RU2560481C1 - Al-Cu-Li-INTERMETALLIDE-BASED ALLOY AND ARTICLES MADE THEREOF - Google Patents
Al-Cu-Li-INTERMETALLIDE-BASED ALLOY AND ARTICLES MADE THEREOF Download PDFInfo
- Publication number
- RU2560481C1 RU2560481C1 RU2014126625/02A RU2014126625A RU2560481C1 RU 2560481 C1 RU2560481 C1 RU 2560481C1 RU 2014126625/02 A RU2014126625/02 A RU 2014126625/02A RU 2014126625 A RU2014126625 A RU 2014126625A RU 2560481 C1 RU2560481 C1 RU 2560481C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- alloy
- group
- lithium
- magnesium
- copper
- Prior art date
Links
Landscapes
- Metal Rolling (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокоресурсным деформируемым термически упрочняемым свариваемым сплавам пониженной плотности системы Al - Cu -Li, с повышенной вязкостью разрушения, предназначенным для применения в качестве конструкционных материалов в авиакосмической технике. Из этого сплава изготавливаются такие изделия, как: обшивки фюзеляжа и крыла, как в сжатой, так и в растянутой зоне самолетных конструкций и различные элементы силового набора, работающих при температуре от +175°C до -70°C, сварные топливные баки для работы при температуре от +20°C до -253°C.The invention relates to the field of metallurgy, in particular to high-resource deformable thermally hardenable weldable alloys of reduced density of the Al — Cu — Li system with increased fracture toughness intended for use as structural materials in aerospace engineering. Such alloys are made from this alloy as: fuselage and wing cladding, both in the compressed and in the stretched zone of aircraft structures and various elements of the power set, operating at temperatures from + 175 ° C to -70 ° C, welded fuel tanks for operation at temperatures from + 20 ° C to -253 ° C.
Известен сплав системы Al - Cu - Li (см. патент РФ №2163940. опубл. 10.03.2001) следующего состава (мас.%): медь 2,5-3,5; литий 1,5-1,95; цирконий 0,05-0,15; скандий 0,01-0,15; кальций 0,001-0,05; хром 0,01-0,3; водород 1,5·10-5-5,0·10-5; по крайней мере один элемент из группы, содержащей: магний 0,01-0,6; титан 0,005-0,009; бор 0,0002-0,007; марганец 0,005-0,6; ванадий 0,01-0,15; церий 0,005-0,2; железо 0,01-0,5 и по крайней мере один элемент из группы, содержащей: цинк 0,01-0,8; олово 0,005-0,1; никель 0,005-0,15; бериллий 0,0001-0,2; натрий 0,0003-0,001; остальное алюминий. Однако листы из этого сплава характеризуются пониженной вязкостью разрушения (
Известен также сплав системы Al - Cu - Li (см. патент FR 2894985. опубл. 22.06.2007) следующего состава (мас.%): медь 2,1-2,8; литий 1,1-1,7; серебро 0,1-0,8; магний 0,2-0,6; марганец 0,2-0,6; железо и кремний не более 0,1; остальное алюминий. Этот сплав характеризуется достаточно высокой вязкостью разрушения до 68-73 МПа√м (на образцах шириной 100 мм). Однако этот сплав имеет пониженные характеристики прочности (σв не более 440 МПа) и технологической пластичности при прокатке листов, что обеспечивает изготовление листов толщиной не менее 3-5 мм. Поэтому сплав может иметь ограниченное применение в обшивке фюзеляжа самолета.Also known alloy system Al - Cu - Li (see patent FR 2894985. publ. 22.06.2007) of the following composition (wt.%): Copper 2,1-2,8; lithium 1.1-1.7; silver 0.1-0.8; magnesium 0.2-0.6; manganese 0.2-0.6; iron and silicon not more than 0.1; the rest is aluminum. This alloy is characterized by a fairly high fracture toughness of up to 68-73 MPa√m (on samples 100 mm wide). However, this alloy has reduced strength characteristics (σ in not more than 440 MPa) and technological plasticity during rolling of sheets, which ensures the manufacture of sheets with a thickness of at least 3-5 mm. Therefore, the alloy may have limited application in the fuselage skin of an aircraft.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является сплав системы Al - Cu - Li (см. патент FR 2889542. опубл. 