RU2553781C1

RU2553781C1 - High-strength heat-treatable aluminium alloy and article made thereof

Info

Publication number: RU2553781C1
Application number: RU2014108705/02A
Authority: RU
Inventors: Виталий Иванович Савинов; Валентина Александровна Милашенко
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Военно-промышленная инвестиционная группа "ВИЛС"
Priority date: 2014-03-07
Filing date: 2014-03-07
Publication date: 2015-06-20

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: alloy contains in wt %: zinc 8-10, magnesium 2.0-3.0, copper 1.6-2.6, scandium 0.12-0.25, zirconium 0.06-0.20, beryllium 0.0001-0.005, cobalt 0.05-0.15, nickel 0.5-1.0, iron 0.45-0.95, aluminium - rest, at that ratio between zinc and magnesium is within range 3.1-4.1.

EFFECT: increased alloy strength at room temperature, and creep resistance at moderately increased temperatures.

3 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к области металлургии легких сплавов, в частности, сплавов на основе алюминия, предназначенных для изготовления прессованных или кованых полуфабрикатов для использования их в изделиях атомной или оборонной промышленности, работающих длительное время при высоких напряжениях и умеренно повышенных температурах.The invention relates to the field of metallurgy of light alloys, in particular, aluminum-based alloys intended for the manufacture of pressed or forged semi-finished products for use in products of the nuclear or defense industry, operating for a long time at high voltages and moderately elevated temperatures.

Известен сплав марки 1960, используемый в виде труб и штамповок в газовых центрифугах и имеющий следующий химический состав, мас.%:Known alloy grade 1960, used in the form of pipes and stampings in gas centrifuges and having the following chemical composition, wt.%:

ЦинкZinc 8,0-9,08.0-9.0 МагнийMagnesium 2,3-3,02.3-3.0 МедьCopper 2,0-2,62.0-2.6 ЦирконийZirconium 0,1-0,20.1-0.2 ЖелезоIron 0,05-0,30.05-0.3 КремнийSilicon 0,03-0,150.03-0.15 БериллийBeryllium 0,0001-0,0020.0001-0.002 ВодородHydrogen (0,9-3,6)×10^-5 (0.9-3.6) × 10 ^-5 АлюминийAluminum остальноеrest

При соотношении Fe/Si≥0,5.With a ratio of Fe / Si≥0.5.

Патент РФ №2164541 от 27 декабря 2000 г. (аналог).RF patent №2164541 dated December 27, 2000 (analogue).

Авторы: Фридляндер И.Н., Каблов Е.Н., Кутайцева Е.И., Исаев В.И., Молостова И.И.Authors: Fridlyander I.N., Kablov E.N., Kutaitseva E.I., Isaev V.I., Molostova I.I.

Сплав имеет высокие прочностные и коррозионные свойства, высокое сопротивление ползучести при умеренно повышенных температурах и многие годы успешно использовался в газовых центрифугах, но в целом по комплексу упомянутых свойств он уже не удовлетворяет требованиям, которые предъявляются к деталям нового поколения газовых центрифуг.The alloy has high strength and corrosion properties, high creep resistance at moderately elevated temperatures and has been successfully used in gas centrifuges for many years, but in general, by the complex of the mentioned properties, it no longer meets the requirements that apply to the details of a new generation of gas centrifuges.

Известен алюминиевый сплав Al-Zn-Mg-Cu следующего химического состава, мас.%:Known aluminum alloy Al-Zn-Mg-Cu of the following chemical composition, wt.%:

ЦинкZinc 6,6-7,46.6-7.4 МагнийMagnesium 3,2-4,03.2-4.0 МедьCopper 0,8-1,40.8-1.4 СкандийScandium 0,12-0,300.12-0.30 ЦирконийZirconium 0,06-0,200.06-0.20 ТитанTitanium 0,01-0,070.01-0.07 МолибденMolybdenum 0,01-0,070.01-0.07 НикельNickel 0,35-0,650.35-0.65 ЖелезоIron 0,35-0,650.35-0.65 КремнийSilicon 0,10-0,300.10-0.30 АлюминийAluminum остальноеrest

Патент РФ №2442037 от 27 апреля 2012 г. (прототип).RF patent No. 2442037 dated April 27, 2012 (prototype).

