RU2247168C1 - Aluminum-based alloy - Google Patents

Aluminum-based alloy Download PDF

Info

Publication number
RU2247168C1
RU2247168C1 RU2003134159/02A RU2003134159A RU2247168C1 RU 2247168 C1 RU2247168 C1 RU 2247168C1 RU 2003134159/02 A RU2003134159/02 A RU 2003134159/02A RU 2003134159 A RU2003134159 A RU 2003134159A RU 2247168 C1 RU2247168 C1 RU 2247168C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
alloy
aluminum
lithium
zirconium
boron
Prior art date
Application number
RU2003134159/02A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.Э. Силис (RU)
В.Э. Силис
Е.В. Шульгина (RU)
Е.В. Шульгина
А.А. Елисеев (RU)
А.А. Елисеев
А.В. Логунов (RU)
А.В. Логунов
В.И. Голованов (RU)
В.И. Голованов
М.Д. Мамон (RU)
М.Д. Мамон
А.Д. Плотноков (RU)
А.Д. Плотноков
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Композит"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Композит" filed Critical Открытое акционерное общество "Композит"
Priority to RU2003134159/02A priority Critical patent/RU2247168C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2247168C1 publication Critical patent/RU2247168C1/en

Links

Landscapes

  • Arc Welding In General (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy, in particular aluminum-based alloys.
SUBSTANCE: claimed alloy contains (mass %) magnesium 4.0-5.6; lithium 1.3-1.8; zirconium 0.08-0.15; titanium 0.05-0.1; boron 0.0001-0.0005; beryllium 0.001-0.01; bismuth 0.01-0.1; and balance: aluminum. Alloy of present invention is useful in manufacturing of rolled, pressed and forged semimanufactured articles for construction materials, as well as in welded constructions.
EFFECT: alloy with improved ductility of main metal and welded constructions, reasonable weldability and strength of welded constructions.
3 tbl, 1 ex

Description

Предлагаемое изобретение относится к металлургии сплавов на основе алюминия, предназначенных для изготовления катаных, прессованных и кованых полуфабрикатов, используемых в качестве конструкционного материала в сварных конструкциях изделий ответственного назначения.The present invention relates to the metallurgy of aluminum-based alloys intended for the manufacture of rolled, pressed and forged semi-finished products used as structural material in welded structures of critical products.

Известен сплав марки 1420 (ОСТ 1.90048-77) следующего состава, мас. %:Known alloy grade 1420 (OST 1.90048-77) of the following composition, wt. %:

Магний 4,5-6,0Magnesium 4.5-6.0

Литий 1,8-2,3Lithium 1.8-2.3

Цирконий 0,08-0,15Zirconium 0.08-0.15

Железо не более 0,2Iron no more than 0.2

Кремний не более 0,15Silicon no more than 0.15

Медь не более 0,05Copper no more than 0.05

Титан не более 0,1Titanium not more than 0.1

Натрий не более 0,0006Sodium no more than 0,0006

Алюминий остальноеAluminum rest

В настоящее время детали из сплава марки 1420 применяются в авиационной и аэрокосмической технике, где необходимы малая плотность в сочетании с высокой жесткостью и прочностью. Недостатком данного сплава является низкая пластичность полуфабрикатов (катаных - в продольном, кованых - в поперечном по толщине направлении) и пониженный предел текучести (не более 28 кгс/мм2).Currently, parts made of alloy grade 1420 are used in aviation and aerospace engineering, where low density is required in combination with high rigidity and strength. The disadvantage of this alloy is the low ductility of semi-finished products (rolled - in the longitudinal direction, forged - in the direction transverse in thickness) and a low yield strength (not more than 28 kgf / mm 2 ).

Известны алюминиевые сплавы с литием, которые характеризуются пониженной плотностью и высоким значением предела текучести, но обладают пониженной вязкостью разрушения и невысокой пластичностью.Known aluminum alloys with lithium, which are characterized by a low density and high yield strength, but have a low fracture toughness and low ductility.

