высокопрочный деформируемый сплав на основе алюминия системы al-zn-mg-cu пониженной плотности и изделие, выполненное из него

Классы МПК:C22C21/06 с магнием в качестве следующего основного компонента
C22C21/10 с цинком в качестве следующего основного компонента
Автор(ы):, ,
Патентообладатель(и):Открытое акционерное общество "Всероссийский институт легких сплавов" (ОАО "ВИЛС") (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2013-03-29
публикация патента:

Изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым алюминиевым сплавам, используемым в качестве высокопрочного конструкционного материала пониженной плотности разового применения. Сплав содержит, мас.%: цинк 6,0-8,0; магний 3,4-4,2; медь 0,8-1,3; скандий 0,07-0,15; цирконий 0,08-0,12; бериллий 0,0005-0,004; церий 0,01-0,15; титан 0,02-0,08; кремний 0,01-0,15; железо 0,01-0,15; водород 0,05-0,35 см3 /100 г металла; неизбежные примеси из группы Mn, Cr, V, Mo, Li, Ag, K, Na, O в суммарном количестве не более 0,10; алюминий - остальное, при соотношении между содержанием магния и цинка от 0,53 до 0,57. Техническим результатом изобретения является повышение уровня прочности сплавов системы Al-Zn-Mg-Cu с пониженной плотностью и разовых изделий, выполненных из них. 2 н.п. ф-лы, 1 пр., 2 табл.

Формула изобретения

1. Высокопрочный деформируемый сплав на основе алюминия системы Al-Zn-Mg-Cu пониженной плотности, содержащий цинк, магний, медь, скандий, цирконий, бериллий, титан, кремний, железо, водород и неизбежные примеси, отличающийся тем, что он дополнительно содержит церий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

цинк6,0-8,0
магний3,4-4,2,
медь0,8-1,3,
скандий0,07-0,15,
цирконий0,08-0,12,
бериллий0,0005-0,004,
церий0,01-0,15,
титан0,02-0,08,
кремний0,01-0,15,
железо0,01-0,15,
водород0,05-0,35 см3/100 г металла,
неизбежные примеси из группывысокопрочный деформируемый сплав на основе алюминия системы   al-zn-mg-cu пониженной плотности и изделие, выполненное из него, патент № 2514748
Mn, Cr, V, Mo, Li, Ag, K, Na, Oвысокопрочный деформируемый сплав на основе алюминия системы   al-zn-mg-cu пониженной плотности и изделие, выполненное из него, патент № 2514748
в суммарном количестве, не более 0,10,
алюминийостальное,


при соблюдении соотношения между содержанием магния и цинка от 0,53 до 0,57.

2. Изделие, выполненное из высокопрочного деформируемого сплава на основе алюминия системы Al-Zn-Mg-Cu пониженной плотности, отличающееся тем, что оно выполнено из сплава следующего химического состава, мас.%:

цинк6,0-8,0
магний3,4-4,2,
медь0,8-1,3,
скандий0,07-0,15,
цирконий0,08-0,12,
бериллий0,0005-0,004,
церий0,01-0,15,
титан0,02-0,08,
кремний0,01-0,15,
железо0,01-0,15,
водород0,05-0,35 см3/100 г металла,
неизбежные примеси из группывысокопрочный деформируемый сплав на основе алюминия системы   al-zn-mg-cu пониженной плотности и изделие, выполненное из него, патент № 2514748
Mn, Cr, V, Mo, Li, Ag, K, Na, Oвысокопрочный деформируемый сплав на основе алюминия системы   al-zn-mg-cu пониженной плотности и изделие, выполненное из него, патент № 2514748
в суммарном количестве, не более 0,10,
алюминийостальное,


при соблюдении соотношения между содержанием магния и цинка от 0,53 до 0,57.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к области металлургии алюминиевых сплавов, в частности к деформируемым сплавам на основе алюминия, используемым в качестве высокопрочного конструкционного материала пониженной плотности в изделиях разового применения.

Цель изобретения - создание сплава на основе системы Al-Zn-Mg-Cu с высоким уровнем удельной прочности за счет получения высоких прочностных характеристик и пониженной плотности.

