патент
№ RU 2278179
МПК C22C21/18

СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕГО

Авторы:
Каблов Евгений Николаевич Фридляндер Иосиф Наумович (RU) Антипов Владислав Валерьевич
Все (15)
Номер заявки
2004137297/02
Дата подачи заявки
21.12.2004
Опубликовано
20.06.2006
Страна
RU
Дата приоритета
16.06.2024
Номер приоритета
Страна приоритета
Как управлять
интеллектуальной собственностью
Реферат

Изобретение относится к области металлургии, а именно к сплавам на основе алюминия системы алюминий-медь-магний. Полуфабрикаты из этих сплавов используют в качестве конструкционных материалов для авиакосмической техники. Сплав и изделие, выполненное из него, содержат следующие компоненты, мас.%: медь - 3,8-5,5, магний - 0,3-1,6, марганец - 0,2-0,8, титан - 0, 5·10-6-0,07, теллур - 0,5·10-5-0, 1, по крайней мере, один элемент из группы, содержащей серебро - 0,2-1,0, никель - 0,5·10-6-0,05, цинк - 0, 5·10-6-0,1, цирконий - 0,05-0,3, хром - 0,05-0,3, железо - 0,5·10-6-0,15, кремний - 0,5·10-6-0, 1, водород - 0,1·10-5-2,7· 10-5, алюминий - остальное. Техническим результатом изобретения является создание сплава, обладающего наряду с высокими характеристиками прочности, трещиностойкости и долговечности повышенной молниестойкостью. 2 н.п. ф-лы, 2 табл.

Формула изобретения

1. Сплав на основе алюминия, содержащий медь, магний, марганец, титан, отличающийся тем, что он дополнительно содержит теллур и, по крайней мере, один элемент из группы: серебро, никель, цинк, цирконий, хром, железо, кремний, водород, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Медь3,8-5,5
Магний0,3-1,6
Марганец0,2-0, 8
Титан0,5·10-6-0,07
Теллур0, 5·10-5-0,1
по крайней мере, один элемент из группы, содержащей
Серебро0,2-1,0
Никель 0,5· 10-6-0,05
Цинк0,5·10-6-0,1
Цирконий0,05-0, 3
Хром0,05-0,3
Железо0,5·10-6-0,15
Кремний0,5·10-6-0,1
Водород0,1·10-5-2,7·10-5
АлюминийОстальное
2. Изделие, выполненное из сплава на основе алюминия, отличающееся тем, что сплав имеет следующий химический состав, мас.%:
Медь3,8-5, 5
Магний0,3-1,6
Марганец0,2-0,8
Титан0,5·10-6-0,07
Теллур0, 5·10-5-0,1
по крайней мере, один элемент из группы, содержащей
Серебро0,2-1,0
Никель 0,5·10-6-0,05
Цинк0,5·10-6-0,1
Цирконий0,05-0, 3
Хром0,05-0,3
Железо0,5·10-6-0,15
Кремний0,5·10-6-0,1
Водород0,1·10-5-2,7·10-5
АлюминийОстальное

Описание

Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к сплавам на основе алюминия системы Al-Cu-Mg. Полуфабрикаты из этих сплавов используются в качестве конструкционных материалов для авиакосмической техники в виде обшивки и силового набора.

Известен сплав Д16ч, имеющий следующий химический состав (% по массе):

Медь3,8-4,9
Магний1,2-1,8
Марганец0,3-0, 9
Железо≤0, 3
Кремний≤0,2
Цинк≤0,1
Титан≤0,1
Никель≤0,05
Алюминий Остальное [ОСТ1 90048-90]

Известны также американские сплавы системы Al-Cu-Mg серии 2000, например сплав, имеющий следующий химический состав (% по массе):

Медь4,2-4,7
Магний1,3-1,8
Марганец0,8-1,3
Цирконий0, 08-0,15
Цинк≤0, 25
Титан≤0, 15
Хром≤0,1
Железо≤0,15
Кремний≤0, 12
Алюминийостальное [Патент США №4336075]

и сплав следующего химического состава (% по массе):

Медь3,8-4,5
Магний1,2-1,8
Марганец0,3-0, 9
Железо≤0,15
Кремний≤0,15
Алюминий остальное [Патент США №5213639]

Известные сплавы и изделия из них, имея высокую прочность, пластичность, долговечность, вязкость разрушения, малую скорость роста усталостной трещины, в ряде случаев обладают недостаточной молниестойкостью. Эта характеристика для определенной группы изделий авиакосмической техники является определяющей.

Наиболее близким по химическому составу и назначению, принятым за прототип, является сплав на основе алюминия системы Al-Cu-Mg следующего химического состава (% по массе):

Медь3,8-4,5
Магний1,2-1,6
Марганец0,4-0,8
Титан0,01-0,07
Никель 0,01-0,05
Водород2,7·10-5-5,0·10-5
АлюминийОстальное [Патент РФ №2163941]

Данный сплав обладает улучшенным сочетанием предела прочности, вязкости разрушения и скорости роста трещины усталости. Лист, изготовленный из этого сплава, обладает следующими свойствами: σв=460 МПа, Kcу=55 МПа√м, d(2l)/dN=1,1 мм/кцикл. Однако сплав обладает недостаточной молниестойкостью, что ограничивает его использование в качестве обшивки или силового набора в самолетах нового поколения.

Технической задачей настоящего изобретения является создание сплава, обладающего наряду с высокими характеристиками прочности, пластичности, трещиностойкости, долговечности повышенной молниестойкостью для конструкционного применения в авиакосмической технике в виде обшивки и силового набора.

