RU2468106C1 - Сплав на основе алюминия - Google Patents
Сплав на основе алюминия Download PDFInfo
- Publication number
- RU2468106C1 RU2468106C1 RU2011121909/02A RU2011121909A RU2468106C1 RU 2468106 C1 RU2468106 C1 RU 2468106C1 RU 2011121909/02 A RU2011121909/02 A RU 2011121909/02A RU 2011121909 A RU2011121909 A RU 2011121909A RU 2468106 C1 RU2468106 C1 RU 2468106C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- alloy
- zirconium
- aluminum
- lithium
- scandium
- Prior art date
Links
Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым сплавам на основе алюминия, используемым в качестве конструкционного материала в авиационной промышленности. Сплав на основе алюминия содержит, мас.%: литий 1,7-1,9, магний 4,0-4,4, скандий 0,14-0,16, цирконий 0,09-1,1, при соотношении скандий/цирконий=1,4-1,6, алюминий - остальное. Предложенный состав сплава обеспечивает достижение низкой плотности в сочетании с высокой прочностью и пластичностью, что позволяет достигать степени удлинения свыше 1000% при повышенных температурах и изготавливать детали сложной формы в режиме сверхпластической формовки. 1 табл., 1 пр.
Description
Изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым сплавам на основе алюминия, используемым в качестве конструкционного материала в авиационной и космической промышленности.
Алюминиевые сплавы системы Al-Li-Mg характеризуются пониженной плотностью и относительно высокой прочностью, что позволяет создавать аэрокосмическую технику с меньшей массой, а это дает возможность экономии горючего, увеличения грузоподъемности и улучшения других характеристик летательных аппаратов. Однако их широкому использованию в авиакосмическом строении препятствует ряд нерешенных проблем, к которым относятся низкая термическая стабильность, ограниченная технологическая пластичность и невысокие служебные свойства в крупнозернистом состоянии. Это затрудняет производство из них целого ряда деталей планера самолета требуемого качества. Повышение технологической пластичности позволит как прокатывать тонкие листы из этих материалов, так и изготавливать из этих листов сложные по конфигурации детали методом пневмоформовки в состоянии сверхпластичности (СП).
Известен сплав АА01420, предназначенный для изготовления деталей самолетов - преимущественно для малонагруженных деталей и содержащий, мас.%: 4,0-7,0 магний, 1,5-2,6 литий, 0,2-1,0 марганец, 0,05-0,3 цирконий, алюминий - остальное [1]. Удельный модуль (упругости) этого сплава лучше, чем у серийных сплавов, но его удельные прочности только сравнимы с широко используемой 2000 серией алюминиевых сплавов (например, сплав 2124), так что экономия веса может быть обеспечена только за счет применения критической жесткости [2].
Недостатком этого сплава являются низкие показатели сверхпластической деформации. Кроме того, недостаточная удельная прочность ограничивает возможность использовать этот сплав для конструкций летательных аппаратов, для которых прочностные характеристики являются основными.
Известен сплав с химическим составом, мас.%: 2,1-2,9 литий, 3,0-5,5 магний, 0,2-0,7 медь, алюминий - остальное, предназначенный для высоконагруженных деталей самолета и для деталей, работающих в условиях криогенных температур. Сплав обладает средним уровнем прочностных свойств, а недостатком его является низкая пластичность в термоупрочненном состоянии (относительное удлинение 3,1-5,1%) и невысокая коррозионная стойкость [3].
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является сплав на основе алюминия, предназначенный для силовых авиационных конструкций, в том числе сварных деталей крыла и фюзеляжа. Он применяется для изготовления деталей сложной формы в режиме сверхпластической формовки и содержит, мас.%: 1,9-2,3 лития, 4,5-6,0 магния, 0,025-0,1 скандия, 0,09-0,15 циркония, алюминий - остальное [4].
Недостатки этого сплава заключаются в следующем:
- низкий уровень как прочности, так и пластичности;
- высокое содержание Mg приводит к тому, что при нагреве под закалку до 450°С в сплаве с высоким содержанием магния не удается полностью растворить S1-фазу. Соответственно, чтобы не допустить присутствия существенной объемной доли S1-фазы после закалки, что приводит к частичному растворению упрочняющей δ'-фазы, при старении проводят нагрев под закалку до температур 490°С. Такая высокая температура закалки приводит к образованию поверхностного слоя, обедненного литием, что отрицательно сказывается на надежности конструкций из этого материала.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка сплава системы Al-Li-Mg, обладающего низкой плотностью и сочетающего в себе комбинацию высокой прочности и пластичности.
