RU2443793C1 - High-strength aluminium-based alloy and method for obtaining items from it - Google Patents
High-strength aluminium-based alloy and method for obtaining items from it Download PDFInfo
- Publication number
- RU2443793C1 RU2443793C1 RU2010141078/02A RU2010141078A RU2443793C1 RU 2443793 C1 RU2443793 C1 RU 2443793C1 RU 2010141078/02 A RU2010141078/02 A RU 2010141078/02A RU 2010141078 A RU2010141078 A RU 2010141078A RU 2443793 C1 RU2443793 C1 RU 2443793C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- stage
- hours
- strength
- alloy
- Prior art date
Links
Landscapes
- Forging (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве полуфабрикатов в виде поковок, штамповок, прессованных прутков и профилей, катаных плит и листов из высокопрочных сплавов системы Al-Zn-Mg-Cu, предназначенных для применения в силовых конструкциях авиакосмической техники и транспортных средств, к которым предъявляются повышенные требования по прочности, трещиностойкости, усталостной долговечности, коррозионной стойкости.The invention relates to metallurgy and can be used in the manufacture of semi-finished products in the form of forgings, stampings, extruded rods and profiles, rolled plates and sheets from high-strength alloys of the Al-Zn-Mg-Cu system, intended for use in power structures of aerospace engineering and vehicles, to which increased demands are made on strength, crack resistance, fatigue life, corrosion resistance.
Известен высокопрочный алюминиевый сплав следующего состава, % масс.: Zn 7,0-11,0; Mg 1,8-3,0; Cu 1,2-2,6; по крайней мере один элемент из группы Mn (0,05-0,4), Cr (0,05-0,3), Zr (0,05-0,2), Hf (0,05-0,3), V (0,05-0,3), Ti (0,01-0,2) и Sc (0,05-0,3), остальное - алюминий и неизбежные примеси и изделие, выполненное из него путем отливки слитка из указанного сплава, последующей гомогенизации слитка, горячей деформации указанного слитка путем прокатки, прессования или ковки, закалки, возможной растяжки со степенью остаточной деформации 1-5%, старение изделия при таких температуре и времени выдержки, которые обеспечивают в долевом направлении максимальный предел текучести при сжатии, например двухступенчатое старение по режиму 80-120°С, выдержка 24 ч + 135-150°С, выдержка 7-30 ч или трехступенчатое старение по режиму 100°С, выдержка 24 ч + 140-160°С, выдержка 2,5-18 ч + 120°С, выдержка 24 ч (Патент ЕП №1231290).Known high-strength aluminum alloy of the following composition,% mass .: Zn 7.0-11.0; Mg 1.8-3.0; Cu 1.2-2.6; at least one element from the group Mn (0.05-0.4), Cr (0.05-0.3), Zr (0.05-0.2), Hf (0.05-0.3) , V (0.05-0.3), Ti (0.01-0.2) and Sc (0.05-0.3), the rest is aluminum and inevitable impurities and the product made from it by casting an ingot from the specified alloy, subsequent homogenization of the ingot, hot deformation of the specified ingot by rolling, pressing or forging, hardening, possible stretching with a degree of residual deformation of 1-5%, aging of the product at such temperature and holding time that provide the maximum yield strength under compression in the fractional direction , eg two-stage aging according to the regime of 80-120 ° C, aging 24 hours + 135-150 ° C, aging 7-30 hours or three-stage aging according to the regime 100 ° C, aging 24 hours + 140-160 ° C, aging 2.5-18 h + 120 ° C, holding for 24 hours (EP Patent No. 1231290).
Недостатком сплава и изделия, выполненного из него, являются низкие значения вязкости разрушения и коррозионных характеристик, а также высокая скорость роста трещины усталости, что ограничивает его применение в высокоресурсных ответственных конструкциях.The disadvantage of the alloy and the product made of it are the low values of fracture toughness and corrosion characteristics, as well as the high growth rate of the fatigue crack, which limits its use in high-resource critical structures.
Известен также деформируемый алюминиевый сплав следующего состава, % масс.: Zn 6,2; Mg 2,5; Cu 1,8; Zr 0,13; Fe 0,11; Si<0,09; остальное Al. Способ изготовления изделий из него включает следующие операции: отливку слитков полунепрерывным методом, гомогенизацию слитков при температурах 300-448°С, выдержку 3 ч, охлаждение до температуры 25°С со скоростью 150-300°С/ч, нагрев до температуры 250°С, выдержка 10 ч, ковка слитка (на 50% от исходной длины вытяжки) при температуре 250°С, нагрев кованой заготовки до температуры 365°С, выдержка 8 ч, прокатка при температуре 365°С со степенью деформации 64%. Термическая обработка полученного изделия: закалка с температуры 470°С, выдержка 5 ч, охлаждение в воде с температурой 45°С и искусственное двухступенчатое старение: температура 1-ой ступени 110°С, выдержка 8 ч, температура 2-ой ступени 170°С, выдержка 10 ч (Патент РФ 2087582).Also known is a deformable aluminum alloy of the following composition,% mass .: Zn 6,2; Mg 2.5; Cu 1.8; Zr 0.13; Fe 0.11; Si <0.09; the rest is Al. A method of manufacturing products from it includes the following operations: casting ingots by a semi-continuous method, homogenizing ingots at temperatures of 300-448 ° C, holding for 3 hours, cooling to a temperature of 25 ° C at a speed of 150-300 ° C / h, heating to a temperature of 250 ° C , holding for 10 hours, forging the ingot (at 50% of the initial length of the hood) at a temperature of 250 ° С, heating the forged workpiece to a temperature of 365 ° С, holding for 8 hours, rolling at a temperature of 365 ° С with a degree of deformation of 64%. Heat treatment of the obtained product: quenching from a temperature of 470 ° C, holding for 5 hours, cooling in water with a temperature of 45 ° C and artificial two-stage aging: temperature of the first stage 110 ° C, holding for 8 hours, temperature of the second stage 170 ° C , excerpt 10 hours (RF Patent 2087582).
