RU2573164C1 - High-strength wrought aluminium-based alloy - Google Patents

High-strength wrought aluminium-based alloy Download PDF

Info

Publication number
RU2573164C1
RU2573164C1 RU2014139868/02A RU2014139868A RU2573164C1 RU 2573164 C1 RU2573164 C1 RU 2573164C1 RU 2014139868/02 A RU2014139868/02 A RU 2014139868/02A RU 2014139868 A RU2014139868 A RU 2014139868A RU 2573164 C1 RU2573164 C1 RU 2573164C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
strength
alloy
alloys
silver
zirconium
Prior art date
Application number
RU2014139868/02A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дарья Александровна Жемчужникова
Рустам Оскарович Кайбышев
Марат Разифович Газизов
Дамир Вагизович Тагиров
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ")
Priority to RU2014139868/02A priority Critical patent/RU2573164C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2573164C1 publication Critical patent/RU2573164C1/en

Links

Landscapes

  • Conductive Materials (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: invention relates to metallurgy of alloys, particularly, to high-strength wrought Al-Cu-Mg-Ag-system-based aluminium alloys to be used as high-strength structural materials in aerospace engineering. Proposed composition contains the following substances, in wt %: copper - 4.0-5.5, magnesium - 0.2-0.8, manganese - 0.2-0.6, silver - 0.4-0.8, titanium - 0.05-0.2, chromium - 0.02-0.1, zirconium - 0.05-0.2, vanadium - <0.1, zinc - <0.25, iron <0.1, silicon <0.1, aluminium making the rest.
EFFECT: higher strength.
2 ex, 3 tbl

Description

Предлагаемое изобретение относится к области металлургии сплавов, в частности деформируемых термически упрочняемых алюминиевых сплавов системы Al-Cu-Mg-Ag, предназначенных для использования в качестве высокопрочных конструкционных материалов в авиационно-космической промышленности.The present invention relates to the field of metallurgy of alloys, in particular deformable heat-hardenable aluminum alloys of the Al-Cu-Mg-Ag system, intended for use as high-strength structural materials in the aerospace industry.

Жаропрочные алюминиевые сплавы системы Al-Cu-Mg, легированные серебром, широко используются в авиакосмической промышленности и машиностроении. Основное свое применение они нашли в качестве материалов для изготовления различных элементов силового набора и обшивки фюзеляжа, крыла, летательных аппаратов, силовых элементов конструкций в автомобильной промышленности. Данные сплавы характеризуются уникальным сочетанием прочностных характеристик и высокой вязкостью разрушения. Однако непрерывное усовершенствование используемых конструкций и стремление улучшить свойства материала с целью снижения расходов на эксплуатацию, обслуживание и ремонт, улучшения экономичности и характеристик изделия приводят к поиску новых сплавов, обеспечивающих необходимый комплекс свойств.Heat-resistant aluminum alloys of the Al-Cu-Mg system alloyed with silver are widely used in the aerospace industry and mechanical engineering. They found their main application as materials for the manufacture of various elements of the power set and cladding of the fuselage, wing, aircraft, power structural elements in the automotive industry. These alloys are characterized by a unique combination of strength characteristics and high fracture toughness. However, continuous improvement of the structures used and the desire to improve the properties of the material in order to reduce the cost of operation, maintenance and repair, improve the economy and characteristics of the product lead to the search for new alloys that provide the necessary set of properties.

Известен высокопрочный сплав серии АА2000 на основе алюминия (US №5652063, опубл. 29.07.1997), следующего состава (мас. %):Known high-strength alloy series AA2000 based on aluminum (US No. 5652063, publ. 07.29.1997), the following composition (wt.%):

Медь 4,85-5,3Copper 4.85-5.3

Магний 0,5-1,0Magnesium 0.5-1.0

Марганец 0,4-0,8Manganese 0.4-0.8

Серебро 0,2-0,8Silver 0.2-0.8

Цирконий 0,05-0,25Zirconium 0.05-0.25

Кремний ≤ 0,1Silicon ≤ 0.1

Железо ≤ 0,1Iron ≤ 0.1

Предпочтительное соотношение Cu/Mg между 5 и 9 и наиболее предпочтительное между 6 и 7,5.A preferred Cu / Mg ratio is between 5 and 9 and most preferred is between 6 and 7.5.

Также известен высокопрочный сплав системы Al-Cu-Mg для работы в интервале температур от 0°С до 250°С (US №4772342, опубл. 20.09.1988).Also known is a high-strength alloy of the Al-Cu-Mg system for operation in the temperature range from 0 ° C to 250 ° C (US No. 4772342, publ. 09/20/1988).