Для решения поставленной задачи предлагается сплав на основе алюминия, содержащий литий, магний, скандий, цирконий, причем он содержит следующее соотношение компонентов, мас.%: литий 1,7-1,9, магний 4,0-4,4, скандий 0,14-0,16, цирконий 0,09-0,1, при соотношении скандий/цирконий=1,4-1,6, необходимое для когерентности границ частиц Аl3(Sc, Zr) с матрицей, алюминий - остальное.
Предложенный сплав отличается от прототипа тем, что содержит следующее соотношение компонентов, мас.%:
литий | 1,7-1,9 |
магний | 4,0-4,4 |
скандий | 0,14-0,16 |
цирконий | 0,09-0,1 |
алюминий | остальное |
при этом соотношение скандий/цирконий = 1,4-1,6.
Предлагаемый химический состав сплава обеспечивает достижение низкой плотности и сочетание комбинации высокой прочности и пластичности, высоких удлинений (свыше 1000%), что позволит изготавливать детали сложной формы в режиме сверхпластической формовки.
В составе сплава компоненты проявляют себя следующим образом.
Каждый процент литья снижает удельный вес алюминиевых сплавов на 3%, повышает модуль упругости на 6% и обеспечивает в сплавах значительный эффект упрочнения после закалки и искусственного старения. Литий растворяется в алюминии в значительных количествах (5,2% макс.). Добавка магния и лития позволяет получить материал с пониженным удельным весом и повышенным модулем упругости также приводит к образованию тройной фазы Al2LiMg, вызывающей твердорастворное упрочнение сплава. Цирконий является антирекристаллизатором и модификатором, измельчающим зерно. Добавки циркония незначительно влияют на механические свойства и коррозионную стойкость, а также приводят к измельчению зерна и повышению температуры рекристаллизации сплава. Небольшая добавка скандия повышает прочностные характеристики сплава. Но уже при этом количестве он может создавать с алюминием метастабильную фазу Al2Zr со структурой L12, β'-фаза. Скандий является самым сильным модификатором зеренной структуры сплава. Алюминиевые сплавы, легированные одновременно скандием и цирконием, обладают хорошей комбинацией прочности и пластичности, поскольку в них формируются наночастицы фазы Аl3(Zr,Sc) с когерентными границами.
Пример осуществления
Выплавку сплава проводят в тигельных печах под флюсом.
Сплав подвергается упрочняющей термической обработке. Отливки помещают в печь, нагретую до температуры 450°С в печи с выдержкой 2 часа, затем закаливают в масло. После чего проводят искусственное старение при температуре 120°C с выдержкой в течение 5 часов и охлаждением с печью.
Сплавы системы Al-Li-Mg являются термообрабатываемыми алюминиевыми сплавами. Особенности термической обработки алюминий-литиевых сплавов связаны с наличием основной упрочняющей фазы δ' (Al3Li) с упорядоченным строением и обусловлены морфологией распада твердого раствора, природой выделяющих фаз и соотношением их объемной доли. Количество фазовых составляющих в зависимости от вида и режима термообработки в алюминий-литий-магниевых сплавах изменяется в широких пределах. Основные фазы, которые могут выделяться на границах зерен и в матрице в сплавах системы Al-Li-Mg в процессе термообработки - S1 (Al2LiMg), δ' (Аl3Li), Al3(Sc,Zr). Количество δ'-фазы в различных промышленных алюминий-литиевых сплавах может изменяться от 2 до 9% в зависимости от режима старения.
Высокая прочность достигается в том случае, если по объему зерен гомогенно выделяется δ'-фаза с когерентными границами. Причем весь Li должен быть переведен в твердый раствор при нагреве под закалку до предплавильной температуры.
