RU2180928C1

RU2180928C1 - Aluminum-based alloy and a piece made from this alloy

Info

Publication number: RU2180928C1
Application number: RU2000123607A
Authority: RU
Inventors: И.Н. Фридляндер; Е.Н. Каблов; В.С. Сандлер; Л.В. Латушкина; Т.П. Федоренко; В.В. Садков; П.В. Панченко
Original assignee: Государственное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов"
Priority date: 2000-09-14
Filing date: 2000-09-14
Publication date: 2002-03-27

Abstract

FIELD: non-ferrous metal alloys. SUBSTANCE: invention relates to Al-Cu-Mg-Li alloys used as structural materials in aviation-and-space engineering. Alloy is composed of, wt %: lithium 1.7-2.0, titanium 0.01-0.1, copper 1.6-2.0, nickel 0.01-0.15, magnesium 0.7-1.1, manganese 0.01-0.4, zirconium 0.04-0.2, gallium 0.001-0.05, beryllium 0.02-0.2, hydrogen 1,5×10^-5-5,0×10^-5, at least one element from the group including: zinc 0.01-0.3, sodium 0.0005-0.001, antimony 0.00003-0.015, and aluminum - the balance. A piece made from this alloy is also provided. EFFECT: increased strength and improved process plasticity upon cold working of sheet. 2 cl, 2 tbl

Description

Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к сплавам на основе алюминия системы алюминий-медь-магний-литий. Полуфабрикаты из этих сплавов используются в качестве конструкционных материалов для авиакосмической техники в виде обшивки и силового набора. The invention relates to the field of non-ferrous metallurgy, and in particular to aluminum-based alloys of the aluminum-copper-magnesium-lithium system. Semi-finished products from these alloys are used as structural materials for aerospace engineering in the form of casing and power set.

Известны конструкционные деформируемые сплавы этой системы (авторское свидетельство СССР 1356498 МКИ С 22 С 21/18, Бюллетень изобретений 11, 1992 г., патент Франции 2561260, МКИ С 22 С 21/12), Однако эти сплавы, имея пониженную плотность и приемлемые механические свойства при однократном и повторном нагружении, обладают низкой способностью к деформированию в процессе изготовления гнутых профилей. Эта характеристика является определяющей при производстве ряда изделий авиакосмической техники. Known structural deformable alloys of this system (USSR author's certificate 1356498 MKI C 22 C 21/18, Bulletin of inventions 11, 1992, French patent 2561260, MKI C 22 C 21/12), However, these alloys, having a reduced density and acceptable mechanical properties for single and repeated loading, have a low ability to deform during the manufacture of bent profiles. This characteristic is decisive in the production of a number of aerospace engineering products.

Наиболее близким по химическому составу и назначению, принятым за прототип, является сплав на основе алюминия системы алюминий-медь-магний-литий следующего химического состава, мас.%:
литий - 1,7-2,0
медь - 1,6-2,0
магний - 0,7-1,1
цирконий - 0,04-0,16
бериллий - 0,02-0,2
титан - 0,01-0,07
никель - 0,02-0,15
марганец - 0,01-0,4
алюминий - остальное
(авторское свидетельство CCCP 1767916, МКИ С 22 С 21/16, Бюллетень изобретений 23 1997 г.). Этот сплав обладает улучшенным сочетанием прочности, предела текучести и вязкости разрушения. Листы этого сплава имеют предел прочности 430-450 МПа, вязкость разрушения 87-93 МПа.м^1/2. Однако листы обладают недостаточной технологической пластичностью при холодной деформации, поэтому изделия, выполненные из этого сплава, недостаточно технологичны и требуют значительных трудозатрат при получении, например, стрингеров.The closest in chemical composition and purpose, adopted as a prototype, is an alloy based on aluminum of the aluminum-copper-magnesium-lithium system of the following chemical composition, wt.%:
lithium - 1.7-2.0
copper - 1.6-2.0
magnesium - 0.7-1.1
zirconium - 0.04-0.16
beryllium - 0.02-0.2
titanium - 0.01-0.07
nickel - 0.02-0.15
Manganese - 0.01-0.4
aluminum - the rest
(copyright certificate CCCP 1767916, MKI C 22 C 21/16, Bulletin of inventions 23 1997). This alloy has an improved combination of strength, yield strength and fracture toughness. The sheets of this alloy have a tensile strength of 430-450 MPa, a fracture toughness of 87-93 MPa.m ^1/2 . However, the sheets have insufficient technological ductility during cold deformation, therefore, products made of this alloy are not technologically advanced and require significant labor costs when obtaining, for example, stringers.

