Результат интеллектуальной деятельности: Деформируемый сплав на основе алюминия

Предлагаемое изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым сплавам на основе алюминия, предназначенным для использования в виде деформированных полуфабрикатов, преимущественно в виде прессованных прутков, в качестве электропроводного конструкционного материала преимущественно для токопроводящих элементов конструкции в авиакосмической технике, судостроении, транспортном машиностроении и других отраслях промышленности, а также в качестве заготовки для получения электропроводов.

Известен деформируемый сплав на основе алюминия, применяемый в качестве электропроводного материала, содержащий 99,5 мас.% алюминия и примеси в количестве не более, мас.%: железо 0,3, кремний 0,3, медь 0,05, цинк 0,1, титан 0,15, марганец 0,025, магний 0,05, примеси в сумме 0,7 (см. Алюминиевые сплавы. Применение алюминиевых сплавов. Справочное руководство. М.: Металлургия. 1972. С. 238).

Однако существующий сплав имеет низкие прочностные свойства.

Известен деформируемый сплав на основе алюминия, применяемый в качестве электропроводного материала (см. патент RU №2416658, МПК С22С 21/06 - прототип), следующего химического состава, мас.%:

Однако известный сплав имеет недостаточно высокую прочность и недостаточно высокую электропроводность, что утяжеляет токопроводящие элементы конструкции и снижает тем самым характеристики весовой отдачи конструкции в целом.

Предлагается деформируемый сплав на основе алюминия, содержащий скандий, который дополнительно содержит цирконий, железо и неизбежные примеси, основными из которых являются магний, марганец, кремний, медь, цинк, титан и хром, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

при соблюдении соотношения между содержанием циркония и скандия от 0,25 до 0,75.

Предлагаемый сплав отличается от известного тем, что он дополнительно содержит цирконий, железо и неизбежные примеси, основными из которых являются магний, марганец, кремний, медь, цинк, титан и хром, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

при соблюдении соотношения между содержанием циркония и скандия от 0,25 до 0,75.

Технический результат - повышение прочности и электропроводности сплава, что позволяет снизить массу и габариты токопроводящих элементов конструкции, повышая тем самым характеристики весовой отдачи конструкции в целом.

При предлагаемом содержании и соотношении компонентов в предлагаемом сплаве при неизбежных технологических нагревах образуются дисперсные частицы фазы типа Al₃(Sc, Zr), являющиеся продуктами распада твердого раствора скандия и циркония в алюминии и оказывающие сильное непосредственное упрочняющее действие и опосредованное за счет формирования в деформированном полуфабрикате нерекристаллизованной (полигонизованной) структуры, сохраняющейся при нагревах благодаря высокой дисперсности и термической стабильности фазы Al₃(Sc, Zr). Благодаря этому после высокотемпературного отжига деформированного полуфабриката, обедняющего твердый раствор, обеспечивается максимально возможный для данного химического состава уровень прочности и электропроводности отожженного полуфабриката. Дополнительное упрочнение достигается за счет образующейся в процессе кристаллизации фазы Al₃Fe. Высокая электропроводность сплава достигается за счет того, что после выведения из твердого раствора скандия и циркония матрица сплава представляет собой сильно обедненный твердый раствор и электропроводность сплава приближается к электропроводности технического алюминия. Повышению электропроводности сплава способствует ограничение содержания в нем неизбежных примесей магния, марганца, кремния, меди, цинка, титана, хрома и их суммы. Предлагаемое соотношение между содержанием циркония и скандия является оптимальным с точки зрения усваиваемости этих элементов при приготовлении сплава.

Пример

Получили предлагаемый сплав из шихты, состоящей из алюминия высокой чистоты марки А99, магния марки Мг95, двойных лигатур алюминий-скандий, алюминий-цирконий и алюминий-железо. Сплав готовили в электрической печи сопротивления и методом полунепрерывного литья отливали круглые слитки диаметром 370 мм.

Химический состав сплава приведен в таблице 1.

Слитки гомогенизировали, после чего резали на заготовки длиной 600 мм, которые затем обтачивали до диаметра 345 мм. Обточенные заготовки прессовали на горизонтальном гидравлическом прессе с максимальным усилием 5000 тс при температуре 390°С на пруток диаметром 110 мм. Пруток подвергали отжигу при температуре 390°С с выдержкой при этой температуре 1 ч. Определяли прочностные свойства (предел прочности σ_В и предел текучести σ_0,2) и удельную электрическую проводимость у отожженных прессованных прутков. Также определяли механические свойства и удельную электрическую проводимость изготовленных тем же способом прутков из сплава-прототипа, химический состав которого приведен в таблице 1

Результаты испытаний приведены в таблице 2.

Таким образом, предлагаемый сплав имеет в 1,2 раза более высокий предел прочности, в 1,3 раза более высокий предел текучести и в 1,11 раза более высокую электропроводность, что позволит в 1,1-1,2 раза снизить массу и габариты токопроводящих элементов конструкции и соответственно повысить характеристики весовой отдачи конструкции в целом, что принципиально важно для авиакосмической техники, судостроения и других отраслей промышленности.