RU2085607C1

RU2085607C1 - Deformable thermally cryogenic unreinforced aluminium- based alloy

Info

Publication number: RU2085607C1
Application number: RU95111305A
Authority: RU
Inventors: Борис Иванович Бондарев; Валентин Георгиевич Давыдов; Руслана Ивановна Доброжинская; Виктор Игнатович Елагин; Валерий Владимирович Захаров; Юрий Аркадьевич Филатов
Original assignee: Борис Иванович Бондарев; Валентин Георгиевич Давыдов; Руслана Ивановна Доброжинская; Виктор Игнатович Елагин; Валерий Владимирович Захаров; Юрий Аркадьевич Филатов
Priority date: 1995-06-30
Filing date: 1995-06-30
Publication date: 1997-07-27
Also published as: RU95111305A

Abstract

FIELD: metallurgy of alloys, more particularly deformable thermally unreinforced alloys. SUBSTANCE: deformable thermally unreinforced aluminium based cryogenic alloy comprises (wt%): 3.9-4.9 magnesium; 0.01-0.1 titanium; 0.0001-0.006 beryllium; 0.08-0.15 zirconium; 0.20-0.50 scandium; 0.001-0.004 cerium; and the aluminium balance. EFFECT: improved properties of the alloy. 2 tbl

Description

Изобретение относится к металлургии сплавов, в частности деформируемых термически неупрочняемых сплавов, предназначенных для использования в виде деформированных полуфабрикатов в качестве конструкционного материала. The invention relates to the metallurgy of alloys, in particular deformable thermally unstrengthened alloys intended for use in the form of deformed semi-finished products as a structural material.

Существуют в металлургии криогенные термически неупрочняемые сплавы на основе алюминия [1] в частности сплав АМг4 следующего химического состава, мас. There are cryogenic thermally unstrengthened aluminum-based alloys in metallurgy [1], in particular, AMg4 alloy of the following chemical composition, wt.

Магний 3,8-4,8
Марганец 0,5-0,8
Хром 0,05-0,25
Титан 0,02-0,1
Бериллий 0,0001-0,005
Алюминий Остальное
Однако, существующий сплав имеет низкие прочностные свойства при высокой технологичности, хорошей свариваемости, высокой коррозионной стойкости и хорошей работоспособности при криогенных температурах.Magnesium 3.8-4.8
Manganese 0.5-0.8
Chrome 0.05-0.25
Titanium 0.02-0.1
Beryllium 0.0001-0.005
Aluminum Else
However, the existing alloy has low strength properties with high processability, good weldability, high corrosion resistance and good performance at cryogenic temperatures.

Известен деформируемый термически неупрочняемый сплав на основе алюминия [2] применяемый как криогенный, следующего химического состава, мас. Known deformable thermally unstrengthened alloy based on aluminum [2] used as cryogenic, of the following chemical composition, wt.

Магний 5,8-6,8
Марганец 0,5-0,8
Титан 0,02-0,1
Бериллий 0,0002-0,005
Алюминий Остальное
Однако, известный сплав имеет низкую работоспособность в жидком водороде при достаточно высокой прочности, способности работать в жидком азоте и в жидком кислороде, хорошей свариваемости, удовлетворительной коррозионной стойкости и удовлетворительной технологичности в условиях металлургического производства.Magnesium 5.8-6.8
Manganese 0.5-0.8
Titanium 0.02-0.1
Beryllium 0.0002-0.005
Aluminum Else
However, the known alloy has a low working capacity in liquid hydrogen with a sufficiently high strength, ability to work in liquid nitrogen and liquid oxygen, good weldability, satisfactory corrosion resistance and satisfactory processability in metallurgical production conditions.

Предлагается криогенный деформируемый термически неупрочняемый сплав на основе алюминия, содержащий магний, титан и бериллий, в который дополнительно введены цирконий, скандий и церий и компоненты взяты в следующем соотношении, мас. A cryogenic deformable thermally non-hardenable aluminum-based alloy is proposed, containing magnesium, titanium and beryllium, in which zirconium, scandium and cerium are additionally introduced and the components are taken in the following ratio, wt.