Химический состав данного изобретения (в мас.%):The chemical composition of the present invention (in wt.%):

Медь 5-7Copper 5-7

Магний 0,3-0,8Magnesium 0.3-0.8

Серебро 0,2-1Silver 0.2-1

Марганец 0,3-1Manganese 0.3-1

Цирконий 0,1-0,25Zirconium 0.1-0.25

Ванадий 0,05-0,15Vanadium 0.05-0.15

Кремний <0,1Silicon <0.1

В состоянии Т6 указанный сплав имеет следующие характеристики прочности: при комнатной температуре предел текучести при растяжении составляет 510 МПа, при 200°С этот же показатель равен 400 МПа и при 250°С около 300 МПа. Предел ползучести при 180°С после 500 ч выдержки равен 250 МПа.In the T6 state, this alloy has the following strength characteristics: at room temperature, the tensile yield strength is 510 MPa, at 200 ° C the same indicator is 400 MPa, and at 250 ° C about 300 MPa. The creep strength at 180 ° C after 500 hours of exposure is 250 MPa.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является сплав Al-Cu-Mg, подходящий для авиационно-космического применения (RU №2418876, опубл. 20.05.2011), следующего состава (мас. %):Closest to the proposed invention is an Al-Cu-Mg alloy, suitable for aerospace applications (RU No. 2418876, publ. 05.20.2011), the following composition (wt.%):

Медь 4,1-5,5Copper 4.1-5.5

Магний 0,30-1,6Magnesium 0.30-1.6

Марганец 0,15-0,8Manganese 0.15-0.8

Титан 0,03-0,4Titanium 0.03-0.4

Хром 0,05-0,4Chrome 0.05-0.4

Серебро <0,7Silver <0.7

Цирконий <0,2Zirconium <0.2

Железо <0,20, предпочтительно <0,15Iron <0.20, preferably <0.15

Кремний <0,20, предпочтительно <0,15Silicon <0.20, preferably <0.15

Остаток составляет алюминий и другие примеси или случайные элементы, каждый <0,05%, в сумме <0,15%.The remainder is aluminum and other impurities or random elements, each <0.05%, in total <0.15%.

Механические свойства сплава в состоянии Т3 при комнатной температуре равны: предел текучести при растяжении 328-334 МПа, предел прочности 441-466 МПа, удлинение до разрушения ~ 22%.The mechanical properties of the alloy in the T3 state at room temperature are equal: yield strength tensile 328-334 MPa, tensile strength 441-466 MPa, elongation to failure ~ 22%.

Cуществующие сплавы обладают достаточным уровнем механических свойств, однако для создания новых конструкций, отвечающих требованиям экономичности и эффективности, необходим материал, рабочие характеристики которого превосходят достигнутый уровень. Таким образом, существует необходимость в создании нового сплава, обладающего улучшенным комплексом надлежащих механических свойств.Existing alloys have a sufficient level of mechanical properties, however, to create new designs that meet the requirements of economy and efficiency, you need a material whose performance characteristics exceed the achieved level. Thus, there is a need to create a new alloy having an improved complex of proper mechanical properties.

Основной задачей предлагаемого изобретения является разработка алюминиевого сплава системы Al-Cu-Mg-Ag, обладающего повышенным по сравнению с существующими сплавами уровнем механических свойств (ударная вязкость, предел текучести условный, предел прочности, относительное удлинение после разрыва).The main objective of the invention is the development of an aluminum alloy of the Al-Cu-Mg-Ag system, which has a higher level of mechanical properties compared to existing alloys (impact strength, conditional yield strength, tensile strength, elongation after rupture).

Задача решается за счет того, что в сплав на основе алюминия, содержащий медь, магний, марганец, серебро, титан, хром, цирконий, железо, кремний, дополнительно введены ванадий и цинк, а также снижено содержание железа и кремния, причем компоненты взяты в следующих соотношениях, мас. %:The problem is solved due to the fact that in the aluminum-based alloy containing copper, magnesium, manganese, silver, titanium, chromium, zirconium, iron, silicon, vanadium and zinc are additionally introduced, and the content of iron and silicon is reduced, and the components are taken in the following ratios, wt. %:

