NO138605B

NO138605B - ALUMINUM ALLOYS MADE BY EVAPORATION AND CONDENSATION

Info

Publication number: NO138605B
Application number: NO753153A
Authority: NO
Inventors: William N Mair; Peter G Partridge; Harry C Ranson; R L Bickerdike; D Clark; J N Eastabrook; Hughe
Original assignee: Secr Defence Brit
Priority date: 1975-09-16
Filing date: 1975-09-16
Publication date: 1978-06-26
Also published as: NO753153L; NO138605C

Description

Foreliggende oppfinnelse angår aluminiumlegeringer fremstilt The present invention relates to aluminum alloys produced

ved fordampning og kondensering. by evaporation and condensation.

I henhold til foreliggende oppfinnelse består en sådan aluminiumlegering av 2-12 vektprosent krom, 0,2-3,0 vektprosent jern og resten aluminium, bortsett fra mindre mengder forurensninger og tilfeldige elementer, og det meste av legeringens krominnhold er tilstede som en metastabil oppløsning i aluminiumgitteret, som inneholder en utfelt fase av jernrike soner, hvorav de fleste har dimensjoner på 200 Å eller mindre, således at forekomsten av store intermetalliske partikler, spesielt ved korngrensene, er minimal. According to the present invention, such an aluminum alloy consists of 2-12 weight percent chromium, 0.2-3.0 weight percent iron, and the remainder aluminum, except for minor amounts of impurities and random elements, and most of the alloy's chromium content is present as a metastable solution in the aluminum lattice, which contains a precipitated phase of iron-rich zones, most of which have dimensions of 200 Å or less, so that the occurrence of large intermetallic particles, especially at the grain boundaries, is minimal.

Forurensninger og tilfeldige elementer som måtte forekomme i Contaminations and random elements that may occur in

de legeringer som foreliggende oppfinnelse omfatter, kan totalt beløpe seg til opptil 0,5 vektprosent av ett eller flere av følgende: nikkel, kobolt, silisium, kobber, sink, gull, sølv, oksygen, magnesium, kadmium, tinn, mangan, titan, molybden, the alloys covered by the present invention can total up to 0.5% by weight of one or more of the following: nickel, cobalt, silicon, copper, zinc, gold, silver, oxygen, magnesium, cadmium, tin, manganese, titanium, molybdenum,

karbon og beryllium. carbon and beryllium.

De aluminiumlegeringer som foreliggende oppfinnelse omfatter består fortrinnsvis av 4-10 vektprosent krom, 0,3-2,0 vektprosent jern, og resten aluminium bortsett fra mindre mengder The aluminum alloys that the present invention includes preferably consist of 4-10 weight percent chromium, 0.3-2.0 weight percent iron, and the rest aluminum except for smaller amounts

av forurensninger og/eller andre tilfeldige elementer, og det er . of contaminants and/or other incidental elements, and it is .

å foretrekke at de inneholder 5-9 vektprosent krom og 0,6-1,5 vektprosent jern. I en spesielt foretrukket utførelse av foreliggende oppfinnelse består en aluminiumlegering,;ay Vv'' - 5-8 vektprosent krom, 0,8-1,3 vektprosent jern, med aluminium for resten bortsett fra mindre mengder av forurensninger og andre tilfeldige elementer, idet en større del av dette krom forekommer som en metastabil fast oppløsning i alumi-niuragitteret, og den har en utfelt fase av jernrike soner hvorav de fleste er 50 Å eller mindre. Det er å foretrekke at så og si alle disse jernrike soner har dimensjoner på preferably they contain 5-9 weight percent chromium and 0.6-1.5 weight percent iron. In a particularly preferred embodiment of the present invention, an aluminum alloy consists of,;ay Vv'' - 5-8 weight percent chromium, 0.8-1.3 weight percent iron, with aluminum for the remainder except for minor amounts of impurities and other incidental elements, a major part of this chromium occurs as a metastable solid solution in the aluminum lattice, and it has a precipitated phase of iron-rich zones, most of which are 50 Å or smaller. It is preferable that virtually all of these iron-rich zones have dimensions on them

50 Å eller mindre. 50 Å or less.

De mikrostrukturer som er karakteristiske for de legeringer The microstructures that are characteristic of the alloys

som foreliggende oppfinnelse omfatter, og som kan -kreve spesiell bearbeiding for å oppnås, kan ikke fremstilles ved konvensjo-nell smeltestøpning, ved smiing, eller ved oppløsnings- og utfellingsprosesser. which the present invention encompasses, and which may require special processing to achieve, cannot be produced by conventional melt casting, by forging, or by dissolution and precipitation processes.

Den teknikk som består, i å fremstille legeringer ved avsetning fra dampfase er beskrevet i britisk patentskrift nr. 1.206.586. En fremgangsmåte for fremstilling av en legering ved fordampning og kondensering i henhold til foreliggende opp-, ' finnelse omfatter å fordampe legeringens bestanddeler . f ra--en anordning for oppvarming, plassert i vakuum eller i et." lay-trykksystem, å avsette legeringens bestanddeler på en kollektor som har kontrollert temperatur, inntil, den .ønskede tykkelse er blitt avsatt, og å åpne opp vakuumsystemet (eller lavtrykksysternet) og å fjerne belegget fra kollektoren i en slik form at det kan bearbeides.metallurgisk. The technique which consists in producing alloys by deposition from the vapor phase is described in British patent document no. 1,206,586. A method for producing an alloy by evaporation and condensation according to the present invention comprises evaporating the alloy's constituents. from a device for heating, placed in a vacuum or in a "lay pressure system, to deposit the constituents of the alloy on a temperature-controlled collector until the desired thickness has been deposited, and to open up the vacuum system (or the low-pressure system) and to remove the coating from the collector in such a form that it can be processed.metallurgical.

