сплав на основе алюминия

Формула изобретения

Сплав на основе алюминия, содержащий цинк, магний, медь, цирконий, титан, бериллий, отличающийся 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

Описание изобретения к патенту

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	в, МПа	0,2, МПа	, %	К 1С, 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.

Из таблицы 2 следует, что поковка из предлагаемого сплава характеризуется более высокими характеристиками пластичности 5 и вязкости разрушения К_1С, 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.