СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ

Изобретение относится к области металлургии, а именно к созданию легких высокомодульных сплавов на основе алюминия системы алюминий - бериллий, предназначенных для применения в легких жестких, в том числе сварных, конструкциях авиационной и ракетно-космической техники.

Известен зарубежный аналог - высокомодульный порошковый алюминиево-бериллиевый сплав "Локэллой" LX-40-3, содержащий 40% бериллия, 3% магния, остальное алюминий. Главным недостатком этого сплава является то, что порошковый сплав LX-40-3 является несвариваемым и малопластичным. Кроме того, так как сплав LX-40-3 является порошковым, технология его получения трудоемка ("Наука и технология". Под ред. Д.Вебстера, Т.Ф.Лондона, Д.Р.Флойда, Д.Н.Лоуве. Перевод с английского под редакцией Г.Ф.Тихинского и И.И.Папирова. - М. : Металлургия, 1984, 623 с.).

За прототип принят известный высокомодульный алюминиево-бериллиевый сплав АБМ-1, содержащий 28-32% бериллия; 2,8-5,5% магния, остальное - алюминий ("Бериллий - материал современной техники". Справочник. - М.: Металлургия, 1992).

Сплав АБМ-1 по удельной жесткости превосходит все известные традиционные алюминиевые сплавы в 2,3 раза и близок по величине удельной жесткости к удельной жесткости предлагаемого сплава, но значительно уступает ему по удельным характеристикам прочности, предела текучести как при 20^oC, так и при повышенных температурах.

Технической задачей данного изобретения является создание легкого высокомодульного сплава, существенно превосходящего прототип по удельной прочности и удельному пределу текучести, при сохранении пластичности на уровне или выше, чем у прототипа, и обладающего более тонкой кристаллической структурой с равномерными тонкодисперсными интерметаллическими включениями. Благодаря этому предлагаемый сплав обладает также по сравнению с прототипом более высокой теплопроводностью при температурах до 200^oC.

Для достижения поставленной задачи предложен сплав следующего химического состава (мас.%):
бериллий - 25-35
магний - 4-6
бор - 0,5-1,0
стронций - 0,3-0,5
алюминий - остальное
При создании предлагаемого сплава в результате исследований определены пути и характер совместной кристаллизации фаз, протекающих с участием (Be)-фазы. Было установлено, что получаемое существенное упрочнение сплава системы алюминий-бериллий-магний при введении бора и стронция достигается за счет выделения тонких интерметаллидных соединений совместно с алюминиевым твердым раствором, что способствует измельчению структуры сплава и росту удельных прочностных характеристик при сохранении высокой пластичности и повышению теплопроводности сплава. Прирост прочностных характеристик достигает 8-10 кгс/мм² при относительном удлинении 13-17% (при 20^oC). Кроме того, бор и стронций повышают прочностные характеристики на 4-5 кгс/мм² и относительное удлинение до 16-20% при 200^oC.

Пример осуществления
Сплавы предлагаемого состава выплавлялись в вакуумной индукционной печи в атмосфере гелия (или аргона) с отливкой в медную изложницу, масса которой в 10 раз превышала массу получаемых слитков. Слитки выдавливались на прессе при температуре 300-400^oC на прутки диаметром 10-12 мм. Изготовленные из прутков образцы для определения механических свойств отжигались при температуре 400-420^oC с двухчасовой выдержкой при этой температуре. Химический состав сплавов и их свойства приведены в табл. 1, 2.

Как видно из табл. 2, предложенный сплав обладает существенными преимуществами по сравнению с прототипом АБМ-1 по удельным прочностным характеристикам (σ_в/γ; σ_0,2/γ) соответственно на 22,9 и 24,3% при повышении прочностных характеристик при 220^oC на 4-5 кгс/мм².

Свойства сплавов, химический состав которых выходит за пределы предлагаемого состава (примеры 4, 5), находятся примерно на уровне сплава-прототипа и не удовлетворяют по удельной прочности и удельному пределу текучести, а также по прочностным характеристикам при 200^oC.

Применение предлагаемого сплава благодаря сочетанию высоких прочностных и технологических свойств с высокой надежностью позволили создавать тонкие, жесткие и легкие конструкции. Использование этого материала наиболее целесообразно и экономически оправдано в таких областях техники, как ракетно-космическая, авиационная, лазерная техника.