Авторы: Захаров В.В., Ростова Т.Д., Фисенко И.А., Кириллова Л.П.Authors: Zakharov V.V., Rostova T.D., Fisenko I.A., Kirillova L.P.

Известный сплав обладает более высокой кратковременной прочностью при комнатной и умеренно повышенных температурах, однако его сопротивление ползучести не удовлетворяет современным требованиям.The known alloy has a higher short-term strength at room and moderately elevated temperatures, however, its creep resistance does not meet modern requirements.

Задачей изобретения является создание высокопрочного конструкционного сплава на основе алюминия, обладающего высокой прочностью при комнатной и умеренно повышенных температурах (не ниже, чем у известного сплава) и одновременно имеющего повышенное сопротивление ползучести при умеренно повышенных температурах (до 60°C) и по комплексу служебных свойств превосходящего известные сплавы.The objective of the invention is to provide a high-strength structural alloy based on aluminum, which has high strength at room and moderately elevated temperatures (not lower than that of the known alloy) and at the same time has increased creep resistance at moderately elevated temperatures (up to 60 ° C) and a set of service properties superior to known alloys.

Предлагается сплав на основе алюминия следующего химического состава, мас.%:An alloy based on aluminum of the following chemical composition, wt.%:

ЦинкZinc 8-108-10 МагнийMagnesium 2,0-3,02.0-3.0 МедьCopper 1,6-2,61.6-2.6 СкандийScandium 0,12-0,250.12-0.25 ЦирконийZirconium 0,06-0,200.06-0.20 БериллийBeryllium 0,0001-0,0050.0001-0.005 КобальтCobalt 0,05-0,150.05-0.15 НикельNickel 0,5-1,00.5-1.0 ЖелезоIron 0,45-0,950.45-0.95 АлюминийAluminum остальноеrest

Отношение содержания цинка к содержанию магния должно находиться в пределах 3,1-4,1.The ratio of zinc to magnesium should be in the range of 3.1-4.1.

Предлагаемый сплав отличается от сплава прототипа тем, что он дополнительно содержит бериллий и кобальт при следующем соотношении компонентов, мас.%:The proposed alloy differs from the prototype alloy in that it additionally contains beryllium and cobalt in the following ratio of components, wt.%:

Технический результат - повышение сопротивления ползучести при умеренно повышенных температурах при сохранении высоких прочностных характеристик при комнатной температуре не ниже соответствующих показателей у известного сплава. Кроме того, предлагаемый сплав обладает значительно более высокой прокаливаемостью и более высокой технологичностью при обработке давлением и, в частности, при прессовании.The technical result is an increase in creep resistance at moderately elevated temperatures while maintaining high strength characteristics at room temperature not lower than the corresponding indices of the known alloy. In addition, the proposed alloy has a significantly higher hardenability and higher adaptability to pressure treatment and, in particular, during pressing.

Пример. Методом непрерывного литья были получены слитки диаметром 300 мм двух сплавов: известного сплава среднего химического состава и предлагаемого сплава среднего состава. Фактический химический состав сплавов представлен в таблице 1 (мас.%).Example. The method of continuous casting was obtained ingots with a diameter of 300 mm of two alloys: a known alloy of medium chemical composition and the proposed alloy of medium composition. The actual chemical composition of the alloys is presented in table 1 (wt.%).

Слитки гомогенизировали по режиму 450°C, 24 ч и затем механической обработкой получали заготовки ⌀275×250 мм, которые прессовали на трубы ⌀134,5×3,0 мм. Трубы закаливали в воде с температуры 470°C и искусственно старили.The ingots were homogenized at 450 ° C for 24 h, and then, machining ⌀275 × 250 mm, which was pressed onto pipes ⌀134.5 × 3.0 mm, was obtained by machining. The pipes were quenched in water at a temperature of 470 ° C and artificially aged.