Распад твердого раствора сплава системы Al-Li-Mg происходит с образованием (наряду с δ'-фазой) выделений двух типов: 1 - тонких пластинчатых фаз на границах зерен; 2 - компактных частиц, которые по мере развития старения прежде всего образуются на границах зерен и на межфазных границах нерастворенных частиц. Согласно диаграмме состояния этими частицами, очевидно, является стабильная S1-фаза. Образование и рост тонких и компактных частиц S1-фазы приводят к обеднению прилегающих участков матрицы магнием и литием с растворением метостабильной δ'-фазы. Это обуславливает появление обедненных литием зон, свободных от выделения δ'-фазы около границ зерен и у частиц S1-фазы в зерне. По мере достижения равновесного состояния, например при 200-250°С, δ'-фаза полностью растворяется.
Полученный сплав подвергли испытаниям с определением временного сопротивления (σB), относительного удлинения (δ) при комнатной температуре. Результаты испытаний полученного и известных сплавов приведены в таблице. Сравнительный состав сплавов приведен в таблице.
Таблица 1 | ||||
Компоненты | Содержание в составе, мас.% | |||
Изобретение | [3] | [1] | [2] | |
Литий | 1,7-1,9 | 1,9-2,3 | 1,5-2,6 | 2,1-2,9 |
Магний | 4,0-4,4 | 4,5-6,0 | 4,0-7,0 | 3,0-5,5 |
Скандий | 0,14-0,16 | 0,025-0,1 | - | - |
Цирконий | 0,09-0,1 | 0,09-0,15 | 0,05-0,3 | - |
- | - | Mn 0,2-1,0 | Сu 0,2-0,7 | |
Алюминий | Остальное | Остальное | Остальное | Остальное |
Предел прочности при растяжении, МПа | 540 | 440 | 450-500 | 506-541 |
Удлинение относительное после разрыва | 15 | 9 | 6 | 3,1-5,1 |
Данные таблицы показывают, что предлагаемый сплав имеет по сравнению с прототипом [3] повышение прочностных характеристик на 100 МПа и увеличение пластичности на 6% при комнатной температуре. В сравнении с аналогами [1, 2] прочностные характеристики изменяются незначительно, однако пластичность гораздо выше. Кроме того, у аналогов в заданном интервале проявляется нестабильность механических свойств по сравнению с предлагаемым сплавом, где механические свойства в заданном интервале не изменяются и составляют 540 МПа и 15%.
В предложенном сплаве занижено содержание лития и магния, что приводит к гомогенному выделению δ'-фазы в матрице и достаточному количеству образования S1-фазы, которое не приводит к растворению метостабильной δ'-фазы.
Таким образом, термически упрочняемые полуфабрикаты и изделия из предлагаемого сплава обладают уникальным сочетанием прочности и пластичности при комнатной температуре.
Предлагаемый химический состав сплава обеспечивает сохранение низкой плотности и достижение сочетания высокой прочности и пластичности, соответственно это позволит достигать высоких удлинений при повышенных температурах (свыше 1000%), что позволит изготавливать детали методом пневмоформовки в состоянии сверхпластичности для авиационной и космической промышленности.
Источники информации
1. Патент СВ №1172736, опубл. 03.12.1969.
2. Алиева С.Г. Промышленные алюминиевые сплавы: Справ. Изд. / С.Г.Алиева, М.Б.Альтман, С.М.Амбарцумян и др. - М.: Металлургия, 1984. - 528 с.
3. Патент US №4584173, публ. 22.04.1986.
4. Авиационные материалы: Справочник в 12-ти томах. - 7-е изд., перераб. и доп./ Под общ. ред. Е.Н.Каблова. - М.: ВИАМ, 2009. - 170 с.
