RU2344187C2 - Алюминиевый сплав - Google Patents
Алюминиевый сплав Download PDFInfo
- Publication number
- RU2344187C2 RU2344187C2 RU2006146758/02A RU2006146758A RU2344187C2 RU 2344187 C2 RU2344187 C2 RU 2344187C2 RU 2006146758/02 A RU2006146758/02 A RU 2006146758/02A RU 2006146758 A RU2006146758 A RU 2006146758A RU 2344187 C2 RU2344187 C2 RU 2344187C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- alloy
- hydrogen
- nitrogen
- aluminum
- oxygen
- Prior art date
Links
Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
- Hard Magnetic Materials (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Conductive Materials (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области металлургии, в частности к алюминиевым сплавам, предназначенным для применения в качестве конструкционного материала в машиностроении, самолетостроении, ракетостроении, судостроении, автомобилестроении, а также в медицинской технике, строительстве, электротехнике и в бытовом оборудовании. Алюминиевый сплав содержит следующие компоненты, мас.%: по меньшей мере один редкоземельный металл 5,0-10,0, кислород 0,002-1,5, азот 0,002-1,2, водород 0,0002-0,5, алюминий - остальное. В частном случае выполнения изобретения алюминиевый сплав дополнительно содержит по меньшей мере один элемент, выбранный из группы: кремний, медь, магний, хром, цирконий, бор, марганец, цинк, никель, иттрий, скандий, титан, ванадий, молибден, ниобий, тантал, железо в количестве 0,005-2,2 мас.%. Получают сплав, обладающий повышенными электропроводностью, свариваемостью и стабильными механическими свойствами при температурах до 350°С. 1 з.п. ф-лы.
Description
Изобретение относится к области металлургии, в частности к алюминиевым сплавам, предназначенным для применения в качестве конструкционного материала в машиностроении, в самолетостроении, ракетостроении, судостроении, автомобилестроении, а также в медицинской технике, строительстве, электротехнике и в бытовом оборудовании.
В настоящее время известны алюминиевые сплавы с очень высоким уровнем механических свойств, применяемые в деталях конструкций, несущих низкие и средние нагрузки. Однако уровень механических свойств данных алюминиевых сплавов недостаточен для того, чтобы использовать эти материалы для изготовления из них конструкций и деталей, работающих в условиях значительного механического нагружения и, в особенности, высоких температур. Кроме того, конструкции и изделия из известных алюминиевых сплавов характеризуются невысокой прочностью сварных соединений и недостаточной электропроводностью.
В настоящее время известны алюминиевые сплавы, применяемые в качестве электропроводников. В проводниковых алюминиевых сплавах применяются преимущественно технический алюминий и низколегированные сплавы системы алюминий-магний-кремний-медь. Однако температурный уровень эксплуатации известных проводниковых алюминиевых сплавов обычно не превышает 100°C, что является недостаточным для использования этих материалов в изделиях, длительно работающих в условиях высоких температур.
В некоторых случаях в состав алюминиевых сплавов вводят железо, никель, кобальт, повышающие жаропрочность, и в то же время лишь умеренно понижающие электропроводность. Эти сплавы имеют высокие механические свойства. Однако во многих случаях требуется эксплуатация проводниковых алюминиевых сплавов при температурах свыше 250°С, что не позволяет использовать эти сплавы. Помимо этого упомянутые алюминиевые сплавы характеризуются высоким электрическим сопротивлением 450-700 МОм.см и низкой прочностью сварных соединений. Коэффициент прочности сварных соединений - отношение пределов прочности металла шва и основного металла - составляет для упомянутых сплавов 0,65-0,7.
Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению является сплав на основе алюминия, содержащий, в мас.%: по крайней мере один редкоземельный металл 5-20, оксид алюминия 0,1-1,0, оксид редкоземельного металла 0,01-0,5, алюминий - остальное (RU 2044096 С1, 20.09.1995). Данный сплав используют в основном в изделиях, несущих умеренные механические нагрузки при небольшой длительной прочности при температурах, не превышающих 300°С, а также в изделиях, в которых к сварным соединениям требования высокой прочности и высокой электропроводности не предъявляются.
Технической задачей данного изобретения является создание универсального жаропрочного алюминиевого сплава, обладающего одновременно стабильными механическими свойствами при температурах до 350°С при его хорошей свариваемости и электропроводности, а также простотой и экономичностью его получения.
