РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ, ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ |
(19)
RU
(11)
(13)
C1
|
|||||
|
||||||
| Статус: | не действует (последнее изменение статуса: 02.07.2021) |
| Пошлина: | учтена за 7 год с 16.03.2016 по 15.03.2017. Возможность восстановления: нет. |
|
(21)(22) Заявка: 2010109216/02, 15.03.2010 (24) Дата начала отсчета срока действия патента: Приоритет(ы): (22) Дата подачи заявки: 15.03.2010 (45) Опубликовано: 27.07.2011 Бюл. № 21 (56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: RU 2226568 C1, 10.04.2004. RU 2237098 C1, 27.09.2004. RU 2379366 C2, 20.01.2010. WO 9108319 A1, 13.06.1991. WO 2005045080 A1, 19.05.2005. Адрес для переписки: |
(72) Автор(ы):
(73) Патентообладатель(и):
|
(54) ЖАРОПРОЧНЫЙ ДЕФОРМИРУЕМЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕГО
(57) Реферат:
Изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым сплавам на основе алюминия, используемым в качестве конструкционного материала в деталях, работающих при повышенных температурах. Сплав и изделие из него содержат компоненты, при следующем соотношении, мас.%: медь - 4,4-5,4, магний - 0,45-0,80, марганец - 0,3-0,5, титан - 0,03-0,10, цирконий - 0,08-0,15, хром - 0,05-0,15, скандий - 0,08-0,15, кремний - 0,03-0,25, серебро - 0,4-0,80, германий - 0,05-0,20, никель - 0,01-0,50, железо - 0,01-0,50, алюминий - остальное, при этом сумма марганца, титана, циркония, хрома и скандия должна составлять 0,70-1,05 при соотношениях скандий/цирконий = 1-1,875 и никель/железо = 0,95-1,05. Получаются полуфабрикаты и изделия из предлагаемого сплава, которые имеют однородную по всему объему нерекристаллизованную структуру и соответственно высокие прочностные характеристики как при комнатной, так и при повышенной температуре. 2 н.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым сплавам на основе алюминия, используемым в качестве конструкционного материала в греющихся деталях.
Известен жаропрочный деформируемый сплав на основе алюминия марки Д21 системы алюминий-медь-магний, предназначенный для использования в греющихся деталях летательных аппаратов и содержащий, мас.%:
| медь | 6,0-7,0 |
| магний | 0,25-0,45 |
| марганец | 0,4-0,8 |
| титан | 0,1-0,2 |
| алюминий | остальное |
(ОСТ 190048-90 «Сплавы алюминиевые деформируемые»).
Сплав рекомендовано использовать для основных нагруженных деталей летательного аппарата, подвергающихся эксплуатационному нагреву до температуры 175°С.
Недостатком этого сплава является низкая длительная прочность и невысокие характеристики трещиностойкости, что не позволяет использовать полуфабрикаты из этого сплава для изготовления высоконагруженных конструкционных деталей, подвергаемых знакопеременным нагрузкам, в которых высокая вероятность появления усталостных трещин может привести к разрушению.
Известен жаропрочный деформируемый сплав на основе алюминия, предназначенный для изготовления греющихся деталей летательных аппаратов и содержащий, мас.%:
| медь | 5,5-6,5 |
| магний | 0,2-0,35 |
| марганец | 0,4-0,8 |
| титан | 0,05-0,1 |
| цирконий | 0,06-0,2 |
| ванадий | 0,05-0,15 |
| молибден | 0,02-0,08 |
| кремний | 0,12-0,25 |
| алюминий | остальное |
| молибден:ванадий | 1:2 |
(RU №2048577, опубл. 20.11.1995 г.).
Сплав обладает средним уровнем прочностных свойств при комнатной и повышенных до 175-200°С температурах.
Недостатком этого сплава является невысокий уровень прочностных характеристик при комнатной и повышенных температурах, что ограничивает область применения этого сплава и позволяет изготовлять из него только детали с ограниченным уровнем эксплуатационных характеристик.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является жаропрочный деформируемый сплав на основе алюминия, предназначенный для изготовления греющихся деталей летательных аппаратов и содержащий, мас.%:
| медь | 4,4-5,4 |
| магний | 0,45-0,8 |
| марганец | 0,4-0,8 |
| титан | 0,03-0,15 |
| цирконий | 0,05-0,20 |
| ванадий | 0,05-0,15 |
| молибден | 0,01-0,15 |
| кремний | 0,03-0,25 |
| серебро | 0,4-0,8 |
| германий | 0,05-0,20 |
| никель | 0,01-0,50 |
| железо | 0,01-0,5 |
| алюминий | остальное, |
при этом сумма марганца, титана, циркония, ванадия и молибдена должна составлять 0,55-1,0 (RU №2226568, опубл. 10.04.2004 г.), прототип.
