NO862576L - Aluminiumlegering egnet for fremstilling av pulver. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen går ut fra en aluminiumslegering for fremstilling av pulver med forhøyet varmefasthet av arten til over-begrepet av krav 1.

Fra pulvermetallurgien er bekjent at egenskapene til pressede og sintrede henholdsvis varmpressede legemer av alumin-iumslegeringer og hvidtgående bestemmes av egenskapene til det anvendte pulveret. Ved siden av den kjemiske sammensetning utgjør partikkel størrelsen og mikrostrukturen en vesentlig rolle. De to sistnevnte er i en vesentlig avhengig av avkjølingshastigheten. Denne burde være så høy som mulig. For å nå frem til høyere varmfastheter for legemer av aluminiumlegering er det foreslått forskjellige frem-gangsmåter og materialsammensetninger. Gjennom høye avkjøl-ingshastigheter unngås seigring og løslighetsgrensen for legeringselementene forhøyes slik at det kan oppnås finere utskilling gjennom egnet varmebehandling eller termo mekanisk behandling. Foruten dette foreligger muligheten å danne fordelaktige meta stabile faser, hvilke ikke lar seg inn-stille under konvensjonelle avkjølingsbetingelser. Andre fordelaktige egenskaper hvilke kan oppnås gjennom høy av-kjølingshastighet er forhøyet korrosjonsmotstand og bedre seighet for legeringen.

Gjennom tillegering av tonetallet påvirkes generelt tett-heten samt andre fysikalske egenskaper på ugunstig måte. Det er derfor for en tid tilbake blitt foreslått spesielt for anvendelser innen flybygging å anvende elementet litium som vesentlig legerings bestanddel. Der igjennom kan tett-heten til legeringen settes ned, mens elastisitetsmondulen derimot forhøyes, noe som er fordelaktig for anvendelsen som konstruksjonsmateriale (se E.S. Balmuth & R. Schmidt, 1981, "A Perspective on the Development of Aluminium-Lithium Alloys", Proceeding on the Development of Aluminium-Lithium Conf., ed. T.H. Sanders and E.A. Starke, Jr., side 69-88). Slike legeringer mangler dog for mange anvendelses formål den nødvendige seighet og tøybarhet. Denne problematikk ble inngående diskutert og førte til legeringer med andre tilsetninger (se E.A. Starke, T.H. Sanders, Jr. & I.G. Palmer, 1981, "New Approaches to Alloy Development in the Al-Li System", J. of Metals, 3_3, No. 9, side 24-32). I henhold til de spesielle krav utviklet andre legeringssystemer (se F.W. Gayle & J.B. Vånder Sande, 1984, "Composite Precipitates in an Al-Li-Zr Alloy", Scripta Met., _18, side 473-478; (B. Noble, S.J. Harris&K. Harlow, 1984, "Mechanical Properties bf Al-Li-Mg Alloys at Elevated Temperature", Proe. 2nd Int. Aluminium-Lithium Conference, ed. T.H. Sanders & E.A. Starke, side 65-78); (I.G. Palmer et al., 1984, "Effect of Processing Variables on Two Al-Li-Cu-Mg-Zr Alloys", ibid, side 91-110).

Selv om det har vært oppnådd betraktlige resultater, særlig ved forhøyet varmefasthet i området 250 til 300°C, er egenskapene til de hittil foreslåtte pulvermetallurgisk fremstilte emner ikke helt tilfredstillende. Dette gjelder spesielt for varmefastheten, formbarheten og utmatningsfast heten i temperaturområdet fra romtemperatur til ca.

250°C. Disse legeringer utviser dessuten generelt tett-heter hvilke ligger ca. 10% over de til konvensjonelle alu-miniumslegeringer. På den andre side har legeringen med lav tetthet praktisk talt ingen varmefasthet.

Det foreligger derfor et stort behov for videregående forbedrede legeringer til fremstilling av egnede pulvere, særlig sånne med lav tetthet.

Oppfinnelsen har som oppgave å frembringe aluminiumsleger-inger som egner seg for fremstillingen av pulveret med for-høyet varmefasthet og forbedrede mekaniske og støpeegen-skaper ved samtidig lav tetthet. Det skal særlig oppnås sammensetninger hvilke under de foreslåtte avkjølingsbeting eiser danner som fine dipergerte partikler virkende stabile intermetalliske forbindelser.