Недостатком указанного сплава и изделия, полученного из него, является низкий уровень прочностных характеристик, вязкости разрушения, низкий ресурс работы изделия и коррозионной стойкости.The disadvantage of this alloy and the product obtained from it is the low level of strength characteristics, fracture toughness, low life of the product and corrosion resistance.
Наиболее близким по технической сути, принятым за прототип, является сплав системы Al-Zn-Mg-Cu следующего состава, % масс.: Zn 5,7-8,7; Mg 1,7-2,5; Cu 1,2-2,2; Zr 0,05-0,15; Fe 0,07-0,14; Si<0,11; Mn<0,02; Cr<0,02; Mg+Cu<4,1; остальное Al и примеси <0,05 каждая и <0,10 в сумме. Изделие, выполненное из него в виде катаных, кованых и прессованных полуфабрикатов для силовых элементов преимущественно крыла самолета, получают путем отливки слитка и его гомогенизации при температуре 465°С, горячей деформации, упрочняющей термообработки - закалки с температуры 480°С в холодную воду, правки со степенью остаточной деформации 2% и последующего старения по режиму 115°С, 6 ч + 172°С, 10 ч (Патент США №6027582).The closest in technical essence, taken as a prototype, is an alloy of the Al-Zn-Mg-Cu system of the following composition,% mass .: Zn 5.7-8.7; Mg 1.7-2.5; Cu 1.2-2.2; Zr 0.05-0.15; Fe 0.07-0.14; Si <0.11; Mn <0.02; Cr <0.02; Mg + Cu <4.1; the rest is Al and impurities <0.05 each and <0.10 in total. The product made of it in the form of rolled, forged and pressed semi-finished products for the power elements of an airplane wing mainly is obtained by casting an ingot and homogenizing it at a temperature of 465 ° C, hot deformation, hardening heat treatment - quenching from a temperature of 480 ° C into cold water, dressing with a degree of permanent deformation of 2% and subsequent aging according to the regime of 115 ° C, 6 h + 172 ° C, 10 h (US Patent No. 6027582).
Недостатком указанного сплава и изделия, полученного из него, указанным способом являются низкие значения прочностных и коррозионных характеристик и вязкости разрушения, что обуславливает низкий ресурс работы изделия, а также высокий уровень остаточных закалочных напряжений, вызывающий при последующей механической обработке существенные поводки и коробление в детали, что приводит к повышению трудоемкости изготовления и увеличению процента брака. Кроме того, химический состав этого изделия не позволяет изготавливать из него сварные конструкции.The disadvantage of this alloy and the product obtained from it, the specified method are low values of strength and corrosion characteristics and fracture toughness, which leads to a low service life of the product, as well as a high level of residual quenching stresses, causing significant leashes and warpage in the part during subsequent machining, which leads to an increase in the complexity of manufacturing and an increase in the percentage of defects. In addition, the chemical composition of this product does not allow to make welded structures from it.
Технической задачей, предлагаемого изобретения, является создание высокопрочного алюминиевого сплава системы Al-Zn-Mg-Cu и способа изготовления изделий из него в виде поковок, штамповок, прессованных профилей, прутков, плит и листов с улучшенным комплексом прочностных свойств, вязкости разрушения, скорости роста трещины усталости и коррозионных характеристик, а также с пониженным в 2-3 раза уровнем остаточных закалочных напряжений и улучшенной технологичностью при сварке.The technical task of the invention is the creation of a high-strength aluminum alloy of the Al-Zn-Mg-Cu system and a method for manufacturing products from it in the form of forgings, stampings, extruded profiles, rods, plates and sheets with an improved set of strength properties, fracture toughness, growth rate cracks of fatigue and corrosion characteristics, as well as with a 2-3 times lower level of residual quenching stresses and improved processability in welding.
Для решения поставленной задачи предложен высокопрочный сплав на основе алюминия, включающий Zn, Mg, Cu, Zr, Fe, который дополнительно содержит Ti и по крайней мере один элемент из группы металлов Ag, Sc, Ca при следующем соотношении компонентов, в масс.%:To solve this problem, a high-strength aluminum-based alloy is proposed, including Zn, Mg, Cu, Zr, Fe, which additionally contains Ti and at least one element from the group of metals Ag, Sc, Ca in the following ratio, in wt.%:
Zn 6,2-8,0Zn 6.2-8.0
Mg 1,5-2,5Mg 1.5-2.5
Cu 0,8-1,2Cu 0.8-1.2
Zr 0,05-0,15Zr 0.05-0.15
Fe 0,03-0,15Fe 0.03-0.15
Ti 0,01-0,06Ti 0.01-0.06
по крайней мере один элемент из группы металловat least one metal element
Ag 0,01-0,5Ag 0.01-0.5
Sc 0,01-0,35Sc 0.01-0.35
Ca 0,0001-0,01Ca 0.0001-0.01
остальное - алюминий и неизбежные примеси.the rest is aluminum and inevitable impurities.
