PL57049B1 - - Google Patents

Description

Przedmiotem niniejszego wynalazku jest stop aluminium, cynku i magnezu przydatny do zasto¬ sowania w niskich i bardzo niskich temperaturach.Ten zakres temperatury, który rozciaga sie od temperatury — 100°C, lub zblizonej, do tempera¬ tury plynnego helu, to jest 269°C, nabiera znacze¬ nia ze wzgledu na koniecznosc przechowywania i przenoszenia plynnych gazów naturalnych a w szczególnosci metanu (—165°C). Z drugiej strony przemysl lotniczy oraz rakietowy uzywa znacz¬ nych ilosci plynnych gazów, a mianowicie tlenu (—183°C) i wodoru (—253°C). Poniewaz ciezar wla¬ sciwy ma szczególne znaczenie we wszystkich tych zastosowaniach, podjeto próby uzycia do tego celu lekkich stopów, których ponadto wlasnosci fizycz¬ ne idealnie odpowiadaja temu celowi.Sposród tych stopów najczesciej uzywane dla ce¬ lów chlodniczych sa stopy aluminiowo-magnezowe zawierajace wagowo od 3% do 5% magnezu z do¬ datkiem malych ilosci manganu i chromu. Stop powszechnie stosowany odporny na dzialanie nis¬ kich temperatur zawiera wagowo od 4 do 4,5 magnezu, okolo 0,3% manganu i okolo 0,2°/o chro¬ mu. Pomimo, ze tego rodzaju stop jest idealny dla zastosowan chlodniczych, jego granica sprezystosci w stanie wyzarzonym jest polozona nizej, wynosi okolo 12 do 14 kg/mm2, który w niektórych przy¬ padkach moze powodowac pogrubienie scianek i w konsekwencji zwiekszenie ciezaru aparatury.Stopy aluminium, cynku i magnezu sa równiez 10 15 20 25 odpowiednie dla celów chlodniczych dzieki swym wlasnosciom a w szczególnosci ich granicy spre¬ zystosci, która jest polozona wyzej niz w przypad¬ ku stopów aluminiowych.Pomimo to projektanci zglaszaja rosnace zapo¬ trzebowanie na stopy o doskonalych wlasnosciach.Z tego wzgledu ulepszono stopy aluminium, cynku i magnezu, które maja lepsze wlasnosci mecha¬ niczne i które zachowuja sie szczególnie dobrze w niskich temperaturach. Stopy aluminiowo cynkowe magnezowe, których zastosowanie do celów chlod¬ niczych jest przedmiotem niniejszego wynalazku zostaly ulepszone przez dodanie jednego lub kilku nastepujacych pierwiastków: srebro, cyna, anty¬ mon, arsen, kadm, ind, lit.Stwierdzono, ze dodatki te polepszaja znacznie wlasnosci mechaniczne stopów w niskich tempera¬ turach jak to pokazano na nacietych i nienacietych próbkach.Zatem dodatek jednego lub wiecej wymienio¬ nych poprzednio metali do stopu aluminiowo-cyn- kowo-magnezowego stwarza stopy o doskonalych wlasnosciach, które sa szczególnie odpowiednie do zastosowania w niskiej temperaturze.Jednoczesnie te stopy zachowuja swe normalne zalety: prawie nie zmieniaja wlasnosci przy pod¬ grzewaniu przed utwardzeniem, sa latwe do spa¬ wania szczególnie gdy zawieraja nieznaczne ilosci cyrkonu; duza ich ilosc jest zdolna do samorzutne¬ go odpuszczania i utwardzania. W dodatku nie 57 04957 049 3 ulegaja korozji szczególnie gdy wagowa zawartosc cynku w. nich jest mniejsza niz 5% a zawartosc magnezu niniejsza niz 3°/o.Przedmiotem wynalazku jest stop oparty na alu¬ minium, zawierajacy wagowo od 2,25% do 6,5°/o a przede wszystkim od 3% do 5% cynku, od 0,75% do 3,75% a przede wszystkim od 0,75% do ly5% magnezu, od 0,05 do 1% jednego z nastepujacych metali: srebra, cyny, antymonu, arsenu lub od 0,05 do 0,5% kadmu, indu, litu lub w tej samej pro- t porcji kilku z tych* pierwiastków zarodkujacych.W^ dodatku moze on zawierac od 0 do 0,7% man¬ ganu, od 0 do 0,4% chromu, od 0 do 0,25% tytanu, od 0 do 0,25% cyrkonu, od 0 do 0,30% miedzi i od 0 do 0,1% berylu.Stopy te, które produkowane sa z zasady w ksztalcie arkuszy róznych grubosci, toczonych lub przeciaganych wyrobów lub nawet kutych i tlo¬ czonych detali winny byc po uksztaltowaniu pod¬ dane utwardzaniu w wysokiej temperaturze: 1. Stop jest podgrzewany przez odpowiedni okres do temperatury wystarczajaco wysokiej aby roz¬ puscic zawarte w nim pierwiastki rozpuszczalne. 