Legeringer i henhold-til foreliggende oppfinnelse kan oppvise meget brukbare mekaniske egenskaper etter passende bearbeiding for å konsolidere dem. Særlig kan de være sterke og smidige ved romtemperatur, og langt overgå de aluminiumlegeringer som nå er i alminnelig bruk hva angår slagseighet, elastisitetsmodul, utmatningsegenskaper, strekkfasthet ved høyere temperaturer, sigefasthet og korrosjonsegenskaper. Alloys according to the present invention can exhibit very useful mechanical properties after suitable processing to consolidate them. In particular, they can be strong and flexible at room temperature, and far surpass the aluminum alloys that are now in general use in terms of impact strength, modulus of elasticity, fatigue properties, tensile strength at higher temperatures, seepage resistance and corrosion properties.

Praksis har vist at mikrostrukturen i legeringer fremstilt Practice has shown that the microstructure of alloys produced

ved fordampning/kondensering varierer betraktelig med den temperatur som kollektoren holdes på. For eksempel, den mikrostruktur som er karakteristisk for legeringene i henhold til foreliggende oppfinnelse fremkommer hår kollektorens temperatur holdes kontrollert ved ca. 260°C. Hvis kollektor-temperatur holdes på ca. 370°C, kan det fremstilles en lett bearbeidbar og meget sterk legering, hvori jern og krom forekommer så og si utelukkende i form av en utfelt fase eller faser av fine partikler, hvorav de fleste har dimensjoner på ca. 2000 Å eller mindre. En slik legering kan ha lav porøsitet, men kan ha en tendens til å gi dårlige egenskaper hva korrosjon angår. Ved kollektor-temperaturer mellom ca. 260°C og 37 0°G blir det dannet legeringer med mikrostrukturer som ligger mellom disse to typene. Ved kollektor-temperaturer under ca. 260°C, f.eks. ca. 170°C, fremkommer en mere porøs avsetning uten den utfelte fase med jernrike soner, men bearbeiding, det vil si pressing og/eller valsing kan fjerne porøsiteten, og varmebehandling vil frembringe utfelling av jernrike soner. during evaporation/condensation varies considerably with the temperature at which the collector is kept. For example, the microstructure which is characteristic of the alloys according to the present invention appears when the temperature of the collector is kept controlled at approx. 260°C. If the collector temperature is kept at approx. 370°C, an easily workable and very strong alloy can be produced, in which iron and chromium occur almost exclusively in the form of a precipitated phase or phases of fine particles, most of which have dimensions of approx. 2000 Å or less. Such an alloy may have low porosity, but may tend to give poor properties as far as corrosion is concerned. At collector temperatures between approx. At 260°C and 370°G, alloys with microstructures that lie between these two types are formed. At collector temperatures below approx. 260°C, e.g. about. 170°C, a more porous deposit appears without the precipitated phase with iron-rich zones, but processing, i.e. pressing and/or rolling can remove the porosity, and heat treatment will produce precipitation of iron-rich zones.

Det er blitt fastslått at den metastabile oppløsning av It has been established that the metastable dissolution of

krom i aluminiumgitteret, som opprinnelig avsatt, er i.form .av smale, avlange korn med en diameter på 5 ^um eller mindre. Etter bearbeiding,, f .eks. varmpressing eller varm-v als ing-, kan disse kornene omvandles til flate og utstrakte plate-lignende korn med tykkelse på 5 ^um eller mindre. Fortrinnsvis bør disse korndimensjoner være 1 ^um eller mindre. chromium in the aluminum lattice, as originally deposited, is in the form of narrow, elongated grains with a diameter of 5 µm or less. After processing, e.g. hot-pressing or hot-rolling, these grains can be converted into flat and elongated plate-like grains with a thickness of 5 µm or less. Preferably, these grain sizes should be 1 µm or less.

Etter passende bearbeiding kan det fremkomme legeringer i henhold til foreliggende oppfinnelse som har strekkfasthet på minst 630 0 kp/cm 2. After suitable processing, alloys according to the present invention can be produced which have a tensile strength of at least 630 0 kp/cm 2 .

Apparatur som egner seg til fremstilling av legeringer i henhold til foreliggende oppfinnelse er vist på vedlagte tegninger, hvorpå: Fig. 1 er en skjematisk fremstilling i tverrsnitt, Fig. 2 er en perspektivtegning av en regulerbar anordning for oppvarming. Fig. 3 er en spesielt utformet barre med metall som skal smeltes, og Fig. 4 er en kollektor, sett i perspektiv, og hvis temperatur er regulerbar. Apparatus suitable for the production of alloys according to the present invention is shown in the attached drawings, on which: Fig. 1 is a schematic representation in cross-section, Fig. 2 is a perspective drawing of an adjustable device for heating. Fig. 3 is a specially designed ingot with metal to be melted, and Fig. 4 is a collector, seen in perspective, whose temperature can be regulated.

Med henvisning til fig. 1, som er en skjematisk fremstilling, With reference to fig. 1, which is a schematic representation,

så viser denne at en beholder 10 kan evakueres med en konven-sjonell vakuumpumpe 11, idet trykket overvåkes med en trykk-måler 12.' En anordning 13 for oppvarming (smelting) mates med metall via metallforsyningen 14, og en kollektor 15 med temperaturregulering er montert slik at metall fordampet fra anordning 13 kan avsette seg på kollektoren. Via et håndtak 17 på utsiden av beholderen 10 kan en fordampningsskjerm 16 håndteres etter behov. Metallforsyningen 14 har fortrinns- then this shows that a container 10 can be evacuated with a conventional vacuum pump 11, the pressure being monitored with a pressure gauge 12.' A device 13 for heating (melting) is fed with metal via the metal supply 14, and a collector 15 with temperature regulation is mounted so that metal evaporated from device 13 can deposit on the collector. Via a handle 17 on the outside of the container 10, an evaporation screen 16 can be handled as needed. The metal supply 14 has preferential

vis en vakuumlås, slik at den kan lades uten å bryte vakuum i beholder 10, og er duplisert slik at en av dem kan ledes mens den andre er i aksjon, hvorved kontinuerlig drift er mulig. show a vacuum lock, so that it can be charged without breaking the vacuum in the container 10, and is duplicated so that one of them can be led while the other is in action, whereby continuous operation is possible.