Технической задачей данного изобретения является создание сплава, обладающего наряду с высокими прочностными свойствами (пределами прочности и текучести) повышенной технологической пластичностью при холодной деформации листов, позволяющей получать качественные изделия с меньшими трудозатратами. The technical task of this invention is the creation of an alloy that, along with high strength properties (tensile strength and yield strength), has high technological ductility during cold deformation of sheets, which allows to obtain high-quality products with less labor.

Для достижения поставленной задачи предложен сплав на основе алюминия, имеющий следующий химический состав, мас.%:
литий - 1,7-2,0
медь - 1,6-2,0
магний - 0,7-1,1
цирконий - 0,04-0,2
бериллий - 0,02-0,2
титан - 0,01-0,1
никель - 0,01-0,15
марганец - 0,01-0,4
галлий - 0,001-0,05
водород - 1,5•10^-5-5,0•10^-5
по крайней мере один элемент из группы, содержащей:
цинк - 0,01-0,3
сурьму - 0,00003-0,015
натрий - 0,0005-0,001
алюминий - остальное
и изделие, выполненное из него.To achieve this, an aluminum-based alloy is proposed having the following chemical composition, wt.%:
lithium - 1.7-2.0
copper - 1.6-2.0
magnesium - 0.7-1.1
zirconium - 0.04-0.2
beryllium - 0.02-0.2
titanium - 0.01-0.1
nickel - 0.01-0.15
Manganese - 0.01-0.4
gallium - 0.001-0.05
hydrogen - 1.5 • 10 ^-5 -5.0 • 10 ^-5
at least one element from the group consisting of:
zinc - 0.01-0.3
antimony - 0.00003-0.015
sodium - 0.0005-0.001
aluminum - the rest
and an article made from it.

Повышение технологической пластичности как важной характеристики, обеспечивающей производство изделий из листов, достигается дополнительным легированием галлием и водородом, а также добавкой по крайней мере одного элемента из группы: цинк, сурьма, натрий. An increase in technological plasticity as an important characteristic ensuring the production of sheet products is achieved by additional alloying with gallium and hydrogen, as well as by adding at least one element from the group: zinc, antimony, and sodium.

Присутствие водорода, вызывающего образование гидридов, уменьшает локализацию деформации по линиям скольжения. Тем самым снижается вероятность появления трещин по грубым полосам скольжения и улучшается технологичность. Галлий концентрируется на границах зерен, способствует зернограничной деформации. Легкоплавкие элементы - цинк, сурьма и натрий, также облегчают сдвиговую деформацию по границам зерен, особенно при повышении температуры, сопровождающем деформацию. При этом улучшается деформационная способность сплава и повышается технологическая пластичность. The presence of hydrogen, which causes the formation of hydrides, reduces the localization of deformation along slip lines. This reduces the likelihood of cracks in the coarse slip bands and improves manufacturability. Gallium concentrates on grain boundaries, contributes to grain boundary deformation. The low-melting elements — zinc, antimony, and sodium — also facilitate shear deformation along grain boundaries, especially with increasing temperature accompanying the deformation. At the same time, the deformation ability of the alloy is improved and the process ductility is increased.

Пример осуществления. An example implementation.

В лабораторных условиях были отлиты слитки 4 сплавов. Из слитков путем прессования полосы и последующей горячей и холодной прокатки получали листы толщиной 1,5 мм. Прессование проводили при 430^oС, а горячую прокатку - при 440-450^oС. Листы разрезали на заготовки, которые закаливали от температуры 530^oС в воде. Из этих заготовок методом стесненного изгиба при комнатной температуре получали гнутые корытообразные профили высотой 20 мм. Угол гиба составлял 65-70^o.In laboratory conditions, 4 alloy ingots were cast. From ingots, by pressing a strip and subsequent hot and cold rolling, sheets with a thickness of 1.5 mm were obtained. Pressing was carried out at 430 ^o C, and hot rolling at 440-450 ^o C. The sheets were cut into blanks, which were quenched from a temperature of 530 ^o C in water. From these blanks, bent trough-like profiles 20 mm high were obtained by the method of tight bending at room temperature. The bending angle was 65-70 ^o .

Формообразование профилей осуществляли на гибочно-прокатном стане с двумя парами роликов за 1 переход. The profiles were formed on a bending mill with two pairs of rollers in one transition.

Главным фактором, определяющим жесткость получаемого профиля, а следовательно эффективность процесса гнутья, является возможно большее утолщение материала, измеряемое по биссектрисе угла зоны сгиба. Оно равно отношению толщины листа после формообразования к исходной толщине листа. Чем оно выше, тем большей технологической пластичностью обладает сплав. The main factor determining the stiffness of the obtained profile, and therefore the efficiency of the bending process, is the largest possible thickening of the material, measured by the bisector of the angle of the bend zone. It is equal to the ratio of the sheet thickness after shaping to the original sheet thickness. The higher it is, the greater the technological plasticity of the alloy.

