RU2163941C1

RU2163941C1 - Aluminium-based alloy

Info

Publication number: RU2163941C1
Application number: RU99114518A
Authority: RU
Inventors: И.Н. Фридляндер; В.С. Сандлер; Л.П. Ланцова; Т.П. Федоренко; Е.Н. Каблов
Original assignee: Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов
Priority date: 1999-07-01
Filing date: 1999-07-01
Publication date: 2001-03-10
Also published as: WO2001002613A1

Abstract

FIELD: nonferrous metallurgy, more particularly aluminium-copper-magnesium-based alloys. SUBSTANCE: the claimed alloy composition comprises, wt %: copper, 3.8-4.5; magnesium 1.2-1.6; manganese, 0.4-0.8; titanium, 0.01-10.07; nickel, 0.01-0.05; hydrogen 2,7·10^-5-5,0·10^-5; and aluminium, the balance. EFFECT: high strength characteristics and higher acoustic fatigue. 1 ex, 2 tbl

Description

Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к сплавам на основе алюминия системы алюминий - медь - магний. The invention relates to the field of non-ferrous metallurgy, and in particular to alloys based on aluminum of the aluminum-copper-magnesium system.

Предлагаемый сплав предназначен для изготовления различных конструкций, в том числе изделий авиакосмической техники, работающих при высоких акустических нагрузках. The proposed alloy is intended for the manufacture of various designs, including aerospace engineering products operating at high acoustic loads.

Известны широко используемые сплавы этой системы, например, отечественный сплав Д16 /1/ и американские сплавы серии 2000, например 2024 /2/. Однако эти сплавы, имея приемлемые статические и динамические механические свойства, обладают недостаточной долговечностью под действием высокочастотного нагружения в акустическом диапазоне. Эта характеристика для ряда изделий авиакосмической техники является определяющей. Widely used alloys of this system are known, for example, domestic alloy D16 / 1 / and American alloys of the 2000 series, for example 2024/2 /. However, these alloys, having acceptable static and dynamic mechanical properties, have insufficient durability under the influence of high-frequency loading in the acoustic range. This characteristic is decisive for a number of aerospace engineering products.

За прототип принят сплав на основе алюминия следующего химического состава в мас.% /3/:
медь - 3,8 - 4,9
магний - 1,2 - 1,8
марганец - 0,3 - 0,9
железо - 0,0001 - 0,3
кремний - 0,0001 - 0,2
цинк - 0,0001 - 0,1
титан - 0,0001 - 0,1
никель - 0,0001 - 0,05
сера - 0,0001 - 0,0004
алюминий - остальное
Известный сплав обладает высоким значением предела прочности. Однако этот сплав имеет пониженное значение акустической усталости. Технической задачей данного изобретения является создание сплава, обладающего при высоком пределе прочности повышенной акустической усталостью.The prototype adopted an alloy based on aluminum of the following chemical composition in wt.% / 3 /:
copper - 3.8 - 4.9
magnesium - 1.2 - 1.8
Manganese - 0.3 - 0.9
iron - 0.0001 - 0.3
silicon - 0.0001 - 0.2
zinc - 0.0001 - 0.1
titanium - 0.0001 - 0.1
nickel - 0.0001 - 0.05
sulfur - 0.0001 - 0.0004
aluminum - the rest
Known alloy has a high tensile strength. However, this alloy has a reduced value of acoustic fatigue. An object of the present invention is to provide an alloy having high acoustic fatigue at a high tensile strength.

Для достижения поставленной технической задачи предложен сплав, содержащий медь, магний, марганец, титан, никель, который дополнительно содержит водород, при следующих соотношениях компонентов, в мас.%:
медь - 3,8 - 4,5
магний - 1,2 - 1,6
марганец - 0,4 - 0,8
титан - 0,01 - 0,07
никель - 0,01 - 0,05
водород - 2,7·10^-5 - 5,0·10^-5
алюминий - остальное
Повышение акустической усталости достигается за счет того, что сплав наряду с другими компонентами содержит титан и никель и дополнительно содержит водород.To achieve the technical task, an alloy is proposed containing copper, magnesium, manganese, titanium, nickel, which additionally contains hydrogen, with the following ratios of components, in wt.%:
copper - 3.8 - 4.5
magnesium - 1.2 - 1.6
Manganese - 0.4 - 0.8
titanium - 0.01 - 0.07
nickel - 0.01 - 0.05
hydrogen - 2.7 · 10 ^-5 - 5.0 · 10 ^-5
aluminum - the rest
The increase in acoustic fatigue is achieved due to the fact that the alloy, along with other components, contains titanium and nickel and additionally contains hydrogen.

