Деформируемый сплав на основе алюминия Российский патент 2021 года по МПК C22C21/00 

Предлагаемое изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым сплавам на основе алюминия, предназначенным для использования в виде деформированных полуфабрикатов, преимущественно в виде прессованных прутков, в качестве электропроводного конструкционного материала преимущественно для токопроводящих элементов конструкции в авиакосмической технике, судостроении, транспортном машиностроении и других отраслях промышленности, а также в качестве заготовки для получения электропроводов.

Известен деформируемый сплав на основе алюминия, применяемый в качестве электропроводного материала, содержащий 99,5 мас.% алюминия и примеси в количестве не более, мас.%: железо 0,3, кремний 0,3, медь 0,05, цинк 0,1, титан 0,15, марганец 0,025, магний 0,05, примеси в сумме 0,7 (см. Алюминиевые сплавы. Применение алюминиевых сплавов. Справочное руководство. М.: Металлургия. 1972. С. 238).

Однако существующий сплав имеет низкие прочностные свойства.

Известен деформируемый сплав на основе алюминия, применяемый в качестве электропроводного материала (см. патент RU №2416658, МПК С22С 21/06 - прототип), следующего химического состава, мас.%:

Магний 0,55-0,85 Скандий 0,2-0,4 Гафний 0,02-0,05 Иттрий 0,0001-0,005 Алюминий Остальное.

Однако известный сплав имеет недостаточно высокую прочность и недостаточно высокую электропроводность, что утяжеляет токопроводящие элементы конструкции и снижает тем самым характеристики весовой отдачи конструкции в целом.

Предлагается деформируемый сплав на основе алюминия, содержащий скандий, который дополнительно содержит цирконий, железо и неизбежные примеси, основными из которых являются магний, марганец, кремний, медь, цинк, титан и хром, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Скандий 0,15-0,28 Цирконий 0,05-0,15 Железо 0,01-0,06 Алюминий и неизбежные примеси, в том числе магний в количестве не более 0,05 марганец в количестве не более 0,02 кремний в количестве не более 0,05 медь в количестве не более 0,05 цинк в количестве не более 0,05 титан в количестве не более 0,05 и хром в количестве не более 0,02 при суммарном содержании примесей магния, марганца, кремния,

меди, цинка, титана и хрома не более 0,15 мас.% Остальное,

при соблюдении соотношения между содержанием циркония и скандия от 0,25 до 0,75.

Предлагаемый сплав отличается от известного тем, что он дополнительно содержит цирконий, железо и неизбежные примеси, основными из которых являются магний, марганец, кремний, медь, цинк, титан и хром, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Скандий 0,15-0,28 Цирконий 0,05-0,15 Железо 0,01-0,06 Алюминий и неизбежные примеси, в том числе магний в количестве не более 0,05 марганец в количестве не более 0,02 кремний в количестве не более 0,05 медь в количестве не более 0,05 цинк в количестве не более 0,05 титан в количестве не более 0,05 и хром в количестве не более 0,02 при суммарном содержании примесей магния, марганца, кремния, меди, цинка, титана и хрома не более 0,15 мас.% Остальное,

при соблюдении соотношения между содержанием циркония и скандия от 0,25 до 0,75.

Технический результат - повышение прочности и электропроводности сплава, что позволяет снизить массу и габариты токопроводящих элементов конструкции, повышая тем самым характеристики весовой отдачи конструкции в целом.

