Сплав на основе алюминия и изделие, выполненное из него Aluminum-based alloy and product made from it
Область техники Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к сплавам на основе алюминия системы Al-Cu-Mg. Полуфабрикаты из этих сплавов используются в качестве конструкционных материалов для авиакосмической техники в виде обшивки и силового набора.FIELD OF THE INVENTION The invention relates to the field of non-ferrous metallurgy, in particular to alloys based on aluminum of the Al-Cu-Mg system. Semi-finished products from these alloys are used as structural materials for aerospace engineering in the form of casing and power pack.
Предшествующий уровень техникиState of the art
Известен сплав Дlбч, имеющий следующий химический состав (% по массе):Known alloy DLbch having the following chemical composition (% by weight):
Медь 3,8-4,9Copper 3.8-4.9
Магний 1,2-1,8Magnesium 1.2-1.8
Марганец 0,3-0,9Manganese 0.3-0.9
Железо < 0,3Iron <0.3
Кремний < 0,2Silicon <0.2
Цинк < 0,lZinc <0, l
Титан < 0,lTitanium <0, l
Никель < 0,05 " Nickel <0.05 "
Алюминий Остальное (D Известны также американские сплавы системы Al-Cu-Mg серии 2000, например сплав, имеющий следующий химический состав (% по массе):Aluminum Else (D American alloys of the 2000 Al-Cu-Mg system are also known, for example, an alloy having the following chemical composition (% by weight):
Медь 4,2-4,7Copper 4.2-4.7
Магний 1,3-1,8Magnesium 1.3-1.8
Марганец 0,8-1,3
Цирконий 0,08-0,15Manganese 0.8-1.3 Zirconium 0.08-0.15
Цинк < 0,25Zinc <0.25
Титан < 0Д5Titanium <0D5
Хром ≤ ОДChrome ≤ OD
Железо < 0Д5Iron <0D5
К jvррсеммнниjдйи ь < υ0,ДiZ2To jvrrsemnnyjdiy b <υ0, ДiZ2
Алюминий остальное (2) цего химического состава (The rest is aluminum (2) of its chemical composition (
Медь 3,8-4,5Copper 3.8-4.5
Магний 1,2-1,8Magnesium 1.2-1.8
Марганец 0,3-0,9Manganese 0.3-0.9
Железо < 0Д5Iron <0D5
Кремний < 0Д5Silicon <0D5
Алюминий остальное (3)Aluminum rest (3)
Известные сплавы и изделия из них, имея высокую прочность, пластичность, долговечность, вязкость разрушения, малую скорость роста усталостной трещины, в ряде случаев обладают недостаточной молниестойкостью. Эта характеристика для определенной группы изделий авиакосмической техники является определяющей.Known alloys and products from them, having high strength, ductility, durability, fracture toughness, low growth rate of fatigue cracks, in some cases have insufficient lightning resistance. This characteristic for a specific group of aerospace engineering products is decisive.
Известен российский сплав на основе алюминия системы Al-Known Russian alloy based on aluminum system Al-
Cu-Mg следующего химического состава (% по массе):Cu-Mg of the following chemical composition (% by weight):
Медь 3,8-4,5Copper 3.8-4.5
Магний 1,2-1,6Magnesium 1.2-1.6
Марганец 0,4-0,8Manganese 0.4-0.8
Титан 0,01-0,07Titanium 0.01-0.07
Никель 0,01-0,05Nickel 0.01-0.05
Водород 2,7-10'5-5,0-10"5 Hydrogen 2.7-10 '5 -5.0-10 "5
Алюминий Остальное (4)
Данный сплав обладает улучшенным сочетанием предела прочности, вязкости разрушения и скорости роста трещины усталости. Лист, изготовленный из этого сплава, обладает следующими свойствами: σв=460 МПа, Kc y=55 МПаVм, d(21)/dN=l,l мм/кцикл. Однако сплав обладает недостаточной молниестойкостью, что ограничивает его использование в качестве обшивки или силового набора в самолетах нового поколения.Aluminum Else (4) This alloy has an improved combination of tensile strength, fracture toughness and fatigue crack growth rate. A sheet made of this alloy has the following properties: σ in = 460 MPa, K c y = 55 MPaVm, d (21) / dN = l, l mm / ktsikl. However, the alloy has insufficient lightning resistance, which limits its use as a casing or power set in new generation aircraft.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Предметом настоящего изобретения является являетея- создание сплава, обладающего наряду с высокими характеристиками прочности, пластичности, трещиностойкости, долговечности, повышенной молниестойкостью для конструкционного применения в авиакосмической технике в виде обшивки и силового набора.The subject of the present invention is the creation of an alloy having, in addition to high characteristics of strength, ductility, crack resistance, durability, increased lightning resistance for structural applications in aerospace engineering in the form of sheathing and power pack.
