RU2148101C1

RU2148101C1 - Aluminium-based alloy

Info

Publication number: RU2148101C1
Application number: RU99101035A
Authority: RU
Inventors: В.И. Лукин; Е.Н. Иода; Ю.А. Филатов; В.Б. Арзамасов; А.А. Иода; О.Е. Грушко; В.М. Лоскутов
Original assignee: Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов
Priority date: 1999-01-18
Filing date: 1999-01-18
Publication date: 2000-04-27

Abstract

FIELD: metallurgy, more particularly constructional material as additive material. SUBSTANCE: alloy comprises, wt.%, magnesium, 5.5-6.5; zirconium, 0.02-0.15; scandium, 0.2-0.3; beryllium, 0.0001-0.005; boron, 0.001-0.01; manganese, 0.5-0.7; lanthanum, 0.01-0.02 and aluminium, the balance, and ΣSc+La = 0,3-0,4. Alloy has rather high plasticity and use of said alloy as additive material permit eliminating defects such as cracks and pores in weld joint and increasing strength and impact strength of said alloy. EFFECT: improved properties of the aluminium-based alloy. 1 ex, 2 tbl

Description

Изобретение относится к области металлургии алюминиевых сплавов. Такие сплавы могут быть использованы как конструкционные материалы, так и в качестве присадочных материалов при сварке плавлением конструкций из деформированных и литейных алюминиевых сплавов Al-Mg, Al-Mg-Li, Al-Mg-Li-Si, Al-Mg-Zn, а также для сварки комбинированных литодеформированных конструкций. The invention relates to the field of metallurgy of aluminum alloys. Such alloys can be used both structural materials and as filler materials in fusion welding of structures from deformed and cast aluminum alloys Al-Mg, Al-Mg-Li, Al-Mg-Li-Si, Al-Mg-Zn, and also for welding combined litho-deformed structures.

Известен термически неупрочняемый сплав на основе алюминия следующего химического состава, мас.% [1]:
Магний - 5,5-6,5
Марганец - 0,8-1,1
Цирконий - 0,02-0,1
Бериллий - 0,0001-0,005
Алюминий - Остальное
Сплав обладает достаточно высокой технологической пластичностью, в частности, достаточно хорошей прокатываемостью, однако, применение этого сплава в качестве присадочного материала для сварки сплавов систем Al-Mg и, особенно, Al-Mg-Li не позволяет устранить дефекты типа рыхлот, трещин и пор. Кроме того, прочность и ударная вязкость таких сварных соединений невысока.Known thermally unstable alloy based on aluminum of the following chemical composition, wt.% [1]:
Magnesium - 5.5-6.5
Manganese - 0.8-1.1
Zirconium - 0.02-0.1
Beryllium - 0.0001-0.005
Aluminum - Else
The alloy has a sufficiently high technological ductility, in particular, a sufficiently good rolling ability, however, the use of this alloy as a filler material for welding alloys of Al-Mg systems and, especially, Al-Mg-Li does not allow to eliminate defects such as looseness, cracks and pores. In addition, the strength and toughness of such welded joints is low.

Известен деформируемый сплав на основе алюминия, который используется в качестве конструкционного материала [2]. Сплав имеет следующий химический состав, мас.%:
Магний - 3,9-4,9
Титан - 0,01-0,1
Бериллий - 0,0001-0,005
Цирконий - 0,05-0,15
Скандий - 0,2-0,5
Церий - 0,001-0,004
Алюминий - Остальное
Однако, существующий сплав, применяемый в качестве присадочного материала, не позволяет получить достаточной прочности сварного соединения и трещиностойкости.Known wrought alloy based on aluminum, which is used as a structural material [2]. The alloy has the following chemical composition, wt.%:
Magnesium - 3.9-4.9
Titanium - 0.01-0.1
Beryllium - 0.0001-0.005
Zirconium - 0.05-0.15
Scandium - 0.2-0.5
Cerium - 0.001-0.004
Aluminum - Else
However, the existing alloy, used as a filler material, does not allow to obtain sufficient strength of the welded joint and crack resistance.