Hvilken som helst passende anordning kan anvendes for oppvarming (smelting), men den anordning som er beskrevet i britisk patentskrift nr. 1.440.921 er å foretrekke. Fig. 2 er en perspektivtegning. av en mulig utførelse av en anordning for regulert oppvarming, og er vist tom slik at dens; interne oppbygning Any suitable device may be used for heating (melting), but the device described in British Patent No. 1,440,921 is preferred. Fig. 2 is a perspective drawing. of a possible embodiment of a device for regulated heating, and is shown empty so that its; internal structure

er klart synlig. Et smeltekammer 20 varmes opp med en elektronkanon 21, og står i forbindelse med et blandekammer 22 via én kanal 23 som har en skillevegg 24 med en spalte 25. Blande-kammeret 22 står videre via en kanal 26 i forbindelse med et fordampningskammer 27 som varmes opp av en elektronkanon 28. Disse kammere er'omgitt med en kjølekappe 29.av kobber som har kobberrør 30 hvor kaltvann kan sirkulere (innløp og utløp ikke vist). Materialet i kammerne er varme- og korrosjons- is clearly visible. A melting chamber 20 is heated with an electron gun 21, and is connected to a mixing chamber 22 via one channel 23 which has a partition wall 24 with a gap 25. The mixing chamber 22 is further connected via a channel 26 to an evaporation chamber 27 which is heated up by an electron gun 28. These chambers are surrounded by a copper cooling jacket 29 which has copper pipes 30 through which cold water can circulate (inlet and outlet not shown). The material in the chambers is heat- and corrosion-

bestandig keramikk. durable ceramics.

Metall kan tilføres nevnte anordning for oppvarming 13 i form Metal can be supplied to said device for heating 13 in form

av skiver fremstilt ved støping av en sylindrisk barre, dreie den i dreiebenk og kutte den i jevnt store skiver. En passende matemekanisme er beskrevet i britisk patentskrift nr. 1^434.016. Det er imidlertid å foretrekke at metallet mates inn i form av of slices produced by casting a cylindrical ingot, turning it in a lathe and cutting it into uniformly sized slices. A suitable feed mechanism is described in British Patent No. 1^434,016. However, it is preferable that the metal is fed in in the form of

barrer som er utformet som på fig. 3. Disse barrer støpes på bars which are designed as in fig. 3. These ingots are cast on

en slik måte at den tyn^e halsen 80 størkner først. Hver av. bitene 81 vil da meget nær ha den nominelle sammensetning som originalmaterialet. Denne barren kan senkes ned i en smeltedigel.på en slik måte at den smelter en bit av gangen, such a way that the thin neck 80 solidifies first. Each of. the pieces 81 will then have very close to the nominal composition of the original material. This ingot can be lowered into a crucible in such a way that it melts a piece at a time,

og blir utgasset. and is outgassed.

Passende temperaturregulerte kollektorer 15 er beskrevet i britiske patentskrifter nr.. 1.279.975 og 1.433.753. En foretrukket type er béskrevet i britisk patentskrift nr. 1.443.14-4, Suitable temperature-regulated collectors 15 are described in British Patent Nos. 1,279,975 and 1,433,753. A preferred type is described in British Patent No. 1.443.14-4,

og en utførelse er vist på fig. 4 i perspektiv. Denne kollektor 15 omfatter en tykk metallplate 110, med en flate 111 for avsetning av legeringen, og med to langsgående rygger 113 and an embodiment is shown in fig. 4 in perspective. This collector 15 comprises a thick metal plate 110, with a surface 111 for depositing the alloy, and with two longitudinal ridges 113

på den motsatte flate 112. Metallet i platen er valgt slik at det har liknende termisk ekspansjon som den legering som skal avsettes på platen. Kobberstenger.114 er boltet fast parvis til nevnte rygger, med en bolt 115 pr. par. Hvert par stenger 114 klemmer fast en kobberblokk 116, ved hjelp av platene 117 og;boltene 118, idet boltene går tvers gjennom blokken 116. Denne er hulet ut, og forsynes med kjølevæske via rørene 119 og 12 0. on the opposite surface 112. The metal in the plate is chosen so that it has a similar thermal expansion as the alloy to be deposited on the plate. Copper rods 114 are bolted in pairs to said ridges, with one bolt 115 per couple. Each pair of rods 114 clamps a copper block 116, with the help of the plates 117 and the bolts 118, the bolts passing transversely through the block 116. This is hollowed out, and is supplied with coolant via the pipes 119 and 120.

Bolten 115.har lavere.termisk ekspansjon enn materialet i ryggen 113, så den- vil klemme stengene 114 enda kraftigere mot ryggen 113 når kollektoren blir varm, slik at god termisk kontakt fremkommer. På .samme måte sørger boltene 118 for god termisk kontakt, mellom stengene 114 og blokken 116. TCollek-torplaten 110 er utstyrt med et termoelement 121 for over- The bolt 115 has a lower thermal expansion than the material in the back 113, so it will squeeze the rods 114 even more strongly against the back 113 when the collector gets hot, so that good thermal contact appears. In the same way, the bolts 118 ensure good thermal contact between the rods 114 and the block 116. The collector plate 110 is equipped with a thermocouple 121 for over-

våking av overflatens temperatur. Der er også varme-elementer 122 for forvarming av platen 110. Ledninger til termoelement 121 og varmeelementene 122 er ikke vist på figuren. En sikringsanordning er montert på toppen av hver stang 114 for å hindre at kollektoren falier ned i smeltedigelen 13 hvis boltene av en eller annen grunn skulle løsne. Den består av en skive 124 som stikker ut over kantene på stangen 114 og holdes på plass med en bolt 123. monitoring of the surface temperature. There are also heating elements 122 for preheating the plate 110. Wires to thermocouple 121 and the heating elements 122 are not shown in the figure. A safety device is mounted on the top of each rod 114 to prevent the collector from falling into the crucible 13 if the bolts should loosen for any reason. It consists of a disc 124 which protrudes over the edges of the rod 114 and is held in place by a bolt 123.