Неизбежные примеси в сплаве включают Si, Mn, Cr, Ni не более 0,05 каждого и Na, H2, О2, В, Р не более 0,01 каждого.Inevitable impurities in the alloy include Si, Mn, Cr, Ni not more than 0.05 each and Na, H 2 , O 2 , B, P not more than 0.01 each.
Способ получения изделия из данного сплава включает отливку слитка, его гомогенизацию, горячую деформацию и упрочняющую термическую обработку, включающую закалку и ступенчатое старение, при этом в процессе отливки слитка проводят рафинирование расплава путем продувки аргоном или смесью газов аргона с хлором, и внепечное рафинирование с использованием роторных и/или фильтрующих устройств, гомогенизацию осуществляют по одноступенчатому режиму при температуре на 55-130°С ниже температуры неравновесного солидуса (tн.с.) с выдержкой 8-36 ч или по двухступенчатому режиму при температуре на первой ступени на 175-280°С ниже температуры tн.с. алюминиевого сплава, а на второй ступени на 75-125°С ниже tн.с., с выдержкой на каждой ступени до 24-36 ч, горячую деформацию осуществляют при температуре 300-420°С, закалку проводят при температуре на 50-120°С ниже tн.с. в течение времени, определяемого толщиной изделия, с последующим охлаждением до температуры не выше 80°С.The method for producing a product from this alloy includes casting the ingot, homogenizing it, hot deformation and hardening heat treatment, including hardening and step aging, while during the casting of the ingot, the melt is refined by purging with argon or a mixture of argon and chlorine gases, and after-furnace refining using rotary and / or filtering devices, homogenization is carried out in a single stage mode at a temperature 55-130 ° C below the non-equilibrium solidus temperature (t NS) delayed 8-36 hours yl two-stage mode at a temperature in the first stage at 175-280 ° C lower than the temperature t Gregorian aluminum alloy, and in the second stage 75-125 ° C lower than t n.s. , with exposure at each stage up to 24-36 hours, hot deformation is carried out at a temperature of 300-420 ° C, quenching is carried out at a temperature of 50-120 ° C below t N.S. during the time determined by the thickness of the product, followed by cooling to a temperature not exceeding 80 ° C.
Охлаждение при закалке проводят в воде при температуре 15-80°С или в водном растворе органического полимера.Cooling during quenching is carried out in water at a temperature of 15-80 ° C or in an aqueous solution of an organic polymer.
Способ, в котором старение проводят по двухступенчатому режиму - 1-ая ступень при температуре 105-120°С, выдержка 5-24 ч, 2-ая ступень при температуре 160-185°С, выдержка 3-15 ч.The method in which aging is carried out in a two-stage mode - the first stage at a temperature of 105-120 ° C, exposure 5-24 hours, the second stage at a temperature of 160-185 ° C, exposure 3-15 hours
Способ, в котором старение проводят по трехступенчатому режиму - 1-ая ступень при температуре 90-140°С, выдержка 5-24 ч, 2-ая ступень при температуре 150-175°С выдержка 3-12 ч, 3-я ступень при температуре 90-140°С, выдержка 5-24 ч.The method in which aging is carried out according to a three-stage mode - the first stage at a temperature of 90-140 ° C, holding for 5-24 hours, the second stage at a temperature of 150-175 ° C, holding for 3-12 hours, the third stage at temperature 90-140 ° С, holding time 5-24 hours.
Способ, в котором старение проводят по трехступенчатому режиму - 1-ая ступень при температуре 120-140°С, выдержка 8-24 ч, 2-ая ступень при температуре 20-90°С выдержка не менее 24 ч, 3-я ступень при температуре 120-155°С, выдержка 8-24 ч.The method in which aging is carried out according to a three-stage mode - the first stage at a temperature of 120-140 ° C, the exposure time is 8-24 hours, the second stage at a temperature of 20-90 ° C, the exposure time is at least 24 hours, the third stage at temperature 120-155 ° С, holding time 8-24 hours.
Изделие из указанного высокопрочного алюминиевого сплава изготавливают в виде деформированного полуфабриката: поковки, штамповки, прессованного профиля или прутка, катаной плиты или листа.The product from the specified high-strength aluminum alloy is made in the form of a deformed semi-finished product: forgings, stampings, extruded profiles or rods, rolled plates or sheets.
Изделие может быть выполнено в виде сварной конструкции с прочностью сварного соединения до 0,8 от прочности основного металла.The product can be made in the form of a welded structure with a weld strength of up to 0.8 of the strength of the base metal.
