×
25.08.2017
217.015.9ab5

ВЫСОКОПРОЧНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕГО

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к высокопрочным сплавам на основе алюминия. Сплав на основе алюминия содержит, мас.%: медь 0,5-3,5; магний 1,5-4,5; цинк 7,0-10,0; марганец 0,005-0,9; цирконий 0,005-0,5; кобальт 0,005-0,5; церий 0,005-0,5; бериллий 0,0001-0,01; по крайней мере один элемент из группы, содержащей железо, никель 0,005-0,35 каждого, и по крайней мере один элемент из группы, содержащей скандий, титан 0,001-0,35 каждого, бор, углерод 0,0001-0,02 каждого, алюминий остальное. Техническим результатом является повышение пределов прочности и текучести при комнатной температуре, прочности при температуре 80ºС и малоцикловой усталости после упрочняющей термической обработки. 2 н.п. ф-лы, 1 пр., 2 табл.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к высокопрочным сплавам на основе алюминия, предназначенным для применения в качестве конструкционного материала для высоконагруженных элементов конструкций изделий авиационной и атомной техники, машиностроения.

Известен алюминиевый сплав (RU 2164541 С2, С22C 21/10, опубл. 27.03.2001), имеющий следующий состав, мас.%:

Цинк 8,0-9,0
Магний 2,3-3,0
Медь 2,0-2,6
Цирконий 0,1-0,2
Железо 0,05-0,3
Кремний 0,03-0,15
Бериллий 0,0001-0,002
Водород (0,9-3,6)×10-5
Алюминий Остальное,

при соотношении Fe/Si≥0,5.

Недостатком данного сплава является недостаточный уровень прочности и сильное разупрочнение при температурах выше 60°С, что не позволяет его применять для нагруженных элементов конструкции, эксплуатирующихся при повышенных температурах.

Известен высокопрочный деформируемый алюминиевый сплав (RU 2514748 C1, С22C 21/06, опубл. 10.05.2014), содержащий следующие элементы, 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, О
в суммарном количестве, не более 0,10
алюминий остальное,

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

Недостатком данного сплава является сравнительно невысокий уровень механических свойств при комнатной температуре, а также при повышенных температурах.

Наиболее близким аналогом является алюминиевый сплав (RU 2553781 C1, С22C 21/10, опубл. 20.06.2015), имеющий следующий химический состав, мас.%:

Цинк 8-10
Магний 2,0-3,0
Медь 1,6-2,6
Скандий 0,12-0,25
Цирконий 0,06-0,20
Бериллий 0,0001-0,005
Кобальт 0,05-0,15
Никель 0,5-1,0
Железо 0,45-0,95
Алюминий остальное,

при отношении содержания цинка к содержанию магния в пределах 3,1-4,1.

Недостатком данного сплава является его сильное легирование нерастворимыми в алюминии металлами, что приводит к образованию нерастворимых интерметаллидных фаз, имеющих грубую структуру и являющихся концентраторами напряжений, снижающими характеристики малоцикловой усталости.

Задачей данного изобретения является разработка алюминиевого сплава системы Al-Zn-Mg-Cu для элементов конструкций изделий авиационной, атомной техники и машиностроения, подвергающихся эксплуатационным нагревам и работающих до температур 70-80°С.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение пределов прочности и текучести при комнатной температуре и при температуре 80°С, а также Повышение характеристик усталостной долговечности после упрочняющей термической обработки.

