СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ АЦРЖ1 Российский патент 1995 года по МПК C22C21/00 

Изобретение относится к цветной металлургии, конкретно к жаропрочным литейным сплавам на основе алюминия.

Известен алюминиевый сплав с 1,2% Zr и 1,5% Cr (Промышленные алюминиевые сплавы: Справ. Алиева С.Г. и др. М. Металлургия, 1984, с. 272). Сплав имеет хорошую жаропрочность, однако он предназначен для получения изделий из порошка или гранул, что обусловливает их высокую себестоимость.

Наиболее близким к предлагаемому сплаву является литейный сплав AЛ33, содержащий, по массе: Медь 5,5-6,2 Никель 0,8-1,2 Марганец 0,6-1,0 Цирконий 0,05-0,2 Церий 0,15-0,3 Алюминий Остальное
Известный сплав имеет высокие значения жаропрочности в отливках при температурах до 350^оС, однако низкие литейные свойства не позволяют получать отливки сложной формы, что ограничивает его применение. К другим недостаткам этого сплава относятся: низкие значения пластичности при комнатной температуре, резкое падение показателей жаропрочности при температурах выше 400^оС и строгое ограничение по примеси железа (менее 0,3%), что требует для его производства дорогостоящий и дефицитный алюминий высокой чистоты.

Целью предлагаемого изобретения является: повышение литейных свойств; повышение пластичности при комнатной температуре; повышение жаропрочности при температурах выше 400^оС.

Для достижения поставленной цели сплав на основе алюминия, содержащий церий и цирконий, дополнительно содержит железо, и хром при следующем соотношении компонентов, мас. Церий 1,0-2,5 Цирконий 0,4-0,9 Железо 1,2-2,2 Хром 0,2-0,7 Алюминий Остальное
Церий и железо в заявленных пределах способствуют формированию эвтектики сложного состава, что обеспечивает высокие литейные свойства и жаропрочность. Концентрации церия и железа менее нижнего предела не обеспечивают требуемый уровень литейных свойств и жаропрочности, а при концентрации свыше верхнего уровня наблюдается падение значений пластичности из-за образования грубых первичных интерметаллидов. Цирконий и хром, находясь в алюминиевом твердом растворе и дисперсных вторичных алюминидах, положительно влияют на жаропрочность и позволяют сохранить достаточно высокую пластичность при комнатной температуре. Отсутствие меди и других традиционных основных легирующих элементов обеспечивает почти максимальное значение солидуса (около 650^оС), что способствует повышению уровня максимальных рабочих температур до 450^оС. При концентрациях Cr и Zr менее нижнего предела их действие незначительно, а при концентрациях свыше верхнего предела возникает опасность появления первичных алюминидов, снижающих пластичность.

Поскольку совместное введение церия, циркония, железа и хрома в сплав на основе алюминия в заявленных концентрациях позволяет получить качественно новый эффект, а именно получить сплав, сочетающий высокие значения литейных свойств, жаропрочности при температурах выше 400^оС и пластичности при комнатной температуре, допуская при этом в составе не менее 1% Fe, можно сделать вывод о соответствии предлагаемого изобретения требованию критерия "Существенные отличия".

Для опробования предлагаемого сплава в лабораторных условиях были приготовлены 6 составов, включая заявленные концентрации и средний состав известного сплава. Сплавы готовили в электрической печи сопротивления из чистого алюминия и лигатур (Al-Ce, Al-Cr, Al-Zr, Al-Fe). Механические свойства при 20^оС ( σ_b и δ ) и жаропрочность при 400 и 450^оС определяли на образцах, вырезанных из отливок с размерами 10х20х160 мм, отлитых в графитовую изложницу и термообработанных по специальному режиму. В качестве показателя жаропрочности использовали значение угла загиба (γ) при выдержке под напряжением 25 МПа при соответствующей температуре за 3 ч. Литейные свойства оценивали по карандашной пробе на горячеломкость (ПГ), определяя диаметр стержня, при котором обнаруживаются первые трещины.

Приведенные в таблице результаты показывают, что предлагаемый сплав (составы 2-4) превосходят известный (состав 6) по показателю жаропрочности при 400-450^оС, показателю горячеломкости и показателю пластичности при комнатной температуре, имея в составе не менее 1% Fe. Сплав рекомендуется для получения ответственных отливок сложной формы, от которых требуется высокий уровень механических свойств и жаропрочности. В частности предлагаемый сплав может использоваться вместо церумина АЦР1У, который обладает наиболее высокой жаропрочностью среди известных литейных алюминиевых сплавов.

Использование: в цветной металлургии, конкретно относится к жаропрочным литейным сплавам на основе алюминия. Сплав на основе алюминия содержит следующие компоненты, мас. церий 1,0 2,5; цирконий 0,4 0,9; железо 1,2 2,2; хром 0,2 0,7; алюминий остальное. 1 табл.

Сплав на основе алюминия, содержащий церий и цирконий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит железо и хром при следующем соотношении компонентов, мас.

Церий 1,0 2,5
Цирконий 0,4 0,9
Железо 1,2 2,2
Хром 0,2 0,7
Алюминий Остальное