Горячепрессованные изделия из этого сплава в термически обработанном состоянии обладают более высоким уровнем прочностных характеристик при комнатной и повышенных до 200°С температурах благодаря выбранному составу и получению изделий с нерекристаллизованной структурой.
Недостатком сплава является получение в некоторых полуфабрикатах и изделиях после термической обработки неоднородной (смешанной) или полностью рекристаллизованной структуры. Это является следствием склонности сплава к рекристаллизации, если деформирование в процессе изготовления изделий, например, холоднокатаных листов, происходит при температуре ниже 300°С. Рекристаллизация в процессе упрочняющей термической обработки является негативным явлением, приводящим к снижению прочности. Изменение структуры от нерекристаллизованной до рекристаллизованной в термически обработанных полуфабрикатах и полученных из них изделий приводит к большому разбросу механических свойств и характеристик сопротивления деформации при повышенных температурах.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка сплава, обладающего повышенными прочностными характеристиками для всех видов полуфабрикатов и деталей в термически обработанном состоянии при комнатной и повышенных температурах при кратковременных и длительных нагрузках.
Для решения поставленной задачи предлагается жаропрочный деформируемый сплав на основе алюминия, содержащий, мас.%:
| медь | 4,4-5,4 |
| магний | 0,45-0,8 |
| марганец | 0,3-0,5 |
| титан | 0,03-0,10 |
| цирконий | 0,08-0,15 |
| хром | 0,05-0,15 |
| скандий | 0,08-0,15 |
| кремний | 0,03-0,25 |
| серебро | 0,4-0,8 |
| германий | 0,05-0,2 |
| никель | 0,01-0,5 |
| железо | 0,01-0,5 |
| алюминий | остальное, |
при этом сумма марганца, титана, циркония, хрома и скандия должна составлять 0,70-1,05 при соотношениях скандий/цирконий = 1-1,875 и никель/железо = 0,95-1,05 и изделие, выполненное из этого сплава.
Предложенный сплав и выполненное из него изделие отличается от прототипа тем, что сплав дополнительно содержит хром и скандий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| медь | 4,4-5,4 |
| магний | 0,45-0,80 |
| марганец | 0,3-0,5 |
| титан | 0,03-0,10 |
| цирконий | 0,08-0,15 |
| хром | 0,05-0,15 |
| скандий | 0,08-0,15 |
| кремний | 0,03-0,25 |
| серебро | 0,4-0,8 |
| германий | 0,05-0,20 |
| никель | 0,01-0,50 |
| железо | 0,01-0,50 |
| алюминий | остальное, |
при этом сумма марганца, титана, циркония, хрома и скандия должна составлять 0,70-1,05 при соотношениях скандий/цирконий = 1-1,875 и никель/железо = 0,95-1,05.
Полуфабрикаты и изделия из предлагаемого сплава имеют однородную по всему объему полуфабриката нерекристаллизованную структуру и соответственно высокие прочностные характеристики как при комнатной, так и при повышенной температуре. Однородность структуры обеспечивает малый разброс свойств.
Предлагаемый химический состав сплава обеспечивает высокое сопротивление рекристаллизации и соответственно высокую термическую стабильность деформированной структуры. Это позволяет использовать интенсивную пластическую деформацию для получения полуфабрикатов и изделий с устойчивой субмикрокристаллической структурой, которая сохраняется при высокотемпературных нагревах под закалку.
Повышенная термическая стабильность деформированной структуры изделия из предлагаемого сплава обусловлена присутствием переходных металлов (марганца, титана, циркония, хрома и скандия). Полуфабрикаты из предлагаемого сплава имеют высокую плотность дисперсоида из мелких включений наиболее эффективных алюминидов переходных металлов. Добавка скандия образует дисперсные вторичные частицы Al3Sc, которые стабилизируются частично растворяющимися в них Zr, Ti, Cr. Добавка Mn образует свой дисперсоид в другом размерном диапазоне, дополнительно стабилизируя нерекристаллизованную структуру изделия.
Это позволяет обеспечить высокое сопротивление рекристаллизации после горячего и теплого деформирования, в том числе при применении равноканального углового прессования или холодной прокатки. Нерекристаллизованная субмелкозернистая структура, устойчивая к огрублению при температуре эксплуатации, позволяет получить повышенную длительную прочность и тем самым повышает срок службы изделий - и, как следствие, повышение срока службы летательных аппаратов.