При предлагаемом содержании и соотношении компонентов в предлагаемом сплаве при неизбежных технологических нагревах образуются дисперсные частицы фазы типа Al₃(Sc, Zr), являющиеся продуктами распада твердого раствора скандия и циркония в алюминии и оказывающие сильное непосредственное упрочняющее действие и опосредованное за счет формирования в деформированном полуфабрикате нерекристаллизованной (полигонизованной) структуры, сохраняющейся при нагревах благодаря высокой дисперсности и термической стабильности фазы Al₃(Sc, Zr). Благодаря этому после высокотемпературного отжига деформированного полуфабриката, обедняющего твердый раствор, обеспечивается максимально возможный для данного химического состава уровень прочности и электропроводности отожженного полуфабриката. Дополнительное упрочнение достигается за счет образующейся в процессе кристаллизации фазы Al₃Fe. Высокая электропроводность сплава достигается за счет того, что после выведения из твердого раствора скандия и циркония матрица сплава представляет собой сильно обедненный твердый раствор и электропроводность сплава приближается к электропроводности технического алюминия. Повышению электропроводности сплава способствует ограничение содержания в нем неизбежных примесей магния, марганца, кремния, меди, цинка, титана, хрома и их суммы. Предлагаемое соотношение между содержанием циркония и скандия является оптимальным с точки зрения усваиваемости этих элементов при приготовлении сплава.

Пример

Получили предлагаемый сплав из шихты, состоящей из алюминия высокой чистоты марки А99, магния марки Мг95, двойных лигатур алюминий-скандий, алюминий-цирконий и алюминий-железо. Сплав готовили в электрической печи сопротивления и методом полунепрерывного литья отливали круглые слитки диаметром 370 мм.

Химический состав сплава приведен в таблице 1.

Слитки гомогенизировали, после чего резали на заготовки длиной 600 мм, которые затем обтачивали до диаметра 345 мм. Обточенные заготовки прессовали на горизонтальном гидравлическом прессе с максимальным усилием 5000 тс при температуре 390°С на пруток диаметром 110 мм. Пруток подвергали отжигу при температуре 390°С с выдержкой при этой температуре 1 ч. Определяли прочностные свойства (предел прочности σ_в и предел текучести σ_0,2) и удельную электрическую проводимость у отожженных прессованных прутков. Также определяли механические свойства и удельную электрическую проводимость изготовленных тем же способом прутков из сплава-прототипа, химический состав которого приведен в таблице 1

Результаты испытаний приведены в таблице 2.

Таким образом, предлагаемый сплав имеет в 1,2 раза более высокий предел прочности, в 1,3 раза более высокий предел текучести и в 1,11 раза более высокую электропроводность, что позволит в 1,1-1,2 раза снизить массу и габариты токопроводящих элементов конструкции и соответственно повысить характеристики весовой отдачи конструкции в целом, что принципиально важно для авиакосмической техники, судостроения и других отраслей промышленности.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым сплавам на основе алюминия, предназначенным для использования в виде деформированных полуфабрикатов, преимущественно в виде прессованных прутков, в качестве электропроводного конструкционного материала преимущественно для токопроводящих элементов конструкции в авиакосмической технике, судостроении, транспортном машиностроении и других отраслях промышленности, а также в качестве заготовки для получения электропроводов. Деформируемый сплав на основе алюминия содержит, мас.%: скандий 0,15-0,28, цирконий 0,05-0,15, железо 0,01-0,06, неизбежные примеси, в том числе магний не более 0,05, марганец не более 0,02, кремний не более 0,05, медь не более 0,05, цинк не более 0,05, титан не более 0,05, хром не более 0,02 при их суммарном содержании не более 0,15, алюминий остальное, при соблюдении соотношения между содержанием циркония и скандия от 0,25 до 0,75. Техническим результатом является повышение прочности и электропроводности материала. 2 табл., 1 пр.

Деформируемый сплав на основе алюминия, содержащий скандий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит цирконий, железо и неизбежные примеси, основными из которых являются магний, марганец, кремний, медь, цинк, титан и хром, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

скандий 0,15-0,28 цирконий 0,05-0,15 железо 0,01-0,06 неизбежные примеси, в том числе: магний не более 0,05 марганец не более 0,02 кремний не более 0,05 медь не более 0,05 цинк не более 0,05 титан не более 0,05 хром не более 0,02, при их суммарном содержании не более 0,15 алюминий остальное,

при соблюдении соотношения между содержанием циркония и скандия от 0,25 до 0,75.