Технический результат достигается за счет того, что предложен сплав на основе алюминия, содержащий цинк, медь, магний, скандий, цирконий, бериллий, кобальт, отличающийся тем, что он дополнительно содержит церий, марганец, по крайней мере один элемент из группы, содержащей железо, никель, и по крайней мере один элемент из группы, содержащей скандий, титан, бор, углерод, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Медь 0,5-3,5
Магний 1,5-4,5
Цинк 7,0-10,0
Марганец 0,005-0,9
Цирконий 0,005-0,5
Кобальт 0,005-0,5
Церий 0,005-0,5
Бериллий 0,0001-0,01
по крайней мере один элемент из группы,
содержащей железо, никель 0,005-0,35 каждого
по крайней мере один элемент из группы,
содержащей скандий, титан 0,001-0,35 каждого
бор, углерод 0,0001-0,02 каждого
алюминий остальное

Высокое содержание цинка, меди и магния обеспечивает выделение упрочняющих фаз в процессе искусственного старения, что приводит к повышению механических характеристик. Легирование марганцем и цирконием обеспечивает формирование мелкозернистой структуры полуфабрикатов, обеспечивая повышенное сопротивление усталости, а также дополнительное структурное упрочнение материала. Легирование сплава добавками кобальта и церия обеспечивает образование небольшого количества интерметаллидов, осаждающихся на границах зерен и субзерен задерживая тем самым процессы ползучести, повышая характеристики работоспособности при повышенной температуре.

С целью модификации структуры слитков и обеспечения после деформации в полуфабрикатах из данного сплава однородного зерна с регламентированным размером вводятся элементы из группы, содержащей: титан, скандий, бор и углерод, которые образуют друг с другом и с алюминием соединения, являющиеся центрами кристаллизации при литье, обеспечивая мелкозернистую структуру в слитках.

Введение в состав сплава железа и/или никеля обеспечивает образование нерастворимых тугоплавких фаз типа Аl3X, которые образуются на границах зерен, обеспечивая повышение характеристик длительной прочности за счет торможения процессов движения дислокаций. Легирование бериллием обеспечивает повышенную технологичность при литье за счет образования защитной пленки, исключающей выгорание магния и других легкоплавких элементов в процессе плавки и отливки слитков. При дополнительном легировании сплава иттрием (в количестве 0,005-0,15 мас.%) обеспечивается формирование сложных интерметаллидов совместно со скандием и церием, повышающих механические свойства при повышенных температурах.

При этом содержание малорастворимых в алюминии добавок сокращено и оптимизировано с целью обеспечения сокращения количества интерметаллидов и снижения их размера в процессе деформации и термической обработки при изготовлении полуфабрикатов, что положительно сказывается на характеристиках трещиностойкости и усталости, т.к. нежелательные интерметаллиды провоцируют процессы зарождения и развития трещин при эксплуатации.

Пример осуществления.

Методом полунепрерывного литья были отлиты круглые слитки диаметром 110 мм, химический состав которых представлен в таблице 1.

После гомогенизации и обточки проводили прессование слитков на полосу размером 40×20 мм при температуре 400-460°C. После прессования полосы закаливались в холодной воде. Затем проводили правку растяжением со степенью остаточной деформации 0,5-1,5% для придания необходимой плоскостности и искусственное старение по одноступенчатому режиму на максимальную прочность.

Из полосы были вырезаны образцы для исследований механических свойств при растяжении при комнатной температуре и при повышенной температуре, а также образцы для определения малоцикловой усталости. Испытания проводились на круглых образцах по ГОСТ 1497-84. Испытания при повышенной температуре ГОСТ 9651-84. Испытания на малоцикловую усталость проводились по ГОСТ 25.502-79 при Kt=3.2, σmax=196 МПа. Результаты механических испытаний приведены в таблице 2.

Как видно из сравнения механических характеристик полос, представленных в таблице 2, предлагаемый сплав обладает на ~5% повышенным пределом прочности при повышенной температуре и на 20% повышенным сопротивлением усталости в сравнении с прототипом. Это позволяет использовать данный сплав в нагруженных элементах конструкций в условиях теплового воздействия, а также знакопеременных нагрузок.

Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 369.
10.01.2013
№216.012.18ce

Клеевая композиция

Изобретение относится к клеевой композиции для крепления резин на основе полярных и неполярных каучуков между собой и к металлам в изделиях авиационной, автомобильной промышленности и судостроения. Клеевая композиция включает бутадиеннитрильный каучук, фенолоформальдегидный олигомер,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471842
Дата охранного документа: 10.01.2013
10.01.2013
№216.012.18fb

Способ нанесения покрытия для защиты от высокотемпературного окисления поверхности внутренней полости охлаждаемых лопаток турбин из безуглеродистых жаропрочных сплавов на основе никеля

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам получения жаростойких хромоалюминидных покрытий, и может быть использовано в авиационном и энергетическом турбиностроении. Проводят насыщение поверхности внутренней полости лопатки углеродом путем заполнения внутренней полости...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471887
Дата охранного документа: 10.01.2013
20.04.2013
№216.012.36e0

Эпоксидная композиция холодного отверждения

Изобретение относится к области создания двухкомпонентных эпоксидных композиций холодного отверждения для изготовления препрегов, которые могут быть использованы в строительстве, а также в авиационной, машиностроительной, судостроительной и других областях техники. Предлагаемая эпоксидная...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479601
Дата охранного документа: 20.04.2013
27.04.2013
№216.012.3a7d

Состав для получения защитного покрытия на стальных деталях

Изобретение относится к химической поверхностной обработке стальных деталей и может быть использовано при изготовлении валов газотурбинных двигателей, шасси вертолетов и других деталей для защиты от коррозии при эксплуатации в различных климатических условиях, в том числе при повышенных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002480534
Дата охранного документа: 27.04.2013
10.06.2013
№216.012.489a

Сплав на основе титана

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к производству титановых сплавов, и может быть использовано в конструкциях, работающих при температурах до 650°С, например для деталей корпуса и статорных лопаток компрессора высокого давления газотурбинных двигателей. Сплав на основе титана...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484166
Дата охранного документа: 10.06.2013
10.06.2013
№216.012.489b

Сплав на основе интерметаллида nial и изделие, выполненное из него

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству сплавов на основе интерметаллида NiАl и изделиям, получаемым из них методом направленной кристаллизации, с монокристаллической или столбчатой структурами, например лопаток газовых турбин, работающих при температурах до 1200°С....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484167
Дата охранного документа: 10.06.2013
27.06.2013
№216.012.50c9

Способ изготовления листов из алюминиевых сплавов

Изобретение относится к области металлургии сплавов на основе алюминия, в частности сплавов систем Al-Mg-Si и Al-Zn-Mg, используемых в качестве конструкционных и обшивочных листов в авиакосмической технике, судостроении и транспортном машиностроении, в том числе и в сварных конструкциях. Способ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002486274
Дата охранного документа: 27.06.2013
27.07.2013
№216.012.5951

Способ изготовления полых изделий из композиционных материалов

Изобретение относится к области технологии формования конструкций из полимерных композиционных материалов, предназначенных для изготовления быстровозводимых арочных мостов, при сооружении тоннелей, ангаров и других строительных конструкций. Согласно способу заполняют газом надувную внутреннюю...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002488486
Дата охранного документа: 27.07.2013
27.07.2013
№216.012.59cf

Эпоксидная композиция для изготовления изделий из полимерных композиционных материалов методом вакуумной инфузии

Изобретение относится к эпоксидным композициям холодного отверждения и может быть использовано для изготовления конструкций, в том числе крупногабаритных, из полимерных композиционных материалов (ПКМ) методом вакуумной инфузии в областях техники. Эпоксидная композиция включает эпоксидную...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002488612
Дата охранного документа: 27.07.2013
27.08.2013
№216.012.6531

Устройство для неразрушающего контроля труднодоступных элементов конструкции

Использование: для неразрушающего контроля труднодоступных элементов конструкции. Сущность: заключается в том, что устройство для неразрушающего контроля труднодоступных элементов конструкции включает приводной блок, имеющий, по крайней мере, один магнит, расположенный на внешней поверхности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002491542
Дата охранного документа: 27.08.2013
Показаны записи 1-10 из 354.
10.01.2013
№216.012.18ce