Медь от более 5,0 до 5,5Copper from more than 5.0 to 5.5

Магний 0,2-0,8Magnesium 0.2-0.8

Марганец 0,2-0,6Manganese 0.2-0.6

Серебро 0,4-0,8Silver 0.4-0.8

Титан 0,05-0,2Titanium 0.05-0.2

Хром 0,02-0,1Chrome 0.02-0.1

Цирконий 0,05-0,2Zirconium 0.05-0.2

Ванадий <0,1Vanadium <0.1

Цинк <0,25Zinc <0.25

Железо <0,1Iron <0.1

Кремний <0,1Silicon <0.1

Алюминий - остальноеAluminum - the rest

Наличие меди, магния и серебра в сплаве обеспечивает образование дополнительной тонкодисперсной упрочняющей Ω-фазы, благодаря которой сплавы этой системы легирования обладают уникальным комплексом механических свойств, такие как высокая прочность, сопротивление ползучести и вязкость разрушения, значительная усталостная долговечность. Комплексное легирование переходными металлами, такими как марганец, титан, цирконий и ванадий, при относительно низком содержании каждого компонента позволяет повысить плотность дисперсных частиц и избежать появления первичных интерметаллидов при литье сплава.The presence of copper, magnesium and silver in the alloy provides the formation of an additional finely dispersed hardening Ω-phase, due to which the alloys of this alloying system have a unique set of mechanical properties, such as high strength, creep resistance and fracture toughness, significant fatigue life. Complex alloying with transition metals, such as manganese, titanium, zirconium and vanadium, with a relatively low content of each component, allows to increase the density of dispersed particles and to avoid the appearance of primary intermetallic compounds during casting of the alloy.

Техническим результатом изобретения является сплав, обладающий улучшенными механическими прочностными характеристиками, который может быть использован при производстве полуфабрикатов в виде катаных плит и листов, поковок и прессованных прутков.The technical result of the invention is an alloy having improved mechanical strength characteristics, which can be used in the manufacture of semi-finished products in the form of rolled plates and sheets, forgings and pressed rods.

Примеры осуществленияExamples of implementation

Пример 1Example 1

Были отлиты два сплава: по прототипу и предлагаемого химического состава (табл.1). Сплавы были гомогенизированы при 525°С в течение 24 ч. Далее следовала горячая прокатка при 420°С до суммарной степени деформации ~ 80%, холодная прокатка со степенью деформации ~ 70% и закалка заготовок с 510°С (выдержка 1 ч) в холодную воду. Затем полученные полуфабрикаты выдерживались при комнатной температуре в течение 4 часов, после чего следовало предрастяжение листов на 2% деформации и естественное старение в течение 5 дней (состояние Т3).Two alloys were cast: the prototype and the proposed chemical composition (table 1). The alloys were homogenized at 525 ° C for 24 hours. Next, hot rolling at 420 ° C to a total degree of deformation of ~ 80% followed, cold rolling with a degree of deformation of ~ 70% and quenching of workpieces from 510 ° C (holding for 1 h) to cold water. Then, the obtained semi-finished products were kept at room temperature for 4 hours, followed by sheet stretching by 2% strain and natural aging for 5 days (T3 state).

В таблице 1 представлен химический состав предлагаемого сплава и прототипа, а результаты сравнения механических испытаний на растяжение по ГОСТ 1497-84 при комнатной температуре представлены в таблице 2 (состояние Т3). Образцы вырезались вдоль направления прокатки.Table 1 presents the chemical composition of the proposed alloy and prototype, and the results of a comparison of mechanical tensile tests according to GOST 1497-84 at room temperature are presented in table 2 (state T3). Samples were cut along the rolling direction.

Таблица 1 Table 1

CuCu MgMg MnMn AgAg TiTi ZrZr ZnZn VV CrCr FeFe SiSi AlAl ПрототипPrototype 5.15.1 0.580.58 0.30.3 0.20.2 0.10.1 <0.01<0.01 -- -- <0.004<0.004 <0.06<0.06 <0.04<0.04 Ост.Ost. Предлагаемый сплавSuggested Alloy 4.74.7 0.50.5 0.350.35 0.50.5 0.150.15 0.140.14 0.20.2 0.050.05 0.040.04 <0.04<0.04 <0.03<0.03 Ост.Ost.

Таблица 2 table 2

ПрототипPrototype Предлагаемый сплавSuggested Alloy σ0.2, MПaσ 0.2, MPa σв, МПaσ in , MPa δ, %δ,% σ0.2, MПaσ 0.2, MPa σв, МПaσ in , MPa δ, %δ,% 335335 466466 22,622.6 360360 490490 20twenty

В таблице 2: σ0.2 - предел текучести условный; σв - предел прочности; δ, % - относительное удлинение после разрыва.In table 2: σ 0.2 - conditional yield strength; σ in - ultimate strength; δ,% - elongation after rupture.

