили полунепрерывным методом годные слитки диаметром 312 мм. Слитки сплава после гомогенизации и механической обработки на диаметр 300 мм прессовали на профиль с поперечным сечением 46 см и диаметром описанной окружности 100 мм. Полученные профили закалили в воду после нагрева в вертикальной закалочной печи по режиму 475°С - 2 ч, правили растяжением с остаточной деформацией 1% и искусственно старили по режиму 120°С - 24 ч.
3
3
Примечание к таблице 1: Содержание водорода в сравниваемых сплавах плавок 1-3 составило 0,20 см/100 г металла. В сплаве предлагаемого состава допустимое содержание водорода 0,05-0,35 см/100 г металла. В сплаве-прототипе содержание водорода не регламентировано.
В
0,2
Профили подвергли испытаниям с определением временного сопротивления σ, предела текучести σ, относительного удлинения δ. При этом механические свойства на растяжение определяли на продольных и высотных разрывных образцах при комнатной температуре. Результаты испытаний на растяжение приведены в таблице 2.
Для сравнения использовали результаты испытания аналогичного серийного термически обработанного профиля из сплава - прототипа марки В96Ц1 в состоянии Т1, химический состав которого приведен в табл. 3.
Результаты механических испытаний этого профиля из сплава В96Ц1Т1 приведены в таблице 2.
Из приведенных в табл. 2 данных видно, что предлагаемый сплав по прочностным характеристикам в продольном направлении не уступает серийному сплаву В96Ц1Т1, а его характеристики в направлении по толщине профиля выше, чем у сплава В96Ц1Т1.
Таким образом, предлагаемый сплав отличается меньшим браком при литье слитков полунепрерывного литья и повышенной пластичностью высотных образцов в термически обработанном состоянии,