Известен деформируемый термически неупрочняемый сплав на основе алюминия [3], принятый за прототип, следующего химического состава, мас.%:
Магний - 5,8-6,8
Цирконий - 0,02-0,15
Бериллий - 0,0001-0,01
Скандий - 0,2-0,5
Церий - 0,001-0,01
Бор - 0,001-0,01
По крайней мере один метал из группы, содержащей хром, титан и ванадий - 0,02-0,2
Алюминий - Остальное
Использование его в качестве присадки при сварке алюминиевых сплавов систем Al-Mg-Li, Al-Mg-Li-Si не предотвращает образование дефектов типа рыхлот, трещин и пор в сварном соединении. Прочность металла шва и ударная вязкость сварного соединения недостаточно высоки.Known deformable thermally unstrengthened alloy based on aluminum [3], adopted as a prototype of the following chemical composition, wt.%:
Magnesium - 5.8-6.8
Zirconium - 0.02-0.15
Beryllium - 0.0001-0.01
Scandium - 0.2-0.5
Cerium - 0.001-0.01
Boron - 0.001-0.01
At least one metal from the group containing chromium, titanium and vanadium - 0.02-0.2
Aluminum - Else
Using it as an additive in welding aluminum alloys of Al-Mg-Li, Al-Mg-Li-Si systems does not prevent the formation of defects such as loosening, cracks and pores in the welded joint. The strength of the weld metal and the toughness of the welded joint are not high enough.

Перед авторами была поставлена техническая задача по созданию алюминиевого сплава, устраняющего недостатки прототипа. The authors were given the technical task of creating an aluminum alloy that eliminates the disadvantages of the prototype.

Для решения поставленной задачи предлагается сплав на основе алюминия, содержащий магний, цирконий, скандий, бериллий, бор, в который дополнительно введены марганец и лантан, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Магний - 5,5-6,5
Цирконий - 0,02-0,15
Скандий - 0,2-0,3
Бериллий - 0,0001-0,005
Бор - 0,001-0,01
Марганец - 0,5-0,7
Лантан - 0,1-0,2
Алюминий - Остальное
причем Σ Sc + La = 0,3-0,4.To solve this problem, an aluminum-based alloy is proposed, containing magnesium, zirconium, scandium, beryllium, boron, in which manganese and lanthanum are additionally introduced, in the following ratio of components, wt.%:
Magnesium - 5.5-6.5
Zirconium - 0.02-0.15
Scandium - 0.2-0.3
Beryllium - 0.0001-0.005
Boron - 0.001-0.01
Manganese - 0.5-0.7
Lanthanum - 0.1-0.2
Aluminum - Else
and Σ Sc + La = 0.3-0.4.

При заявленном содержании и соотношении компонентов в предлагаемом сплаве образуются вторичные выделения дисперсных частиц интерметаллидов, содержащих алюминий, скандий и лантан. Происходит непосредственное упрочнение сварного шва частицами интерметаллидов. Образуется мелкозернистая недендритная структура металла шва и зоны сплавления за счет наличия большого числа центров кристаллизации, что обеспечивает повышение значений ударной вязкости и прочности сварного соединения. With the claimed content and ratio of components in the proposed alloy, secondary precipitates of dispersed particles of intermetallic compounds containing aluminum, scandium and lanthanum are formed. Direct hardening of the weld by intermetallic particles occurs. A fine-grained non-dendritic structure of the weld metal and fusion zone is formed due to the presence of a large number of crystallization centers, which ensures an increase in the impact strength and strength of the welded joint.

Авторами установлено, что введение в сплав марганца и лантана снижает вероятность образования рыхлот, пор и горячих трещин при сварке. Ограничение содержания скандия и лантана приводит к снижению количества интерметаллидов и образованию полигонизованной структуры с малыми размерами субзерен, что способствует улучшению технологической пластичности сплава. The authors found that the introduction of manganese and lanthanum into the alloy reduces the likelihood of loosening, pores and hot cracks during welding. The limitation of the content of scandium and lanthanum leads to a decrease in the amount of intermetallic compounds and the formation of a polygonized structure with small subgrains, which helps to improve the technological plasticity of the alloy.

Для осуществления конкретного примера были выплавлены сплавы, состав которых приведен в таблице 1. Слитки после гомогенизации и механической обработки подвергались горячему прессованию на прутки диаметром 6 мм. Затем осуществлялось волочение с промежуточными отжигами до получения проволоки диаметром 2 мм. Свойства присадочных материалов оценивались при сварке листов сплава 1420 толщиной 3 мм. To implement a specific example, alloys were melted, the composition of which is given in Table 1. The ingots, after homogenization and machining, were hot pressed onto bars with a diameter of 6 mm. Then a drawing was carried out with intermediate annealing to obtain a wire with a diameter of 2 mm. The properties of filler materials were evaluated when welding sheets of alloy 1420 with a thickness of 3 mm.