Tykkelsen på stengene 114 velges i henhold til hvor varm kollektoren må være under avsetning (kondensering) av legering på denne. Ved å gjøres tykkere vil stengene 114 lede mere varme bort, så for en gitt varmetilførsel (ved kondenseringen) vil kollektoren 110 da få lavere temperatur. The thickness of the bars 114 is chosen according to how hot the collector must be during deposition (condensation) of alloy on it. By being made thicker, the bars 114 will conduct more heat away, so for a given heat supply (during the condensation) the collector 110 will then have a lower temperature.

Ennvidere kan kobberblokkene 116 klemmes fast nærmere til Furthermore, the copper blocks 116 can be clamped closer together

platen 110, hvilket igjen gir en senkning av dennes tempe- plate 110, which in turn causes a lowering of its temperature

ratur. Under selve fordampningen og kondenseringen kan det gjøres mindre forandringer hva angår temperatur og strømnings-hastighet av kjølevæsken, som fortrinnsvis er vann.. return. During the actual evaporation and condensation, minor changes can be made regarding the temperature and flow rate of the coolant, which is preferably water.

En typisk kollektor består av en aluminiumslegering, f.eks. duralumin, og poleres og renses før kondensering av legering begynner. Rensingen kan utføres ved vasking med syntetiske midler, spyling, tørking og oppvarming til ca. 250°C, eller A typical collector consists of an aluminum alloy, e.g. duralumin, and is polished and cleaned before condensation of alloy begins. Cleaning can be carried out by washing with synthetic agents, rinsing, drying and heating to approx. 250°C, or

på andre passende måter. En av disse er glimutladning, som beskrevet i britisk patenskrift nr. 1.447.754..Lademetallet vaskes også med syntetiske midler, samt spyles og, tørkes. Den ønskede mengde lademetall plasseres så i metailforsyningen 14 og i matemekanismen. Konsentrasjonsforholdet meVlom aluminium/krom/jern-er selvsagt ikke det samme i utgangsm^terialet in other appropriate ways. One of these is glow discharge, as described in British patent no. 1,447,754.. The charge metal is also washed with synthetic agents, as well as rinsed and dried. The desired amount of charge metal is then placed in the metal supply 14 and in the feed mechanism. The concentration ratio between aluminum/chromium/iron is of course not the same in the starting material

i kammer27 som den nominelle konsentrasjon det søkes isppnådd i den kondenserte legering, på grunn av disse metallers vidt forskjellige flyktigheter. Det er imidlertid ikke vansktelig for en fagmann å beregne hvilke konsentrasjoner som lademé^tal^et in chamber27 as the nominal concentration sought to be achieved in the condensed alloy, due to the widely different volatilities of these metals. However, it is not difficult for a person skilled in the art to calculate which concentrations are the loading medium

må ha for at en legering i henhold til foreliggende oppfinnelse vil fremkomme på kollektoren. must have for an alloy according to the present invention to appear on the collector.

- Neste trinn er å sette apparaturen sammen og å evakuere sysiWiet, - The next step is to assemble the equipment and evacuate the sysWiet,

— 5 —5 \ vanligvis til ca. 1x10 til 2x10 tørr. Derpå varmes \ kollektor 15 opp til den drif tstemperatur som kreves, f .eks. me>J varmeelementene 122, og den holdes så nær til denne temperatur \ som mulig under hele kondenseringen. Når kollektoren er varm V nok,, økes temperaturen av metallet i smeltedigelen 13, f.eks. med elektronkanonene 21 og 28., inntil metalladningen fordamper \ - raskt, men fordampningsskjermen 16 sitter foran kollektor inntil N det ikke lenger skvetter metall fra digelen. Kondensering av — 5 —5 \ usually to approx. 1x10 to 2x10 dry. The collector 15 is then heated to the required operating temperature, e.g. with the heating elements 122, and it is kept as close to this temperature as possible during the entire condensation. When the collector is hot enough, the temperature of the metal in the crucible 13 is increased, e.g. with the electron guns 21 and 28., until the metal charge evaporates \ - quickly, but the evaporation screen 16 sits in front of the collector until N no more metal splashes from the crucible. Condensation of

legering på kollektor 15 settes så igang ved å fjerne skjerm 16, idet tilførselav lademetall foregår via mekanismen i 14 ved passende regulære intervaller. Kondenseringen avsluttes når belegget på kollektor har ønsket tykkelse, ved å slå av elektronkanonene, la kollektor få tid til å kjøles ned, og til slutt åpne alloying on collector 15 is then started by removing screen 16, the supply of charge metal taking place via the mechanism in 14 at suitable regular intervals. Condensation ends when the coating on the collector has the desired thickness, by switching off the electron guns, allowing the collector time to cool down, and finally opening

vakuumkammeret. Hvis avsetningen på kollektor er tykk kan det være best å sage den av,'men skal det fremstilles tynne lag, så kan det være formålstjenlig å preparere kollektor med et passende middel før kondenseringen, slik at avsetningen kan skrelles av. the vacuum chamber. If the deposit on the collector is thick, it may be best to saw it off, but if thin layers are to be produced, it may be expedient to prepare the collector with a suitable agent before condensation, so that the deposit can be peeled off.

De legeringer som omfattes av foreliggende oppfinnelse The alloys covered by the present invention

krever mekanisk bearbeiding i passende form for å konsolidere dem før bruk. Det er best at temperaturen da ikke over-stiger den temperatur som kollektor hadde under kondenseringen. Blant passende former for bearbeiding, med hensikt å konsolidere legeringen og fjerne porøsitet, kan nevnes pressing og valsing eller ekstrudering, med etterfølgende forming. Andre teknikker kan omfatte utglødning og/eller strekk for fjerning av interne spenninger. require mechanical processing into suitable form to consolidate them before use. It is best that the temperature then does not exceed the temperature that the collector had during condensation. Among suitable forms of processing, with the intention of consolidating the alloy and removing porosity, may be mentioned pressing and rolling or extrusion, with subsequent shaping. Other techniques may include annealing and/or stretching to remove internal stresses.

