сплав на основе алюминия и изделие, выполненное из него

Формула изобретения

1. Сплав на основе алюминия, содержащий магний, цирконий, скандий, бериллий, бор, отличающийся тем, что в него дополнительно введены серебро и по крайней мере два компонента из группы, содержащей иттрий, титан, гафний, ванадий, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Магний 4,0-6,5

Цирконий 0,04-0,15

Скандий 0,2-0,3

Бериллий 0,0001-0,01

Бор 0,001-0,01

Серебро 0,1-0,5

По крайней мере два элемента из группы

иттрий, титан, гафний, ванадий 0,01-0,4

Алюминий Остальное

2. Изделие из сплава на основе алюминия, отличающееся тем, что оно выполнено из сплава по п.1.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии сплавов на основе алюминия, предназначенных для применения в сварных конструкциях (топливные баки, элементы кабины пилота и т.п.) и в виде сварочной проволоки для аргоно-дуговой сварки высокопрочных алюминиевых сплавов типа В95, 1933, 1913 и т.п.

Известен деформируемый термически не упрочняемый сплав на основе алюминия, имеющий химический состав, мас.%:

Магний 5,8-6,8

Цирконий 0,02-0,15

Бериллий 0,0001-0,01

Скандий 0,2-0,5

Церий 0,001-0,01

Бор 0,001-0,01

По крайней мере один

элемент из группы, содержащей

хром, титан и ванадий 0,02-0,2

Алюминий Остальное

Патент РФ №2082809.

Однако известный сплав, применяемый в качестве присадочного материала при сварке плавлением шаробаллонов, стрингеров и т.п. не обеспечивает получения достаточной стойкости к образованию горячих трещин. Критическая скорость деформации сварного соединения по пробе МВТУ им. Н.Э.Баумана (V_кp) составляет менее 0,5 мм/мин.

Известен свариваемый коррозионностойкий алюминиевый сплав, содержащий мас.%:

Магний 3,0-5,0

Цирконий 0,05-0,15

Марганец 0,05-0,12

Титан 0,01-0,2

Скандий 0,05-0,5

По крайней мере

один элемент из группы

лантаноидов 0,05-0,5

Кремний 0,2

Алюминий Остальное

Патент США 6258318.

Недостатком известного сплава является то, что при аргонодуговой сварке элементов обшивки фюзеляжа возникает большое количество дефектов (горячих трещин, пор), превышающих допустимые нормы на 50%.

Применение сплава в качестве присадочного материала при сварке плавлением высокопрочных алюминиевых сплавов системы Al-Zn-Mg-Cu (типа B95, 1933, 1913 и т.п.) не обеспечивает достаточной трещиностойкости сварного соединения. Пластичность и ударная вязкость сварного соединения находятся на низком уровне.

Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является сплав следующего химического состава, мас.%:

Магний 5,5-6,5

Цирконий 0,02-0,15

Скандий 0,2-0,3

Бериллий 0,0001-0,005

Бор 0,001-0,01

Марганец 0,5-0,7

Лантан 0,1-0,2

Алюминий Остальное

Патент РФ №2148101.

Причем Sc+La=0,3-0,4.

Недостатком сплава-прототипа является то, что использование его в качестве присадочного материала для сварки высокопрочных алюминиевых сплавов системы Al-Zn-Mg-Cu недостаточно повышает показатели трещиностойкости. Пластичность и ударная вязкость сварного соединения недостаточно высокие. Изделия авиационной техники (баки, элементы кабины и т.п.) имеют низкую работоспособность и высокую трудоемкость изготовления, что связано с большим количеством дефектов, требующих исправления.

Технической задачей изобретения является разработка алюминиевого сплава, обладающего пониженной склонностью к образованию горячих трещин, высокими характеристиками прочности, пластичности и ударной вязкости. Сварные соединения из высокопрочных алюминиевых сплавов системы Al-Zn-Mg-Cu, выполненные с применением предлагаемого сплава в качестве присадочного материала, должны также обладать более высокой трещиностойкостью, прочностью, пластичностью и ударной вязкостью.

Для достижения поставленной технической задачи предлагается сплав на основе алюминия, содержащий: магний, цирконий, скандий, бериллий, бор, в который дополнительно введены серебро и по крайней мере два элемента из группы, содержащей иттрий, титан, гафний и ванадий, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Магний 4,0-6,5

Цирконий 0,04-0,15

Скандий 0,2-0,3

Бериллий 0,0001-0,01

Бор 0,001-0,01

Серебро 0,1-0,5

По крайней мере два элемента из группы

иттрий, титан, гафний, ванадий 0,01-0,4

Алюминий Остальное

и изделие, выполненное из него.

Авторами установлено, что при заявленном содержании и соотношении компонентов в предлагаемом сплаве образуются вторичные выделения дисперсных частиц интерметаллидных фаз, содержащих алюминий, скандий, иттрий, гафний, ванадий, серебро, которые непосредственно упрочняют сварной шов. Образуется мелкозернистая недендритная структура металла шва и зоны взаимной кристаллизации, что обеспечивает повышение значений пластичности и ударной вязкости сварного соединения. Введение дополнительных модификаторов (Ag, Y, Ti, Gf, V) приводит к сужению температурного интервала хрупкости, что положительно сказывается на повышении трещиностойкости сварного соединения. Кроме того, введение в сплав серебра оказывает рафинирующее действие на структуру границ зерен металла сварного шва и также вызывает повышение значений ударной вязкости самого сплава и сварного соединения.

Применение данного сплава в качестве основного материала и присадочного для сварки высокопрочных алюминиевых сплавов позволяет повысить значения трещиностойкости, пластичности и ударной вязкости сварного соединения. Изделия (топливные баки, элементы кабины пилота и т.п.) из этого сплава и сварные конструкции из высокопрочных алюминиевых сплавов системы Al-Zn-Mg-Cu, где он применялся как присадочный материал при автоматической аргоно-дуговой сварке, обладают повышенной надежностью и работоспособностью.

Пример осуществления

В лабораторных условиях были выплавлены сплавы повышенной чистоты по содержанию железа и кремния, состав которых приведен в таблице 1. Слитки размером 70300 мм после гомогенизирующего отжига и механической обработки подвергались осадке и прокатке на лист толщиной 3 мм и горячему прессованию на прутки диаметром 6 мм. Затем проводилось волочение с промежуточными отжигами и травлением поверхности до получения нагартованной проволоки диаметром 2 мм.

Качество присадочных материалов оценивалось по результатам механических испытаний сварных соединений листов сплава 1933 толщиной 2 мм. Склонность к образованию горячих трещин при сварке определялась по методике МВТУ им. Н.Э.Баумана на установке ЛТП1-6 с принудительной поперечной растягивающей деформацией образцов в процессе сварки (I_св=130 А). Аргоно-дуговую сварку образцов для механических испытаний проводили на автомате АДСВ-7 с исследуемыми присадочными материалами. Режим сварки: I_св=130 A, V_св=18 м/ч.

Приведенные в таблице 2 механические свойства предлагаемого сплава показывают, что повышается его прочность на 15-20% и ударная вязкость на 20-30%. Применение предлагаемого сплава в качестве присадочного материала для сварки высокопрочного алюминиевого сплава 1933 позволяет повысить стойкость к образованию горячих трещин при сварке плавлением (в 2-3 раза), пластичность (на 40-60%) и ударную вязкость (в 5-6 раз).

Применение сплава на основе алюминия в качестве присадочного материала при сварке изделий авиационной техники (топливные баки, кабина пилота и т.п.) позволяет повысить надежность и долговечность работы сварных конструкций.