RU2497971C1 - МОДИФИЦИРУЮЩИЙ ЛИГАТУРНЫЙ ПРУТОК Ai-Sc-Zr - Google Patents
МОДИФИЦИРУЮЩИЙ ЛИГАТУРНЫЙ ПРУТОК Ai-Sc-Zr Download PDFInfo
- Publication number
- RU2497971C1 RU2497971C1 RU2012120413/02A RU2012120413A RU2497971C1 RU 2497971 C1 RU2497971 C1 RU 2497971C1 RU 2012120413/02 A RU2012120413/02 A RU 2012120413/02A RU 2012120413 A RU2012120413 A RU 2012120413A RU 2497971 C1 RU2497971 C1 RU 2497971C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ingots
- bar
- ligature
- alloying
- pipes
- Prior art date
Links
Abstract
Изобретение относится к области металлургии, в частности к химическому составу и технологии получения лигатурных прутков для модифицирования зеренной структуры слитков из алюминиевых сплавов. Лигатурный пруток содержит, мас.%: скандий 0,8-1,5, цирконий 0,8-1,5, по крайней мере один из элементов: марганец до 0,10, хром до 0,10, титан до 0,10, молибден до 0,10, железо до 0,30, кремний до 0,20, алюминий - остальное. Лигатурный пруток Al-Sc-Zr обеспечивает получение слитков из алюминиевых сплавов с предельно измельченной зеренной структурой, что позволяет максимально возможно уменьшить склонность к горячим трещинам в процессе литья слитков из алюминиевых сплавов и к холодным трещинам после окончания литья, при этом возрастает технологическая пластичность слитков при их обработке давлением и повышается комплекс служебных свойств готовых полуфабрикатов, например профилей, поковок, листов, штамповок, плит, полученных из слитков с недендритной структурой. 6 табл., 1 пр.
Description
Предлагаемое изобретение относится к области металлургии, и в частности, к химическому составу и технологии получения лигатурных прутков для модифицирования зеренной структуры слитков из алюминиевых сплавов. Модифицирование зеренной структуры слитков уменьшает их склонность к горячим и холодным трещинам, возникающим во время и после литья, повышает технологическую пластичность слитков при обработке их давлением (ковке, прессовании, прокатке) и улучшает служебные свойства деформированных полуфабрикатов, получаемых из вышеупомянутых слитков.
Одной из самых известных и давно используемых модифицирующих лигатур являются лигатура Al-Ti с содержанием титана 2-5% (здесь и далее % по массе) и лигатура Al-В с содержанием бора 2-5% (Напалков В.И., Махов С.В. Легирование и модифицирование алюминия и магния. М.: МИСиС, 2002 г. - с.230-245). Использование лигатур Al-Ti и Al-В позволяет измельчать зеренную структуру слитков из алюминиевых сплавов и за счет этого повышать их сопротивление горячим и холодным трещинам и увеличивать технологическую пластичность при обработке давлением. Однако эффективность лигатур Al-Ti и Al-В не высока, и сильного измельчения зерна в отливаемых слитках не происходит.
Известны более эффективные модифицирующие лигатуры Al-Ti-B и Al-Ti-C, выпускаемые в виде лигатурных прутков (Макаров Г.С.Слитки из алюминиевых сплавов с магнием и кремнием для прессования. М.: Интернет.Инжиниринг, 2011 г. - стр.309-314; Напалков В.И., Махов С.В. Легирование и модифицирование алюминия и магния. М.: МИСиС, 2002 г. - с.245-251). Прототип.
Лигатуры Al-Ti-B и Al-Ti-C, используемые в виде лигатурных прутков, оказывают сильное модифицирующее действие на зеренную структуру слитков из алюминиевых сплавов, заметно превосходя модифицирующее действие лигатур Al-Ti и Al-В. Вместе с тем использование лигатурных прутков Al-Ti-B и Al-Ti-C не дает возможность получить слитки из алюминиевых сплавов с предельно измельченной зеренной структурой, с так называемой недендритной структурой, характеризуемой отсутствием дендритного строения и равенством величины зерна величине дендритной ячейки второго порядка (дендритному параметру).