Известен высокопрочный деформируемый термически обрабатываемый сплав на основе алюминия марки В96Ц системы Al-Zn-Mg-Cu, предназначенный для изготовления деталей, использующихся в высоконагруженных конструкциях, например центрифугах, и содержащий, мас.%:

цинк8,0-9,0
магний2,3-3,0
медь2,0-2,6
цирконий0,1-0,2
титандо 0,03
кремнийдо 0,3
железодо 0,4
алюминийостальное

(ОСТ 190048-90).

Сплав рекомендовано использовать для высоконагруженных вращающихся деталей типа центрифуг или других изделий разового применения, требующих высокой прочности используемого материала.

Недостатком этого сплава является высокая плотность - 2,89 г/см 3, что приводит к увеличению массы конструкции и, как следствие, к снижению весовой отдачи или к дополнительным энергетическим затратам.

Известен высокопрочный деформируемый сплав на основе алюминия системы Al-Zn-Mg-Cu, предназначенный для изготовления силовых элементов планера самолета, отличающийся пониженной плотностью и хорошей технологичностью и содержащий, мас.%:

цинк3,2-3,9
магний4,2-5,0
медь0,4-1,0
скандий0,17-0,30
цирконий0,07-0,14
титан0,01-0,05
бериллий0,0001-0,005
марганецвысокопрочный деформируемый сплав на основе алюминия системы   al-zn-mg-cu пониженной плотности и изделие, выполненное из него, патент № 2514748 0,25
хром высокопрочный деформируемый сплав на основе алюминия системы   al-zn-mg-cu пониженной плотности и изделие, выполненное из него, патент № 2514748 0,10
железо высокопрочный деформируемый сплав на основе алюминия системы   al-zn-mg-cu пониженной плотности и изделие, выполненное из него, патент № 2514748 0,30
кремний высокопрочный деформируемый сплав на основе алюминия системы   al-zn-mg-cu пониженной плотности и изделие, выполненное из него, патент № 2514748 0,20
алюминий остальное

при отношении содержания магния к содержанию цинка, равном 1,3, и содержании водорода в количестве 0,05-0,35 см3/100 г металла (патент РФ 2468107, МКИ7 С22С 21/16, 2011 г.), прототип.

Сплав имеет пониженное значение плотности 2,71 г/см3 . Катаные листы из этого сплава в термически обработанном состоянии обладают сравнительно высоким уровнем прочностных характеристик при комнатной температуре, благодаря выбранному составу и получению изделий с нерекристаллизованной структурой.

Недостатком сплава является недостаточно высокая прочность прессованных полуфабрикатов, обусловленная химическим составом сплава.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание сплава на основе системы Al-Zn-Mg-Cu с высоким уровнем прочности и пониженной плотностью, необходимыми для изделий разового применения.

Для решения этой задачи предлагается:

1. Высокопрочный деформируемый сплав на основе алюминия системы Al-Zn-Mg-Cu пониженной плотности, содержащий цинк, магний, медь, скандий, цирконий, бериллий, титан, кремний, железо, водород и неизбежные примеси, а также дополнительно содержащий церий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

цинк6,0-8,0
магний3,4-4,2
медь0,8-1,3
скандий0,07-0,15
цирконий0,08-0,12
бериллий0,0005-0,004
церий0,01-0,15
гитан0,02-0,08
кремний0,01-0,15
железо0,01-0,15
водород0,05-0,35 см3/100 г металла
неизбежные примеси из группывысокопрочный деформируемый сплав на основе алюминия системы   al-zn-mg-cu пониженной плотности и изделие, выполненное из него, патент № 2514748
Mn, Cr, V, Mo, Li, Ag, K, Na, Oвысокопрочный деформируемый сплав на основе алюминия системы   al-zn-mg-cu пониженной плотности и изделие, выполненное из него, патент № 2514748
в суммарном количестве, не более0,10
алюминийостальное

при соблюдении соотношения между содержанием магния и цинка от 0,53 до 0,57.

2. Изделие, выполненное из высокопрочного деформируемого сплава на основе алюминия системы Al-Zn-Mg-Cu пониженной плотности следующего химического состава, мас.%:

цинк6,0-8,0
магний3,4-4,2
медь0,8-1,3
скандий0,07-0,15
цирконий0,08-0,12
бериллий0,0005-0,004
церий0,01-0,15
титан0,02-0,08
кремний0,01-0,15
железо0,01-0,15
водород0,05-0,35 см3/100 г металла
неизбежные примеси из группывысокопрочный деформируемый сплав на основе алюминия системы   al-zn-mg-cu пониженной плотности и изделие, выполненное из него, патент № 2514748
Mn, Cr, V, Mo, Li, Ag, K, Na, Oвысокопрочный деформируемый сплав на основе алюминия системы   al-zn-mg-cu пониженной плотности и изделие, выполненное из него, патент № 2514748
в суммарном количестве, не более0,10
алюминийостальное

при соблюдении соотношения между содержанием магния и цинка от 0,53 до 0,57.