Величину утолщения измеряли с помощью микроскопа на поперечных микрошлифах. В таблице 1 представлены химические составы предложенного сплава и прототипа, в таблице 2 - данные по механическим и технологическим свойствам предложенного сплава и прототипа. The magnitude of the thickening was measured using a microscope on transverse microsections. Table 1 presents the chemical compositions of the proposed alloy and prototype, in table 2 - data on the mechanical and technological properties of the proposed alloy and prototype.

Полученные результаты показывают, что предложенный сплав по сравнению с известным сплавом обладает практически одинаковыми пределом прочности и относительным удлинением. Однако по технологической пластичности, определяемой величиной утолщения материала, он имеет превосходство на ~30%. The results show that the proposed alloy in comparison with the known alloy has almost the same tensile strength and elongation. However, in technological plasticity, determined by the magnitude of the thickening of the material, it has a superiority of ~ 30%.

Таким образом применение предлагаемого сплава, например, для производства гнутых профилей, стрингеров и других деталей из листов обеспечивает повышение их жесткости, что в свою очередь повысит конструктивную прочность и надежность работы изделий, в том числе авиакосмической техники. Thus, the use of the proposed alloy, for example, for the production of bent profiles, stringers and other parts from sheets provides an increase in their rigidity, which in turn will increase the structural strength and reliability of the products, including aerospace engineering.

Claims

1. Сплав на основе алюминия, содержащий литий, медь, магний, цирконий, бериллий, титан, никель, марганец, отличающийся тем, что он дополнительно содержит галлий, водород и по крайней мере один элемент из группы, содержащей цинк, сурьму и натрий, при следующем соотношении компонентов, маc. %:
Литий - 1,7-2,0
Медь - 1,6-2,0
Магний - 0,7-1,1
Цирконий - 0,04-0,2
Бериллий - 0,02-0,2
Титан - 0,01-0,1
Никель - 0,01-0,15
Марганец - 0,01-0,4
Галлий - 0,001-0,05
Водород - 1,5x10^-5-5,0x10^-5
По крайней мере один элемент из группы, содержащей:
цинк - 0,01-0,3
сурьму - 0,00003-0,015
натрий - 0,0005-0,001
алюминий - Остальное
2. Изделие, выполненное из сплава на основе алюминия, отличающееся тем, что сплав имеет следующий химический состав, маc. %:
Литий - 1,7-2,0
Медь - 1,6-2,0
Магний - 0,7-1,1
Цирконий - 0,04-0,2
Бериллий - 0,02-0,2
Титан - 0,01-0,1
Никель - 0,01-0,15
Марганец - 0,01-0,4
Галлий - 0,001-0,05
Водород - 1,5x10^-5-5,0x10^-5
По крайней мере один элемент из группы, содержащей:
цинк - 0,01-0,3
сурьму - 0,00003-0,015
натрий - 0,0005-0,001
алюминий - Остальное1. An aluminum-based alloy containing lithium, copper, magnesium, zirconium, beryllium, titanium, nickel, manganese, characterized in that it additionally contains gallium, hydrogen and at least one element from the group consisting of zinc, antimony and sodium, in the following ratio of components, wt. %:
Lithium - 1.7-2.0
Copper - 1.6-2.0
Magnesium - 0.7-1.1
Zirconium - 0.04-0.2
Beryllium - 0.02-0.2
Titanium - 0.01-0.1
Nickel - 0.01-0.15
Manganese - 0.01-0.4
Gallium - 0.001-0.05
Hydrogen - 1,5x10 ^{^-5} -5,0x10 ^-5
At least one element from the group consisting of:
zinc - 0.01-0.3
antimony - 0.00003-0.015
sodium - 0.0005-0.001
aluminum - the rest
2. The product is made of an alloy based on aluminum, characterized in that the alloy has the following chemical composition, wt. %:
Lithium - 1.7-2.0
Copper - 1.6-2.0
Magnesium - 0.7-1.1
Zirconium - 0.04-0.2
Beryllium - 0.02-0.2
Titanium - 0.01-0.1
Nickel - 0.01-0.15
Manganese - 0.01-0.4
Gallium - 0.001-0.05
Hydrogen - 1,5x10 ^{^-5} -5,0x10 ^-5
At least one element from the group consisting of:
zinc - 0.01-0.3
antimony - 0.00003-0.015
sodium - 0.0005-0.001
aluminum - the rest