Предлагается модифицирующий лигатурный пруток Al-Sc-Zr, обеспечивающий получение слитков из алюминиевых сплавов с предельно измельченной зеренной структурой (с недендритной структурой). При использовании лигатурного прутка Al-Sc-Zr в процессе литья слитков формируется предельно измельченная зеренная структура, не имеющая дендритного строения, с величиной зерна, равной дендритному параметру. Помимо предельного измельчения зеренной структуры измельчаются частицы избыточных фаз кристаллизационного происхождения, залегающие по границам зерен.
Для получения лигатурного прутка Al-Sc-Zr, способного предельно измельчить зеренную структуру слитков вплоть до образования недендритной структуры, необходимо соблюдение следующих условий.
1. Химический состав лигатурного прутка должен удовлетворять требованиям, % по массе.
Скандий - | 0,8-1,5 |
Цирконий - | 0,8-1,5 |
По крайней мере один из элементов
Марганец | до 0,10 |
Хром | до 0,10 |
Титан | до 0,10 |
Молибден | до 0,10 |
Железо | до 0,30 |
Кремний | до 0,20 |
Алюминий - | остальное |
2. При производстве модифицирующего лигатурного прутка Al-Sc-Zr в процессе кристаллизации заготовки, из которой будет изготавливаться лигатурный пруток, скорость охлаждения в интервале температур кристаллизации должна быть больше 50 град/сек, а расплав перед литьем должен перегреваться до температур выше 850°С.
3. На конечных операциях при производстве лигатурного прутка из быстрозакристаллизованной заготовки используют холодную деформацию.
Предлагаемый модифицирующий лигатурный пруток Al-Sc-Zr является пока единственным, который способен предельно измельчить зеренную структуру слитков вплоть до формирования недендритной структуры. Введение лигатурного прутка в алюминиевый расплав следует осуществлять с такой скоростью, чтобы содержание скандия и циркония в слитке отливаемого сплава возрастало не более чем на 0,02% каждого компонента. Этого количества скандия и циркония достаточно, чтобы предельно измельчить зеренную структуру слитка, то есть сформировать недендритную структуру. Получение слитков непрерывного литья с недендритной структурой и с измельченными частицами избыточных фаз кристаллизационного происхождения обеспечивает следующие выгоды и преимущества.
1. Резко уменьшается склонность к горячим трещинам в процессе литья слитков из алюминиевых сплавов.
2. Уменьшается склонность слитков к холодным трещинам после окончания литья.
3. Возрастает технологическая пластичность слитков при их обработке давлением - ковке, прокатке и прессовании.
4. Повышается комплекс служебных свойств готовых полуфабрикатов (профилей, поковок, листов, штамповок, плит), полученных из слитков с недендритной структурой.
Природа сильнейшего модифицирующего действия лигатурных прутков Al-Sc-Zr заключается в том, что в алюминиевый расплав с помощью лигатурного прутка вносятся дисперсные частицы интерметаллидов Al3(Sc, Zr), кристаллическая решетка которых имеет практически полное размерно-структурное соответствие кристаллической решетке алюминия. Поэтому частицы Al3(Sc, Zr) обладают сильнейшим затравочным действием при кристаллизации зерен алюминиевого раствора, т.е. частицы Al3(Sc, Zr) являются активными центрами кристаллизации зерен твердого алюминиевого раствора. Кроме того, частицы-зародыши Al3(Sc, Zr) обладают хорошей смачиваемостью алюминиевым расплавом, что усиливает их затравочное действие. Получение лигатурного прутка с использованием высокой скорости охлаждения при кристаллизации вызывает диспергирование частиц Al3(Sc, Zr) и обусловливает появление большого числа потенциальных центров кристаллизации алюминиевых зерен при литье слитков. Как показывают эксперименты, введение в расплав по 0,001-0,01% Sc и Zr с помощью лигатурного прутка Al-Sc-Zr обеспечивает предельное измельчение зеренной структуры слитка, т.е. формирование недендритной структуры.
Пример.
Методом непрерывного литья был получен слиток диаметром 304 мм из сплава 1960 следующего фактического химического состава (табл.1).