Эта задача была решена созданием алюминиевого сплава, содержащего по меньшей мере один редкоземельный металл, согласно изобретению, сплав дополнительно содержит кислород, азот и водород при следующем соотношении компонентов, в мас.%: по меньшей мере один редкоземельный металл 5,0-10,0, кислород 0,002-1,5, азот 0,002-1,2, водород 0,0002-0,5, алюминий - остальное.
В частном случае выполнения изобретения алюминиевый сплав дополнительно содержит по меньшей мере один элемент, выбранный из группы: кремний, медь, магний, хром, цирконий, бор, марганец, цинк, никель, иттрий, скандий, титан, ванадий, молибден, ниобий, тантал, железо в количестве 0,005-2,2 мас.%.
Все редкоземельные металлы, например церий, празеодим, неодим, лантан, самарий, гадолиний и др., повышают механические свойства сплава и уровень электропроводности. Выбранные содержания этих элементов оптимальны для обеспечения оптимального комплекса требуемых показателей. Упомянутые элементы в комбинациях со взятыми количествами водорода, азота и кислорода обеспечивают высокий уровень механических свойств (прочности, пластичности), хорошую свариваемость и коррозионную стойкость, повышение электропроводности.
Общее присутствие комплекса таких элементов, как азот, водород и кислород, обеспечивает существенное повышение пределов прочности и текучести и относительного удлинения, улучшение свариваемости, увеличение электропроводности и улучшение коррозионной стойкости. Сказанное объясняется тем, что азот, водород и кислород, находящиеся в атомарном состоянии, вступают в физико-химическое взаимодействие с жидким сплавом, в результате чего возникают смешанные кристаллы замещения и вложения, а также химические соединения. Наряду с обычными химическими соединениями, являющимися главным образом интерметаллидами, такими, например, как Al4Ce, Al4La и т.д., получены новые химические соединения, например комплексные гидроксигидронитридные соединения, гидридные, нитридные и оксидные соединения, открывающие появление новых материалов. Эти новые соединения, представляющие собой дополнительные центры кристаллизации, способствуют равномерному распределению газов в твердом растворе сплава, что обеспечивает существенное улучшение свойств и эксплуатационных характеристик сплавов и изделий из них.
Кроме того, присутствие водорода в сплаве позволяет снизить количество примесей и тем самым их отрицательное влияние на механические свойства, на коррозионную стойкость и свариваемость. Содержание водорода в сплаве более 0,5 мас.% ведет к ухудшению свойств последнего, в частности снижает пластичность материала, к охрупчиванию сплава, так как водород присутствует в виде гидридов. При содержании водорода менее 0,0002 мас.% отмечается понижение прочностных показателей сплава и его физических свойств.
При содержании в алюминиевом сплаве азота менее 0,002 мас.% количество нитридных фаз и центров кристаллизации недостаточно, что обуславливает невысокую прочность материала. Рост содержания азота более 1,2 мас.% приводит к образованию чрезмерного количества нитридов, вызывая тем самым снижение пластичности, повышение электросопротивления и ослабление коррозионной стойкости.
Присутствие кислорода более 0,002 мас.% также снижает пластические свойства сплава, а при содержании более 1,5 мас.% вызывает ухудшение механических свойств и свариваемости из-за появления большого количества оксидных соединений.
Оптимальное содержание азота, кислорода и водорода в сплаве составляет 0,05-1,0 мас.%.
В частных случаях для еще большего улучшения эксплуатационных характеристик алюминиевого сплава рекомендуется дополнительно вводить в его состав по меньшей мере один элемент, выбранный из группы: кремний, медь, магний, хром, цирконий, бор, марганец, цинк, никель, иттрий, скандий, титан, ванадий, молибден, ниобий, тантал, железо. Присутствие вышеперечисленных элементов в сплаве обусловливает измельчение зерен; кроме того, они повышают коррозионную стойкость и механические показатели и снижают электросопротивление.
Количественное содержание этих элементов в сплаве следует ограничивать в пределах 0,005-2,2 мас.%. Снижение их количеств меньше нижней границы не дает ни повышения прочности сплава, ни улучшения коррозионной стойкости, а при повышении их содержания сверх 2,2 мас.% вызывает падение пластичности и свариваемости. Кроме того, перечисленные элементы в комбинации с редкоземельными металлами также способны еще более повысить механические свойства и свариваемость и снизить электрическое сопротивление.