Одним из таких сплавов, наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту, взятым за прототип, является сплав по патенту США №4584173 от 22.04.86, кл. 420-533, который имеет следующий химический состав, мас.%:One of these alloys, the closest in technical essence and the achieved positive effect, taken as a prototype, is an alloy according to US patent No. 4584173 from 04/22/86, class. 420-533, which has the following chemical composition, wt.%:

Магний 3,0-5,5Magnesium 3.0-5.5

Литий 2,1-2,9Lithium 2.1-2.9

Медь 0,2-0,7,Copper 0.2-0.7,

и один или более элементов из группы, содержащей цирконий, гафний, ниобий и бор:and one or more elements from the group consisting of zirconium, hafnium, niobium and boron:

Цирконий 0,05-0,25Zirconium 0.05-0.25

Гафний 0,10-0,50Hafnium 0.10-0.50

Ниобий 0,05-0,30Niobium 0.05-0.30

Бор 0,0001-0,0005Boron 0.0001-0.0005

и один или более элементов из группыand one or more elements from the group

Цинк 0-2,0Zinc 0-2.0

Титан 0-0,5Titanium 0-0.5

Марганец 0-0,5Manganese 0-0.5

Никель 0-0,5Nickel 0-0.5

Хром 0-0,5Chrome 0-0.5

Германий 0-0,2Germanium 0-0.2

Алюминий остальное.The rest is aluminum.

Данный сплав не обладает достаточной пластичностью основного металла и сварных соединений для получения сложных сварных конструкций типа ферм и рам.This alloy does not have sufficient ductility of the base metal and welded joints to obtain complex welded structures such as trusses and frames.

Решаемой задачей настоящего изобретения является создание сплава с повышенными характеристиками пластичности основного металла и сварных соединений, а также свариваемостью и прочностью сварных соединений на достаточно высоком уровне, что позволит получать тонкостенные прессованные и кованые полуфабрикаты различной формы и сложные сварные конструкции.The problem of the present invention is the creation of an alloy with increased ductility characteristics of the base metal and welded joints, as well as weldability and strength of welded joints at a sufficiently high level, which will allow to obtain thin-walled pressed and forged semi-finished products of various shapes and complex welded structures.

Для решения поставленной задачи в известный сплав на основе алюминия дополнительно введены бериллий и висмут при следующем соотношении компонентов, мас.%:To solve this problem, beryllium and bismuth are additionally introduced into the well-known aluminum-based alloy in the following ratio of components, wt.%:

Магний 4,0-5,6Magnesium 4.0-5.6

Литий 1,3-1,8Lithium 1.3-1.8

Цирконий 0,08-0,15Zirconium 0.08-0.15

Титан 0,05-0,1Titanium 0.05-0.1

Бор 0,0001-0,0005Boron 0.0001-0.0005

Бериллий 0,001-0,01Beryllium 0.001-0.01

Висмут 0,01-0,1Bismuth 0.01-0.1

Алюминий остальноеAluminum rest

Содержание магния в пределах 4,0-5,6 мас.% обеспечивает необходимый уровень прочностных характеристик и свариваемость сплава. При уменьшении содержания магния менее 4,0% значения временного сопротивления и предела текучести снижаются, повышается склонность сплава к горячим трещинам как при литье сплава, так и при сварке. При увеличении содержания магния более 5,6 мас.% технологичность и пластичность полуфабрикатов сплава снижаются.The magnesium content in the range of 4.0-5.6 wt.% Provides the necessary level of strength characteristics and weldability of the alloy. With a decrease in magnesium content of less than 4.0%, the values of temporary resistance and yield strength decrease, the tendency of the alloy to hot cracks increases both during casting of the alloy and during welding. With an increase in the magnesium content of more than 5.6 wt.%, The manufacturability and ductility of the alloy semi-finished products decrease.

Содержание лития выбрано в пределах 1,3-1,8 мас.% для обеспечении технологичности при деформации и получения требуемого комплекса механических свойств. При снижении содержания лития в сплаве (ниже 1,3 мас.%) уменьшается модуль упругости и повышается плотность сплава. Увеличение содержания лития выше 1,8 мас.% ухудшает технологичность и свариваемость сплава.The lithium content is selected in the range of 1.3-1.8 wt.% To ensure manufacturability during deformation and to obtain the required complex of mechanical properties. With a decrease in the lithium content in the alloy (below 1.3 wt.%), The elastic modulus decreases and the density of the alloy increases. The increase in lithium content above 1.8 wt.% Affects the manufacturability and weldability of the alloy.

Цирконий вводится в алюминиевые сплавы в качестве модифицирующей добавки. Являясь переходным элементом, он обеспечивает получение полигонизованной структуры в горячедеформированных полуфабрикатах. При содержании циркония ниже 0,08 мас.% положительных воздействий не проявляется, при его содержании выше 0,15 мас.% выделяются грубые первичные частицы нерастворимой в алюминиевом твердом растворе фазы Аl3 Zr, что приводит к резкому снижению пластичности полуфабрикатов.Zirconium is introduced into aluminum alloys as a modifying additive. Being a transition element, it provides a polygonized structure in hot-deformed semi-finished products. When the zirconium content is below 0.08 wt.%, No positive effects are manifested, when its content is above 0.15 wt.%, Coarse primary particles are released that are insoluble in the aluminum solid solution of the Al 3 Zr phase, which leads to a sharp decrease in the plasticity of semi-finished products.