Согласно настоящему изобретению предложен сплав на основе алюминия системы Al-Cu-Mg, имеющий следующий химический состав (% по массе):According to the present invention, an alloy based on aluminum of the Al-Cu-Mg system is proposed having the following chemical composition (% by weight):
Медь 3,8-5,5Copper 3.8-5.5
Магний 0,3-1,6Magnesium 0.3-1.6
Марганец 0,2-0,8Manganese 0.2-0.8
Титан 0,5-10-6-0,07 Теллур 0,5-10"5-0,l по крайней мере один элемент из группы, содержащей Серебро 0,2-1,0Titanium 0,5-10- Tellurium 0.5-10 6 -0.07 "5 -0, l for at least one element selected from the group consisting of silver 0.2-1.0
Никель 0,5-10'6-0,05 Цинк 0,5-10"б-0ДNickel 0.5-10 '6 -0.05 Zinc 0.5-10 "b -0D
Цирконий 0,05-0,3
Хром 0,05-0,3Zirconium 0.05-0.3 Chrome 0.05-0.3
Железо 0,5-10"6-0Д5Iron 0.5-10 "6 -0D5
90 Кремний 0,5-10'6-0,l90 Silicon 0.5-10 '6 -0, l
Водород 0Д 10"5-2,7 10"5 Hydrogen 0D 10 "5 -2.7 10 " 5
Алюминий остальное и изделие, выполненное из негоAluminum rest and product made from it
Повышение молниестойкости, как важной характеристики, УJ достигается дополнительным легированием теллуром.An increase in lightning resistance, as an important characteristic, is achieved by additional doping with tellurium.
Присутствие теллура вызывает образование химического соединения с алюминием, относящегося к полупроводникам F-типа с удельным электросопротивлением при комнатной температуреThe presence of tellurium causes the formation of a chemical compound with aluminum related to F-type semiconductors with electrical resistivity at room temperature
5-Ю"3 Ом-м. Наличие в структуре предложенного сплава 100 полупроводниковой фазы обеспечивает повышение молниестойкости сплава и изделия, выполненного из него.5-U "3 Ohm-m. The presence in the structure of the proposed alloy 100 semiconductor phase provides increased lightning resistance of the alloy and products made from it.
Присутствие по крайней мере одного элемента из группы, включая серебро, никель, цинк, цирконий, хром, железо, кремний, водород обеспечивает повышение прочностных характеристик сплава - предела прочности и предела текучести.The presence of at least one element from the group, including silver, nickel, zinc, zirconium, chromium, iron, silicon, hydrogen provides an increase in the strength characteristics of the alloy — tensile strength and yield strength.
Пример осуществленияImplementation example
В лабораторных условиях были отлиты слитки 4 сплавов. Химические составы предложенного и известных сплавов приведены в таблице 1, где сплавы 1-7 являются примерами сплавов согласно изобретению, а сплав 8 является примером сплава по патенту
In laboratory conditions, 4 alloy ingots were cast. The chemical compositions of the proposed and known alloys are shown in table 1, where alloys 1-7 are examples of alloys according to the invention, and alloy 8 is an example of an alloy according to the patent
Из слитков путем прессования полосы и последующей горячей и холодной прокатки получали листы толщиной 2,5 мм. Прессование проводили при 430 0C, а горячую прокатку - при 440-450 0C. Листы разрезали на заготовки, которые закаливали с температуры
495-510 0C в воде и старили при температуре 170-190 0C в течение 12-20 ч. Из этих заготовок были изготовлены образцы для испытаний на молниестойкость и механические свойства. Результаты испытанийFrom ingots, by pressing a strip and subsequent hot and cold rolling, sheets with a thickness of 2.5 mm were obtained. Pressing was carried out at 430 0 C, and hot rolling at 440-450 0 C. The sheets were cut into blanks, which were tempered from temperature 495-510 0 C in water and aged at a temperature of 170-190 0 C for 12-20 hours. Samples for testing for lightning resistance and mechanical properties were made from these blanks. Test results
120 приведены в таблице 2.120 are shown in table 2.