При производстве заявленного сплава не требуются ни труднодоступное сырье, ни применение сложных технологий, что делает получение сплава простым и экономически целесообразным.
Примеры наилучшей реализации изобретения.
Способ изготовления сплава включает в себя следующие фазы:
1) получение расплава.
Подготовка расплава осуществляется индукционным способом из исходных материалов (первичного алюминия в чушках и редкоземельных металлов). Плавление производится в кварцевом или графитовом тигле (или в печи с шамотовой футеровкой) в атмосфере гелия или аргона с добавкой водорода.
2) распыление.
Распыление полученного расплава производят в замкнутой камере. В камеру подводят одновременно с жидким металлом дозированное количество азота, кислорода и водорода. Иногда выполняют указанное распыление в среде аргона или других сред. Контроль за количеством газов осуществляют посредством газоанализаторов.
3) обжатие.
Полученный гранулят подвергают обжатию при температуре от 200 до 400°C.
Пример 1.
Изготовляется алюминиевый сплав, содержащий, в мас.%: церий 5, кислород 1,5, азот 1,2, водород 0,5, алюминий - остальное.
Сырьем служат 81,4 кг алюминия чистотой 99,9% в чушках, 12 кг церия. Расплав получают индукционным способом в кварцевом тигле в гелии или аргоне с содержанием водорода (10% об.). Полученный расплав распыляют в замкнутой камере. В камеру одновременно с жидким металлом вводят дозированные количества азота (85% об.) и кислорода (15% об.). Контроль за количеством подведенных газов обеспечивается газоанализаторами.
Полученный гранулят вводят в пресс-форму и подвергают обжатию на прессе при 400°C. Данный материал обладает следующими свойствами: предел прочности 260-340 МПа и относительное удлинение 4-7% при 20°C, предел прочности 140-190 МПа при 350°C, коэффициент прочности сварного соединения 0,8-0,9, удельная электропроводность составляет 53-59 электропроводности меди.
Пример 2.
Изготовляют алюминиевый сплав, содержащий, в мас.%: церий 5, лантан 3, празеодим 0,5, неодим 0,1, кислород 0,1, азот 0,005, водород 0,001, алюминий - остальное.
Сырьем служат 91,3 кг алюминия чистотой 99,9% в чушках, церий 22 кг, лантан 1,2 кг, празеодим 0,3 кг, неодим 0,4 кг. Расплав получают индукционным способом в графитовом тигле в аргоне, содержащем водород (6% об.). Расплав распыляют в замкнутой камере. В камеру одновременно с жидким металлом вводят дозированные количества азота (80% об.) и кислорода (20% об.).
Контроль за количеством подведенных газов осуществляется посредством газоанализаторов.
Полученный гранулят вводят в пресс-форму и подвергают обжатию в камере сжатия с газом в качестве средства создания давления и затем в прессе при температуре 350°C.
Образцы, изготовленные из полученного материала, обладают следующими характеристиками: предел прочности при растяжении 260-350 МПа и относительное удлинение 4-8% (при 20°C), предел прочности 160-230 МПа при температуре 350°C, коэффициент прочности сварного соединения 0,8-0,9, удельная электропроводность составляет 52-55% электропроводности меди.
Пример 3
Изготовляют алюминиевый сплав, содержащий в мас.%: церий 3, лантан 2, диспрозий 0,5, кислород 0,04, азот 0,01, водород 0,0005, алюминий - остальное. Расплавление ведется шифонным способом в кварцевом тигле в атмосфере гелия. Расплав распыляют в замкнутой камере в атмосфере гелия.
Полученный гранулят вводят в пресс-форму и подвергают обжатию в прессе при температуре 300°C.
Образцы, изготовленные из полученного материала, обладают следующими характеристиками: предел прочности при растяжении 250-310 МПа, относительное удлинение 5-9%, предел прочности при температуре 350°C составляет 160-200 МПа, коэффициент прочности сварного соединения 0,82-0,9, удельная электропроводность составляет 52-58% электропроводности меди.
Пример 4
Изготовляется алюминиевый сплав, содержащий, в мас.%: церий 10, кислород 0,04, водород 0,01, алюминий - остальное.