Титан и бор совместно улучшают структуру сплава и увеличивают его прочность. Введение титана более 0,1% и бора более 0,0005%, т.е. в количествах, превышающих допустимые пределы, приводит к снижению пластичности сплава.Titanium and boron together improve the structure of the alloy and increase its strength. The introduction of titanium more than 0.1% and boron more than 0.0005%, i.e. in amounts exceeding the permissible limits, leads to a decrease in the ductility of the alloy.

Бериллий в количестве 0,001-0,01 мас.% предохраняет сплав от окисления в процессах плавки, литья, сварки, а также при технологических нагревах под деформацию и термическую обработку. Бериллий в количестве менее 0,001 мас.% не оказывает заметного влияния на свойства сплава, а введение бериллия более 0,01 мас.% не рекомендуется с точки зрения гигиены труда.Beryllium in an amount of 0.001-0.01 wt.% Protects the alloy from oxidation in the processes of melting, casting, welding, as well as during technological heating under deformation and heat treatment. Beryllium in an amount of less than 0.001 wt.% Does not significantly affect the properties of the alloy, and the introduction of beryllium of more than 0.01 wt.% Is not recommended from the point of view of occupational health.

Висмут улучшает пластичность алюминиевых сплавов как основного металла, так и сварных соединений, связывая натрий, являющийся вредной примесью в алюминии, в соединения Na3Bi. При содержании этого элемента ниже указанного (0,01 мас.%) положительного воздействия не выявлено. При введении висмута в больших, чем предложено, количествах (0,1 мас.%) он образует сложную легкоплавкую фазу, выделяющиеся в виде глобулей по границам зерен, что снижает значения относительного удлинения материала.Bismuth improves the ductility of aluminum alloys of both the base metal and welded joints by binding sodium, which is a harmful impurity in aluminum, to Na 3 Bi compounds. When the content of this element below the specified (0.01 wt.%) Positive effects were not detected. With the introduction of bismuth in larger than suggested amounts (0.1 wt.%), It forms a complex fusible phase, which are released in the form of globules along grain boundaries, which reduces the values of the elongation of the material.

Таким образом, в случае отклонения от указанных пределов как в сторону меньших, так и больших значений содержания компонентов или исключения какого-либо компонента из состава поставленная задача не решается.Thus, in the case of deviations from the specified limits in the direction of both smaller and larger values of the content of the components or the exclusion of any component from the composition, the problem is not solved.

Изобретение иллюстрируется примером.The invention is illustrated by an example.

В таблице 1 приведены химические составы опробованных композиций предлагаемого и известного сплавов. Составы сплавов 1-3 соответствуют предлагаемому. Сплав 1 легирован по нижнему пределу, сплав 2 легирован по среднему пределу, сплав 3 - по верхнему.Table 1 shows the chemical compositions of the tested compositions of the proposed and known alloys. The compositions of alloys 1-3 correspond to the proposed. Alloy 1 is alloyed at the lower limit, alloy 2 is alloyed at the average limit, alloy 3 is at the upper limit.

Таблица 1Table 1 Химический состав сплавовThe chemical composition of the alloys СплавAlloy МагнийMagnesium ЛитийLithium МедьCopper ЦирконийZirconium ТитанTitanium БорBoron БериллийBeryllium ВисмутBismuth ЦинкZinc АлюминийAluminum 1one 4,04.0 1,31.3 -- 0,080.08 0,050.05 0,00010.0001 0,0010.001 0,010.01 -- ОсноваThe basis 22 4,84.8 1,51,5 -- 0,10.1 0,080.08 0,00030,0003 0,0050.005 0,050.05 -- ОсноваThe basis 33 5,65,6 1,81.8 -- 0,150.15 0,10.1 0,00050,0005 0,010.01 0,10.1 -- ОсноваThe basis 4four 3,53,5 0,80.8 -- 0,050.05 0,020.02 0,000010.00001 0,00080,0008 0,0070.007 -- ОсноваThe basis 55 6,36.3 2,32,3 -- 0,220.22 0,150.15 0,00060,0006 0,030,03 0,150.15 -- ОсноваThe basis 66 4,24.2 2,42,4 0,30.3 0.120.12 0,20.2       0,50.5 ОсноваThe basis

Сплав 4 легирован ниже нижнего предела, сплав 5 - выше верхнего предела. Сплав 6 - известный сплав (прототип).Alloy 4 is alloyed below the lower limit, alloy 5 is above the upper limit. Alloy 6 is a known alloy (prototype).

