Сплав на основе алюминия Советский патент 1993 года по МПК C22C21/00 

Изобретение относится к металлургии, в частности к области получения жаропрочных свариваемых материалов на алюминиевой основе.

Сплав может быть использован в качестве сваоиваемого конструкционного материала, работающего в интервале температур 20-350°С, и присадочного материала при сварке алюминиевых сплавов, Деформируемые полуфабрикаты из алюг- иниевого сплава могут быть использованы в различных областях народного хозяйства.

Существуют сплавы на основе,алюминия с тугоплавкими элементами, полученные из порошков и гранул. Метод получения сплавов из порошков и гранул основан на высоких скоростях кристаллизации при

литье (скорость охлаждения до ) и закалке из жидкого состояния, в результате чего можно получить сильно пересыщенные твердые растворы ряда переходных металлов в алюминии. Распад перенасыщенного твердого раствора в процессе изготовления деформированных полуфабрикатов приводит к образованию структуры, представляющей собой алюминиевую матрицу с включениями дисперсных интерметаллидов переходных металлов.

Известен свариваемый материал САШ алюминий, упрочненный частицами окиси алюминия, содержащий 6-9% AlaOs и обладающий следующими свойствами: при 20°С Ое оси. 32,2 кгс/мм, 0СВ. 27,0 кгс/мм, при

350°С UK оси. - 10.7 кг/ммfJcB. - 10,2 с/мм .

кг

Однако материал также обладает низкими механическими свойствами и сзарка его вызызает большие трудности из-за адсорби,и1-1 огромного количества влаги поверхностью алюминия. Поэтому в нем содержи г.:.я и несколько сотен раз больше газа, чем в обычных алюминиевых сплавах. ОкисноЯ поверхность очень (трочно удерживает нлагу. При свзрке гидроокись разлагается и препятствует пoлyчe ию сваэкого шза.

Наиболее близким по химическому составу является сплав на основе алюминия, полученный методом гранулирования, предназначенный для изготовления прессованных изделий, содержащий, вес.о: марганец 1,5-3, хром 0,5-2, цирконий 0,5-2, титан 0,2-0,7, ванадий 0,2-0,7. Сплав обладает при рабочей температуре 350°С следующими свойствами: сгв 12,2 кгс/мм, ш.2 - 12 кгс/мм, д 21,4%, аюо 7 кгс/мм. На кзтйиных гюлуфабрикатзх (листах) сплав обеспечивает получение гфи температурдз 3bO4J снйдующие свойства: ов ,4 кгс/мм. Оэ.,5 кгс/нм,.5%.010о -5 кгс/мм.

Сплав также обладает низкими мехзшческими свойствами и сварка его большие трудности из-за интенсивно о образования пор. Причиной образования пор в шве является газ, адсорбированньй поверхностью гранул и находящимися в пол уфзбрикатах 8 замки/тых микрообъемах.

Цель изобретения разработка ее става алюминиевого свариваемого сплава, обеспечивающего повышение механичэских свойств основного металла и сварных соединений 8 интервале рабочих температур.

Поставленная цель достигаб;тся тем. что в сплав, содержащий хром, цирконий и по крайней мере один элемент из группы тугоплавких металлов, дополнительно введены окись алюминия, бериллий и азот. При .этом сплав получают методом гранулирования или распыления расплава.

Предлагается новый свариваемый сплав следующего состава, вес.%:

Цирконий0,5-3,5

Хром0,5-3,5

По крайней мере

OAVSH элемент из группы

тугоплавких металлов

Мп, TI,V0,5-2,5

j.Ai2030,001-0,5

Бериллий0,0001-0,1

Азот0,001-1,0

АлюминийОстальное

Примеси

магнийне более 0,2

Медьне более 0,5

Цинкне более 0,5

Кремнийне более 0,5

Редкоземельнь-е

металлыне более 0,5

Добавка окиси алюминия приводит к повышению жаропрочности и ухудшению при этом сйармчаемости. Бериллий предохраняет распл.г эл8нный мета.пл при литье и сварке от дополнительного окисления. Введ е н и е а к т и в и о г о п о о гн о ш е н и ю к а л ю м и н и ю м тугоплавким мстал/юм азота приводит к обрз.зовэнию нитридов алюминий и тугоплавких металлов, обеспечивая тем самым снижение общего газосодержания в полуфабрикатах, повышение качества и механических свойств ociiOBi-ioro металла и сварных соединений.

Примеры получения сплава. у1етадом гранулирования расплава были отлиты пять составов сплава (гренули отливались диаметром 0, мм):

состзв 1 с минимальным содержанием компонентов (0,5% 7.г: 0,5% Сг:-6.5% Уп; 0,001% у- AlaOa; 0,0001% Be; 0,001% N;

аЛ ОМИНИЙ ОСТ ЛЬгЮе;:

состзв 2 со С 5одним содержанибм компонентоо(2.0% Zr; 2.0% Сг; 1,5% Мп;0.25% у- АЬОз). 0,05% Во: 0,5% N; алюминий остальное):

состав 3 с максиг-тальным содержанием компонентов {3,5% Zr: 3,5% Сг; 2,5% Мп; 0,5% }- МгОз; 0,1% Be; 1,0% N; алюминий ОС а.п ь lOG/;

состав 4 со средним содержанием компонентов Л титаном вместо мзрганца (2,0% Zr; 2.0% Сг; 1.5% Ti; 0,25% }/ А120з; 0,05% Be; 0,5% N; алюминий остальное):

состав 5 со сред;1им со,держанием компонентов, титаном и р анадием (2,0% Zr; 2,0% Сг; 1,5% Мп; 1,5% Ti: 1,5% V; 0,25 К АЬОз; 0,05% Бе; 0,5% N),

41з всех составов предлагаемого сплава изготазлийзли листы толщиной 2,0 мм. Из сплава со-става 2 со средним содержанием коипонентое наготавливали проволоку диаметром 2,0 мм и использовали, как присадочную, при автоматической аргонодуговой сварке. Для, сразн8И.:й изготавливали листы толщиной 2,0 мм из гранул известного сплава среднего состава; 1,5% Сг; 1,5% Zr; 2,0% Мп;0,5% Ti;0,5% V.

В таол.1 предстБЕлены результаты механических испытаний Л -к:тов толщиной 2,0 мм пргдлагае дого сплава различных составов и известного сплйиз (прототипа)среднего сс стааа.

В табл,2 представлены механические свойства сварных соединений листов толщиной 2,0 мм и склонность к образованию кристаллизационных трещин при сварке предлагаемого сплава различных составов и известного сплава,

Как видно по результатам, представленным в табл.1 и 2, введение в сплав окмси алюминия, бериллия и азота позволяет повысить предел прочности листов на 1-5 кгс/мм. предел текучести 2-6 кгс/мм, относительное удлинение на 1-60% и длительную прочность на 0,5-4 кгс/мм.

При зтом сплав позволяет получать сварные соединения, практически равнопрочные основному металлу и нечувствительные к образованию кристаллизационных трещин.

Таблица 1

СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ, содержащий цирконий, хром и по крайней мере один элемент из группы, содержащей марганец, титан и ванадий, отличающи-й с я тем, что, с целью повышения механических свойств основного металла и сварных соединений, он дополнительно содержит окись алюминия, бериллий и азот при следующем соотношении компонентов, вес,%:Цирконий0,5-3,5Хром0,5-3,5По крайней мере одинэлемент из группы,содержащей марганец,титан, ванадий0,5-2,5Окись алюминия(?=А120з)0,001-0,5Бериллий0,0001-0,1Азот0,001-1,0АлюминийОстальноеСПс

Таблица 2