Denne oppgave løses ved de trekk som er oppført i den kar-akteriserende del av krav 1.

Oppfinnelsen skal beskrives ved hjelp av de etterfølgende utføringseksempler.

Utføringseksempel 1:

Det ble fremstilt en legering med den etterfølgende, nomi-nelle sammensetning:

Ved smelting av legeringen ble det utgått fra tilsvarende mengder av forlegeringer med 10 vekt-% Li, 10 vekt-% Fe og 5 vekt-% Zr. Disse aluminium-forlegeringer ble smeltet i en induksjonsovn i en leiredigel under våkum og smeiten ble helt direkte i en kobberkokille. Den totale massen av støpe barren utgjordet 1 kg. 300 g av denne barren ble smeltet induktivt i en anordning og kastet som stråle under høy trykk i den første gassfase mot omfanget til en avkjølt kobberskive som hadde en perriferihastighet på 10 m/s (så-kalt "melt-spinning"- fremgangsmåte). Gjennom den høye av-kjølingshastighet ble det dannet et ultra finkornet bånd på ca. 40 pm tykkelse. Båndet ble støtet ned og malt til finkornet pulver. Deretter ble en sylinderkapsel av duktil aluminiumsplate med 50 mm diameter og 60 mm høyde fyllt med pulveret, evakuert og sveiset. Deretter ble den fyllte kap-sel varmpresset ved 400°C ved trykk på 250 MPa til full teoretisk tetthet. Kapselen ble fjernet ved en mekanisk behandling og det pressede legemet ble satt inn som presset tapp med 36 mm diameter i en ekstruderer med et reduksjonsforhold på 30:1 og presset til en stav med 6,5 mm diameter ved 400°C.

Av støvet ble det utarbeidet prøvelegemer til undersøkelse av de fysikalske og mekaniske egenskaper. Et prøvelegeme ble underkastet en varmebehandling ved 400°rj i løpet av 2 timer. De deretter bestemte vikkershardhet ved romtemperatur utgjorde 180 (HV). Ved en tetthet på kun 2,85 g/cm<3>viste strekkfastheten og strekkgrensen seg å være ca. 50 til 80% høyere enn for sammenlignbare konvensjonelle legeringer .

Utføringseksempel 2:

I henhold til eksempel 1 ble følgende legering smeltet sammen :

Den suksessive viderebearbeiding til et bånd, et pulver og en strangpresset stav fulgte på nøyaktig samme måte som be-skrevet i eksempel 1. Den opprinnelig vikkershardhet ved romtemperatur utgjordet 200 (HV), etter en varmebehandling ved 400°C/2 timer kun 180 (HV). Detter viser at det oppnås en utmerket temperaturkonstans, hvilket antyder en høy ildfasthet.

Utføringseksempel 3:

Det ble fremstilt en legering med den etterfølgende nomi-nelle sammensetning:

Legeringen ble smeltet sammen av tilsvarende Al/Li-, Al/Cr-og Al/Zr-forlegeringer og i likhet med eksempel 1 helt til en barre. Barren ble smeltet opp på nytt og brakt til en helletemperatur på 1100°c. Nå blesmeiten under en inert atomsfære på 6 MPa trykk forstøvet til pulver med gjennom-snitlig 30 um partikkeldiameter. Det på denne måte fremstilte pulver ble fylt i en aluminiumbeholder, hvilken der-på ble evakuert og lukket vakumtett. I likhet med eksempel 1 ble legemet fortettet og varmpresset. Etter fjerning av den kappeformende del av beholderen ble presslegemet opp-varmet til en temperatur på 450°C og ekstrudert med et reduksjonsforhold på 30:1 med denne temperatur til en rund-stav. Hele pulverbearbeidingen fant sted under inertgassat-mosfære.

Prøvelegemer utarbeidet av staven hadde en tetthet på 2,80 g/cm3 . Etter en varmebehandling ved 400°C i løpet av 2 timer utgjordet vikkershardheten ved romtemperatur 170 (HV), etter en ytterligere varmebehandling ved den samme temperatur i løpet av ytterligere 50 timer fremdeles 160 (HV). Dette viser en stor termisk stabilitet av strukturen. Forbedringen av fasthetsverdiene ovenfor konvensjonelle legeringer med samme tetthet utgjordet ca. 100 %.

