Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ ЭТОГО СПЛАВА
СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ ЭТОГО СПЛАВА

СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ ЭТОГО СПЛАВА

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение относится к сплавам на основе алюминия системы алюминий-медь-литий, используемым в качестве конструкционных материалов в авиакосмической технике. Сплав характеризуется следующим химическим составом, мас.%: медь 3,0-3,8, литий 1,4-1,7, цирконий 0,0001-0,04, скандий 0,16-0,35, железо 0,01-0,5, магний 0,01-0,7, марганец 0,05-0,5, водород 1,0•10-5-5,0•10-5, барий 0,001-0,2, галлий 0,001-0,08, сурьма 0,00001-0,001, алюминий - остальное. Техническим результатом изобретения является улучшение конструктивной прочности, ударопрочности, снижение скорости роста усталостных трещин при сохранении высокого уровня прочностных свойств (предела прочности, текучести) и свариваемости. 2 с.п. ф-лы, 2 табл.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2184167
Класс(ы) патента: C22C21/16
Номер заявки: 2000123608/02
Дата подачи заявки: 14.09.2000
Дата публикации: 27.06.2002
Заявитель(и): Государственное предприятие "Всероссийский научно- исследовательский институт авиационных материалов"
Автор(ы): Фридляндер И.Н.; Каблов Е.Н.; Сандлер В.С.; Боровских С.Н.
Патентообладатель(и): Государственное предприятие "Всероссийский научно- исследовательский институт авиационных материалов"
Описание изобретения: Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к сплавам па основе алюминия системы алюминий-медь-литий. Изделия из этих сплавов используются в авиакосмической технике, например в баках, обшивке и силовом наборе.
Известны конструкционные деформируемые сплавы системы Al-Cu-Li (патенты РФ 1707986 и 1720291, патент Франции 2561260, МКИ С 22 С 21/12). Они предназначены для баков, элементов крыла и силового набора. Однако эти сплавы, имея пониженную плотность, высокие прочностные свойства при однократном и повторном нагружении, обладают пониженными значениями конструктивной прочности, ударопрочности и повышенной скоростью роста трещины усталости (СРТУ), а также недостаточно высокими характеристиками свариваемости.
Эти свойства во многих случаях являются определяющими при эксплуатации изделий авиакосмической техники.
Наиболее близким по назначению и по химическому составу, принятым за прототип, является сплав на основе алюминия системы алюминий-медь-литий следующего химического состава (мас.%):
Медь - 1,4-6,0
Литий - 1,0-4,0
Цирконий - 0,02-0,3
Титан - 0,01-0,15
Бор - 0,0002-0,07
Церий - 0,005-0,15
Железо - 0,03-0,25
по крайней мере один элемент из группы, содержащей (мас. %):
Неодим - 0,0002-0,1
Скандий - 0,1-0,35
Ванадий - 0,01-0,15
Марганец - 0,05-0,6
Магний - 0,6-2,0
Алюминий - Остальное
(патент РФ 1584414, БИ 19, 1994г.)
Этот сплав обладает улучшенным сочетанием прочностных характеристик, параметров пластичности, свариваемости. Он используется как конструкционный материал в авиакосмической технике.
Однако указанный сплав обладает пониженными конструктивной прочностью, ударопрочностью и повышенной скоростью роста трещины усталости, что затрудняет его использование, например, в самолетостроении, в частности, в изделиях, длительно работающих при повторных нагрузках или подверженных внешним ударам.
Технической задачей данного изобретения является создание сплава, обладающего, наряду с высокими прочностными свойствами (пределами прочности, текучести) и свариваемостью, повышенными конструктивной прочностью, ударопрочностью и пониженной СРТУ. Это позволит изготавливать изделия авиакосмической техники с большим ресурсом эксплуатации, повышенной надежности и безопасности.
Для достижения поставленной задачи предложен сплав на основе алюминия, имеющий следующий химический состав (мас.%):
Медь - 3,0-3,8
Литий - 1,4-1,7
Цирконий - 0,0001-0,04
Скандий - 0,16-0,35
Железо - 0,01-0,5
Магний - 0,01-0,7
Марганец - 0,05-0,5
Водород - 1,0•10-5-5,0•10-5
Барий - 0,001-0,2
Галлий - 0,001-0,08
Сурьма - 0,00001-0,001
Алюминий - Остальное
и изделие, выполненное из этого сплава.
