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

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 C22C 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 высокие прочностные свойства, что утяжеляет токопроводящие элементы конструкции и снижает тем самым характеристики весовой отдачи конструкции в целом.

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

Магний 0,45-0,6 Скандий 0,1-0,15 Цирконий 0,1-0,15 Кальций 0,02-0,1 Железо 0,4-0,7 Кремний 0,45-0,65 Алюминий и неизбежные примеси, в том числе медь в количестве не более 0,05 мас.%, цинк в количестве не более 0,05 мас.%, марганец в количестве не более 0,02 мас.% и хром в количестве не более 0,02 мас.% Остальное

Предлагаемый сплав отличается от известного тем, что он дополнительно содержит цирконий, кальций, железо, кремний и неизбежные примеси, основными из которых являются медь, цинк, марганец и хром, и компоненты взяты в следующем соотношении, мас.%:

Магний 0,45-0,6 Скандий 0,1-0,15 Цирконий 0,1-0,15 Кальций 0,02-0,1 Железо 0,4-0,7 Кремний 0,45-0,65 Алюминий и неизбежные примеси, в том числе медь в количестве не более 0,05 мас.%, цинк в количестве не более 0,05 мас.%, марганец в количестве не более 0,02 мас.% и хром в количестве не более 0,02 мас.% Остальное

Технический результат - повышение прочностных характеристик 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 за счет образующихся при неизбежных технологических нагревах вторичных выделений дисперсных интерметаллидов типа Al₃(Sc,Zr), а также образующихся при кристаллизации расплава фаз Mg₂Si, CaSi₂ и Al(Fe,Si), оказывающих непосредственное упрочняющее воздействие, достигается повышенный уровень прочностных свойств в состоянии после высокотемпературного отжига, обеспечивающего максимально возможный для данного химического состава уровень электропроводности. Ограничение содержания неизбежных примесей меди, цинка, марганца и хрома, обладающих заметной растворимостью в алюминии, способствует сохранению достаточно высокого уровня электропроводности сплава.

Пример

Получили предлагаемый сплав из шихты, состоящей из алюминия марки А99, магния марки Мг95, двойных лигатур алюминий-скандий, алюминий-цирконий, алюминий-железо, кальция металлического и силумина. 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°C на пруток диаметром 120 мм. Пруток подвергали отжигу при температуре 390°C с выдержкой при этой температуре 1 ч. Определяли механические свойства (предел прочности σ_В, предел текучести σ_0,2, относительное удлинение δ) при испытании на растяжение и удельную электрическую проводимость γ 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 1,08 раза более высокий предел прочности и в 1,11 раза более высокий предел текучести, что позволит на 8-10% 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 сплавам на основе алюминия, предназначенным для использования в виде деформированных полуфабрикатов в качестве электропроводного конструкционного материала, в частности для токопроводящих элементов, а также в качестве заготовки для получения электропроводов. Деформируемый сплав на основе алюминия содержит, мас.%: магний 0,45-0,6, скандий 0,1-0,15, цирконий 0,1-0,15, кальций 0,02-0,1, железо 0,4-0,7, кремний 0,45-0,65, алюминий и неизбежные примеси - остальное, в том числе медь не более 0,05, цинк не более 0,05, марганец не более 0,02, хром не более 0,02. Техническим результатом изобретения является повышение прочностных характеристик материала. 1 пр., 2 табл.

Деформируемый сплав на основе алюминия, содержащий магний, скандий, алюминий и неизбежные примеси, отличающийся тем, что он дополнительно содержит цирконий, кальций, железо и кремний при следующем соотношении компонентов, мас.%:

магний 0,45-0,6 скандий 0,1-0,15 цирконий 0,1-0,15 кальций 0,02-0,1 железо 0,4-0,7 кремний 0,45-0,65

неизбежные примеси, в том числе

медь не более 0,05 цинк не более 0,05 марганец не более 0,02 хром не более 0,02 алюминий остальное