Испытания на молниестойкость проводили в соответствии с методиками и нормами, принятыми в РФ, с параметрами разряда А+С, где А - импульс главного разряда, С - постоянная составляющая тока. Максимальное значение тока 1=200 кА,Tests for lightning resistance were carried out in accordance with the methods and standards adopted in the Russian Federation, with discharge parameters A + C, where A is the main discharge pulse, C is the constant current component. Maximum current value 1 = 200 kA,
125 переносимый заряд Q=20 Кл, длительность импульса 50 мкс.125 transferred charge Q = 20 C, pulse duration 50 μs.
Механические свойства листов при растяжении (предел прочности σв, предел текучести σ0;2, относительное удлинение δ) определяли по ГОСТ 1497-84 на образцах с шириной рабочей части 10-15 мм.The mechanical properties of sheets under tension (tensile strength σ in , yield strength σ 0; 2 , elongation δ) were determined according to GOST 1497-84 on samples with a working part width of 10-15 mm.
130 Скорость роста трещины усталости (d(21)/dN) определяли по130 Fatigue crack growth rate (d (21) / dN) was determined from
OCTl 90268-84 на пластинах размером 200x600 мм с центральной прорезью при ΔK= 15,5 МПаVм при следующих условиях усталостного нагружения: σmax= 100 МПа, R = 0,1; f = 5 Гц.OCTl 90268-84 on plates 200x600 mm in size with a central slot at ΔK = 15.5 MPaVm under the following conditions of fatigue loading: σ max = 100 MPa, R = 0.1; f = 5 Hz.
ВЯЗКОСТЬ разрушения К/ определяли по OCTl 90356-84 наFracture VISCOSITY K / was determined by OCTl 90356-84 on
135 пластинах размером 200x600 мм при R = 0,1 ; f = 5 Гц.135 plates 200x600 mm in size with R = 0.1; f = 5 Hz.
Малоцикловую усталость (МЦУ) определяли по ГОСТ 25.502- 91 на образцах с отверстием размером 30x200 мм при f = 0,17 Гц, R=O, Kt=2,6.Low-cycle fatigue (MCU) was determined according to GOST 25.502-91 on samples with an aperture of size 30x200 mm at f = 0.17 Hz, R = O, K t = 2.6.
Полученные результаты показывают, что предложенный сплавThe results show that the proposed alloy
140 по сравнению с известным сплавом обладает практически одинаковыми характеристиками прочности, пластичности, трещиностойкости, долговечности. Однако по молниестойкости, определяемой по размеру повреждений со стороны удара молнии и сохранению прочности листов после удара молнии, предложенный140 in comparison with the known alloy has almost the same characteristics of strength, ductility, crack resistance, durability. However, according to lightning resistance, determined by the size of the damage from the side of the lightning strike and the preservation of the strength of the sheets after a lightning strike, the proposed
145 сплав по сравнению с известным сплавом имеет превосходство на
20-25 %.145 alloy in comparison with the known alloy has superiority on 20-25%.
Таким образом, применение предлагаемого сплава в качестве конструкционного материала для авиакосмической техники в виде обшивки и силового набора из листов обеспечивает значительное повышение молниестойкости.
Thus, the use of the proposed alloy as a structural material for aerospace engineering in the form of a casing and a power set of sheets provides a significant increase in lightning resistance.
Таблица 2table 2
Механические свойства сплавовMechanical properties of alloys
ЛитератураLiterature
1. OCTl 90048-90.1. OCTl 90048-90.
2. Патент США JYs 4,336,075.2. U.S. Patent JYs 4,336,075.
3. Патент США N2 5,213,639.3. US patent N 2 5,213,639.
4. Патент РФ JNs 2163941.
4. RF patent JNs 2163941.