Плавку готовили в электрической печи, слитки диаметром 70 мм отливали полунепрерывным способом. Плавление шихты, рафинирование расплава и литье слитков проводили при температуре 700-730°С. Отлитые слитки гомогенизировали по режиму 380-400°С. Гомогенизированные слитки прессовали на полосу 15×60 мм. После термической обработки полос вырезали образцы для определения механических свойств. Определение механических свойств основного металла при температуре 20ΔС проводили по ГОСТ 1497-84. Сварные соединения выполняли аргонодуговой сваркой с использованием присадочной проволоки. Свариваемость оценивали по пробе “рыбий скелет”, механические свойства сварных соединений при температуре 20°С определяли на образцах по ГОСТ 1497-84. Определение ударной вязкости сварных соединений при пониженной и комнатной температуре проводили по ГОСТ 9454-78. Испытания на угол изгиба (α) выполняли по ГОСТ 6996-66.Melting was prepared in an electric furnace, ingots with a diameter of 70 mm were cast in a semi-continuous way. The charge was melted, the melt was refined, and ingots were cast at a temperature of 700–730 ° С. Cast ingots were homogenized according to a regime of 380-400 ° C. Homogenized ingots were pressed onto a strip of 15 × 60 mm. After heat treatment of the strips, samples were cut to determine the mechanical properties. The determination of the mechanical properties of the base metal at a temperature of 20ΔС was carried out according to GOST 1497-84. Welded joints were performed by argon-arc welding using filler wire. Weldability was evaluated using a fish skeleton sample, the mechanical properties of welded joints at a temperature of 20 ° C were determined on samples according to GOST 1497-84. Determination of the impact strength of welded joints at low and room temperature was carried out according to GOST 9454-78. Tests for bending angle (α) were performed according to GOST 6996-66.

Механические свойства основного металла и сварных соединений приведены в таблицах 2 и 3.The mechanical properties of the base metal and welded joints are shown in tables 2 and 3.

Сплавы предлагаемого состава (1-3) обладают прочностными характеристиками на уровне прототипа, но большими значениями относительного удлинения по сравнению с ним.The alloys of the proposed composition (1-3) have strength characteristics at the level of the prototype, but large values of elongation compared to it.

Предлагаемые сплавы обладают хорошей свариваемостью, что позволяет использовать их при изготовлении сварных конструкций. Прочность сварных соединений сплавов находится на уровне 32,0-33,5 кгс/мм2. Значения характеристик пластичности (угла изгиба и ударной вязкости) у предлагаемого сплава при комнатной температуре и при минус 196°С выше, чем у прототипа.The proposed alloys have good weldability, which allows them to be used in the manufacture of welded structures. The strength of welded joints of alloys is at the level of 32.0-33.5 kgf / mm 2 . The values of the plasticity characteristics (bending angle and impact strength) of the proposed alloy at room temperature and at minus 196 ° C are higher than that of the prototype.

Снижение содержания легирующих компонентов (сплав 4) ниже предлагаемого состава приводит к снижению свойств, особенно пластичности, сварных соединений.A decrease in the content of alloying components (alloy 4) below the proposed composition leads to a decrease in the properties, especially ductility, of welded joints.

Увеличение содержания легирующих компонентов: магния выше 5,6 мас.% и лития выше 1,8 мас.% (сплав 5) приводит к снижению пластичности сплава, особенно при температуре минус 196°С. Введение в сплав большего количества циркония, висмута и бора приводит к образованию грубых включений, снижающих качество материала.The increase in the content of alloying components: magnesium above 5.6 wt.% And lithium above 1.8 wt.% (Alloy 5) leads to a decrease in the ductility of the alloy, especially at a temperature of minus 196 ° C. The introduction of more zirconium, bismuth, and boron into the alloy leads to the formation of coarse inclusions that reduce the quality of the material.

Таким образом, предлагаемый состав сплава является оптимальным. Сплавы, имеющие запредельные содержания компонентов, не обладают необходимым комплексом свойств.Thus, the proposed alloy composition is optimal. Alloys having transcendental component contents do not possess the necessary set of properties.

