NO171459B - Aluminiumlegering med hoey styrke og varmeresistens - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører aluminiumlegeringer med en ønsket kombinasjon av egenskaper bestående av høy hardhet, høy styrke, høy slitemotstand og overlegen varmemotstand.

Som konvensjonelle aluminiumlegeringer har det vært kjent forskjellige typer aluminiumbaserte legeringer så som Al-Cu, Al-Si, Al-Mg, Al-Cu-Si, Al-Zn-Mg legeringer, etc. Disse aluminiumlegeringene er blitt utstrakt brukt i en rekke forskjellige anvendelser, så som konstruksjonsmaterialer for fly, biler, skip o.l; konstruksjonsmaterialer brukt i ytre deler på bygninger, vindus-rammer, tak etc; materialer til marine apparater, kjernekraftre-aktorer etc, i overensstemelse med deres egenskaper.

Vanligvis har de hittil kjente aluminiumlegeringer lav hardhet og lav varmemotstand. I senere år har det vært gjort forsøk på å oppnå en fin struktur ved rask størkning av aluminiumlegeringer for derved å forbedre de mekaniske egenskapene, så som styrke, og kjemiske egenskaper, så som korrosjonsmotstand, for de resulterende aluminiumlegeringene. Men ingen av de raskt størknende aluminiumlegeringene som hittil er kjent, har hatt tilfredsstillende egenskaper, spesielt med hensyn til styrke og varmemotstand.

Med hensyn til foregående er det et formål med den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe nye aluminiumlegeringer som har en god kombinasjon av egenskaper bestående av høy hardhet, høy styrke og utmerket korrosjonsmotstand, og som med hell kan underkastes operasjoner, så som ekstrudering, pressing eller høy grad av bøying, ved relativt lave kostnader.

Ifølge foreliggende oppfinnelse tilveiebringes varmeresi-stente aluminiumlegeringer med høy styrke som har en sammensetning representert ved den generelle formel

AlaMbLac

hvor M er minst ett metallisk element valgt fra gruppen bestående av Fe, Co, Ni, Cu, Mn og Mo; og a, b og c er atomprosenter som faller innenfor følgende områder: 65 < a < 93, 4 < b < 25 og 3 < c < 15,

idet aluminiumlegeringene inneholder minst 50 volum% amorf fase.

Aluminiumlegeringene ifølge oppfinnelsen er svært nyttige som materialer med høy hardhet, høy styrke og høy elektrisk mot-stand, slitesterkt materiale og loddemateriale. Dessuten, siden aluminiumlegeringene ut<y>åser superplastisitetsfenomener ved temperaturer nær krystalliseringstemperaturen, kan de underkastes ekstruder ing, pressing og annen bearbeiding. Aluminiumlegeringene som er bearbeidet på denne måten har god anvendbarhet som materialer med høy styrke og høy varmemotstand i en rekke forskjellige anvendelser på grunn av den høye hardheten og den høye strekkstyrken.

Den eneste figuren er en skjematisk skisse av et enkelt valsesmelteapparat som anvendes til å fremstille bånd av legeringene ifølge den foreliggende oppfinnelse ved en fremgangsmåte for rask størkning.

Aluminiumlegeringene ifølge foreliggende oppfinnelse kan oppnås ved raskt å størkne en smelte av legeringen med den sam-mensetningen som er spesifisert ovenfor ved hjelp av en fremgangsmåte for bråkjøling med væske. Bråkjøleteknikken med væske er en fremgangsmåte for raskt å avkjøle smeltet legering, og spesielt blir enkeltvalse-smelte-spinningsteknikken, dobbeltvalse-smelte-spinningsteknikken og smelte-spinningsteknikken i roterende vann, etc nevnt som effektive eksempler på en slik teknikk. I disse fremgangsmåtene kan det oppnås en avkjølings-hastighet på omlag IO4 til IO6 K/sek. For å fremstille båndmaterialer ved enkeltvalse-smelte-spinningsteknikken eller dobbeltvalse-smelte-spinningsteknikken blir smeltet legering sprøytet gjennom et munnstykke på en valse av f.eks. kobber eller stål, med en diameter på omlag 30 - 3000 mm, som roterer ved konstant hastighet på omlag 300 - 10000 omdr. pr. minutt. Ved disse teknikkene kan det lett oppnås forskjellige båndmaterialer med en bredde på omlag 1 - 300 mm og en tykkelse på omlag 5 - 500 jim. Alternativt, for å fremstille trådmaterialer ved smelte-spinningsteknikken i roterende vann, blir en smeltet stråle av smeltet legering styrt under anvendelse av argon-gass-trykk gjennom et munnstykke inn i et lag av kjølevæske med en dybde på omlag 1 til 10 cm som er dannet ved sentrifugalkraften i en trommel som roterer med en hastighet på omlag 50 til 500 omdr. pr. minutt. På denne måten kan det lett oppnås trådlignende materialer. Ved denne teknikken er vinkelen mellom den smeltede legeringen som sprøytes ut fra dysen, og overflaten av det flytende kjølemiddelet, fortrinnsvis i området mellom 60° og 90°, og forholdet mellom hastigheten av den utsprøytede smeltede legeringen og hastigheten av overflaten av kjølevæsken, fortrinnsvis i området mellom 0,7 og 0,9.

I tillegg til fremgangsmåten ovenfor kan legeringen ifølge oppfinnelsen også oppnås i form av en tynn film ved en påsprøytn-ingsfremgangsmåte. Dessuten kan man oppnå et raskt størknet pulver av legeringssammensetningen ifølge denne oppfinnelse ved forskjellige atomiserende fremgangsmåter, f. eks. høytrykksgass-ato-misering eller utsprøyting.