Двухступенчатый режим старения обеспечивает получение наиболее высокого уровня характеристик трещиностойкости (К1С и СРТУ) и коррозионной стойкости при средней прочности 530-550 МПа. Приведенные два варианта трехступенчатого режима старения обеспечивают получение изделия с повышенным уровнем прочностных и ресурсных характеристик. Изделие имеет предел прочности (временное сопротивление) при растяжении до 530-700 МПа. Изделия имеют крупные габариты по толщине, ширине и длине: размеры поперечного сечения - прессованные - ширина до 1000 мм, толщина до 260 мм, поковки и штамповки - толщина до 450 мм, плиты и листы - длина до 30000 мм.The two-stage aging mode provides the highest level of crack resistance (K 1C and SRTU) and corrosion resistance at an average strength of 530-550 MPa. The two variants of the three-stage aging regime presented above provide a product with an increased level of strength and resource characteristics. The product has a tensile strength (temporary resistance) under tension up to 530-700 MPa. Products have large dimensions in thickness, width and length: cross-sectional dimensions - pressed - width up to 1000 mm, thickness up to 260 mm, forgings and stampings - thickness up to 450 mm, plates and sheets - length up to 30,000 mm.
Примеры осуществления изобретенияExamples of carrying out the invention
1. Сплав состава: Zn 6,2%, Mg 1,9%, Cu 1,0%, Zr 0,11%, Fe 0,09%, Ti 0,03%, Ca 0,001%, примеси Si 0,05%, Mn 0,01%, В 0,003%, H2 0,00002% отливали в плавильно-литейном агрегате с вакуумным миксером с магнизитовой несмачиваемой жидким алюминием футеровкой, а также рафинировали путем продувки смесью газов Ar+5%Cl. При отливке слитка для повышения чистоты металла применяли фильтрацию через пенокерамические фильтры с размером ячейки 40 пор/дюйм, а также внепечное рафинирование в струе при помощи установки роторного типа. В расплав вводили лигатуру Al-Ti-B для модифицирования сплава и измельчения зерна. Слиток гомогенизировали по двухступенчатому режиму: температура 1-ой ступени на 280°С ниже tн.с.(tн.с.=577°С), выдержка 24 ч, температура 2-ой ступени на 125°С ниже tн.с., выдержка 10 ч. Гомогенизированный слиток подвергали горячей деформации - сначала методом свободной ковки при tдеф.=400-410°С со степенью 65%, а затем в закрытых штампах за три перехода - заготовительная штамповка, чистовая штамповка и окончательная штамповка в интервале температур 330-390°С.1. Alloy composition: Zn 6.2%, Mg 1.9%, Cu 1.0%, Zr 0.11%, Fe 0.09%, Ti 0.03%, Ca 0.001%, Si impurities 0.05 %, Mn 0.01%, 0.003%, H 2 0.00002% was cast in a smelting and casting unit with a vacuum mixer with magnetizable non-wettable liquid aluminum lining, and also refined by purging with a mixture of gases Ar + 5% Cl. When casting the ingot, in order to increase the purity of the metal, filtration through ceramic foam filters with a mesh size of 40 pores / inch and out-of-furnace refining in a jet using a rotary type apparatus were used. Al-Ti-B ligature was introduced into the melt to modify the alloy and grind the grain. The ingot was homogenized according to a two-stage regime: the temperature of the first stage was 280 ° C lower than t n.s. (t n.s. = 577 ° C), holding 24 hours, the temperature of the 2nd stage is 125 ° C lower than t n.s. , holding for 10 hours. The homogenized ingot was subjected to hot deformation, first by free forging at t def. = 400-410 ° C with a degree of 65%, and then in closed dies for three transitions - blank stamping, fine stamping and final stamping in the temperature range 330-390 ° C.
В результате получали изделие в виде штамповки толщиной 155 мм. Термическую обработку штамповки осуществляли по следующему режиму: нагрев до температуры закалки на 120°С ниже tн.с., выдержка 240 мин, охлаждение в раствор органического полимера для снижения закалочных напряжений, старение по трехступенчатому режиму: 1-ая ступень 120°С, выдержка 16 ч, 2-ая ступень 160°С, выдержка 3 ч, 3-я ступень при температуре 140°С, выдержка 12 ч. Изготовленная указанным способом штамповка имела комплекс свойств, приведенный в таблице 1.As a result, the product was obtained in the form of stamping with a thickness of 155 mm. The heat treatment of stamping was carried out according to the following mode: heating to a quenching temperature of 120 ° C below t n.s. , exposure 240 min, cooling to an organic polymer solution to reduce quenching stresses, aging according to a three-stage regime: 1st stage 120 ° С, exposure 16 hours, 2nd stage 160 ° С, exposure 3 hours, 3rd stage at temperature 140 ° C, exposure 12 hours. The stamping made by the indicated method had the set of properties shown in Table 1.
