СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ Российский патент 1995 года по МПК C22C21/00 

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к разработке состава алюминиевого жаропрочного сплава повышенной прочности.

Известен сплав на основе алюминия, содержащий хром и цирконий (Металловедение цветных металлов. Сб. Наука, 1972, с.163). Сплав содержит, мас. Сr 1,5; Zr 1,5, алюминий остальное.

Однако прочность его при комнатной и повышенных температурах недостаточно высока.

Наиболее близким к предлагаемому является сплав на основе алюминия, содержащий, мас.

Хром 1,5
Цирконий 1,5
Окись алюминия 0,2
Алюминий Остальное
Однако у известного сплава прочностные характеристики при комнатной и повышенных температурах недостаточно высокие [1]
Предлагается сплав на основе алюминия, содержащий хром, окись алюминия, скандий, нитрид алюминия, остальное алюминий, при следующем соотношении компонентов, мас.

Хром 1,5-3,5
Окись алюминия 0,01-1,0
Скандий 1,5-3,5
Нитрид алюминия 0,001-0,1
Алюминий Остальное
Отличие предлагаемого сплава от известного заключается в том, что он дополнительно содержит скандий и нитрид алюминия, при следующем соотношении компонентов, мас.

Хром 1,5-3,5
Окись алюминия 0,01-1,0
Скандий 1,5-3,5
Нитрид алюминия 0,001-0,1
Алюминий Остальное
Введение скандия и нитрида алюминия в сплав обеспечивает присутствие дисперсных частичек интерметаллидных фаз в теле матрицы (твердого раствора), причем, если интерметаллиды скандия выделяются внутри зерен, то дисперсные частички нитрида алюминия по границе зерен. Тем самым добиваются равномерного распределения дисперсных выделений интерметаллидных фаз по телу матрицы и обеспечивают получение высоких прочностных свойств готовых полуфабрикатов. Если содержание переходных металлов (хрома и скандия), окиси и нитрида алюминия будет меньше указанного содержания в сплаве, то дисперсных частиц будет мало, что не позволит дисперсным частичкам равномерно присутствовать в матрице сплава, и это не обеспечит получения требуемого уровня свойств полуфабрикатов.

Если содержание переходных металлов (хрома и скандия), окиси и нитрида алюминия будет больше указанного содержания в сплаве, то это приведет к появлению в структуре отливок (гранул, порошков, чешуек) крупных выделений интерметаллидных фаз и резкому падению всех свойств.

П р и м е р. Сплав трех составов с минимальным, максимальным и средним содержанием компонентов готовят в электропечи, перед литьем вводят окись алюминия и отливают в виде чешуек с V_охл 10⁵-10⁶ град/с. Чешуйки помещали в алюминиевые герметичные стаканы и продували горячим азотом для образования нитрида алюминия. Затем гранулы компактировали и прессовали на прутки. Прутки испытывали при комнатной, повышенных температурах и на длительную прочность.

Химический состав опробованных сплавов приведен в табл.1.

В табл.2 приведены свойства прутков из исследованных сплавов.

Предложенный сплав по прочностным характеристикам по пределу прочности на 10-14 кг/мм², а по пределу текучести на 4-7 кг/мм² при комнатной температуре превосходит известный сплав. При повышенной температуре (350^оС) предложенный сплав по пределу прочности превосходит на 8-9 кг/мм², а по пределу текучести на 7-8 кг/мм² превосходит известный. По длительной прочности 350^оС за 100 ч предлагаемый сплав превосходит известный в 2 раза. При этом повышение прочностных характеристик при комнатной и повышенных температурах сопровождается сохранением относительного удлинения на уровне известного сплава. Отклонение содержания легирующих компонентов за пределы предлагаемого сплава приводит к резкому падению всех прочностных характеристик как при комнатной, так и повышенных температурах.

Сплав на основе алюминия предназначен для применения в качестве конструкционного материала. Сплав на основе алюминия содержит, мас.%: хром 1,5 - 3,5; окись алюминия 0,01 - 1,0; скандий 1,5 - 3,5; нитрид алюминия 0,001 - 0,1; алюминий остальное. Свойства сплава следующие: механические свойства при 20°С: предел прочности 42 - 45 кг/см², предел текучести 36-39 кг/мм², относительное удлинение 14 - 16% при 350°С: предел прочности 16-18 кг/мм², предел текучести 15-17 кг/мм², относительное удлинение 14 - 16%, длительная прочность при 350°С за 100 ч 8,0 кг/мм². 2 табл.

СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ, содержащий хром и оксид алюминия, отличающийся тем, что он дополнительно содержит скандий и нитрид алюминия при следующем соотношении компонентов, мас.

Хром 1,5 3,5
Оксид алюминия 0,01 1,0
Скандий 1,5 3,5
Нитрид алюминия 0,001 0,1
Алюминий Остальное