2. Stop jest utwardzany przez chlodzenie w po¬ wietrzu, wodzie lub oleju aby utrzymac te pier¬ wiastki w roztworze. 3. W koncu stop podlega ulepszeniu w tempera¬ turze pokojowej, lub wyzarzaniu w temperaturze od 80 do 200°, lub obu procesom to jest ulepszaniu i wyzarzaniu. Wyzarzanie mozna wykonywac kilku¬ stopniowo, to znaczy stop utrzymywany jest kolej¬ no na kilku poziomach temperatury.Stwierdzono bardzo istotny szczegól, a mianowi¬ cie, ze polepszenie wlasnosci w bardzo niskiej temperaturze odnosi sie takze do stopów przezna¬ czonych do spawania. Inaczej mówiac spoiny za¬ wierajace dodatki powyzej wymienione sa mecha¬ nicznie mocniejsze, od tych samych stopów bez do¬ datków. W wielu przypadkach wymiary spawa¬ nych detali uniemozliwiaja zazwyczaj przeprowa¬ dzane wyzarzanie.Nastepujace przyklatir wyjasniaja wynalazek.Pierwszy z nich odnosi sie do stopu zawierajacego wagowo 0,25% srebra i pokazuje polepszenie wlas¬ nosci mechanicznych w temperaturze plynnego azotu w porównaniu z podobnym stopem bez ja¬ kiegokolwiek dodatku srebra.Drugi przyklad pokazuje w szczególnosci wlas¬ nosci mechaniczne spawanych spoin w niskiej tem¬ peraturze na tych dwóch typach stopów gdy ulep¬ szanie lub wyzarzanie jest przeprowadzane w róz¬ nych warunkach.Przyklady te nie ograniczaja stosowania wyna- * lazRu, który odnosi sie do uzywania w niskiej temperaturze wszystkich typów stopów aluminio- wo-cynkowo-magnezowych do których dodany byl co najmniej jeden z poprzednio wymienionych pierwiastków zarodkujacych.Przyklad 1. Jako wyjsciowy material uzy¬ wany jest stop zawierajacy wagowo 4,8% Zn, 1,26% Mg, 0,21% Cr, 0,23o/o Mn, 0,14% Zr, 0,03% Ti, 0,18% Fe, 0,06% Si i 0,005% Cu. Czesc tego stopu nazywana dalej A, jest przetopiona w stop B. przez dodanie Q#5% wagowych srebra.Z kazdego z tych stopów wykonuje sie arkusze 4 grubosci jednego mm, najpierw przez walcowanie" na goraco do grubosci 8 mm a nastepnie przez walcowanie na zimno do grubosci 1 mm z posred¬ nim wyzarzaniem przez 1 godzine w 350°C gdy 5 blacha ma grubosc 4 i 2 mm.Te dwa stopy poddane sa nastepnie utwardza¬ niu w wysokiej temperaturze: najpierw przez 1 go¬ dzine w 480°C, oziebione w wodzie do 20°C ulep¬ szane przez 8 dni w temperaturze pokojowej i po- 10 tern wyzarzane w dwóch stadiach (fazach) 24 go¬ dziny w 100°C i 24 godziny w 120°C.Wlasnosci mechaniczne mierzone w temperatu¬ rze plynnego azotu: (—196°C) podaje dla próbek bez napiecia tablica 1.Tabelka 1 (—195°C) Stop A Stop B Granica sprezystosci prfey 0,2$ (kg/mm2) 38,1 46,4 Obciazenie zrywajace (kg/mm2) 48,3 58,7 Wydluzenie przy zerwaniu LQ = 8,15 | 20,5 18,7 1 Z powyzszej tabelki wynika, ze dodanie srebra przesunelo granice sprezystosci o 22% i zwiekszy- 30 lo naprezenie zrywajace w temperaturze —196° o 21%.Prócz tego, próba wytrzymalosci byla wykony¬ wana na nacietej próbce pokazanej na fig. 1. Wy¬ trzymalosc obliczano w odniesieniu do przekroju 35 poprzecznego