Følgende utførelseseksempler beskriver spesielle legeringer som omfattes av foreliggende oppfinnelse samt fremgangsmåter for deres fremstilling, unntatt EKSEMPEL 2 som angår fremstilling av en legering som ikke har den ønskede struktur. The following design examples describe special alloys that are covered by the present invention as well as methods for their production, except EXAMPLE 2 which concerns the production of an alloy that does not have the desired structure.

eksempel i example i

Det ble brukt en smeltedigel. av den type som fig. 2 viser ..' Følgende materialer ble ladet - inn, henhy.. i smeltekammer 20, blandekammer 22 og fordampningskåmmer- 27: A crucible was used. of the type as fig. 2 shows ..' The following materials were charged - into, henhy.. in melting chamber 20, mixing chamber 22 and evaporation chamber- 27:

Kammer 20 r 945 gram Al 10% Cr barre Chamber 20 r 945 grams Al 10% Cr ingot

945 gram 99,8% Al plate 945 grams 99.8% Al plate

Kammer 22: 706 gram Al 10% Cr barre Chamber 22: 706 grams Al 10% Cr ingot

63 gram svensk jern 63 grams of Swedish iron

Kammer 27: 1650 gram 99,8% Al plate Chamber 27: 1650 grams 99.8% Al plate

480 gram Cr, buesmeltede knotter 533 gram svensk jern 480 grams Cr, arc-melted knobs 533 grams Swedish iron

Matemekanismen (metalltilførseleri 14) ble ladet med 148 skiver på 64 mm diameter, som avvekslende besto av skiver med 9,1-9,5% Cr i Al med vekt 74 gram hver, og skiver med 99,8% Al og vekt 53 gram hver. Hele ladningen var først blitt vasket med syntetiske: midler,,, spylt og tørket. En duraluminiumkollektor av deri. typenVsom fig. 4 viser, ble montert med nedre flate 360.mm over fordampningskammeret 27 i smeltedigelen, idet fordampningsskjermen 16 var på plass mellom kollektor og digel. Kollektor var tidligere polert, vasket og tørket. The feeding mechanism (metal feeder 14) was loaded with 148 discs of 64 mm diameter, which alternately consisted of discs with 9.1-9.5% Cr in Al weighing 74 grams each, and discs with 99.8% Al and weighing 53 grams each. The entire load had first been washed with synthetic: agents,,, rinsed and dried. A duralumin collector of that. the type V as fig. 4 shows, was mounted with the lower surface 360 mm above the evaporation chamber 27 in the crucible, the evaporation screen 16 being in place between the collector and the crucible. Collector was previously polished, washed and dried.

Hele vakuumkammeret med smeltedigel, kollektor og matemekanisme ble pumpet ned til ca. 2x10 - 5 tørr. Kollektoren ble så varmet opp til 320°C, og da fordampningsskjermen ble fjernet, ble strømmen i kollektorens varmeelementer redusert, og kollektorens temperatur ble holdt så nær opp til 320°C som mulig, dvs. fra 308°C til 323°C, under resten av eksperimentet. The entire vacuum chamber with crucible, collector and feeding mechanism was pumped down to approx. 2x10 - 5 dry. The collector was then heated to 320°C, and when the evaporation screen was removed, the current in the collector heating elements was reduced, and the temperature of the collector was kept as close to 320°C as possible, i.e. from 308°C to 323°C, during the rest of the experiment.

Elektronkanon 21 ble så slått på og strålen ble fokusert på metallet i smeltekammer 20, idet kanonens spenning var 18 kV og strøm ca. 300 mA. Den andre elektronkanon 28 ble slått på, og strålen ble fokusert på metallet i fordampningskammer 27 i digelen, idet dens spenning var 15,5 kV og strøm ca.. 250 mA'. Spenningene på begge kanonene ble holdt konstant, mens strømstyrkene ble gradvis øket, slik at ladningen i digelen smeltet .uten for mye spruting. Etter ca. 70.min. var strømmen i .elektronkanon 21 oppe i 1 A og så Electron gun 21 was then switched on and the beam was focused on the metal in melting chamber 20, the gun's voltage being 18 kV and current approx. 300mA. The second electron gun 28 was switched on and the beam was focused on the metal in evaporation chamber 27 in the crucible, its voltage being 15.5 kV and current approx. 250 mA'. The voltages on both guns were kept constant, while the amperages were gradually increased, so that the charge in the crucible melted without too much splashing. After approx. 70 min. the current in the electron gun 21 was up to 1 A and so

spruting var opphørt. Tre minutter, senere ble fordampnings-sk jermen -f jernet, slik at fordampet metall kunne kondenseres på den hedre flaten på kollektor. To minutter deretter ble den mekaniske mating av skiver fra magasinet ned i smeltekammer 20 startet, idet en skive ble ført inn hvert 100 sekunder, inntil 139 skiver var blitt matet inn i løpet av 3 timer 50 minutter. Kondenseringen ble så avsluttet ved å slå av elektronkanonene, kollektor ble gitt tid til å bli kald, og vakuumkammeret ble åpnet. Mens skivene ble matet inn var strømmen i elektronkanon 21 ca. 1.06 A og i elektronkanon 28 var den 520-620 mA. spraying had ceased. Three minutes later, the evaporation screen was ironed, so that vaporized metal could condense on the noble surface of the collector. Two minutes later, the mechanical feeding of wafers from the magazine into melting chamber 20 was started, one wafer being introduced every 100 seconds, until 139 wafers had been fed in during 3 hours 50 minutes. Condensation was then terminated by switching off the electron guns, the collector was given time to cool, and the vacuum chamber was opened. While the disks were being fed in, the current in electron gun 21 was approx. 1.06 A and in electron gun 28 it was 520-620 mA.

Belegget, ble fjernet fra kollektor med en båndsag. Nær midten inneholdt belegget 4,8-6,9% krom og 1,0-0,8% jern. Belegget ble skåret i stykker som ±»le presset og valset ut til plater, idet pressingen foregikk ved temperaturer i området 20-260°C og valsingen nominelt i området 20-230(<?>C. The coating was removed from the collector with a band saw. Near the middle, the coating contained 4.8-6.9% chromium and 1.0-0.8% iron. The coating was cut into pieces which were then pressed and rolled out into sheets, the pressing taking place at temperatures in the range 20-260°C and the rolling nominally in the range 20-230(<?>C.