Как видно из таблицы 2, механические свойства предлагаемого сплава существенно выше, чем прототипа. Это позволяет применять предлагаемое изобретение при практическом производстве различных полуфабрикатов, таких как поковки, плиты, листы, свариваемые детали.As can be seen from table 2, the mechanical properties of the proposed alloy is significantly higher than the prototype. This allows you to apply the present invention in the practical production of various semi-finished products, such as forgings, plates, sheets, welded parts.

Пример 2Example 2

Предлагаемый сплав с содержанием легирующих элементов, как указано в таблице 1, был получен методом литья, затем слиток гомогенизировали при 525°С в течение 24 ч. Далее из полученной заготовки вырезали прутки, которые подвергали равноканальному угловому прессованию при 400°С до суммарной степени деформации ~ 2. Затем полученную заготовку закаливали в воду с температуры 520°С, выдержка 1 ч, и подвергали холодной прокатке до суммарной степени деформации ~ 20% и искусственному старению при 190°С в течение 2 ч (состояние Т82). Образцы для механических испытаний вырезались вдоль и поперек направления прокатки, результаты испытаний при комнатной температуре приведены в таблице 3. Механические испытания на растяжение проводились по ГОСТ 1497-84, на определение ударной вязкости − по ГОСТ 9454-78, тип образца KCV.The proposed alloy with the content of alloying elements, as shown in table 1, was obtained by casting, then the ingot was homogenized at 525 ° C for 24 hours. Then, rods were cut from the obtained workpiece, which were subjected to equal channel angular pressing at 400 ° C to the total degree of deformation ~ 2. Then, the obtained billet was quenched in water from a temperature of 520 ° C for 1 h, and subjected to cold rolling to a total degree of deformation of ~ 20% and artificial aging at 190 ° C for 2 h (state T82). Samples for mechanical tests were cut along and across the rolling direction, the test results at room temperature are shown in table 3. Mechanical tensile tests were carried out according to GOST 1497-84, for the determination of impact strength - according to GOST 9454-78, type of sample KCV.

Механические свойства предлагаемого сплава в состоянии Т82 при комнатной температуре приведены в таблице 3.The mechanical properties of the proposed alloy in the state of T82 at room temperature are shown in table 3.

Таблица 3 Table 3

Номер образцаSample Number σ0.2, MПaσ 0.2, MPa σв, МПaσ in , MPa δ, %δ,% Ударная вязкость, Дж/см2 Impact strength, J / cm 2 1one 490490 540540 10.510.5 33.533.5 22 495495 535535 10.010.0 34.034.0

Таким образом, предлагаемый химический состав сплава обладает уникальным комплексом механических свойств, таких как: высокая прочность, сопротивление ползучести и вязкость разрушения, значительная усталостная долговечность. Значительно улучшенные характеристики алюминиевого сплава позволят изготавливать детали для авиационно-космической промышленности. Сплав может быть обработан до изделий различных форм, например лист, плита, кованое изделие, экструдированный пруток, может быть без покрытия или может иметь покрытие с целью дополнительного улучшения коррозионных свойств.Thus, the proposed chemical composition of the alloy has a unique set of mechanical properties, such as: high strength, creep resistance and fracture toughness, significant fatigue life. Significantly improved characteristics of the aluminum alloy will allow the manufacture of parts for the aerospace industry. The alloy can be processed to products of various shapes, for example, a sheet, plate, forged product, extruded bar, can be uncoated or may be coated in order to further improve the corrosion properties.

Claims (1)

Высокопрочный деформируемый сплав на основе алюминия, содержащий медь, магний, марганец, серебро, титан, хром, цирконий, железо и кремний, отличающийся тем, что он дополнительно содержит ванадий и цинк при следующем соотношении компонентов, мас. %:
медь от более 5,0 до 5,5 магний 0,2-0,8 марганец 0,2-0,6 серебро 0,4-0,8 титан 0,05-0,2 хром 0,02-0,1 цирконий 0,05-0,2 ванадий <0,1 цинк <0,25 железо <0,1 кремний <0,1 алюминий остальное
High-strength wrought aluminum-based alloy containing copper, magnesium, manganese, silver, titanium, chromium, zirconium, iron and silicon, characterized in that it additionally contains vanadium and zinc in the following ratio, wt. %:
copper from more than 5.0 to 5.5 magnesium 0.2-0.8 manganese 0.2-0.6 silver 0.4-0.8 titanium 0.05-0.2 chromium 0.02-0.1 zirconium 0.05-0.2 vanadium <0.1 zinc <0.25 iron <0.1 silicon <0.1 aluminum rest
RU2014139868/02A 2014-10-02 2014-10-02 High-strength wrought aluminium-based alloy RU2573164C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014139868/02A RU2573164C1 (en) 2014-10-02 2014-10-02 High-strength wrought aluminium-based alloy