Присутствие титана способствует модифицированию расплава и измельчению зерна. Авторами установлено, что дополнительное содержание в сплаве водорода в указанных пределах вызывает образование дисперсных гидридов магния и титана. Последние также способствуют модифицированию расплава, а кроме того, влияя на распределение дислокаций, тормозят распространение усталостной трещины. Никель взаимодействует с примесью железа и вызывает коагуляцию алюминидов железа, которые выделяются из твердого раствора при длительной высокотемпературной гомогенизации слитков. Все эти структурные изменения замедляют процесс зарождения и распространения усталостной трещины при высокочастотном нагружении, повышая тем самым акустическую усталость. The presence of titanium promotes melt modification and grain refinement. The authors found that the additional content of hydrogen in the alloy within the specified limits causes the formation of dispersed hydrides of magnesium and titanium. The latter also contribute to the modification of the melt, and in addition, influencing the distribution of dislocations, inhibit the propagation of the fatigue crack. Nickel interacts with an admixture of iron and causes coagulation of iron aluminides, which are released from the solid solution during prolonged high-temperature homogenization of ingots. All these structural changes slow down the process of nucleation and propagation of a fatigue crack under high-frequency loading, thereby increasing acoustic fatigue.

Пример осуществления
В лабораторных условиях были отлиты слитки четырех сплавов диаметром 70 мм. Химические составы предложенных и известного сплава приведены в таблице 1.Implementation example
In laboratory conditions, ingots of four alloys with a diameter of 70 mm were cast. The chemical compositions of the proposed and known alloy are shown in table 1.

Слитки подвергали длительной гомогенизации при температуре 480^oC 70 ч, затем прессовали на полосы сечением 15 х 60 мм.The ingots were subjected to prolonged homogenization at a temperature of 480 ^° C for 70 h, then pressed into strips with a cross section of 15 x 60 mm.

Полосы закаливали от 490^oC в воде с последующим естественным старением в течение 4 суток. Из прессованных полос изготавливали продольные образцы для испытания статистических механических свойств и акустической усталости. Акустическую усталость оценивали по долговечности образцов, испытанных при амплитуде напряжения 8 кгс/мм и частоте нагружения 165 Гц.The bands were quenched from 490 ^° C. in water, followed by natural aging for 4 days. Longitudinal samples were made from pressed strips for testing statistical mechanical properties and acoustic fatigue. Acoustic fatigue was evaluated by the durability of the samples tested at a voltage amplitude of 8 kgf / mm and a loading frequency of 165 Hz.

Результаты испытаний приведены в таблице 2. Анализ полученных данных показал, что предлагаемый сплав, по сравнению с известным сплавом, обладает практически одинаковым пределом прочности. Однако по акустической усталости он имеет трехкратное превосходство. The test results are shown in table 2. Analysis of the data showed that the proposed alloy, in comparison with the known alloy, has almost the same tensile strength. However, it has three times superiority in acoustic fatigue.

Таким образом, применение предлагаемого, например в авиакосмической технике в зонах, подверженных акустическому воздействию, обеспечивает повышение конструктивной прочности, надежности и долговечности работы изделий. Thus, the use of the proposed, for example, in aerospace engineering in areas exposed to acoustic impact, provides increased structural strength, reliability and durability of the products.

Литература
1. Галацкая И.К. "Металлография металлургических дефектов в прессованных полуфабрикатах из алюминиевых сплавов", 1973.Literature
1. Galatskaya I.K. "Metallography of metallurgical defects in pressed semi-finished products from aluminum alloys", 1973.

2. Патент США N 5213639, 148/693. 2. US patent N 5213639, 148/693.

3. Патент РФ N 2119544, C 22 C 21/16. 3. RF patent N 2119544, C 22 C 21/16.

Claims

An aluminum-based alloy containing copper, magnesium, manganese, titanium and nickel, characterized in that it additionally contains hydrogen at the following component ratios, wt.%:
Copper - 3.8 - 4.5
Magnesium - 1.2 - 1.6
Manganese - 0.4 - 0.8
Titanium - 0.01 - 0.07
Nickel - 0.01 - 0.05
Hydrogen - 2.7 x 10 ^-5 - 5.0 x 10 ^-5
Aluminum - Else