Магний 3,9-4,9
Титан 0,01-0,1
Бериллий 0,0001-0,005
Цирконий 0,05-0,15
Скандий 0,2-0,5
Церий 0,001-0,004
Алюминий Остальное
Предлагаемый сплав отличается от прототипа тем, что он дополнительно содержит цирконий, скандий и церий при следующем соотношении компонентов, мас.Magnesium 3.9-4.9
Titanium 0.01-0.1
Beryllium 0.0001-0.005
Zirconium 0.05-0.15
Scandium 0.2-0.5
Cerium 0.001-0.004
Aluminum Else
The proposed alloy differs from the prototype in that it additionally contains zirconium, scandium and cerium in the following ratio of components, wt.

Магний 3,9-4,9
Титан 0,01-0,1
Бериллий 0,0001-0,005
Цирконий 0,05-0,15
Скандий 0,2-0,5
Церий 0,001-00,4
Алюминий Остальное
Цель изобретения повышение работоспособности сплава при работе в среде жидкого водорода, что позволит снизить вес криогенных конструкций, в частности конструкции летательного аппарата, использующего жидкий водород в качестве горючего, и повысить их надежность.Magnesium 3.9-4.9
Titanium 0.01-0.1
Beryllium 0.0001-0.005
Zirconium 0.05-0.15
Scandium 0.2-0.5
Cerium 0.001-00.4
Aluminum Else
The purpose of the invention to improve the health of the alloy when working in a liquid hydrogen environment, which will reduce the weight of cryogenic structures, in particular the design of an aircraft using liquid hydrogen as a fuel, and increase their reliability.

При предлагаемом содержании и соотношении компонентов в предлагаемом сплаве образуется пластичная матрица, представляющая собой, в основном, твердый раствор магния в алюминии и обеспечивающая за счет высокого запаса пластичности высокую работоспособность сплава в условиях сверхнизких температур, в том числе при работе в среде жидкого водорода. В то же время за счет вторичных выделений дисперсных частиц интерметаллидов, содержащих алюминий, скандий и другие переходные металлы, входящие в состав сплава, поддерживается высокий уровень прочностных свойств сплава как при комнатной, так и при криогенных температурах. With the proposed content and ratio of components in the proposed alloy, a plastic matrix is formed, which is mainly a solid solution of magnesium in aluminum and, due to the high plasticity margin, ensures high performance of the alloy at ultra-low temperatures, including when working in liquid hydrogen. At the same time, due to the secondary precipitation of dispersed particles of intermetallic compounds containing aluminum, scandium and other transition metals included in the alloy, a high level of strength properties of the alloy is maintained both at room and at cryogenic temperatures.

Пример. С использованием технического алюминия А85, магния МГ90, двойных лигатур алюминий-марганец, алюминий-титан, алюминий-бериллий, алюминий-цирконий, алюминий-скандий и алюминий-церий в электропечи готовили сплав и методом полунепрерывного литья отливали плоские слитки сечением 165х550 мм из сплава предлагаемого состава с минимальным, оптимальным, максимальным содержанием компонентов, с запредельным содержанием компонентов, а также из известного сплава по прототипу (табл.1). Example. Using technical aluminum A85, magnesium MG90, double alloys aluminum-manganese, aluminum-titanium, aluminum-beryllium, aluminum-zirconium, aluminum-scandium and aluminum-cerium, an alloy was prepared in an electric furnace and flat ingots with a section of 165x550 mm were cast from semi-continuous casting from an alloy the proposed composition with a minimum, optimal, maximum content of components, with a transcendental content of components, as well as from the known alloy of the prototype (table 1).