we wglebieniu naciecia (fig. 2).Stop A 47,5 kg/mm2 Stop B 51,5 kg/mm2 40 Nastepnie zmierzono wlasnosci mechaniczne w temperaturze plynnego wodoru (—253°C). Wyniki osiagniete z próbkami nienacietymi zestawiono w tabelce 2.Tabelka 2 (—253°C) Stop A Stop B Granica sprezystosci przy 0,2$ (kM/mm2) 4 42 54,6 Obciazenie zrywajace (kg/mm2) 59,1 69,5 Wydluzenie przy zerwaniu (%) 20,6 17,8 Z powyzszej tabelki wynika, ze dodatek srebra przesuwa granice sprezystosci o 30% i zwieksza naprezenie zrywajace przy —253°C o 18%.Przyklad 2. Z kazdego z dwóch stopów A i B, wykonano polaczone czesci przez zespawanie na zlaczu, przy czym metal nakladany w spoinie mial ten sam sklad co metal*czesci laczonych.Próbki badane sa ukladane wzgledem siebie w ten sposób, ze spawana spoina rozciagala sie pro-57 049 6 jstopadle do glównej osi próbki, i znajdowala sie iv srodku kalibrowanej czesci. Wlasnosci spawa¬ nej spoiny byly mierzone w temperaturze —196°C na polaczonych czesciach, które po spawaniu byly poddane jednemu z 3 nastepujacych procesów.Zwykle stosuje sie ulepszanie w temperaturze po¬ kojowej przez 9 dni. 8-driiowe ulepszanie w tem¬ peraturze pokojowej, nastepnie wyzarzanie w dwóch fazach 24 godz. w 100°C, i 24 godz. w 120°C.Jednogodzinne wyzarzanie w temperaturze 480°C, nastepnie ochladzanie w wodzie, 8-dniowe ulepsza¬ nie w temperaturze pokojowej i w koncu wyza¬ rzanie w dwóch fazach 24 godz. w 100°C i 24 godz. w 120°C.Wyniki badan wytrzymalosciowych próbek przedstawia tablica 3.Tabelka 3 (—196°C) Obróbka po spawaniu 9-dniowe ulepszanie w temperaturze pokojowej 8-dniowe ulepszanie w temperaturze pokojowej ] + wyzarzanie przez 24 godz. w temperaturze ] 100°C i 24 godz. w temperaturze 120°C i Rozpuszczenie, ochlodzenie w wodzie, 8-dniowe 1 ulepszanie w temperaturze 20°C, nastepnie wy- 1 zarzanie przez 24 godz. w temperaturze 100°C i przez 24 godz. w temp. 120°C Stop A B A B A B Wyniki z nienacietych próbek Granica" sprezystosci przy 0,2$ (kg/mm2) * 26,3 31,5 38,2 45,5 37,5 47 Obciazenie zrywajace (kg/mm2) 41,7 42,6 44,8 50,5 46,7 % 49,8 Wyniki z nacie¬ tych próbek Obciazenie zrywajace (kg/mm2) ¦ 35,0 42,5 44,2 49 47,5 51,0" Z tabelki 3 wynika, ze w kazdym przypadku wlasnosci mechaniczne stopów do których dodano srebra sa lepsze w porównaniu ze stopami bez do¬ datku srebra. W szczególnosci wyniki otrzymane z nacietym pretem ulepszonym wylacznie w tem¬ peraturze pokojowej, sa równie dobre jak osiag¬ niete na nienacietym precie w przypadku stopu za¬ wierajacego srebro, pomimo, ze w przypadku sto¬ pu bez dodatku srebra, obciazenie zrywajace bylo znacznie mniejsze na nacietym precie. PL

Claims (1)

1. Zastrzezenie patentowe Stop aluminiowo-cynkowo-magnezowy, odporny 35 40 45 na dzialanie niskich temperatur, znamienny tym, ze zawiera wagowo od 2,25 do 6,5% a najkorzyst¬ niej od 3 do 5% cynku, od 0,75 do 3,75% a najko¬ rzystniej od 0,75 do 1,5% magnezu i od 0,05 do 1% srebra lub cyny lub antymonu lub arsenu, albo od 0,05 do 0,5% kadmu lub indu lub litu, lub tez rów¬ nowazna w proporcji ilosc kilku z tych pierwiast¬ ków zarodkujacych, przy czym zawiera on od 0 do 0,7% manganu, od 0 do 0,4°/© chromu, od 0 do 0,25% cyrkonu, od 0 do 0,25% tytanu, od 0 do 0,3% mie¬ dzi oraz ewentualnie od 0 do 0,1% berylu, reszte zas stanowi aluminium. Dokonano jednej poprawkfKI. 40 b, 21/00 57 049 MKP C 22 c K^ IZ I 18 Fig.1 12 Flq2 Bltk 4588/68. 220 egz. A4 PL