Для решения поставленной технической задачи предложен сплав на основе алюминия, содержащий медь, магний, марганец, титан, отличающийся тем, что он дополнительно содержит теллур и по крайней мере один элемент из группы: серебро, никель, цинк, цирконий, хром, железо, кремний, водород, при следующем соотношении компонентов (% по массе):

Медь3,8-5,5
Магний0,3-1,6
Марганец0,2-0,8
Титан0,5·10-6-0,07
Теллур0,5·10-5-0,1
по крайней мере один элемент
из группы, содержащей
Серебро0,2-1,0
Никель0,5·10-6-0,05
Цинк0,5·10-6-0,1
Цирконий0,05-0, 3
Хром0,05-0,3
Железо0,5·10-6-0,15
Кремний0,5· 10-6-0,1
Водород0,1·10-5-2,7· 10-5
Алюминийостальное

и изделие, выполненное из него.

Повышение молниестойкости как важной характеристики достигается дополнительным легированием теллуром.

Присутствие теллура вызывает образование химического соединения с алюминием, относящегося к полупроводникам F-типа с удельным электросопротивлением при комнатной температуре 5·10-3Ом·м. Наличие в структуре предложенного сплава полупроводниковой фазы обеспечивает повышение молниестойкости сплава и изделия, выполненного из него.

Присутствие по крайней мере одного элемента из группы, включая серебро, никель, цинк, цирконий, хром, железо, кремний, водород обеспечивает повышение прочностных характеристик сплава - предела прочности и предела текучести.

Пример осуществления.

В лабораторных условиях были отлиты слитки 4 сплавов. Химические составы предложенного и известных сплавов приведены в таблице 1, где сплавы 1-7 являются примерами сплавов согласно изобретению, а сплав 8 является примером сплава-прототипа.

Из слитков путем прессования полосы и последующей горячей и холодной прокатки получали листы толщиной 2,5 мм. Прессование проводили при 430°С, а горячую прокатку - при 440-450°С. Листы разрезали на заготовки, которые закаливали с температуры 495-510°С в воде и старили при температуре 170-190°С в течение 12-20 ч. Из этих заготовок были изготовлены образцы для испытаний на молниестойкость и механические свойства. Результаты испытаний приведены в таблице 2.

Испытания на молниестойкость проводили в соответствии с методиками и нормами, принятыми в РФ, с параметрами разряда А+С, где А - импульс главного разряда, С - постоянная составляющая тока. Максимальное значение тока I=200 кА, переносимый заряд Q=20 Кл, длительность импульса 50 мкс.

Механические свойства листов при растяжении (предел прочности σв, предел текучести σ0,2, относительное удлинение δ) определяли по ГОСТ 1497-84 на образцах с шириной рабочей части 10-15 мм.

Скорость роста трещины усталости (d(2l)/dN) определяли по ОСТ1 90268-84 на пластинах размером 200×600 мм с центральной прорезью при ΔК=15,5 МПа√м при следующих условиях усталостного нагружения: σmax=100 МПа, R=0,1; f=5 Гц.

Вязкость разрушения Ксу определяли по ОСТ1 90356-84 на пластинах размером 200×600 мм при R=0, 1; f=5 Гц.

Малоцикловую усталость (МЦУ) определяли по ГОСТ 25.502-91 на образцах с отверстием размером 30×200 мм при f=0,17 Гц, R=0, Kt=2,6.

Полученные результаты показывают, что предложенный сплав по сравнению с известным сплавом обладает практически одинаковыми характеристиками прочности, пластичности, трещиностойкости, долговечности. Однако по молниестойкости, определяемой по размеру повреждений со стороны удара молнии и сохранению прочности листов после удара молнии, предложенный сплав по сравнению с известным сплавом имеет превосходство на 20-25%.

Таким образом, применение предлагаемого сплава в качестве конструкционного материала для авиакосмической техники в виде обшивки и силового набора из листов обеспечивает значительное повышение молниестойкости.

Таблица 1
Химический состав сплавов (% по массе)
СплавCuMgMn TiТеAg NiZn ZrCrFeSiНAl
13,80,30,20,5·10-60,5·10-5-0,5·10-6-----0,1·10-5ост.
24,00,50,20,010,7·10-5--0,5·10-6---0,5·10-6 -ост.
34,40, 70,40,0150,9·10-50,2--0,110, 05---ост.
44,71,00,50,0350,05- -- ---0, 051,4·10-5ост.
54,91, 20,60, 040,07---0,05-0,5·10-6--ост.
65,31,40,70,0650,08-- ---0,1-- ост.
75,51,60, 80,070,11,00,050,10,30, 30,150,12,7·10-5ост.
83,91,20,50, 03--0, 02-----4,0· 10-5ост.

Таблица 2
Механические свойства и молниестойкость
Сплавσв, МПаσ0,2, МПаδ, %Ксу, МПа√мd(2l)/dN, мм/кциклМЦУ, кциклРазмер повреждения со стороны удара молнии, ⌀ мм Сохранение прочности, % на расстоянии от молниевого удара
0 204060
мм
1 4654008601,07040 728597100
24704058571, 0 683972,58697,5100
34804207,5561, 06638,572,986,5 98 100
4465 4157, 5551,165387387 98100
5470 4207551,16337, 973, 48798,5100
64754257551,16137,773,887,599 100
7490425 7 551, 26037,5758899100
84604007551,26050 60 70 8090

Как компенсировать расходы
на инновационную разработку
Похожие патенты