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014139868/02A RU2573164C1 (en) 2014-10-02 2014-10-02 High-strength wrought aluminium-based alloy

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2573164C1 true RU2573164C1 (en) 2016-01-20

Family

ID=55087121

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014139868/02A RU2573164C1 (en) 2014-10-02 2014-10-02 High-strength wrought aluminium-based alloy

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2573164C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1170394A2 (en) * 2000-06-12 2002-01-09 Alcoa Inc. Aluminium sheet products having improved fatigue crack growth resistance and methods of making same
US20070102071A1 (en) * 2005-11-09 2007-05-10 Bac Of Virginia, Llc High strength, high toughness, weldable, ballistic quality, castable aluminum alloy, heat treatment for same and articles produced from same
US20080029187A1 (en) * 2004-07-15 2008-02-07 Lin Jen C 2000 Series alloys with enhanced damage tolerance performance for aerospace applications
RU2418876C2 (en) * 2005-10-25 2011-05-20 Алерис Алюминум Кобленц Гмбх ALLOY Al-Cu-Mg APPLICABLE FOR AEROSPACE ENGINEERING
US8088234B2 (en) * 2006-07-07 2012-01-03 Aleris Aluminum Koblenz Gmbh AA2000-series aluminum alloy products and a method of manufacturing thereof

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1170394A2 (en) * 2000-06-12 2002-01-09 Alcoa Inc. Aluminium sheet products having improved fatigue crack growth resistance and methods of making same
US20080029187A1 (en) * 2004-07-15 2008-02-07 Lin Jen C 2000 Series alloys with enhanced damage tolerance performance for aerospace applications
RU2418876C2 (en) * 2005-10-25 2011-05-20 Алерис Алюминум Кобленц Гмбх ALLOY Al-Cu-Mg APPLICABLE FOR AEROSPACE ENGINEERING
US20070102071A1 (en) * 2005-11-09 2007-05-10 Bac Of Virginia, Llc High strength, high toughness, weldable, ballistic quality, castable aluminum alloy, heat treatment for same and articles produced from same
US8088234B2 (en) * 2006-07-07 2012-01-03 Aleris Aluminum Koblenz Gmbh AA2000-series aluminum alloy products and a method of manufacturing thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2908196C (en) High strength, high formability, and low cost aluminum-lithium alloys
US11168383B2 (en) Aluminum-based alloy
US7229509B2 (en) Al-Cu-Li-Mg-Ag-Mn-Zr alloy for use as structural members requiring high strength and high fracture toughness
CA2418079C (en) High strength aluminium-based alloy and the article made thereof
RU2477331C2 (en) Product from aluminium alloy with high resistance to damages, namely to be used in aviation and space industry
CA2962629C (en) Aluminum alloy products and a method of preparation
RU2007133521A (en) AL-ZN-CU-MG ALLOYS ON THE BASIS OF ALUMINUM AND METHODS OF THEIR OBTAINING AND APPLICATION
US11174535B2 (en) Isotropic plates made from aluminum-copper-lithium alloy for manufacturing aircraft fuselages
CN102834502A (en) 2xxx series aluminum lithium alloys having low strength differential
US10501835B2 (en) Thin sheets made of an aluminium-copper-lithium alloy for producing airplane fuselages
WO2019007817A1 (en) Al- zn-cu-mg alloys and their manufacturing process
US6726878B1 (en) High strength aluminum based alloy and the article made thereof
CN109844151B (en) Sheet made of an aluminium-magnesium-scandium alloy for aerospace applications
CN109868400A (en) A kind of low cost for high formability light sheet products, is substantially free of the aluminium lithium alloy of Zr
US11898232B2 (en) High-strength alloy based on aluminium and method for producing articles therefrom
RU2513492C1 (en) Aluminium-based wrought nonhardenable alloy
RU2327758C2 (en) Aluminium base alloy and products made out of it
RU2573164C1 (en) High-strength wrought aluminium-based alloy
US20210262065A1 (en) 2xxx aluminum alloys
RU2385358C1 (en) Cast alloy on aluminium base
US20180312944A1 (en) Extruded product made from al-cu-mg alloy with improved compromise between mechanical resistance and toughness
RU2165996C1 (en) Highly strong aluminium-based alloy and product thereof
RU2771396C1 (en) Aluminium-based alloy and product made therefrom
RU2343219C1 (en) Alloy on basis of aluminium
RU2255133C1 (en) Aluminum-base deformable alloy and article made of this alloy

Legal Events

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

Effective date: 20201003