Claims (1)
- Сплав на основе алюминия, содержащий литий, магний, скандий, цирконий, отличающийся тем, что он содержит следующее соотношение компонентов, мас.%: литий 1,7-1,9, магний 4,0-4,4, скандий 0,14-0,16, цирконий 0,09-1,1, при соотношении скандий/цирконий=1,4-1,6, алюминий - остальное.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011121909/02A RU2468106C1 (ru) | 2011-05-31 | 2011-05-31 | Сплав на основе алюминия |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011121909/02A RU2468106C1 (ru) | 2011-05-31 | 2011-05-31 | Сплав на основе алюминия |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2468106C1 true RU2468106C1 (ru) | 2012-11-27 |
Family
ID=49254892
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011121909/02A RU2468106C1 (ru) | 2011-05-31 | 2011-05-31 | Сплав на основе алюминия |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2468106C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4661172A (en) * | 1984-02-29 | 1987-04-28 | Allied Corporation | Low density aluminum alloys and method |
US5055457A (en) * | 1987-08-01 | 1991-10-08 | Hoechst Aktiengesellschaft | Pharmaceutical combinations product and the preparation and use thereof |
RU2123538C1 (ru) * | 1998-04-20 | 1998-12-20 | Некоммерческое партнерство "Полимерная электроника" | Сплав на основе алюминия для электродов фотоприемных и светоизлучающих устройств |
RU2133295C1 (ru) * | 1998-03-05 | 1999-07-20 | Государственное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" | Сплав на основе алюминия и способ его термической обработки |
US7879162B2 (en) * | 2008-04-18 | 2011-02-01 | United Technologies Corporation | High strength aluminum alloys with L12 precipitates |
-
2011
- 2011-05-31 RU RU2011121909/02A patent/RU2468106C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4661172A (en) * | 1984-02-29 | 1987-04-28 | Allied Corporation | Low density aluminum alloys and method |
US5055457A (en) * | 1987-08-01 | 1991-10-08 | Hoechst Aktiengesellschaft | Pharmaceutical combinations product and the preparation and use thereof |
RU2133295C1 (ru) * | 1998-03-05 | 1999-07-20 | Государственное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" | Сплав на основе алюминия и способ его термической обработки |
RU2123538C1 (ru) * | 1998-04-20 | 1998-12-20 | Некоммерческое партнерство "Полимерная электроника" | Сплав на основе алюминия для электродов фотоприемных и светоизлучающих устройств |
US7879162B2 (en) * | 2008-04-18 | 2011-02-01 | United Technologies Corporation | High strength aluminum alloys with L12 precipitates |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Wang et al. | Recent developments in high-pressure die-cast magnesium alloys for automotive and future applications | |
US7048812B2 (en) | Creep resistant magnesium alloy | |
Seth et al. | Structure and mechanical behavior of in situ developed Mg 2 Si phase in magnesium and aluminum alloys–a review | |
JP6376665B2 (ja) | アルミニウム合金 | |
CN105441737A (zh) | 高强、高耐腐蚀铸造铝合金及其重力铸造制备方法 | |
Katgerman et al. | Hardening, annealing, and aging | |
CN104561688A (zh) | 一种耐热铸造铝合金及其重力铸造方法 | |
JP2018204099A (ja) | 銅、リチウム、及び少なくとも1種のアルカリ土類金属又は希土類金属の添加物を含むアルミニウム合金、及びその製造方法 | |
ES2393706T3 (es) | Producto modelado en forma de chapa laminada y elemento de estructura para aeronave de aleación Al-Zn-Cu-Mg | |
US10023943B2 (en) | Casting aluminum alloy and casting produced using the same | |
Ma et al. | Effect of Sc addition on microstructure and mechanical properties of 1460 alloy | |
Govindaraju et al. | Evaluation of mechanical properties of as-cast Al–Zn–Ce alloy | |
CN101857934B (zh) | 一种耐热镁合金及其制备方法 | |
AU759402B2 (en) | Aluminium based alloy and method for subjecting it to heat treatment | |
US10202672B2 (en) | Magnesium casting alloy and method of manufacturing same | |
Boby et al. | Effect of antimony and yttrium addition on the high temperature properties of AZ91 magnesium alloy | |
Wang | Physical metallurgy of aluminum alloys | |
RU2478132C1 (ru) | Высокопрочный сплав на основе алюминия с добавкой кальция | |
Emmanuel et al. | Aluminium alloys as advanced materials: a short communication | |
Kubásek et al. | Structural characteristics and elevated temperature mechanical properties of AJ62 Mg alloy | |
Mohammadi et al. | Influence of Heat Treatment on the AA6061 and AA6063 Aluminum Alloys Behavior at Elevated Deformation Temperature. | |
CN103225028A (zh) | 一种Al-Er-Zr-Si耐热铝合金及其热处理工艺 | |
RU2468106C1 (ru) | Сплав на основе алюминия | |
RU2484168C1 (ru) | Высокопрочный экономнолегированный сплав на основе алюминия | |
JP5590413B2 (ja) | 高熱伝導性マグネシウム合金 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140601 |