Oppfinnelsen er ikke begrenset til utføringseksemplene.

Aluminiumlegeringen jo lenger bestå av 1,5 vekt-% Li, 4 til 11 vekt-% Fe samt 1 til 6 vekt-% av minst en av elementene Mo, V, Zr og resten aluminium eller av 1,5 til 5 vekt-% Li, 4 til 7 vekt-% Cr samt 1 til 4 vekt-% av minst et av elementene V, Mn, Zr samt resten av aluminium.

Foretrukne aluminiumlegeringer inneholder:

1,5 til 4,5 vekt-% Li, 5 til 10 vekt-% Fe og minst et av elementene Mo, V, Zr i et maksimalt innhold på henholdsvis 2 vekt-%, hvorved det totale innehold av disse 3 sistnevnte elementer ikke skal overskride 4 vekt-%.

Eller:

1,5 til 4,5 vekt-% Li, 4 til 7 vekt-% Fe og minst et av elementene Mn, Zr, Mo i et maksimalt innhold på henholdsvis 2 vekt-%, hvorved det totale innhold av disse 3 sistnevnte elementer ikke overskrider 4 vekt-%.

Aluminiumslegeringene utviser en forholdsvis stor voluman-del med faser - særlig intermetalliske forbindelser, hvilke ikke kan fremstilles ved konvensjonelle fremstillingsfrem-gangsmåter. Disse partikler som virker dispergert er hoved-saklig ansvarlig for de fremragende egenskaper til leger-ingene. I foreliggende tilfelle skal det minst foreligge 15 vekt-% av fasen Al^Li og minst 2,6 vekt-% av fasen Al^Zr eller en av de andre intermetalliske forbindelser

av aluminium med Mo, V eller Mn som finfordelte dispergerte partikler med høyst 0,1 pm partikkeldiameter i legeringen.

Claims (7)

1. Aluminiumlegering for fremstilling av pulver med forhøy-et varmfasthet, karakterisert ved at de består av 1,5 til 5 vekt-% Li, 4 til 11 vekt-% Fe samt 1 til 6 vekt-% av minst et av elementene Mo, V, Zr og resten aluminium eller av 1,5 vekt-% Li, 4 til 7 vekt-% Cr samt 1 til 4 vekt-% av minst et av elementene V, Mn, Zr og resten aluminium.

2. Aluminiumlegering i henhold til krav 1, karakterisert ved at den inneholder 1,5 til 4,5 vekt-% Li, 5 til 10 vekt-% Fe og minst et av elementene Mo, V, Zr i et maksimalt innhold på henholdsvis 2 vekt-%, hvorved det totale innhold av disse tre elementer ikke overskrider 4 vekt-%.

3. Aluminiumlegering i henhold til krav 2,' karakterisert ved at den inneholder 2 vekt-% Li, 8,5 vekt-% Fe og 1 vekt-% Zr.

4. Aluminiumlegering i henhold til krav 2, karakterisert ved at den inneholder 2,5 vekt-% Li, 8 vekt-% Fe og 1 vekt-% Mo.

5. Aluminiumlegering i henhold til krav 1, karakterisert ved at den inneholder 1,5 til 4,5 vekt-% Li, 4 til 7 vekt-% Fe og minst et av elementene Mn, Zr, Mo i et maksimalt innhold på henholdsvis 2 vekt-%, hvorved det totale innhold av disse 3 siste elementer ikke overskrider 4 vekt-%.

6. Aluminiumlegering i henhold til krav 1, karakterisert ved at den inneholder 3 vekt-% Li, 5,5 vekt-% Cr og 1 vekt-% Zr.

7. Aluminiumlegering i henhold til krav 1, karakterisert ved at den inneholder minst 15 vekt-% av fasen Al^ Li og minst 2,6 vekt-% av fasen Al^ Zr eller andre intermetalliske forbindelser av aluminium med Mo, V, Mn som finfordelte dispergerte partikler med en maksimal partikkeldiameter på 0,1 pm.