09.02.2007) с высокой вязкостью разрушения для панелей фюзеляжа самолета следующего химического состава при выполнении соотношения Cu+5/3Li<5,2 (% по массе): медь 2,7-3,4; литий 0,8-1,4; магний 0,2-0,6; серебро 0,1-0,8, по крайней мере один элемент из группы, содержащей цирконий 0,05-0,13; титан 0,05-0,15; марганец 0,05-0,8; гафний 0,05-0,5; хром или скандий 0,05-0,3; алюминий остальное. Сплав обладает повышенными прочностными свойствами и характеристиками вязкости разрушения. Однако листы из этого сплава изготавливаются толщиной только более 3,2 мм, что ограничивает области применения в обшивке самолетов и вертолетов. Кроме того, высокая температура и длительность нагрева перед горячей прокаткой (520°C, 20 ч) приводит к сильному окислению поверхности заготовок и понижению качества поверхности листов. Защита от окисления потребует применение плакировки, что снизит усталостные характеристики.The closest in technical essence and the achieved effect is an alloy of the Al - Cu - Li system (see patent FR 2889542. publ. 09.02.2007) with high fracture toughness for the fuselage panels of an aircraft of the following chemical composition when the ratio Cu + 5 / 3Li <5 , 2 (% by weight): copper 2.7-3.4; lithium 0.8-1.4; magnesium 0.2-0.6; silver 0.1-0.8, at least one element from the group containing zirconium 0.05-0.13; titanium 0.05-0.15; manganese 0.05-0.8; hafnium 0.05-0.5; chrome or scandium 0.05-0.3; aluminum rest. The alloy has increased strength properties and fracture toughness characteristics. However, sheets of this alloy are made with a thickness of only more than 3.2 mm, which limits the scope of application in the casing of aircraft and helicopters. In addition, the high temperature and duration of heating before hot rolling (520 ° C, 20 h) leads to a strong oxidation of the surface of the workpieces and a decrease in the surface quality of the sheets. Protection against oxidation will require the use of plating, which will reduce fatigue performance.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание сплава с повышенными характеристиками вязкости разрушения (
Для достижения поставленного технического результата сплав на основе системы Al - Cu - Li, содержащий медь, литий, магний, серебро, дополнительно содержит цинк, цирконий, по крайней мере один элемент из группы, содержащей кальций, титан, марганец, хром, ванадий, церий, железо, кремний, и по крайней мере один элемент из группы, содержащей скандий, никель, бериллий олово, при следующем соотношении компонентов в мас.%: медь 2,5-3,3; литий 0,6-1,6; магний 0,25-1,2; серебро 0,2-0,6; цирконий 0,05-0,13; цинк 0,01-0,8; по крайней мере один элемента из группы, содержащей: кальций 0,001-0,05; титан 0,005-0,15; марганец 0,005-0,5; хром 0,01-0,2; ванадий 0,01-0,2; церий 0,005-0,1; железо 0,01-0,05; кремний 0,01-0,12 и по крайней мере один элемента из группы, содержащей: скандий 0,01-0,11; никель 0,005-0,1; бериллий 0,00001-0,001; олово 0,0001-0,05; алюминий остальное.To achieve the technical result, an alloy based on the Al - Cu - Li system containing copper, lithium, magnesium, silver additionally contains zinc, zirconium, at least one element from the group consisting of calcium, titanium, manganese, chromium, vanadium, cerium , iron, silicon, and at least one element from the group consisting of scandium, nickel, beryllium tin, in the following ratio of components in wt.%: copper 2.5-3.3; lithium 0.6-1.6; magnesium 0.25-1.2; silver 0.2-0.6; zirconium 0.05-0.13; zinc 0.01-0.8; at least one element from the group consisting of: calcium 0.001-0.05; titanium 0.005-0.15; manganese 0.005-0.5; chromium 0.01-0.2; vanadium 0.01-0.2; cerium 0.005-0.1; iron 0.01-0.05; silicon 0.01-0.11 and at least one element from the group consisting of: scandium 0.01-0.11; nickel 0.005-0.1; beryllium 0.00001-0.001; tin 0.0001-0.05; aluminum rest.