Расплав получают индукционным способом в кварцевом тигле в гелии или аргоне с содержанием водорода (10% об.). Полученный расплав распыляют в замкнутой камере. В камеру одновременно с жидким металлом вводят дозированные количества азота (85% об.) и кислорода (15% об.). Контроль за количеством подведенных газов обеспечивается газоанализаторами.
Полученный гранулят вводят в пресс-форму и подвергают обжатию на прессе при 250°C.
Образцы, изготовленные из полученного материала, обладают следующими характеристиками: предел прочности при растяжении 280-350 МПа, относительное удлинение 5-8% (при 20°C), предел прочности при температуре 350°C составляет 190-250 МПа, коэффициент прочности сварного соединения 0,81-0,9, удельная электропроводность составляет 52-59% электропроводности меди.
Пример 5
Изготовляют алюминиевый сплав, содержащий, в мас.%: церий 5, празеодим 2, неодим 1, кислород 0,8, азот 0,05, водород 0,02, алюминий - остальное.
Расплав получают индукционным способом в графитовом тигле в аргоне, содержащем водород (6% об.). Расплав распыляют в замкнутой камере. В камеру одновременно с жидким металлом вводят дозированные количества азота (80% об.) и кислорода (20% об.).
Контроль за количеством подведенных газов осуществляется посредством газоанализаторов.
Полученный гранулят вводят в пресс-форму и подвергают обжатию в камере сжатия с газом в качестве средства создания давления и затем в прессе при температуре 250°C.
Образцы, изготовленные из полученного материала, обладают следующими характеристиками: предел прочности при растяжении 250-330 МПа, относительное удлинение 4-8%, предел прочности при температуре 350°C составляет 155-245 МПа, коэффициент прочности сварного соединения 0,82-0,9, удельная электропроводность составляет 52-56% электропроводности меди.
Пример 6
Изготовляют алюминиевый сплав, содержащий, в мас.%: церий 6, диспрозий 2, кислород 0,2, азот 0,7, водород 0,005, алюминий - остальное.
Расплав получают индукционным способом в графитовом тигле в аргоне, содержащем водород (6% об.). Расплав распыляют в замкнутой камере. В камеру одновременно с жидким металлом вводят дозированные количества азота (80% об.) и кислорода (20% об.).
Контроль за количеством подведенных газов осуществляется посредством газоанализаторов.
Полученный гранулят вводят в пресс-форму и подвергают обжатию в камере сжатия с газом в качестве средства создания давления и затем в прессе при температуре 200°C.
Образцы, изготовленные из полученного материала, обладают следующими характеристиками: предел прочности при растяжении 262-345 МПа, относительное удлинение 6-9%, прочность при температуре 350°C составляет 160-247 МПа, коэффициент прочности сварного соединения 0,83-0,9, удельная электропроводность составляет 52-58% электропроводности меди.
Как видно из примеров, заявленный сплав обладает повышенной электропроводностью, что в комбинации с повышенными механическими свойствами делает его универсальным и позволяет изготавливать из него изделия, работающие при повышенных температурах. Указанная комбинация свойств сплава делает возможным его применение в качестве электропроводника практически неограниченным. Сплав можно применять в качестве материала для изготовления проволоки и шин в электронной технике, в радио- и электротехнической промышленности, при изготовлении бортпроводов вертолетов и самолетов.
Claims (2)
1. Алюминиевый сплав, содержащий по меньшей мере один редкоземельный металл, отличающийся тем, что он дополнительно содержит кислород, азот и водород при следующем соотношении компонентов, мас.%:
по меньшей мере один редкоземельный металл 5,0-10,0
кислород 0,002-1,5
азот 0,002-1,2
водород 0,0002-0,5
алюминий остальное.
