Исследователи Университета МИСИС запатентовали новый алюминиевый сплав, превосходящий распространенные промышленные аналоги 1201-й и 2219-й серии. Деформируемые сплавы 2000 серии на основе системы Al-Cu-Mn являются одними из наиболее прочных и жаропрочных материалов на основе алюминия.
Как указано в патенте, изобретение относится к области металлургии, конкретно к высокопрочным деформируемым сплавам на основе алюминия, и может быть использовано для получения деформированных изделий, предназначенных для изготовления высоконагруженных деталей и конструкций, в том числе ответственного назначения. Деформируемый сплав на основе алюминия содержит, мас.%: Cu – 4,50-6,50, Mn – 0,20-1,50, Si – 0,15-0,90, Sn – 0,04-0,20, Zr – 0,05-0,25, Ti – 0,01-0,20, Fe – 0,01-0,30, Al и примеси – остальное, при суммарном содержании циркония и титана, составляющем не более 0,26 мас.%. Сплав имеет температуру равновесного солидуса не ниже 540°С и структуру после термообработки, содержащую алюминиевую матрицу с микротвердостью не менее 145 HV. Сплав после деформации и старения обладает высокими значения прочности и пластичности. Сплав может быть использован при производстве высокопрочных деформированных полуфабрикатов в виде катаных плит и листов, поковок и прессованных прутков.
- Медь позволяет добиться упрочнения сплава после полного цикла термической обработки, включающей гомогенизационный отжиг, деформационную обработку, отжиг, закалку и старение.
- Введение малой добавки олова в заявленных пределах обеспечивает глубокое модифицирование структуры продуктов старения, представленных выделениями θ’ фазы.
- Добавление марганца обеспечивает формирование в процессе отжига сплава дисперсоидов фазы Al20Cu2Mn3, при этом совместное легирование марганцем и кремнием позволяет связать вредную примесь железа Fe в компактное соединение Al15(FeMn)3Si2 (α-фаза), формирующееся в процессе кристаллизации сплава.
- Добавки циркония и титана являются стандартными модификаторами зерна, обеспечивающими приемлемый уровень литейных свойств при получении слитков, а также приводят к образованию в структуре дисперсоидов Al3Zr и Al3Ti, положительно влияющих на механические свойства в широком интервал температур эксплуатации.
«Новый алюминиевый сплав с добавлением олова, созданный нашими исследователями под руководством молодого талантливого доктора технических наук Торгома Акопяна, перспективен для отраслей, где важно сочетание прочности и легкости: использование запатентованного материала значительно удешевит производство высоконагруженных деталей в авиационной, космической и транспортной отраслях», — рассказала ректор НИТУ МИСИС Алевтина Черникова.
Сначала все компоненты расплавили, смешали и отлили в слитки. Затем эти слитки раскатали в листы, что уплотнило структуру металла. Самый важный этап — термическая обработка: сначала сплав закалили, а затем применили метод старения. На последней стадии микродобавка олова спровоцировала образование внутри металла множество сверхмелких медьсодержащих частиц, которые и придают материалу высокую прочность.
«Важно отметить, что прирост достигается без использования дорогостоящих или токсичных легирующих добавок, таких как серебро или кадмий, и с сохранением способности к высокой деформации без разрушения. Из сплава можно создавать силовые элементы планеров, рам, креплений и узлов шасси в аэрокосмической промышленности», — отметил Торгом Акопян, старший научный сотрудник кафедры обработки металлов давлением НИТУ МИСИС.
Новый состав и режимы обработки позволяют управлять структурой материала на наноуровне, благодаря чему его ключевые механические параметры — пределы прочности и текучести — повышается на 30–40% при сохранении высокой пластичности. В транспортном машиностроении сплав может быть использован при производстве высоконагруженных компонентов для автомобилей, поездов и спецтехники: кузовов, рам, элементов подвески. Также можно производить все основные виды деформированных полуфабрикатов: катаные плиты и листы, поковки, а также прессованные прутки.
«Преимущество метода заключается в его полной совместимости с существующей промышленной инфраструктурой. Для перехода на выпуск нового сплава не потребуется дорогостоящего переоснащения цехов — можно использовать стандартное оборудование для литья, прокатки и термообработки. Это обеспечивает низкий порог внедрения и быструю окупаемость технологии», — объяснил Николай Белов, главный научный сотрудник кафедры обработки металлов давлением НИТУ МИСИС.