В предлагаемом изобретении заявлено также изделие из сплава на основе системы Al-Cu-Li, выполнено из сплава с вышеуказанным химическим составом.The invention also claims an alloy product based on the Al-Cu-Li system, made of an alloy with the above chemical composition.
В сплаве с указанным составом создано такое соотношение концентраций меди, лития и магния, которое обеспечивает его относительно низкую плотность и создание эффективных упрочняющих фаз. Суммарное содержание этих элементов в сплаве остается ниже предела растворимости, что позволяет избежать снижения уровня вязкости разрушения.In the alloy with the specified composition, such a concentration ratio of copper, lithium and magnesium is created that provides its relatively low density and the creation of effective hardening phases. The total content of these elements in the alloy remains below the solubility limit, which avoids a decrease in the level of fracture toughness.
Положительное влияние на прочностные свойства достигается также за счет введения в сплав дополнительных легирующих элементов Zr, Sc, Mn, Cr, влияющих на степень рекристаллизации, величину зерна и технологические свойства при производстве полуфабрикатов. Введение этих элементов способствует формированию однородной мелкозернистой структуры в полуфабрикатах, повышению характеристик вязкости разрушения и улучшению свариваемости всеми видами сварки.A positive effect on the strength properties is also achieved by introducing additional alloying elements Zr, Sc, Mn, Cr into the alloy, which affect the degree of recrystallization, grain size and technological properties in the production of semi-finished products. The introduction of these elements contributes to the formation of a homogeneous fine-grained structure in semi-finished products, increasing the fracture toughness characteristics and improving weldability by all types of welding.
Введение серебра способствует созданию дополнительных упрочняющих фаз с медью и интенсифицирует упрочняющий распад пересыщенного твердого раствора при искусственном старении, обеспечивая повышение прочностных характеристик.The introduction of silver contributes to the creation of additional hardening phases with copper and intensifies the hardening decomposition of a supersaturated solid solution during artificial aging, providing an increase in strength characteristics.
Добавка олова в сплавы, содержащие медь, значительно влияет на эффект упрочнения при старении за счет подавления образования зон ГП (Гинье-Престона) и ускорения образования метастабильных фаз.The addition of tin to alloys containing copper significantly affects the effect of hardening during aging by suppressing the formation of GP zones (Guinier-Preston) and accelerating the formation of metastable phases.
Введение в сплав кальция снижает поверхностное натяжение, способствуя образованию более округлой формы выделившихся избыточных интерметаллидов, что повышает технологическую пластичность при холодной прокатке.The introduction of calcium into the alloy reduces surface tension, contributing to the formation of a more rounded shape of the released excess intermetallic compounds, which increases the process ductility during cold rolling.
Бериллий при плавке, отливке слитков, при сварке и термической обработке защищает сплав от нежелательного окисления.Beryllium during melting, casting of ingots, during welding and heat treatment protects the alloy from undesirable oxidation.
Титан, ванадий, железо, никель и церий способствуют повышению температуры рекристаллизации и формированию субзеренной структуры и дополнительному упрочнению сплава.Titanium, vanadium, iron, nickel and cerium contribute to an increase in the temperature of recrystallization and the formation of a subgrain structure and additional hardening of the alloy.