В процессе прессования было выявлено, что предлагаемый сплав характеризуется более высокой технологичностью при прессовании. Так, скорость истечения металла при прессовании известного сплава составила 0,2 м/мин, а предлагаемого сплава 0,3 м/мин. При этом усилие прессования было на 20-25% меньше.In the process of pressing it was revealed that the proposed alloy is characterized by higher adaptability to pressing. So, the flow rate of the metal during pressing of the known alloy was 0.2 m / min, and the proposed alloy 0.3 m / min. In this case, the pressing force was 20-25% less.

Кроме того, было отмечено, что предлагаемый сплав обладает более высокой устойчивостью твердого раствора основных легирующих компонентов в алюминии, чем известный сплав. Так, с повышением температуры закалочной воды от 25°C до 80°C, темп снижения прочностных характеристик у известного сплава значительно больший, чем у предлагаемого.In addition, it was noted that the proposed alloy has a higher stability of the solid solution of the main alloying components in aluminum than the known alloy. So, with increasing temperature of quenching water from 25 ° C to 80 ° C, the rate of decrease in strength characteristics of the known alloy is much higher than that of the proposed one.

Были проведены испытания на растяжение закаленных и искусственно состаренных образцов, взятых из трубы в продольном направлении: с определением σ_в, σ₀₂, δ при комнатной и повышенных температурах. После закалки трубы из известного и предлагаемого сплавов имели нерекристаллизованную структуру.Tensile tests were carried out of quenched and artificially aged samples taken from the pipe in the longitudinal direction: with determination of σ _in , σ ₀₂ , δ at room and elevated temperatures. After quenching, pipes from the known and proposed alloys had an unrecrystallized structure.

В таблице 2 представлены результаты испытания на растяжение образцов труб, взятых в продольном направлении, при комнатной температуре.Table 2 presents the results of a tensile test of pipe samples taken in the longitudinal direction at room temperature.

Предлагаемый сплав заметно превосходит по прочностным показателям известный сплав, уступая ему в пластичности и сохраняя вместе с тем большой запас пластичности (требования нормативной документации δ≥3%).The proposed alloy noticeably surpasses the known alloy in strength indicators, yielding to it in ductility and at the same time retaining a large margin of ductility (requirements of normative documentation δ≥3%).

Преимущество предлагаемого сплава сохраняется при испытании на растяжение при умеренно повышенных температурах (таблица 3).The advantage of the proposed alloy is preserved during tensile testing at moderately elevated temperatures (table 3).

Образцы, взятые из труб в продольном направлении, были подвергнуты испытаниям на ползучесть при постоянно действующем растягивающем напряжении 50 кгс/мм² при температуре 60°C. Скорость ползучести определяли на установившейся стадии на прямолинейном участке кривой ползучести на временном участке 500-1800 часов. Средняя скорость ползучести из 10 результатов испытаний составила для известного сплава 1,97×10^-4%/час, а для предлагаемого сплава 0,65×10^-4%/час.Samples taken from the pipes in the longitudinal direction were subjected to creep tests at a constant tensile stress of 50 kgf / mm ² at a temperature of 60 ° C. The creep rate was determined at a steady state in a straight section of the creep curve in the time section of 500-1800 hours. The average creep rate of 10 test results for the known alloy is 1.97 × 10 ^-4 % / hour, and for the proposed alloy of 0.65 × 10 ^-4 % / hour.

Таким образом, предлагаемый сплав имеет явные преимущества по сопротивлению ползучести при температуре 60°C и по прочностным характеристикам по сравнению с известным сплавом.Thus, the proposed alloy has clear advantages in creep resistance at a temperature of 60 ° C and in strength characteristics in comparison with the known alloy.

Claims

An aluminum-based alloy containing zinc, magnesium, copper, scandium, zirconium, nickel and iron, characterized in that it additionally contains beryllium and cobalt in the following ratio, wt.%:
zinc 8-10 magnesium 2.0-3.0 copper 1.6-2.6 scandium 0.12-0.25 zirconium 0.06-0.20 beryllium 0.0001-0.005 cobalt 0.05-0.15 nickel 0.5-1.0 iron 0.45-0.95 aluminum rest

when the ratio of zinc to magnesium is in the range of 3.1-4.1.