Et stykke ble f.eks. presset ved 20°C fra en tykkelse på A piece was e.g. pressed at 20°C from a thickness of

11,9 mm ned til 4,1 mm, og derpå valset ved 20°C ned til en tykkelse på 1,32 mm. Strekkfastheten var da 6200 kp/cm 2, med en forlengelse på 5%. Et annet stykke ble presset ved 250°C fra 19,1 mm til 7,6 mm, og så valset ned til 1,45 mm. Strekkfastheten var da ved romtemperatur 6050 kp/cm 2, med forlengelse 5%. I begge tilfeller var elastisitetsmodulen ca. 0,81xl0<6> kp/cm<2>. 11.9 mm down to 4.1 mm, and then rolled at 20°C down to a thickness of 1.32 mm. The tensile strength was then 6200 kp/cm 2, with an elongation of 5%. Another piece was pressed at 250°C from 19.1 mm to 7.6 mm, and then rolled down to 1.45 mm. The tensile strength was then at room temperature 6050 kp/cm 2, with elongation 5%. In both cases the modulus of elasticity was approx. 0.81xl0<6> kp/cm<2>.

Et tredje stykke ble presset ved 200°C fra 14,0 mm ned til A third piece was pressed at 200°C from 14.0 mm down to

8,1 mm og så valset ned ved 200°C-og derunder til 1,63 mm. Strekkfastheten var da ved romtemperatur 6050 kp/cm 2 med forlengelse 6%, og ved 300°C var strekkfastheten 3900 kp/cm2 med forlengelse 10%. 8.1 mm and then rolled down at 200°C and below to 1.63 mm. The tensile strength was then at room temperature 6050 kp/cm2 with elongation 6%, and at 300°C the tensile strength was 3900 kp/cm2 with elongation 10%.

Et fjerde stykke ble presset ved 250°C fra 18,0 mm til 6,4 mm, og så valset ved 230°C til 1,47 mm. Strekkfastheten var da ved romtemperatur 6300 kp/cm 2 med forlengelse 4%, og strekkfastheten ved 200°C var 5200 kp/cm<2> med forlengelse 6%. A fourth piece was pressed at 250°C from 18.0 mm to 6.4 mm, and then rolled at 230°C to 1.47 mm. The tensile strength was then at room temperature 6300 kp/cm 2 with elongation 4%, and the tensile strength at 200°C was 5200 kp/cm<2> with elongation 6%.

Stykker som ble presset ved 200-250°C fra 14,0 mm ned til 6,4. mm, og valset ned ved 230°C til 1,52 mm, hadde følgende mekaniske egenskaper: a) Utmatting (testet med syklisk.spenningsforløp tp - 0,9 p), hvor p = spenning) 1) Prøvestykke med hull (elastisk spenningskonsen-trasjonsfaktor K. = 2,6) . Pieces that were pressed at 200-250°C from 14.0 mm down to 6.4. mm, and rolled down at 230°C to 1.52 mm, had the following mechanical properties: a) Fatigue (tested with cyclic stress progression tp - 0.9 p), where p = stress) 1) Test piece with holes (elastic stress concentration -traction factor K. = 2.6) .

Med toppspenning (1,9 p) på 1760 kp/cm 2, var With peak tension (1.9 p) of 1760 kp/cm 2, var

det ikke brudd på prøven etter 2,9x10 7 perioder. Med toppspenning på 1790 kp/cm<2>. var det ikke no breach of the test after 2.9x10 7 periods. With a peak tension of 1790 kp/cm<2>. was not it

8 8

noe brudd etter 1x10 perioder. some breakage after 1x10 periods.

2) Slett prøvestykke. 2) Delete sample.

2 2

Med toppspenning på 2800 kp/cm var det ikke With a peak tension of 2800 kp/cm it was not

noe brudd etter 5,3x10 7 perioder. some breakage after 5.3x10 7 periods.

Disse resultatene indikerer en utmattingsstyrke ca. 35% større enn for standard aluminiumlegering for fly (f.eks. 2024-T3, som er en Al-Cu-Mg legering). These results indicate a fatigue strength of approx. 35% greater than that of standard aircraft aluminum alloy (e.g. 2024-T3, which is an Al-Cu-Mg alloy).

b) Siging b) Saying

For 0,1% total plastisk forlengelse etter 100 timer ved 251°C For 0.1% total plastic elongation after 100 hours at 251°C

var spenningen 1400 kp/cm 2. the tension was 1400 kp/cm 2.

For 0,1% total plastisk forlengelse etter 100 timer ved 223°C var spenningen 2100 kp/cm 2. For 0.1% total plastic elongation after 100 hours at 223°C the stress was 2100 kp/cm 2.

For 0,1% total plastisk forlengelse etter 100 timer ved 183°C var spenningen 2800 kp/cm 2. For 0.1% total plastic elongation after 100 hours at 183°C the stress was 2800 kp/cm 2.

For -0,1% total plastisk forlengelse etter 1000 timer ved 195°C var spenningen 1970 kp/cm2. For -0.1% total plastic elongation after 1000 hours at 195°C the stress was 1970 kp/cm2.

Disse resultater indikerer at denne legering var bedre med en faktor på ca. 2 med hensyn til spenning, og hadde 70°C bedre temperaturbestandighet ved spenning 2800 kp/cm 2/sammen-lignet med eh standard aluminiumslegering for fly (f.eks. CM001-1C). These results indicate that this alloy was better by a factor of approx. 2 in terms of stress, and had 70°C better temperature resistance at stress 2800 kp/cm 2/compared to eh standard aircraft aluminum alloy (e.g. CM001-1C).

c) Slagseighet c) Impact property

Slagseighet ble målt med Charpy miniatyr-prøvestykker, Impact toughness was measured with Charpy miniature specimens,

2,8 mm x 2,8 mm x 40 mm, uten hakk (UH) eller med hakk (H), idet hakket var 45°, 0,6 mm dypt, og med 0,15 mm radius i bunnen. 2.8 mm x 2.8 mm x 40 mm, without a notch (UH) or with a notch (H), the notch being 45°, 0.6 mm deep, and with a 0.15 mm radius at the bottom.