Слитки после гомогенизации обрабатывали механически до толщины 140 мм, после чего при 400^oC прокатывали на стане горячей прокатки до толщины 10 мм, затем на стане холодной прокатки до толщины 3 мм. Полученные таким образом холоднокатаные листы толщиной 3 мм подвергали отжигу. Отожженные листы толщиной 3 мм служили материалом для исследования.After homogenization, the ingots were machined mechanically to a thickness of 140 mm, after which at 400 ^° C. they were rolled in a hot rolling mill to a thickness of 10 mm, then in a cold rolling mill to a thickness of 3 mm. The 3 mm thick cold rolled sheets thus obtained were annealed. Annealed sheets with a thickness of 3 mm served as material for research.

На стандартных поперечных образцах, вырезанных из листов, определяли механические свойства при температуре жидкого азота (-196^oC) и при температуре жидкого водорода (-253^oC). О работоспособности сплава при этих температурах судили по сочетанию прочностных (предел прочности σ_в и предел текучести σ_0,2) и пластических (относительное удлинение δ) характеристик. При этом имели в виду, что сплав обладает достаточной работоспособностью в среде жидкого водорода, если он не охрупчивается, т.е. если относительное удлинение не уменьшается при переходе от температуры жидкого азота к температуре жидкого водорода. Результаты испытаний приведены в табл.2.On standard transverse samples cut from sheets, mechanical properties were determined at a temperature of liquid nitrogen (-196 ^o C) and at a temperature of liquid hydrogen (-253 ^o C). The efficiency of the alloy at these temperatures was judged by a combination of strength (tensile strength σ _in and yield strength σ _0.2 ) and plastic (relative elongation δ) characteristics. At the same time, they had in mind that the alloy has sufficient working capacity in a liquid hydrogen environment if it is not embrittled, i.e. if the elongation does not decrease during the transition from the temperature of liquid nitrogen to the temperature of liquid hydrogen. The test results are shown in table.2.

Как видно из табл.2, предлагаемый сплав обладает более высокими прочностными и пластическими свойствами при криогенных температурах по сравнению с известным. Это позволит на 10-15% снизить вес криогенных конструкций, изготавливаемых из предлагаемого сплава. Кроме того, при снижении температуры испытаний от температуры жидкого азота до температуры жидкого водорода пластичность предлагаемого сплава не только не уменьшается, но даже несколько возрастает, что говорит о его достаточно высокой работоспособности в среде жидкого водорода, что в свою очередь позволит создать принципиально новые высокотехнологичные конструкции летательных аппаратов на криогенном топливе, и в частности на жидководородном горючем. Благодаря тому, что предлагаемый сплав относится к термически неупрочняемым, он обладает хорошей свариваемостью и может применяться для сварных конструкций как в качестве основного металла, так и в качестве присадочного материала для сварки плавлением. As can be seen from table 2, the proposed alloy has higher strength and plastic properties at cryogenic temperatures in comparison with the known. This will reduce the weight of cryogenic structures made of the proposed alloy by 10-15%. In addition, with a decrease in the test temperature from the temperature of liquid nitrogen to the temperature of liquid hydrogen, the plasticity of the proposed alloy not only does not decrease, but even increases slightly, which indicates its sufficiently high working capacity in liquid hydrogen, which in turn will allow the creation of fundamentally new high-tech designs cryogenic fuel aircraft, and in particular, liquid hydrogen fuel. Due to the fact that the proposed alloy is thermally non-hardenable, it has good weldability and can be used for welded structures both as a base metal and as a filler material for fusion welding.

Claims

Cryogenic wrought thermally unstrengthened aluminum-based alloy containing magnesium, titanium and beryllium, characterized in that it additionally contains zirconium, scandium and cerium in the following ratio of components, wt.

Magnesium 3.9 4.9
Titanium 0.01 0.1
Beryllium 0.0001 0.005
Zirconium 0.05 0.15
Scandium 0.20 0.50
Cerium 0.001-0.004
Aluminum Rest