Таблица 2table 2 Механические свойства прессованных полосThe mechanical properties of pressed strips СплавAlloy σВ, кгс/ммσ V , kgf / mm δ0,2, кгс/ммδ 0.2 , kgf / mm δ, %δ,% 1one 44,044.0 33,033.0 11,511.5 22 44,544.5 33,533.5 11,811.8 33 45,045.0 34,534.5 11,311.3 4four 40,040,0 28,528.5 12,012.0 55 43,543.5 32,032,0 6,06.0 66 44,044.0 32,532,5 8,08.0 Таблица 3Table 3 Свойства сварных соединений.Properties of welded joints. СплавAlloy σВ, кгс/мм2 σ V , kgf / mm 2 α, градα, degree KCU, кгс м/см2 KCU, kgf m / cm 2       20°С20 ° C -196°С-196 ° C 1one 32,032,0 8080 0,900.90 0,890.89 22 33,033.0 7878 0,920.92 0,900.90 33 32,532,5 8080 0,880.88 0,790.79 4four 29,029.0 8080 0,880.88 0,870.87 55 33,033.0 5555 0,650.65 0,500.50 66 32,032,0 5656 0,740.74 0,500.50

Claims (1)

Сплав на основе алюминия, содержащий магний, литий, цирконий, титан, бор, отличающийся тем, что он дополнительно содержит бериллий и висмут при следующем содержании элементов, мас.%:An aluminum-based alloy containing magnesium, lithium, zirconium, titanium, boron, characterized in that it additionally contains beryllium and bismuth in the following elements, wt.%: Магний 4,0-5,6Magnesium 4.0-5.6 Литий 1,3-1,8Lithium 1.3-1.8 Цирконий 0,08-0,15Zirconium 0.08-0.15 Титан 0,05-0,1Titanium 0.05-0.1 Бор 0,0001-0,0005Boron 0.0001-0.0005 Бериллий 0,001-0,01Beryllium 0.001-0.01 Висмут 0,01-0,1Bismuth 0.01-0.1 Алюминий ОстальноеAluminum Else
RU2003134159/02A 2003-11-26 2003-11-26 Aluminum-based alloy RU2247168C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003134159/02A RU2247168C1 (en) 2003-11-26 2003-11-26 Aluminum-based alloy

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003134159/02A RU2247168C1 (en) 2003-11-26 2003-11-26 Aluminum-based alloy

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2247168C1 true RU2247168C1 (en) 2005-02-27

Family

ID=35286306

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2003134159/02A RU2247168C1 (en) 2003-11-26 2003-11-26 Aluminum-based alloy

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2247168C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2665654C1 (en) * 2014-11-04 2018-09-03 Кабусики Кайся Кобе Сейко Се (Кобе Стил, Лтд.) METHOD OF DEOXIDIZING OF Al-Nb-Ti ALLOY

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2665654C1 (en) * 2014-11-04 2018-09-03 Кабусики Кайся Кобе Сейко Се (Кобе Стил, Лтд.) METHOD OF DEOXIDIZING OF Al-Nb-Ti ALLOY

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2071555C (en) Ultra high strength aluminum-base alloys
JP5431233B2 (en) Aluminum alloy forging and method for producing the same
US5462712A (en) High strength Al-Cu-Li-Zn-Mg alloys
EP2664687B1 (en) Improved free-machining wrought aluminium alloy product and manufacturing process thereof
AU631137B2 (en) Ultrahigh strength al based-cu-li-mg alloys
CA2738973A1 (en) Magnesium alloys containing rare earths
US4711761A (en) Ductile aluminide alloys for high temperature applications
US20110014084A1 (en) High strength, creep resistant zinc alloy
US5169462A (en) Low density aluminum alloy for engine pistons
RU2343218C1 (en) Cryogenic wrought non-heat-treatable alloy on basis of aluminum
RU2237098C1 (en) Aluminium-based alloy and product made from the same
KR102589669B1 (en) Method of manufacturing scroll members and scroll forgings
RU2337986C2 (en) Alloy on aluminium basis and product made of it
RU2163938C1 (en) Corrosion-resistant aluminum-base alloy, method of production of semifinished products and article for this alloy
RU2265674C1 (en) Composition of welding wire
JPH0790459A (en) Production of wear resistant aluminum alloy for extrusion and wear resistant aluminum alloy material
RU2247168C1 (en) Aluminum-based alloy
KR101499096B1 (en) Aluminum alloy and manufacturing method thereof
RU2415193C1 (en) Cast alloy on base of aluminium
US4456481A (en) Hot workability of age hardenable nickel base alloys
RU2604084C1 (en) Aluminium-based filler material, alloyed with rare-earth metals
JP7293696B2 (en) Aluminum alloy casting material and manufacturing method thereof
JPH03122248A (en) High strength aluminum alloy for welding excellent in stress corrosion cracking resistance
RU2233903C1 (en) Aluminum-base alloy
JP5522692B2 (en) High strength copper alloy forging

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20051127

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20080410

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20181127