Примеры осуществления:Examples of implementation:
Сплавы, химический состав которых приведен в Таб.1, (состав сплава №1 соответствует прототипу, остальные сплавы №2-10 являются предлагаемыми) приготовлены в электрических печах сопротивления с использованием шамотно-графитового тигля. После полного растворения алюминия вводилась лигатура Al-Zr, чистая Cu, затем поочередно добавлялись алюминиевые лигатуры с выбранными элементами: Sc, Mn, Be, Ni, Ti, V, Fe, Si, Cr, Ce, далее вводились чистые легкоплавкие элементы Zn, Mg, Ca, Sn, Li, Ag. Из полученных сплавов отлиты слитки диаметром 70 мм. После гомогенизации слитков была изготовлена прессованная полоса сечением 12×60 мм. Далее из прессованных заготовок получали горячей прокаткой листы толщиной 4,0 мм, затем после предварительного отжига проводили холодную прокатку листов до толщины 1,5 мм. Листы подвергали закалке с охлаждением в воде, правке растяжением и искусственному старению.Alloys, the chemical composition of which is given in Table 1, (alloy composition No. 1 corresponds to the prototype, the remaining alloys No. 2-10 are proposed) are prepared in electric resistance furnaces using chamotte-graphite crucible. After complete dissolution of the aluminum, Al-Zr alloy, pure Cu was introduced, then aluminum alloys were added alternately with selected elements: Sc, Mn, Be, Ni, Ti, V, Fe, Si, Cr, Ce, then pure low-melting elements Zn, Mg were introduced , Ca, Sn, Li, Ag. Ingots with a diameter of 70 mm were cast from the obtained alloys. After the homogenization of the ingots, a pressed strip with a cross section of 12 × 60 mm was made. Then, 4.0 mm thick sheets were obtained from the pressed blanks by hot rolling, then, after preliminary annealing, sheets were cold rolled to a thickness of 1.5 mm. The sheets were quenched with cooling in water, straightening by stretching and artificial aging.
Образцы из полученных листов испытывали при статическом растяжении с определением предела прочности, предела текучести, относительного удлинения, определяли характеристики вязкости разрушения (
Из Таб. 2 видно, что предлагаемый состав нового сплава превосходит известный сплав (прототип) по характеристикам вязкости разрушения (
Свойства сварных соединений предложенного сплава после проведения автоматической аргоно-дуговой сварки приближаются к свойствам основного металла, при этом характеристика свариваемости
Таким образом, предлагаемый сплав обеспечивает достижение поставленной цели - повышение характеристик пластичности и вязкости разрушения, и повышения технологической пластичности при холодной деформации, по сравнению с известными сплавами.Thus, the proposed alloy ensures the achievement of the goal - increasing the characteristics of ductility and fracture toughness, and improving technological ductility during cold deformation, in comparison with the known alloys.
Новый сплав, сочетающий повышенные рабочие характеристики и пониженную плотность, позволяет изготавливать необходимую номенклатуру изделий на существующем промышленном оборудовании. Изделия из нового сплава (сварные топливные баки, различные элементы силового набора и обшивки фюзеляжа и крыла, как в сжатой, так и в растянутой зоне самолетных конструкций) будут обладать пониженной массой на 15-35%, повышенными надежностью и ресурсом эксплуатации, и расширенным диапазоном рабочих температур.The new alloy, combining increased performance and lower density, allows you to produce the necessary product range on existing industrial equipment. Products from the new alloy (welded fuel tanks, various elements of the power set and cladding of the fuselage and wing, both in the compressed and in the stretched zone of aircraft structures) will have a reduced weight of 15-35%, increased reliability and service life, and an extended range operating temperatures.
Claims (2)
по крайней мере один элемент из группы, содержащей:
и по крайней мере один элемент из группы, содержащей:
at least one element from the group consisting of:
and at least one element from the group consisting of:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014126625/02A RU2560481C1 (en) | 2014-07-01 | 2014-07-01 | Al-Cu-Li-INTERMETALLIDE-BASED ALLOY AND ARTICLES MADE THEREOF |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014126625/02A RU2560481C1 (en) | 2014-07-01 | 2014-07-01 | Al-Cu-Li-INTERMETALLIDE-BASED ALLOY AND ARTICLES MADE THEREOF |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2560481C1 true RU2560481C1 (en) | 2015-08-20 |
Family
ID=53880662
