Результат интеллектуальной деятельности: АЛЮМИНИЕВЫЙ СПЛАВ СИСТЕМЫ Al-Mg-Si

Алюминиевый сплав системы Al-Mg-Si.

Предлагаемое изобретение относится к сплавам на основе алюминия, используемым при производстве алюминиевых листов и профилей и может быть использовано при изготовлении боковой панели фюзеляжа, в том числе применяемых в изделиях авиационной техники военного назначения.

Основным металлическим материалом для планера изделий вертолетной техники на сегодняшний день является алюминиевый сплав Д16ч, обладающий высокими характеристиками прочности и трещиностойкости. Данный сплав является не свариваемым, коррозионно не стойким и применяется только для изготовления клепаных конструкций. Замена клепаных конструкций на сварные позволит в перспективе снизить массу элементов конструкции до 15%. Для решения этой проблемы необходима разработка нового алюминиевого сплава, который будет использован для производства листов и профилей, предназначенных для изготовления элементов планера изделий вертолетной техники.

Из уровня техники известен алюминиевый сплав (CN 105779827 А, С22С 21/02, опубл. 20.07.2016), содержащий, мас. %:

Недостатком данного сплава является высокое содержание кремния. При его избытке возникает некоторая склонность к межкристаллитной коррозии ввиду появления в структуре кремнийсодержащих фаз. Отсутствие в сплаве или недостаточное количество модификаторов не создает условий для образования мелкозернистой однородной равноосной структуры, обеспечивающей изотропность свойств.

Известен алюминиевый сплав (US 2017022593 A1, С22С 21/02, опубл. 26.01.2017), содержащий, мас. %:

К недостаткам заявленного сплава относится повышенное содержание железа, что может привести к ухудшению свойств за счет появления игольчатой интерметаллидной фазы Al₃Fe, а также к снижению анизотропии свойств. Вдобавок к этому, незначительное количество титана и отсутствие циркония в сплаве не позволяют добиться измельчения зерна в отливках и слитках. Крупнозернистая структура не позволяет добиться повышения прочности и снижения анизотропии в сплаве.

Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению, принятым за прототип, является сплав на основе алюминия и метод его термической обработки (KR 20140044488 А, С22С 21/00, опубл. 15.04.2014), содержащий кремний, железо, медь, марганец, магний, хром, цинк, титан, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Алюминий - остальное.

Недостатком заявленного сплава является пониженное содержание марганца, что не позволяет добиться формирования оптимального количества фазы Al₆Mn, положительно влияющей на сфероидизацию частиц интерметаллидов, что, в свою очередь, приводит к улучшению механических свойств сплава, в частности прочности. Также недостаток марганца и малое количество хрома не позволяют обеспечить хорошие коррозионные свойства сплава, в частности склонность к межкристаллитной коррозии. Кроме того, из-за отсутствия циркония сплав имеет недостаточную свариваемость.

Технической задачей и техническим результатом заявленного изобретения является создание алюминиевого сплава системы Al-Mg-Si, имеющего однородную стабильную структуру, хорошую коррозионную стойкость, свариваемость, прочность, технологичность при изготовлении полуфабрикатов.

Заявленный технический результат достигается тем, что сплав на основе алюминия, содержащий медь, магний, кремний, марганец, железо, титан, хром, при этом дополнительно содержит ванадий, цирконий и, по крайней мере, один элемент из группы, содержащей цинк и/или бор, и/или углерод при следующем содержании элементов, в мас. %:

Изделие, выполненное из заявленного сплава.

Содержание магния и кремния в предлагаемом сплаве, в заявленных пределах, обеспечивает образование упрочняющей фазы Mg₂Si, повышающей прочность, в том числе за счет измельчения структуры. Марганец формирует фазу Al₆Mn, которая выступает в роли упрочнителя, а также в качестве антирекристаллизатора, затрудняет рост зерна при рекристаллизации, вызывает сфероидизацию частиц интерметаллидов, при этом не ухудшая коррозионные свойства. Наличие ванадия в сравнении с прототипом способствует повышению температуры рекристаллизации и формированию субзеренной структуры и дополнительному упрочнению сплава. Цирконий и титан вводят для измельчения зерна в отливках и слитках, что значительно повышает прочность и улучшает равномерность их свойств во всем объеме. Также цирконий, являясь антирекристаллизатором, образует фазу Al₃Zr, наличие которой положительно влияет на свариваемость сплава. Введение бора и/или углерода предотвращает образование грубых интерметаллидов по границам зерна, при этом образуется очень мелкое равноосное зерно, обеспечивается изотропность свойств, стабильность структуры и свойств. Небольшая добавка хрома улучшает механические и коррозионные свойства. Также хром вводят для повышения прочности сплавов и нейтрализации отрицательного действия железа. Кроме того, добавка хрома предотвращает образование выделений по границам зерен, что способствует повышению коррозионной стойкости и обеспечивает регулирование размера зерна. Заявленное количество меди и цинка добавляются с целью упрочнения без потери сопротивления коррозии. Железо вводится в количестве, не приводящем к заметному ухудшению коррозионной стойкости с целью снижения склонности к горячим трещинам при литье, так как сплав содержит кремний.

Примеры осуществления.

Сплавы на основе алюминия следующих составов, приведенные в таблице (1-10), изготавливались следующим образом. Отливку в виде слитка диаметром 110 мм отливали полунепрерывным способом через водоохлаждаемый кристаллизатор, гомогенизировали по режиму 540°C, 8 часов. После чего обтачивали слиток в диаметр 100 мм и торцовка на длину 300 мм. После этого следовала осадка на прессе в заготовку сечением 50*135 мм, горячая прокатка в лист толщиной 4,5 мм, а затем холодная прокатка в листы толщиной 1,0 и 3,0 мм. Далее проводили закалку по режиму 540°C, 15 минут для листов 1 мм и 540°C, 30 минут для листов 3 мм. Далее старение по режиму 180°C, 8 часов.

Использование предлагаемого сплава на основе алюминия позволяет получать листы для изготовления деталей изделий авиационной техники взамен сплава Д16ч, обладающие хорошей коррозионной стойкостью, свариваемостью и пластичностью. Прочность сплава состава №9 по ГОСТ 1497 составила 370 МПа. Склонность к растрескивающей коррозии составила 2 балла для листов толщиной 1 мм. Таким образом, за счет подбора химического состава и режима термической обработки удалось добиться оптимального соотношения механических, коррозионных и усталостных характеристик.