2. Сплав состава: Zn 8,0%, Mg 1,5%, Cu 0,8%, Zr 0,05%, Fe 0,03%, Ti 0,01%, Ag 0,25%, Sc 0,2%, Ca 0,0001% - остальное Al и примеси Si, Mn<0,05% каждого, Н2<0,000027% и В<0,001%, Р<0,0001% отливали в плавильно-литейном агрегате с несмачиваемой футеровкой, оснащенном электрическим миксером. Для рафинирования расплава и удаления окисных плен и примеси водорода применяли продувку смесью газов аргон +5% хлора и фильтрацию через пенокерамичесие фильтры с параметром ячейки 40 пор на дюйм, а также через стеклосетку с размером ячейки 0,6×0,6 мм. Для измельчения зеренной структуры слитка расплав в миксере модифицировали лигатурой Al-Ti-B. Полученный слиток диаметром 650 мм гомогенизировали по двухступенчатому режиму: 1-ая ступень в течение 24 ч при температуре выдержки на 175°С ниже tн.с. (tн.с.=526°C), 2-ая ступень в течение 24 ч при температуре на 55°С ниже tн.с.. Затем после обточки поверхности слиток подвергали индукционному нагреву до температуры 400-420°С и деформировали путем прессования прямым методом с коэффициентом вытяжки 12,8 для получения прямоугольного профиля толщиной 200 мм. Указанный профиль подвергали закалке по режиму: нагрев до температуры на 50°С ниже tн.с., время выдержки 120 мин, охлаждение в холодной воде (Т=28°С) и последующая правка растяжением при комнатной температуре со степенью остаточной деформации 2,2% для снятия остаточных закалочных напряжений. Старение профиля осуществляли по трехступенчатому режиму: температура 115°С, время выдержки 16 ч + 170°С, время выдержки 5 ч + 90°С, время выдержки 24 ч.2. Alloy composition: Zn 8.0%, Mg 1.5%, Cu 0.8%, Zr 0.05%, Fe 0.03%, Ti 0.01%, Ag 0.25%, Sc 0, 2%, Ca 0.0001% - the rest of Al and Si impurities, Mn <0.05% each, Н 2 <0.000027% and B <0.001%, P <0.0001% were cast in a non-wettable foundry unit lining equipped with an electric mixer. To refine the melt and remove oxide films and hydrogen impurities, a mixture of argon gases + 5% chlorine was purged and filtered through ceramic foam filters with a cell parameter of 40 pores per inch, as well as through a glass mesh with a mesh size of 0.6 × 0.6 mm. To grind the grain structure of the ingot, the melt in the mixer was modified with Al-Ti-B alloy. The resulting ingot with a diameter of 650 mm was homogenized according to a two-stage regime: the first stage for 24 hours at a holding temperature 175 ° C below t n.s. (t n.s. = 526 ° C), 2nd stage for 24 hours at a temperature of 55 ° C below t n.s. . Then, after surface turning, the ingot was subjected to induction heating to a temperature of 400–420 ° C and deformed by direct compression with a drawing coefficient of 12.8 to obtain a rectangular profile 200 mm thick. The specified profile was subjected to hardening according to the regime: heating to a temperature of 50 ° C below t n.s. , holding time 120 min, cooling in cold water (T = 28 ° C) and subsequent straightening by stretching at room temperature with a degree of permanent deformation of 2.2% to relieve residual quenching stresses. Profile aging was carried out according to a three-stage regime: temperature 115 ° С, exposure time 16 h + 170 ° С, exposure time 5 h + 90 ° С, exposure time 24 h.
В результате получали изделие в виде профиля. Изготовленный профиль имел комплекс свойств, приведенный в таблице 1. Кроме того, полученный профиль обладал повышенной технологичностью при сварке, причем прочность сварного соединения σсв.соед. составляла ≥0,7-0,8 σосн.мет. The result was a product in the form of a profile. The manufactured profile had a set of properties shown in table 1. In addition, the obtained profile had high manufacturability during welding, and the strength of the welded joint σ sv.soed. was ≥0.7-0.8 σ main met.
3. Сплав состава: Zn 6,9%, Mg 2,5%, Cu 1,2%, Zr 0,15%, Fe 0,15%, Ti 0,04%, Ca 0,01%, Si 0,06%, Mn 0,01%, В 0,003%, H2 0,00002% отливали аналогично примеру 1. Слиток гомогенизировали по одноступенчатому режиму при температуре на 130°С ниже tн.с. °C (tн.с.=577°С), выдержка 36 ч. Гомогенизированный слиток подвергали ковке по 3-ей схеме (три осадки и три протяжки) с тремя нагревами и со степенью деформации на каждом переходе 60-65% при tдеф.=360-400°С. Термическую обработку поковки осуществляли по следующему режиму: нагрев до температуры закалки на 100°С ниже tн.с., выдержка 5 ч, охлаждение в холодной воде (tв=22°С). Через 2 ч после закалки поковку подвергали холодной деформации путем обжатия со степенью остаточной деформации 3% для снижения закалочных напряжений, старение проводили по двухступенчатому режиму: 1-ая ступень 115°С, выдержка 16 ч, 2-ая ступень 175°С выдержка 5 ч.3. Alloy composition: Zn 6.9%, Mg 2.5%, Cu 1.2%, Zr 0.15%, Fe 0.15%, Ti 0.04%, Ca 0.01%, Si 0, 06%, Mn 0.01%, 0.003%, H 2 0.00002% was cast analogously to example 1. The ingot was homogenized in a single-stage mode at a temperature of 130 ° C below t n.s. ° C (t ns = 577 ° C), holding for 36 hours. The homogenized ingot was forged according to the 3rd scheme (three precipitation and three broaches) with three heatings and with a degree of deformation at each transition of 60-65% at t def. = 360-400 ° C. The heat treatment of the forgings was carried out according to the following mode: heating to a quenching temperature 100 ° C below t n.s. , holding for 5 hours, cooling in cold water (t at = 22 ° C). 2 hours after hardening, the forgings were subjected to cold deformation by crimping with a degree of residual deformation of 3% to reduce quenching stresses, aging was carried out according to a two-stage mode: first stage 115 ° C, exposure 16 hours, second stage 175 ° C exposure 5 hours .