Предлагаемый сплав отличается от прототипа тем, что он дополнительно содержит водород, барий, галлий и сурьму.
Улучшение конструктивной прочности, ударопрочности и снижение СРТУ как важных характеристик, обеспечивающих повышение эксплуатационных свойств и ресурса ряда изделий, достигается дополнительным легированием водородом, барием, а также добавкой галлия и сурьмы.
Присутствие водорода в виде соединений (например, гидридов лития) затрудняет деформацию вблизи вершины растущей трещины, замедляя ее распространение. Барий совместно со скандием и цирконием снижает поверхностное натяжение расплава в процессе сварки, что сказывается на уменьшении размеров интерметаллидов при кристаллизации металла шва. Это улучшает работоспособность и конструктивную прочность сварного соединения. Галлий и сурьма, находясь в твердом растворе, влияют на взаимодействие дислокации с выделениями, затрудняя деформацию у вершины трещины, тем самым снижая СРТУ.
Пример осуществления
Из слитков сплавов 1-4 в лабораторных условиях при температуре 450oС были отпрессованы полосы. Из полос путем поперечной горячей (при 420-470oС), а затем холодной прокатки получали листы толщиной 3 мм. Листы закаливали от 530oС в воде, подвергали растяжке на 2-3% и старили по ступенчатому режиму при 160-180oС.
Сварные соединения получали аргонодуговой сваркой с присадочной проволокой св 1217.
Проведены испытания механических свойств листов и сварных соединений. Испытания ударопрочности листов проводили на вертикальном копре с полусферическим стальным наконечником диаметром 25 мм. Образец - пластина размером 1х100х150 мм. Определяли пороговую энергию удара, отвечающую появлению трещины в образце.
Для оценки конструктивной прочности были изготовлены сварные бачки диаметром 380 мм, которые испытывали до разрушения внутренним давлением. Оценивали напряжение, отвечающее разрушению бачка. Скорость роста трещины усталости (d21/dN) определяли на образцах шириной 200 мм при ΔK = 100кгc/мм3/2.
В табл. 1 представлены химические составы предложенного сплава и прототипа. В табл. 2 приведены свойства предложенного сплава и прототипа. Полученные результаты показывают, что предложенный сплав, по сравнению с известным сплавом, обладает близкими значениями пределов прочности, текучести и относительного удлинения основного материала, а также предела прочности сварного соединения. Однако по конструктивной прочности и ударопрочности предложенный сплав превосходит известный сплав соответственно на 15 и 35%, а СРТУ предложенного сплава в 1,8 раза меньше, чем у известного сплава.
Таким образом, применение предложенного сплава в авиакосмической технике обеспечит повышение ресурса эксплуатации, а значит повысит надежность и экономичность работы изделий.
Формула изобретения: 1. Сплав на основе алюминия, содержащий медь, литий, цирконий, скандий, железо, магний, марганец, отличающийся тем, что он дополнительно содержит водород, галлий, барий и сурьму при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Медь - 3,0-3,8
Литий - 1,4-1,7
Цирконий - 0,0001-0,04
Скандий - 0,16-0,35
Железо - 0,01-0,5
Магний - 0,01-0,7
Марганец - 0,05-0,5
Водород - 1,0•10-5-5,0•10-5
Барий - 0,001-0,2
Галлий - 0,001-0,08
Сурьма - 0,00001-0,001
Алюминий - Остальное
2. Изделие, выполненное из сплава на основе алюминия, отличающееся тем, что сплав имеет следующий химический состав, мас. %:
Медь - 3,0-3,8
Литий - 1,4-1,7
Цирконий - 0,0001-0,04
Скандий - 0,16-0,35
Железо - 0,01-0,5
Магний - 0,01-0,7
Марганец - 0,05-0,5
Водород - 1,0•10-5-5,0•10-5
Барий - 0,001-0,2
Галлий - 0,001-0,08
Сурьма - 0,00001-0,001
Алюминий - Остальное