Resultatene var: UH 0,76 - 0,86 kpm, uten brudd, The results were: UH 0.76 - 0.86 kpm, without breaks,

H 0,12 - 0,35 kpm, uten brudd. H 0.12 - 0.35 kpm, without breakage.

Denne slagseighet er sammenlignbar med titanlegeringer IMI 318 (Ti-6A1-4V) og IMI 685 (Ti-6Al-5Zr).. This impact strength is comparable to titanium alloys IMI 318 (Ti-6A1-4V) and IMI 685 (Ti-6Al-5Zr).

d) Korrosjon d) Corrosion

Oppløsning av 5% NaCl i vann ved 36°C. Solution of 5% NaCl in water at 36°C.

Prøvens overflate var 80 cm , og ble utsatt for 1,5- 0,5 ml/hr, kondensering i 6 uker. Vekttapet var mindre enn 0,45 mg/cm 2, hvilket er omtrent like godt som for ren aluminium. The surface of the sample was 80 cm, and was exposed to 1.5-0.5 ml/hr, condensation for 6 weeks. The weight loss was less than 0.45 mg/cm 2 , which is about as good as for pure aluminium.

MERK: Den kjemiske sammensetning av hvert enkelt prøvestykke NOTE: The chemical composition of each individual sample

var ikke nøyaktig kjent, men den var innen eller nær opptil de områder som er angitt ovenfor. was not precisely known, but it was within or close to the ranges indicated above.

EKSEMPEL 2 EXAMPLE 2

Et eksperiment ble utført så å si på samme måte som i EKSEMPEL 1, bortsett fra at smeltedigelen hadde bare to kammere, nemlig et fordampningskammer og et innmatingskammer. An experiment was conducted essentially in the same manner as in EXAMPLE 1, except that the crucible had only two chambers, namely, an evaporation chamber and a feed chamber.

En elektronkanon bombarderte metallet i fordampningskammeret, idet varmeledning fra dette kammer inn i innmatingskammeret An electron gun bombarded the metal in the evaporation chamber, conducting heat from this chamber into the feed chamber

var tilstrekkelig til å smelte metallet i dette. Kollektor-temperaturen ble holdt på 356 - 374°C under kondenseringen. was sufficient to melt the metal in this. The collector temperature was maintained at 356-374°C during the condensation.

Sammensetningen av belegget nær midten av dette var 6,3 - 8,0% krom og 0,9 - 1,4% jern. The composition of the coating near the middle of this was 6.3 - 8.0% chromium and 0.9 - 1.4% iron.

En rekke stykker .av denne avsetning ble bearbeidet som i A number of pieces .of this deposit were worked as i

EKSEMPEL 1. EXAMPLE 1.

Et stykke ble presset ved 230°C fra 11,7 mm til 3,5 mm tykkelse, og derpå valset ved.210°C ned til 1,37 mm. Strekkfastheten ved romtemperatur var 6050 kp/cm 2, forlengelsen 8% og elastisi-6 2 A piece was pressed at 230°C from 11.7 mm to 3.5 mm thickness, and then rolled at 210°C down to 1.37 mm. The tensile strength at room temperature was 6050 kp/cm 2, the elongation 8% and elasticity 6 2

tetsmodul 0,77x10 kp/cm . Et annet stykke ble varmvalset, sealing modulus 0.77x10 kp/cm. Another piece was hot rolled,

uten forutgående pressing, fra en tykkelse på 8,4 mm ned til 2 without prior pressing, from a thickness of 8.4 mm down to 2

1,12 mm. Strekkfastheten ved romtemperatur var 5600 kp/cm , 1.12 mm. The tensile strength at room temperature was 5600 kp/cm,

6 2 forlengelsen 8% og elastisitetsmodul 0,84x10 kp/cm.. 6 2 elongation 8% and modulus of elasticity 0.84x10 kp/cm..

EKSEMPEL 3 EXAMPLE 3

Et belegg ble fremstilt med samme fremgangsmåte som for EKSEMPEL lr bortsett fra at kollektoren til å begynne med ble varmet opp til 260°C og ble holdt på 252-258°C under kondensering av belegget. Det ble fordampet 9,2 kg metall på ca. 3 timer 40 minutter. Sammensetningen av belegget, nær det sentrale området, var 7,6-7,8% krom og 0,99-1,14% jern. Et stykke av dette belegget ble presset ved 260-230°C fra 11,9 mm til 5,1 mm tykkelse, og derpå valset ned ved 235-250°C til 1,60 mm tykkelse. I denne tilstand var strekkfastheten ved romtemperatur 660 kp/cm2, med en forlengelse på 8%, og ved 200°C var A coating was prepared using the same procedure as for EXAMPLE 1r except that the collector was initially heated to 260°C and was held at 252-258°C during condensation of the coating. 9.2 kg of metal was evaporated in approx. 3 hours 40 minutes. The composition of the coating, near the central area, was 7.6-7.8% chromium and 0.99-1.14% iron. A piece of this coating was pressed at 260-230°C from 11.9 mm to 5.1 mm thickness, and then rolled down at 235-250°C to 1.60 mm thickness. In this condition, the tensile strength at room temperature was 660 kp/cm2, with an elongation of 8%, and at 200°C was

2 2

den 5600 kp/cm , med forlengelse 6%. the 5600 kp/cm, with elongation 6%.

EKSEMPEL 4 EXAMPLE 4

Dette belegget ble fremstilt under samme betingelser som i EKSEMPEL 3, bortsett fra at metallet som' ble matet inn var This coating was produced under the same conditions as in EXAMPLE 3, except that the metal fed in was

barrer som i fig. 3, og ble senket ned fra et evakuert tårn av den type som er beskrevet i britisk patentskrift nr. 1.434.016. bars as in fig. 3, and was lowered from an evacuated tower of the type described in British Patent No. 1,434,016.