В результате получали изделие в виде поковки. Изготовленная поковка имела комплекс свойств, приведенный в таблице 1.As a result, the product was obtained in the form of forgings. The fabricated forgings had a set of properties shown in table 1.
4. Сплав состава: Zn 7,1%, Mg 2,2%, Си 1,1%, Zr 0,12%, Fe 0,10%, Ti 0,06%, Ca 0,001%, Si 0,06%, Mn 0,01%, В 0,003%, Н2 0,00002% отливали аналогично примеру 1. Слиток сечением 300×1200 мм гомогенизировали по двухступенчатому режиму: температура 1-ой ступени на 230°С ниже tн.с. (tн.с.=577°С), выдержка 24 ч, температура 2-ой ступени на 110°С ниже tн.с., выдержка 8 ч. Гомогенизированный слиток нагревали до температуры прокатки 400°С и подвергали горячей деформации за 10 проходов.4. Alloy composition: Zn 7.1%, Mg 2.2%, Cu 1.1%, Zr 0.12%, Fe 0.10%, Ti 0.06%, Ca 0.001%, Si 0.06% , Mn 0.01%, B 0.003%, H 2 0.00002% was cast analogously to example 1. An ingot with a cross section of 300 × 1200 mm was homogenized in a two-stage mode: the temperature of the first stage was 230 ° C lower than t n.s. (t n.s. = 577 ° C), holding 24 hours, the temperature of the 2nd stage at 110 ° C below t n.s. , exposure 8 hours. The homogenized ingot was heated to a rolling temperature of 400 ° C and subjected to hot deformation in 10 passes.
В результате получали изделие в виде плиты толщиной 60 мм. Термическую обработку плиты осуществляли по следующему режиму: нагрев до температуры закалки на 105°С ниже tн.с., выдержка 5 ч, охлаждение в холодной воде (tв=30°С). Через 1 ч после закалки плиту подвергали холодной деформации путем растяжения со степенью остаточной деформации 2,5% для снижения закалочных напряжений, старение проводили по трехступенчатому режиму: 1-ая ступень - 120°С, выдержка 24 ч, 2-ая ступень - 65°С, выдержка 48 ч, 3-я ступень - 145°С, выдержка 10 ч. Изготовленная плита имела комплекс свойств, приведенный в таблице 1.As a result, the product was obtained in the form of a plate 60 mm thick. The heat treatment of the plate was carried out according to the following mode: heating to a quenching temperature of 105 ° C below t n.s. , holding for 5 hours, cooling in cold water (t in = 30 ° C). After 1 h after hardening, the plate was subjected to cold deformation by stretching with a degree of residual deformation of 2.5% to reduce quenching stresses, aging was carried out according to a three-stage mode: first stage - 120 ° C, holding 24 hours, second stage - 65 ° C, holding 48 hours, 3rd stage - 145 ° C, holding 10 hours. The plate made had a set of properties, shown in table 1.
В таблице 1 представлен комплекс свойств изделий, полученных из сплава, предложенного заявителем в сравнении со свойствами изделий из сплавов, предложенных в патентах аналога и прототипа.Table 1 presents the set of properties of products obtained from the alloy proposed by the applicant in comparison with the properties of products from alloys proposed in the patents of the analogue and prototype.
Установлено, что использование предложенного состава сплава и способа изготовления изделий из него обеспечивает получение требуемого улучшенного комплекса механических и коррозионных свойств, характеристик трещиностойкости, ресурса и технологичности.It is established that the use of the proposed alloy composition and method of manufacturing products from it provides the required improved complex of mechanical and corrosion properties, fracture toughness, resource and processability characteristics.
Требуемый комплекс свойств достигается за счет повышения чистоты металла по примесям водорода и неметаллическим включениям благодаря продувке расплава смесью газов Ar+Cl, а также усиленной его очистке через пенокерамические фильтры в сочетании с внепечным рафинированием роторным устройством. Получение высокой чистоты металла в сочетании с предлагаемым режимом гомогенизации слитков, обеспечивающим получение структуры с минимальной объемной долей частиц первичных эвтектических фаз и однородным распределением вторичных дисперсных частиц (алюминидов переходных металлов Zr, Sc, Mn и др.), улучшает характеристики трещиностойкости (К1С, СРТУ) и ресурса (МЦУ) по сравнению с прототипом. Сплав не содержит экологически вредных компонентов, таких как Be.The required set of properties is achieved by increasing the purity of the metal with respect to hydrogen impurities and non-metallic inclusions due to the blowing of the melt with a gas mixture of Ar + Cl, as well as its enhanced cleaning through ceramic foam filters in combination with out-of-furnace refining with a rotor device. Obtaining high purity of the metal in combination with the proposed ingot homogenization mode, which provides a structure with a minimum volume fraction of particles of primary eutectic phases and a uniform distribution of secondary dispersed particles (transition metal aluminides Zr, Sc, Mn, etc.), improves crack resistance characteristics (K 1C , SRTU) and resource (MCU) compared with the prototype. The alloy does not contain environmentally harmful components such as Be.