Склонность к образованию горячих трещин при сварке определялась по методике МВТУ им Н.Э. Баумана на установке ЛТП 1-6 с принудительной поперечной растягивающей деформацией образцов в процессе сварки, которая производилась с присадочной проволокой по режиму: I_св = 150 A. Сварку образцов для механических испытаний проводили автоматически с исследуемыми присадочными материалами. Режим сварки: I_св = 150 A, V_св = 20 м/ч.The tendency to form hot cracks during welding was determined by the method of MVTU named after N.E. Bauman installation LTP 1-6 with forced transverse tensile deformation of the samples during welding, which was carried out with a filler wire according to the mode: I _St = 150 A. Welding of samples for mechanical testing was carried out automatically with the studied filler materials. Welding mode: I _St = 150 A, V _St = 20 m / h.

Пластичность самого сплава оценивалась по величине относительного удлинения ( δ %), которое определялось на листовом материале, полученном по следующей технологии. Из слитка диаметром 70 мм после гомогенизационного отжига при 360^oC, 12 ч прессовалась полоса сечением 40х15 мм при 400^oC, затем она прокатывалась при 350^oC в поперечном направлении до 6 мм. После отжига при 350^oC 2 ч осуществлялась холодная прокатка в том же направлении до толщины 2 мм. Затем листы отжигались при 350^oC, 2 ч с охлаждением на воздухе.The ductility of the alloy itself was evaluated by the relative elongation (δ%), which was determined on the sheet material obtained by the following technology. After homogenizing annealing at 360 ^° C for 12 hours, a strip of 40x15 mm section was pressed at 400 ^° C from an ingot with a diameter of 70 mm, then it was rolled at 350 ^° C in the transverse direction to 6 mm. After annealing at 350 ^° C for 2 hours, cold rolling was carried out in the same direction to a thickness of 2 mm. Then the sheets were annealed at 350 ^o C, 2 h with cooling in air.

Количество пор и рыхлот оценивалось по результатам металлографического анализа. The number of pores and looseness was estimated by the results of metallographic analysis.

Как видно из таблицы 2, применение заявленного состава в качестве присадочного материала позволяет повысить трещиностойкость, прочность и ударную вязкость сварного соединения сплава 1420 примерно на 20-40%. Пластичность заявляемого сплава также повышается. Количество рыхлот и пор в зоне сплавления снижается в 3 раза. As can be seen from table 2, the use of the claimed composition as a filler material can increase crack resistance, strength and toughness of the welded joint of alloy 1420 by about 20-40%. The ductility of the inventive alloy also increases. The amount of looseness and pores in the fusion zone is reduced by 3 times.

Применение предлагаемого сплава в качестве присадочного материала позволит использовать новые сверхлегкие алюминиевые сплавы в сварных конструкциях авиакосмической техники, повысить их эксплуатационную надежность и снизить вес изделия примерно на 15%. The use of the proposed alloy as a filler material will allow the use of new ultralight aluminum alloys in welded structures of aerospace engineering, increase their operational reliability and reduce the weight of the product by about 15%.

Литература:
1. Алюминиевые сплавы. Промышленные, деформируемые, спеченные и литейные алюминиевые сплавы. Справочное руководство. - М.: Металлургия, 1972, с. 44.Literature:
1. Aluminum alloys. Industrial, wrought, sintered and cast aluminum alloys. Reference guide. - M.: Metallurgy, 1972, p. 44.

2. Патент РФ N 2085607, C 22 C 21/6. 2. RF patent N 2085607, C 22 C 21/6.

3. Патент РФ N 2082809, C 22 C 21/6. 3. RF patent N 2082809, C 22 C 21/6.

Claims

An aluminum-based alloy containing magnesium, zirconium, scandium, beryllium, boron, characterized in that it additionally contains manganese and lanthanum in the following ratio of components, wt.%:
Magnesium - 5.5 - 6.5
Zirconium - 0.02 - 0.15
Scandium - 0.2 - 0.3
Beryllium - 0.0001 - 0.005
Boron - 0.001 - 0.01
Manganese - 0.5 - 0.7
Lanthanum - 0.1 - 0.2
Aluminum - Else
and Σ Sc + La = 0.3 - 0.4.