Hvorvidt de raskt størknende legeringene som er oppnådd på denne måten ovenfor, er amorfe eller ikke, kan fastslås ved å undersøke nærværet av de karakteristiske halomønstere av en amorf struktur ved å bruke en vanlig røntgenstrålediffraksjonsmetode. Den amorfe strukturen blir omdannet til en krystallinsk struktur ved oppvarming til en bestemt temperatur (dvs krystalliseringstemperaturen) eller høyere temperaturer.

I aluminiumlegeringene ifølge oppfinnelsen som er spesifisert ved hjelp av den generelle formelen ovenfor, er a begrenset til området mellom 65 og 93 atom % og b er begrenset til området mellom 4 og 25 atom %. Grunnen til disse begrensningene er at når a og b avviker fra disse respektive områdene, kan de tilsiktede legeringene som har minst 50 volum% amorfe regioner, ikke oppnås ved de industrielle avkjølingsteknikkene som anvender den ovenfor nevnte bråkjølingen med væske, etc. Elementet M velges fra gruppen bestående av Fe, Co, Ni, Cu, Mn og Mo, og virker til å forbedre evnen til å danne en amorpf struktur. Dessuten vil elementet M, i kombinasjon med La, ikke bare gi signifikante forbed-ringer av hardheten og styrken, men også i betydelig grad øke krystalliseringstemperaturen og derved resultere i en signifikant forbedret varmemotstand.

Grunnen til at c er begrenset til området mellom 3 og 15 atom%, er at når La blir tilsatt i dette området, kan det oppnås en betydelig forbedret hardhet og varmemotstand. Når c er over 15 atom %, er det umulig å oppnå legeringer som har minst 50 volum% amorf fase.

Dessuten, siden aluminiumlegeringene ifølge oppfinnelsen viser superplastisitet i området omkring krystalliseringstempe-raturene (krystalliseringstemperaturer ± 100°C), kan de lett underkastes ekstrudering, pressing, varmsmiing etc. Derfor kan aluminiumlegeringene ifølge oppfinnelsen som er fremstilt i form av bånd, tråd, folie eller pulver, med hell bearbeides i bulk ved ekstrudering, pressing, varmesmiing etc, i tempraturområdet for krystalliserinstempraturen ± 100°C. Da aluminiumlegeringene ifølge foreliggende oppfinnelse har en høy grad av seighet, kan noen av dem dessuten bøyes 180° uten brudd.

De fordelaktige egenskapene ved aluminiumlegeringene ifølge oppfinnelsen skal nu beskrives med referanser til følgende eksempler.

Eksempel 1

Smeltet legering 3 med en forutbestemt legeringssammen-setning ble fremstilt ved høyfrekvens-smelting, og ble fylt i et kvartsrør 1 med en liten åpning 5 med en diameter på 0,5 mm i enden, som vist i figuren. Etter oppvarming og smelting av legering 3 ble kvartsrøret 1 plassert over en kobbervalse 2, 20 cm i diameter. Deretter ble den smeltede legeringen 3 i kvartsrøret 1 sprøytet ut av den lille åpningen 5 av kvartsrøret l under anvendelse av et argongasstrykk på 0,7 kg/cm<2>, og brakt i kontakt med overflaten av valsen 2 som roterte raskt ved en hastighet på 5000 omdr. pr. minutt. Den smeltede legeringen 3 blir raskt størknet, og et legeringsbånd 4 blir oppnådd.

Ifølge produksjonsbetingelsene som beskrevet ovenfor, ble det oppnådd 20 forskjellige typer av legeringer med sammensetning gitt i tabellen, i form av 1 mm bredde og 20 jum bånd som blir underkastet røntgenstrålediffraksjonsanalyse. I alle legeringene ble halomønstere som er karakteristiske for amorft metall be-kreftet.

Dessuten ble det målt krystalliseringstemperatur (Tx) og hardhet (Hv) for hver testprøve av legeringsbåndene, og det ble oppnådd resultater som vist i tabellen. Hardheten er vist ved verdier (DPN) målt ved bruk av en Vickers mikrohardhetstester under en last på 25 g. Krystalliseringstemperaturen (Tx) er tem-peraturen i (K) ved begynnelsen av den første eksoterme toppen på kalorimeterkurven fra differensialscanningen som ble utført på hver testprøve ved en oppvarmingshastighet på 40 K/min. I kolonnen for 11 struktur ", representerer bokstavene "a" og "c" henholdsvis en amorf struktur og en krystallinsk struktur.

Som vist i tabellen har aluminiumlegeringene ifølge foreliggende oppfinnelse en svært høy hardhet på omlag 200 til 530 DPN sammenlignet med hardheten i størrelsesorden 50 til 100 DPN for kjente aluminiumlegeringer. Dessuten er det bemerkelsesverdig at aluminiumlegeringene ifølge foreliggende oppfinnelse har en høy krystalliseringstemperatur i størrelsesorden omlag 440° K eller høyere, hvilket fører til høy varmemotstand.

Claims (1)

1. Aluminiumlegering med høy styrke og varmeresistens, karakterisert ved at den har en sammensetning representert ved den generelle formel AlaMfc,Lac hvor M er minst ett. metallisk element valgt fra gruppen bestående av Fe, Co, Ni, Cu, Mn og Mo, og a, b og c er atomprosenter som faller innenfor følgende områder:

   65 < a < 93, 4 < b < 25 og 3 < c < 15, idet nevnte aluminiumlegering inneholder minst 50 volum% amorf fase.