Пример осуществления.
Приготовили в электрической печи плавки сплавов приведенного в таблице 1 состава, из которых отлили полунепрерывным методом слитки диаметром 107 мм. Слитки из сплава-прототипа и предлагаемого сплава после гомогенизации и механической обработки на диаметр 95 мм при температуре 400°С осадили по образующей на размер 40×177×200 мм. Полученные заготовки подвергли при температуре 300°С равноканальному угловому прессованию (РКУП) в три прохода через матрицу сечением 40×177 мм и затем при комнатной температуре их прокатали на лист толщиной 2 мм. Полученные листы подвергли упрочняющей термической обработке: закалка в воде после нагрева продолжительностью 20 мин при температуре 525°С и искусственное старение по режиму 190°С - 6 ч.
Полученный материал с нерекристаллизованной субмелкокристаллической структурой подвергли испытаниям с определением временного сопротивления σB, предела текучести σ0,2, относительного удлинения δ, длительной прочности σ1000 175 за 1000 ч при 175°С. При этом механические свойства на растяжение определяли при комнатной температуре и при 175°С. Результаты испытаний приведены в таблице 2.
Данные таблицы 2 показывают, что предлагаемый сплав имеет по сравнению с прототипом повышенные на 30-50 МПа прочностные характеристики при комнатной и повышенных температурах и более высокую длительную прочность.
В предложенном сплаве отсутствуют имеющиеся в прототипе ванадий и молибден, которые заменены на более эффективные элементы-антирекристаллизаторы хром и скандий.
Таким образом, термически упрочняемые полуфабрикаты и изделия с субмикроскопической структурой из предлагаемого сплава обладают уникальным сочетанием служебных характеристик при комнатной и повышенной температурах.
| Таблица 1. | |||||||||||||||
| Химический состав сплавов (масс.%) | |||||||||||||||
| Сплав | Cu | Mg | Mn | Ti | Zr | V | Mo | Cr | Sc | Si | Ag | Ge | Ni | Fe | Al |
| Предлагаемый | 5,0 | 0,6 | 0,4 | 0,06 | 0,12 | - | - | 0,1 | 0,12 | 0,2 | 0,55 | 0,13 | 0,08 | 0,07 | ост |
| Прототип | 4,9 | 0,6 | 0,58 | 0,04 | 0,10 | 0,05 | 0,03 | - | - | 0,2 | 0,50 | 0,14 | 0,10 | 0,11 | ост |
| Таблица 2. | |||||||
| Механические свойства изделий в продольном направлении | |||||||
| Сплав | Свойства при 20°С | Свойства при 175°С | σ1000 175, МПа | ||||
| σB, МПа | σ0,2, МПа | δ, % | σB, МПа | σ0,2, МПа | 5,% | ||
| Предлагаемый | 550 | 490 | 10 | 425 | 390 | 10 | 225 |
| Прототип | 500 | 440 | 9 | 380 | 360 | 11 | 200 |
Формула изобретения
1. Жаропрочный деформируемый сплав на основе алюминия, содержащий медь, магний, марганец, титан, цирконий, кремний, серебро, германий, никель, железо, отличающийся тем, что он дополнительно содержит хром и скандий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Медь | 4,4-5,4 |
| Магний | 0,45-0,80 |
| Марганец | 0,3-0,5 |
| Титан | 0,03-0,10 |
| Цирконий | 0,08-0,15 |
| Хром | 0,05-0,15 |
| Скандий | 0,08-0,15 |
| Кремний | 0,03-0,25 |
| Серебро | 0,4-0,80 |
| Германий | 0,05-0,20 |
| Никель | 0,01-0,50 |
| Железо | 0,01-0,50 |
| Алюминий | Остальное, |
при этом сумма марганца, титана, циркония, хрома и скандия должна составлять 0,70-1,05 при соотношениях скандий/цирконий = 1-1,875 и никель/железо = 0,95-1,05.
2. Изделие из жаропрочного деформируемого сплава на основе алюминия, отличающееся тем, что оно выполнено из сплава по п.1.
ИЗВЕЩЕНИЯ
PD4A Изменение наименования, фамилии, имени, отчества патентообладателя
(73) Патентообладатель(и):
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Белгородский государственный национальный исследовательский университет» (RU)
Дата публикации: 10.04.2012
MM4A Досрочное прекращение действия патента из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 16.03.2017
Дата внесения записи в Государственный реестр: 06.12.2017
Дата публикации и номер бюллетеня: 06.12.2017 Бюл. №34