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014126625/02A RU2560481C1 (en) | 2014-07-01 | 2014-07-01 | Al-Cu-Li-INTERMETALLIDE-BASED ALLOY AND ARTICLES MADE THEREOF |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2560481C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110512125A (en) * | 2019-08-30 | 2019-11-29 | 中国航发北京航空材料研究院 | A kind of preparation method of the diameter aluminium lithium alloy silk material for increasing material manufacturing |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1991011540A1 (en) * | 1990-01-26 | 1991-08-08 | Martin Marietta Corporation | Ultra high strength aluminum-base alloys |
RU2237098C1 (en) * | 2003-07-24 | 2004-09-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" | Aluminium-based alloy and product made from the same |
EP1673484B1 (en) * | 2003-10-03 | 2012-04-25 | Alcoa Inc. | Aluminum-copper-magnesium alloys having ancillary additions of lithium |
US20130092294A1 (en) * | 2011-10-14 | 2013-04-18 | Constellium France | Transformation process of Al-Cu-Li alloy sheets |
CN102459671B (en) * | 2009-06-25 | 2014-03-19 | 法国肯联铝业 | Aluminium-copper-lithium alloy having improved mechanical strength and improved toughness |
-
2014
- 2014-07-01 RU RU2014126625/02A patent/RU2560481C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1991011540A1 (en) * | 1990-01-26 | 1991-08-08 | Martin Marietta Corporation | Ultra high strength aluminum-base alloys |
RU2237098C1 (en) * | 2003-07-24 | 2004-09-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" | Aluminium-based alloy and product made from the same |
EP1673484B1 (en) * | 2003-10-03 | 2012-04-25 | Alcoa Inc. | Aluminum-copper-magnesium alloys having ancillary additions of lithium |
CN102459671B (en) * | 2009-06-25 | 2014-03-19 | 法国肯联铝业 | Aluminium-copper-lithium alloy having improved mechanical strength and improved toughness |
US20130092294A1 (en) * | 2011-10-14 | 2013-04-18 | Constellium France | Transformation process of Al-Cu-Li alloy sheets |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110512125A (en) * | 2019-08-30 | 2019-11-29 | 中国航发北京航空材料研究院 | A kind of preparation method of the diameter aluminium lithium alloy silk material for increasing material manufacturing |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20190136356A1 (en) | Aluminium-copper-lithium products | |
CN103687971B (en) | Magnalium lithium alloy with improved fracture toughness | |
CA2418079C (en) | High strength aluminium-based alloy and the article made thereof | |
RU2394113C1 (en) | High-tensile deformed alloy on base of aluminium and item out of this alloy | |
US8771441B2 (en) | High fracture toughness aluminum-copper-lithium sheet or light-gauge plates suitable for fuselage panels | |
KR102260797B1 (en) | Extrados structural element made from an aluminium copper lithium alloy | |
US10501835B2 (en) | Thin sheets made of an aluminium-copper-lithium alloy for producing airplane fuselages | |
RU2610657C1 (en) | Titanium-based alloy and product made from it | |
JP5204793B2 (en) | High strength aluminum alloy extruded material with excellent stress corrosion cracking resistance | |
AU759402B2 (en) | Aluminium based alloy and method for subjecting it to heat treatment | |
JP2017002388A (en) | High strength aluminum alloy hot forging material | |
RU2327758C2 (en) | Aluminium base alloy and products made out of it | |
RU2237098C1 (en) | Aluminium-based alloy and product made from the same | |
RU2558806C1 (en) | Aluminium-based heat-resistant alloy | |
RU2560481C1 (en) | Al-Cu-Li-INTERMETALLIDE-BASED ALLOY AND ARTICLES MADE THEREOF | |
US3132938A (en) | Aged steel | |
RU2560485C1 (en) | High-strength heat-treatable aluminium alloy and article made thereof | |
RU2484168C1 (en) | High-strength sparingly-alloyed aluminium-based alloy | |
RU2165996C1 (en) | Highly strong aluminium-based alloy and product thereof | |
JP5823010B2 (en) | High-strength aluminum alloy extruded material for automotive structural members with excellent stress corrosion cracking resistance | |
Li et al. | Quasi-in situ immersion characterization of grain structures evolution revealing the corrosion resistance of Al-Zn-Mg alloys with various Sc additions | |
JP2014062284A (en) | Automotive member made of aluminum alloy | |
JP5631379B2 (en) | High strength aluminum alloy extruded material for bumper reinforcement with excellent stress corrosion cracking resistance | |
RU2412270C1 (en) | Alloy on base of aluminium | |
RU2599590C1 (en) | Structural wrought non-heat-treatable aluminium-based alloy |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20190211 Effective date: 20190211 |
|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20190212 Effective date: 20190212 |
|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20200218 Effective date: 20200218 |