Существенные трудности при механической обработке поковок, штамповок из сплавов Al-Zn-Mg-Cu возникают из-за значительного коробления деталей ввиду высокого уровня остаточных закалочных напряжений. В предложенном изобретении этот недостаток устранен благодаря снижению остаточных закалочных напряжений более чем в 3 раза путем растяжения или сжатия изделия при комнатной температуре в свежезакаленном состоянии с остаточной деформацией 1-5%. Аналогичный эффект достигается при использовании в качестве среды для охлаждения при закалке горячей воды (температура до 80°С) или водного раствора органического полимера, что замедляет скорость охлаждения изделия при закалке и обеспечивает снижение остаточных напряжений и поводок в изделии.Significant difficulties in the mechanical processing of forgings, stampings from Al-Zn-Mg-Cu alloys arise due to significant warping of parts due to the high level of residual quenching stresses. In the proposed invention, this drawback is eliminated by reducing residual quenching stresses by more than 3 times by stretching or compressing the product at room temperature in a freshly quenched state with a residual deformation of 1-5%. A similar effect is achieved when using hot water (temperature up to 80 ° С) or an aqueous solution of an organic polymer as a cooling medium, which slows down the rate of cooling of the product during quenching and reduces the residual stresses and leash in the product.
Режим старения также обеспечивает, с одной стороны, выделение на границах зерен мелких частиц стабильной упрочняющей фазы MgZn2, с другой стороны, создает однородную структуру упрочняющих метастабильных выделений в теле зерна и в приграничной зоне. Такая структура изделия способствует существенному повышению прочностных (σв, σ0,2) и коррозионных характеристик (К1SCC - вязкость разрушения в коррозионной среде и РСК - склонность к расслаивающей коррозии), а также способствует повышению долговечности изделия при усталостных нагрузках (МЦУ).The aging regime also provides, on the one hand, the release of stable particles of a stable strengthening phase of MgZn 2 at the grain boundaries, and on the other hand, it creates a uniform structure of strengthening metastable precipitates in the grain body and in the border zone. This structure of the product contributes to a significant increase in strength (σ in , σ 0.2 ) and corrosion characteristics (K 1SCC is the fracture toughness in a corrosive environment and RSK is the tendency to delaminating corrosion), and also helps to increase the durability of the product under fatigue loads (MCU).
Изготовление изделия из сплава, содержащего микродобавки Ag и Sc, позволяет существенно повысить его технологичность при сварке, обеспечивая прочность сварного шва на уровне 0,7-0,8 от прочности основного металла, что позволяет изготавливать изделия в виде сварных конструкций, в отличие от изделия-прототипа, которое не сваривается.The manufacture of a product from an alloy containing Ag and Sc microadditives can significantly increase its manufacturability in welding, providing a weld strength of 0.7-0.8 of the strength of the base metal, which makes it possible to manufacture products in the form of welded structures, unlike the product prototype that does not weld.
Таким образом, применение предлагаемого изобретения позволяет получить изделия для силовых конструкций авиакосмической техники и транспортных средств с улучшенным комплексом механических и коррозионных свойств, характеристик трещиностойкости, ресурса и технологичности.Thus, the application of the present invention allows to obtain products for power structures of aerospace engineering and vehicles with an improved set of mechanical and corrosion properties, characteristics of crack resistance, resource and manufacturability.
Claims (10)
по крайней мере, один элемент из группы металлов
at least one metal element
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010141078/02A RU2443793C1 (en) | 2010-10-08 | 2010-10-08 | High-strength aluminium-based alloy and method for obtaining items from it |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010141078/02A RU2443793C1 (en) | 2010-10-08 | 2010-10-08 | High-strength aluminium-based alloy and method for obtaining items from it |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2443793C1 true RU2443793C1 (en) | 2012-02-27 |
Family
ID=45852317
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010141078/02A RU2443793C1 (en) | 2010-10-08 | 2010-10-08 | High-strength aluminium-based alloy and method for obtaining items from it |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2443793C1 (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104532090A (en) * | 2014-12-31 | 2015-04-22 | 中国石油天然气集团公司 | 580Mpa-level aluminum alloy pipe for drill stem and manufacturing method thereof |
| RU2639105C1 (en) * | 2016-11-24 | 2017-12-19 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Method of casting products of aluminium alloys |
| RU2716568C1 (en) * | 2019-12-24 | 2020-03-12 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Deformed welded aluminum-calcium alloy |
| RU2778466C1 (en) * | 2019-01-18 | 2022-08-19 | Алерис Роллд Продактс Джермани Гмбх | 7xxx SERIES ALUMINUM ALLOY PRODUCT |
| CN116219239A (en) * | 2023-01-04 | 2023-06-06 | 福建煜雄科技有限公司 | Anti-fatigue composite metal material and preparation method thereof |