Клеевая композиция

Изобретение относится к клеевой композиции для крепления резин на основе полярных и неполярных каучуков между собой и к металлам в изделиях авиационной, автомобильной промышленности и судостроения. Клеевая композиция включает бутадиеннитрильный каучук, фенолоформальдегидный олигомер,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471842
Дата охранного документа: 10.01.2013
10.01.2013
№216.012.18fb

Способ нанесения покрытия для защиты от высокотемпературного окисления поверхности внутренней полости охлаждаемых лопаток турбин из безуглеродистых жаропрочных сплавов на основе никеля

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам получения жаростойких хромоалюминидных покрытий, и может быть использовано в авиационном и энергетическом турбиностроении. Проводят насыщение поверхности внутренней полости лопатки углеродом путем заполнения внутренней полости...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471887
Дата охранного документа: 10.01.2013
20.04.2013
№216.012.36e0

Эпоксидная композиция холодного отверждения

Изобретение относится к области создания двухкомпонентных эпоксидных композиций холодного отверждения для изготовления препрегов, которые могут быть использованы в строительстве, а также в авиационной, машиностроительной, судостроительной и других областях техники. Предлагаемая эпоксидная...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479601
Дата охранного документа: 20.04.2013
27.04.2013
№216.012.3a7d

Состав для получения защитного покрытия на стальных деталях

Изобретение относится к химической поверхностной обработке стальных деталей и может быть использовано при изготовлении валов газотурбинных двигателей, шасси вертолетов и других деталей для защиты от коррозии при эксплуатации в различных климатических условиях, в том числе при повышенных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002480534
Дата охранного документа: 27.04.2013
10.06.2013
№216.012.489a

Сплав на основе титана

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к производству титановых сплавов, и может быть использовано в конструкциях, работающих при температурах до 650°С, например для деталей корпуса и статорных лопаток компрессора высокого давления газотурбинных двигателей. Сплав на основе титана...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484166
Дата охранного документа: 10.06.2013
10.06.2013
№216.012.489b

Сплав на основе интерметаллида nial и изделие, выполненное из него

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству сплавов на основе интерметаллида NiАl и изделиям, получаемым из них методом направленной кристаллизации, с монокристаллической или столбчатой структурами, например лопаток газовых турбин, работающих при температурах до 1200°С....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484167
Дата охранного документа: 10.06.2013
27.06.2013
№216.012.50c9

Способ изготовления листов из алюминиевых сплавов

Изобретение относится к области металлургии сплавов на основе алюминия, в частности сплавов систем Al-Mg-Si и Al-Zn-Mg, используемых в качестве конструкционных и обшивочных листов в авиакосмической технике, судостроении и транспортном машиностроении, в том числе и в сварных конструкциях. Способ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002486274
Дата охранного документа: 27.06.2013
27.07.2013
№216.012.5951

Способ изготовления полых изделий из композиционных материалов

Изобретение относится к области технологии формования конструкций из полимерных композиционных материалов, предназначенных для изготовления быстровозводимых арочных мостов, при сооружении тоннелей, ангаров и других строительных конструкций. Согласно способу заполняют газом надувную внутреннюю...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002488486
Дата охранного документа: 27.07.2013
27.07.2013
№216.012.59cf

Эпоксидная композиция для изготовления изделий из полимерных композиционных материалов методом вакуумной инфузии

Изобретение относится к эпоксидным композициям холодного отверждения и может быть использовано для изготовления конструкций, в том числе крупногабаритных, из полимерных композиционных материалов (ПКМ) методом вакуумной инфузии в областях техники. Эпоксидная композиция включает эпоксидную...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002488612
Дата охранного документа: 27.07.2013
27.08.2013
№216.012.6531

Устройство для неразрушающего контроля труднодоступных элементов конструкции

Использование: для неразрушающего контроля труднодоступных элементов конструкции. Сущность: заключается в том, что устройство для неразрушающего контроля труднодоступных элементов конструкции включает приводной блок, имеющий, по крайней мере, один магнит, расположенный на внешней поверхности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002491542
Дата охранного документа: 27.08.2013
+ добавить свой РИД