Предложенный сплав и выполненное из него изделие отличаются от прототипа тем, что сплав дополнительно содержит церий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

цинк6,0-8,0
магний3,4-4,2
медь0,8-1,3
скандий0,07-0,15
цирконий0,08-0,12
бериллий0,0005-0,004
церий0,01-0,15
титан0,02-0,08
кремний0,01-0,15
железо0,01-0,15
водород0,05-0,35 см3/100 г металла
неизбежные примеси из группывысокопрочный деформируемый сплав на основе алюминия системы   al-zn-mg-cu пониженной плотности и изделие, выполненное из него, патент № 2514748
Mn, Cr, V, Mo, Li, Ag, K, Na, Oвысокопрочный деформируемый сплав на основе алюминия системы   al-zn-mg-cu пониженной плотности и изделие, выполненное из него, патент № 2514748
в суммарном количестве, не более0,10
алюминийостальное

при соблюдении соотношения между содержанием магния и цинка от 0,53 до 0,57.

Отличием предложенного сплава является также низкое отношение содержания магния к содержанию цинка, равное в среднем 0,55.

Полуфабрикаты и изделия из предлагаемого сплава имеют пониженную плотность и однородную по всему объему полуфабриката нерекристаллизованную структуру с высокими прочностными характеристиками.

Повышенные прочностные характеристики прессованных полуфабрикатов из этого сплава определяются двумя факторами. Во-первых, при предложенном содержании цинка и магния термическая обработка (закалка и старение) приводит к образованию выделений упрочняющих высокопрочный деформируемый сплав на основе алюминия системы   al-zn-mg-cu пониженной плотности и изделие, выполненное из него, патент № 2514748 - и Т-фаз (AlZnMgCu) с высокой плотностью их распределения в структуре. Дополнительное упрочнение сплава обеспечивает дисперсоид из наночастиц фазы A3(Sc,Zr). Эти частицы размером 5-20 нм выделяются из пересыщенного твердого раствора при гомогенизации слитка и сохраняют свою дисперсность в термически обработанном полуфабрикате. Их наличие само по себе повышает прочность на 20-30 МПа, благодаря дисперсионному упрочнению, и, кроме того, способствует появлению структурного эффекта - дополнительного упрочнения материала за счет сохранения в полуфабрикате после термической обработки нерекристаллизованной структуры.

Добавка церия позволяет снизить окисляемость расплава и снизить потери от угара, уменьшить загрязненность сплава окисными включениями и, как следствие, повысить механические свойства полуфабрикатов.

Технический результат - повышение удельной прочности полуфабрикатов и деталей в термически обработанном состоянии, и, как следствие, повышение технических и экономических характеристик готовых конструкций.

Пример осуществления

Приготовили в электрической печи плавки сплавов приведенного в таблице 1 состава, из которых отлили полунепрерывным методом слитки диаметром 178 мм. Слитки из сплава-прототипа и предлагаемого сплава после гомогенизации и механической обработки на диаметр 160 мм при температуре 400°C отпрессовали на полосу сечением 20×60 мм. Полученные полосы закалили в воду после нагрева в вертикальной закалочной печи по режиму 475°C - 2 ч и правили растяжением с остаточной деформацией 0,5%. Полосы искусственно старили по режиму 120°C - 24 ч.

Полученный материал с нерекристаллизованной структурой подвергли испытаниям с определением плотности, временного сопротивления высокопрочный деформируемый сплав на основе алюминия системы   al-zn-mg-cu пониженной плотности и изделие, выполненное из него, патент № 2514748 В, предела текучести высокопрочный деформируемый сплав на основе алюминия системы   al-zn-mg-cu пониженной плотности и изделие, выполненное из него, патент № 2514748 0,2, относительного удлинения высокопрочный деформируемый сплав на основе алюминия системы   al-zn-mg-cu пониженной плотности и изделие, выполненное из него, патент № 2514748 . При этом механические свойства на растяжение определяли на продольных разрывных образцах при комнатной температуре. Результаты испытаний приведены в таблице 2.