2. Алюминиевый сплав по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит по меньшей мере один элемент, выбранный из группы: кремний, медь, магний, хром, цирконий, бор, марганец, цинк, никель, иттрий, скандий, титан, ванадий, молибден, ниобий, тантал, железо в количестве 0,005-2,2 мас.%.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006146758/02A RU2344187C2 (ru) | 2006-12-28 | 2006-12-28 | Алюминиевый сплав |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006146758/02A RU2344187C2 (ru) | 2006-12-28 | 2006-12-28 | Алюминиевый сплав |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2006146758A RU2006146758A (ru) | 2008-07-10 |
RU2344187C2 true RU2344187C2 (ru) | 2009-01-20 |
Family
ID=40376210
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006146758/02A RU2344187C2 (ru) | 2006-12-28 | 2006-12-28 | Алюминиевый сплав |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2344187C2 (ru) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2458170C1 (ru) * | 2011-01-31 | 2012-08-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Алюминиевый сплав |
RU2458151C1 (ru) * | 2010-12-09 | 2012-08-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Алюминиевый сплав |
RU2480852C2 (ru) * | 2011-01-17 | 2013-04-27 | Закрытое акционерное общество "Москабельмет" | Катанка из алюминиевого сплава |
RU2550063C2 (ru) * | 2009-04-24 | 2015-05-10 | Аньхуй Джойсенсис Кэйбл Ко., Лтд. | Материал для кабеля на основе алюминиевого сплава с высокой степенью удлинения и способ его получения |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106148768A (zh) * | 2015-04-13 | 2016-11-23 | 特变电工股份有限公司 | 一种铝合金杆及其制备方法、铝合金导体电缆线芯 |
-
2006
- 2006-12-28 RU RU2006146758/02A patent/RU2344187C2/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2550063C2 (ru) * | 2009-04-24 | 2015-05-10 | Аньхуй Джойсенсис Кэйбл Ко., Лтд. | Материал для кабеля на основе алюминиевого сплава с высокой степенью удлинения и способ его получения |
RU2458151C1 (ru) * | 2010-12-09 | 2012-08-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Алюминиевый сплав |
RU2480852C2 (ru) * | 2011-01-17 | 2013-04-27 | Закрытое акционерное общество "Москабельмет" | Катанка из алюминиевого сплава |
RU2458170C1 (ru) * | 2011-01-31 | 2012-08-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Алюминиевый сплав |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2006146758A (ru) | 2008-07-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20120211130A1 (en) | High-elongation rate aluminum alloy material for cable and preparation method thereof | |
CN101886189B (zh) | 一种β钛合金及其制备方法 | |
CN101130841B (zh) | 钛稀土镁合金 | |
CN101705395B (zh) | 含钒的铝及铝合金及其制备方法 | |
RU2344187C2 (ru) | Алюминиевый сплав | |
CN102534437A (zh) | 一种非晶合金及其制备方法 | |
CN109706363B (zh) | 一种共晶高熵合金及其制备的方法 | |
Yang et al. | In situ Al2O3 particle-reinforced Al and Cu matrix composites synthesized by displacement reactions | |
CN103060642A (zh) | 碳氮化物复合处理的高强度铝合金及其制备方法 | |
Dunnett et al. | Development of Al–Ni–Mg–(Cu) aluminum P/M alloys | |
US9937554B2 (en) | Grain refiner for magnesium and magnesium alloys and method for producing the same | |
Nagase et al. | Alloy design and fabrication of ingots of Al–Mg–Li–Ca light-weight medium entropy alloys | |
Anish et al. | Techniques for processing metal matrix composite; A survey | |
CN105026077B (zh) | 制造钽合金的方法 | |
CN107815571A (zh) | 一种具有良好耐腐蚀性能的稀土铝合金材料的制备工艺 | |
Yildirim et al. | Microstructural evolution and room-temperature mechanical properties of as-cast and heat-treated Fe50Al50− nNbn alloys (n= 1, 3, 5, 7, and 9 at%) | |
CN104073702A (zh) | 一种稀土镁合金及其制备方法 | |
CN101195874A (zh) | 一种改善非晶合金形成能力的方法 | |
CN102816942A (zh) | 一种生产高氮海绵钛的工艺及其装置 | |
CN105200282A (zh) | 一种新型Mg-Al-TiB2-稀土元素中间合金及其制备方法 | |
CN102534310A (zh) | 掺杂Mo2C及MgH2的高强度铝合金及其制备方法 | |
CN113584368B (zh) | 一种低密度双相硅化物增强难熔高熵合金及其制备方法 | |
Zhang et al. | Microstructural characterization and mechanical properties of Nb–Ti–C–B in-situ composites with W addition | |
Zhao et al. | Fabrication, Microstructure and Mechanical Properties of in situ GNPs Reinforced Magnesium Matrix Composites | |
CN1325679C (zh) | Sn-Zn-Bi-Cr合金无铅焊料的制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20091229 |