I tårnet var det 7,9 kg med barrer, fire lengder i alt, som var opphengt under hverandre med jerntråd, og barrene besto av 7% krom, 1,5% jern og resten Al. Midtre del av belegget hadde et innhold av 7,5% krom og 1,6% jern. Belegget ble skåret løs og små stykker ble bearbeidet og prøvet som i EKSEMPEL 1, <p>g viste lignende mekaniske egenskaper. In the tower there were 7.9 kg of ingots, four lengths in all, which were suspended below each other with iron wire, and the ingots consisted of 7% chromium, 1.5% iron and the rest Al. The middle part of the coating had a content of 7.5% chromium and 1.6% iron. The coating was cut loose and small pieces were machined and tested as in EXAMPLE 1, <p>g showed similar mechanical properties.

EKSEMPEL 5 EXAMPLE 5

Dette belegget ble fremstilt under samme forhold som i This coating was produced under the same conditions as in

EKSEMPEL 4, men ladningen i smeltedigelen og barrene i matetårnet inneholdt mere jern, foråt det skulle bli mere jern i belegget. EXAMPLE 4, but the charge in the crucible and the ingots in the feed tower contained more iron, before there would be more iron in the coating.

I smeltekammer 20: 81 gram svensk jern In melting chamber 20: 81 grams of Swedish iron

162 gram buesmeltet Cr-knotter 162 grams of arc-fused Cr knobs

3008 gram 99,8% Al-plate 3008 grams 99.8% Al sheet

I blandekammer 22: 391 gram svensk jern In mixing chamber 22: 391 grams of Swedish iron

137 gram Cr-knotter 137 grams of Cr knobs

622 gram Al-plate 622 gram Al plate

I fordampnings- In evaporative

kammer 27: 1260 gram svensk jern chamber 27: 1260 grams of Swedish iron

4 55 gram Cr-knotter 4 55 gram Cr knobs

2000 gram Al-plate 2000 gram Al plate

Matetårnet inneholdt 8,2 kg med barrer, som besto av 5% krom, .2,5% jern og resten Al. Kollektoren ble holdt på 262-273°C under kondensering av belegget- Det midtre området på belegget besto av;6,8-8,5% krom, 3,7-4,3% The feed tower contained 8.2 kg of ingots, which consisted of 5% chromium, .2.5% iron and the rest Al. The collector was maintained at 262-273°C during condensation of the coating- The middle region of the coating consisted of; 6.8-8.5% chromium, 3.7-4.3%

jern og resten Al. Belegget ble'bearbeidet, og prøvet som i tidligere EKSEMPLER, etterat det var skåret løs fra kollektor. iron and the rest Al. The coating was processed and tested as in previous EXAMPLES, after it had been cut loose from the collector.

EKSEMPEL 6 EXAMPLE 6

Dette belegget lignet på det som fremkom i EKSEMPEL 5, This coating was similar to that which appeared in EXAMPLE 5,

men hadde lavere innhold av krom og jern.. Ladningen i. smeltedigelen og i matetårnet var følgende: but had a lower content of chromium and iron. The charge in the crucible and in the feed tower was as follows:

I smeltekammer 20:. 47 gram Fe In melting chamber 20:. 47 grams Fe

95 gram Cr ; 3020 gram Al ' ■■ ' 95 grams of Cr; 3020 grams Al ' ■■ '

I blandekammer 22: 237 gram Fé. In mixing chamber 22: 237 grams Fé.

79 gram-Cr 79 grams of Cr

710 gram Al 710 grams Al

I fordampnings- • •'• In evaporation • •'•

kammer 27: 765 gram Fe 256. gram Cr 2300 gr^ Al .:. chamber 27: 765 grams Fe 256. grams Cr 2300 gr^ Al .:.

og i matetårnet: 5 kg barrer, med 3% Cr, 1,5% Fe .og resten Al. and in the feed tower: 5 kg ingots, with 3% Cr, 1.5% Fe .and the rest Al.

Sammensetningen i midtre område av belegget var 3,1-3,9% Cr, 1,2-1,58% Cr og resten Al. Belegget ble The composition in the middle area of the coating was 3.1-3.9% Cr, 1.2-1.58% Cr and the rest Al. The coating was

skåret løs fra kollektor og bearbeidet;og prøvet som i foregående EKSEMPLER. cut loose from the collector and processed; and tested as in previous EXAMPLES.

Det skal bemerkes at de materialer som ble fremstilt It should be noted that the materials that were produced

i henhold til foregående EKSEMPLER hadde en viss porøsitet, according to the preceding EXAMPLES had a certain porosity,

som resulterte i sprekker langs kantene på prøvene når disse ble bearbeidet. Områder med slike sprekker ble skåret bort og kassert før videre bearbeiding eller utprøving. ..... which resulted in cracks along the edges of the samples when these were processed. Areas with such cracks were cut away and discarded before further processing or testing. .....

Claims

1. Aluminum alloy produced by evaporation and condensation, characterized in that it consists of 2-12 wt.% chromium, 0.2-3.0 wt.% iron, and the remainder aluminum, except for minor amounts of impurities and random elements, and most of the alloy's chromium content is present as a metastable solution in the aluminum lattice containing a precipitated phase of iron-rich zones, most of which have dimensions of 200 Å or less, so that the occurrence of large intermetallic particles, especially at the grain boundaries, is minimal.

2 i Alloy as stated in claim 1, characterized in that it contains 4-10 weight percent chromium and 0.3-2.0 weight percent iron.

3. Alloy as stated in claim 1, characterized in that it contains 5-9 weight percent chromium and 0.6-1.5 weight percent iron.

4. Alloy as stated in claim 1, characterized in that it contains 5-8 weight percent chromium, 0.8-1.3 weight percent iron, and that the largest part of said iron-rich zones have dimensions of 50 Å or less.

5. Alloy as set forth in claim 4, character, characterized in that practically all iron-rich zones have dimensions of 50 Å or less.

6. Alloy as stated in claims 1-5, characterized in that the metastable solution of chromium in the aluminum lattice is in the form of narrow oblong grains with a diameter of 5 μm or less.

7. Alloy as stated in claim 6, characterized in that the metastable solution of chromium in the aluminum lattice is in the form of flat, extended, plate-like grains with a thickness of 5 μm or less.

8. Alloy as stated in claim 6 or 7, characterized in that the grain size is 1 yum or less.