Данные таблицы 2 показывают, что предлагаемый сплав имеет по сравнению с прототипом повышенные прочностные характеристики при комнатной температуре и на 10-20 МПа см3/г более высокие удельные прочностные характеристики.

Таблица 1
Химический состав сплавов (мас.%)
СплавZnCu MgTi ScZrBe CeSiFe MnAl
Предлагаемый 7,01,1 3,80,060,09 0,100,0004 0,050,100,12 0,03ост.
Прототип3,6 0,74,6 0,030,190,08 0,0005- 0,050,060,11 ост.
Примечание. Содержание водорода в сравниваемых сплавах составило 0,30 см7100 г металла.

Таблица 2
Механические свойства изделий в продольном направлении в искусственно состаренном состоянии
СплавСвойства при 20°C Удельная прочность
Плотность, г/см3 высокопрочный деформируемый сплав на основе алюминия системы   al-zn-mg-cu пониженной плотности и изделие, выполненное из него, патент № 2514748 В, МПавысокопрочный деформируемый сплав на основе алюминия системы   al-zn-mg-cu пониженной плотности и изделие, выполненное из него, патент № 2514748 0,2, МПавысокопрочный деформируемый сплав на основе алюминия системы   al-zn-mg-cu пониженной плотности и изделие, выполненное из него, патент № 2514748 , %высокопрочный деформируемый сплав на основе алюминия системы   al-zn-mg-cu пониженной плотности и изделие, выполненное из него, патент № 2514748 В, удельная, МПа см3 высокопрочный деформируемый сплав на основе алюминия системы   al-zn-mg-cu пониженной плотности и изделие, выполненное из него, патент № 2514748 0,2, удельная, МПа см3
Предлагаемый2,75 650550 10236,4200,0
Прототип2,71 580520 12214,0191,9

Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2514748

patent-2514748.pdf

Класс C22C21/06 с магнием в качестве следующего основного компонента

способ изготовления листов и плит из алюминиевых сплавов -  патент 2525953 (20.08.2014)
алюминиевый сплав для прецизионного точения серии аа 6ххх -  патент 2522413 (10.07.2014)
деформируемый термически неупрочняемый сплав на основе алюминия -  патент 2513492 (20.04.2014)
сверхпрочный сплав на основе алюминия и изделие из него -  патент 2503734 (10.01.2014)
способ получения композиционного материала на основе сплава алюминий-магний с содержанием нанодисперсного оксида циркония -  патент 2499849 (27.11.2013)
способ приготовления алюминиевого сплава -  патент 2497965 (10.11.2013)
сверхпластичный сплав на основе алюминия -  патент 2491365 (27.08.2013)
термостойкий литейный алюминиевый сплав -  патент 2478131 (27.03.2013)
высокопрочный деформируемый сплав на основе алюминия с пониженной плотностью и способ его обработки -  патент 2468107 (27.11.2012)
сплав на основе алюминия -  патент 2468106 (27.11.2012)

Класс C22C21/10 с цинком в качестве следующего основного компонента

способ производства осесимметричных штамповок типа крышка диаметром до 200 мм из высокопрочных алюминиевых сплавов al - zn - mg - cu, легированных скандием и цирконием -  патент 2516680 (20.05.2014)
активный материал отрицательного электрода на основе кремниевого сплава для электрического устройства -  патент 2508579 (27.02.2014)
изделие из al-zn-mg сплава с пониженной чувствительностью к закалке -  патент 2503735 (10.01.2014)
сверхпрочный сплав на основе алюминия и изделие из него -  патент 2503734 (10.01.2014)
способ изготовления прессованных полуфабрикатов из высокопрочного алюминиевого сплава и изделия, получаемые из них -  патент 2492274 (10.09.2013)
сверхпластичный сплав на основе алюминия -  патент 2491365 (27.08.2013)
литейный алюминиевый сплав -  патент 2485199 (20.06.2013)
алюминиевый сплав и способ его получения -  патент 2484169 (10.06.2013)
высокопрочный экономнолегированный сплав на основе алюминия -  патент 2484168 (10.06.2013)
протекторный сплав на алюминиевой основе -  патент 2483133 (27.05.2013)
Наверх