| US11981986B2 (en) | 2019-01-18 | 2024-05-14 | Novelis Koblenz Gmbh | 7XXX-series aluminium alloy product |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3984260A (en) * | 1971-07-20 | 1976-10-05 | British Aluminum Company, Limited | Aluminium base alloys |
| EP1231290A1 (en) * | 2001-02-07 | 2002-08-14 | Pechiney Rhenalu | Method for making a high strength, wrought AlZnMgCu alloy product |
| RU2233902C1 (en) * | 2002-12-25 | 2004-08-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" | Aluminum-base high-strength alloy and article made of this alloy |
| RU2353693C2 (en) * | 2003-04-10 | 2009-04-27 | Корус Алюминиум Вальцпродукте Гмбх | ALLOY Al-Zn-Mg-Cu |
-
2010
- 2010-10-08 RU RU2010141078/02A patent/RU2443793C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3984260A (en) * | 1971-07-20 | 1976-10-05 | British Aluminum Company, Limited | Aluminium base alloys |
| EP1231290A1 (en) * | 2001-02-07 | 2002-08-14 | Pechiney Rhenalu | Method for making a high strength, wrought AlZnMgCu alloy product |
| RU2233902C1 (en) * | 2002-12-25 | 2004-08-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" | Aluminum-base high-strength alloy and article made of this alloy |
| RU2353693C2 (en) * | 2003-04-10 | 2009-04-27 | Корус Алюминиум Вальцпродукте Гмбх | ALLOY Al-Zn-Mg-Cu |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104532090A (en) * | 2014-12-31 | 2015-04-22 | 中国石油天然气集团公司 | 580Mpa-level aluminum alloy pipe for drill stem and manufacturing method thereof |
| RU2639105C1 (en) * | 2016-11-24 | 2017-12-19 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Method of casting products of aluminium alloys |
| WO2018097753A1 (en) * | 2016-11-24 | 2018-05-31 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Method for casting articles from aluminium alloys |
| US11345979B2 (en) | 2016-11-24 | 2022-05-31 | Obshchestvo S Ogranichennoy Otvetstvennost'Yu “Obedinennaya Kompaniya Rusal Inzhenerno-Tekhnologicheskiy Tsentr” | Method of casting articles from aluminum alloys |
| RU2778466C1 (en) * | 2019-01-18 | 2022-08-19 | Алерис Роллд Продактс Джермани Гмбх | 7xxx SERIES ALUMINUM ALLOY PRODUCT |
| US11981986B2 (en) | 2019-01-18 | 2024-05-14 | Novelis Koblenz Gmbh | 7XXX-series aluminium alloy product |
| RU2716568C1 (en) * | 2019-12-24 | 2020-03-12 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Deformed welded aluminum-calcium alloy |
| CN116219239A (en) * | 2023-01-04 | 2023-06-06 | 福建煜雄科技有限公司 | Anti-fatigue composite metal material and preparation method thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6458003B2 (en) | Aluminum alloy material suitable for manufacturing automobile body panel and method for producing the same | |
| RU2443797C2 (en) | Products from aluminium alloy of aa7000 series and their manufacturing method | |
| CN106350716B (en) | A kind of high intensity appearance member aluminum alloy materials and preparation method thereof | |
| KR102159857B1 (en) | Aluminum alloy products and a method of preparation | |
| EP3012338B1 (en) | High strength, high formability, and low cost aluminum lithium alloys | |
| JP5918209B2 (en) | Aluminum alloy sheet for forming | |
| CA2526809A1 (en) | High-damage tolerant aluminium alloy product in particular for aerospace applications | |
| RU2443793C1 (en) | High-strength aluminium-based alloy and method for obtaining items from it | |
| CN112996935A (en) | 7XXX series aluminum alloy products | |
| JP2010159488A (en) | Method for molding 2,000 series aluminum alloy material, and formed product molded by the same | |
| US9347558B2 (en) | Wrought and cast aluminum alloy with improved resistance to mechanical property degradation | |
| CN113737068B (en) | High-strength and high-toughness corrosion-resistant 7xxx series aluminum alloy and processing method thereof | |
| GB2500825A (en) | An Al-Mg-Si-Mn alloy and a method of producing such an alloy | |
| RU2534170C1 (en) | Aluminium based heat resistant alloy and method of obtaining from it of deformed semi-finished products | |
| CN110157959A (en) | A kind of pack alloy of high-intensity and high-tenacity and preparation method thereof | |
| RU2569275C1 (en) | Plate from high-strength aluminium alloy and method of its production | |
| KR102589799B1 (en) | High-strength aluminum-based alloys and methods for producing articles therefrom | |
| CN114480933B (en) | Ultra-high-strength aluminum alloy and preparation method and application thereof | |
| RU2327758C2 (en) | Aluminium base alloy and products made out of it | |
| JP2008062255A (en) | SUPERPLASTIC MOLDING METHOD FOR Al-Mg-Si BASED ALUMINUM ALLOY SHEET HAVING REDUCED GENERATION OF CAVITY, AND Al-Mg-Si BASED ALUMINUM ALLOY MOLDED SHEET | |
| CN105671376B (en) | High-strength and high-plasticity hypoeutectic aluminium-silicon alloy material manufactured through gravity casting and room-temperature cold rolling, and manufacturing method thereof | |
| EP3950986A1 (en) | Aluminium casting alloy | |
| RU2256720C1 (en) | Method of thermomechanical treatment of semi-finished products made from aluminum alloys | |
| RU2299264C1 (en) | Deformed aluminum alloys articles forming method | |
| RU2497971C1 (en) | MODIFYING ALLOYING BAR Al-Sc-Zr |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE Effective date: 20160303 |