Таблица 1 | ||||||||
Фактический химический состав слитка сплава 1960, % по массе | ||||||||
Al | Zn | Mg | Cu | Zr | Ti | Mn | Fe | Si |
Остальное | 8,61 | 2,63 | 2,36 | 0,13 | 0,01 | 0,02 | 0,13 | 0,07 |
Плавку готовили в электрической печи сопротивления емкостью 1 т. Половину плавки отливали с использованием серийного лигатурного прутка Al-Ti5-B1, а вторую половину - с использованием предлагаемого лигатурного прутка Al-Sc-Zr, с содержанием 1,2% Sc и 1,15% Zr. Лигатурный пруток был получен из слитка непрерывного литья диаметром 20 мм, отлитого в электромагнитный кристаллизатор со скоростью охлаждения в интервале температур кристаллизации около 200 град/сек. Температура перегрева расплава перед литьем составляла около 1100°С. Расплав защищали от окисления с помощью инертного газа. Слиток отжигали, и с помощью ротационной ковки и последующего холодного волочения получали лигатурный пруток с хорошей чистой поверхностью диаметром 9,7 мм.
Слитки диаметром 305 мм, отлитые с применением предлагаемого лигатурного прутка Al-Sc-Zr, имели ровную малошероховатую поверхность практически без неслитин и ликвационных наплывов. Зеренная структура слитков - недендритная, с величиной зерна около 70 мкм.
Слитки, отлитые с использованием известного лигатурного прутка Al-Ti5-B1, имели шероховатую поверхность с небольшими ликвационными наплывами. Структура слитка - зеренно-дендритная, с величиной зерна около 350 мкм и величиной дендритной ячейки около 70 мкм. Слиток с недендритной структурой имел большую плотность из-за меньшей пористости и значительно меньшего размера (~ в 10 раз) включения избыточных фаз, залегающих в виде прослоек по границам зерен.
Слитки сразу после литья гомогенизировали при температуре 460°С, 24 ч, с последующим охлаждением на воздухе.
Для оценки технологической пластичности слитков проводили испытания на растяжение образцов, взятых из гомогенизированных слитков, при температуре 400°С. Результаты испытаний представлены в таблице 2.
Таблицы 2 | ||
Механические свойства слитков при 400°С | ||
Слиток модифицированный с использованием | σB, МПа | δ, % |
известного лигатурного прутка | 3,7 | 86 |
предлагаемого лигатурного прутка | 3,4 | 99 |
Рассмотрение таблицы 2 показывает, что слиток, модифицированный с помощью предлагаемого прутка и имеющий недендритную структуру, обладает более высокой пластичностью и меньшим сопротивлением деформации по сравнению со слитком, модифицированным известным лигатурным прутком и имеющим обычную зеренную дендритную структуру.
Из слитков путем механической обработки были сделаны заготовки под прессование труб, и затем на прессе усилием 3,5 тысячи тонн были отпрессованы трубы ⌀146×6 мм. Температура нагрева перед прессованием была около 380°С. В процессе прессования температура повышалась на 70-90°С за счет выделения деформационного тепла.
Скорость истечения при прессовании слитков с недендритной структурой составила около 2,0 м/мин, а при использовании слитков с обычной зеренно-дендритной структурой - 0,8 м/мин.
Прессованные трубы были закалены в воде с температуры 470°С, выправлены, искусственно состарены по режиму 140°С, 16 часов и подвергнуты испытаниям. В таблице 3 представлены результаты испытаний термически обработанных труб на растяжение.
Таблица 3 | |||
Механические свойства закаленных и искусственно состаренных труб, полученных из слитков, модифицированных обычным лигатурным прутком и предлагаемым лигатурным прутком | |||
Использованный лигатурный пруток при литье слитков | σB, МПа | σ02, МПа | δ, % |
Известный | 645 | 621 | 4,7 |
Предлагаемый | 673 | 644 | 7,7 |
Рассмотрение таблицы 3 свидетельствует, что трубы, полученные из слитка, модифицированного предлагаемым лигатурным прутком, имеют более высокие прочностные характеристики и более высокое относительное удлинение.
С целью оценки технологической пластичности труб при последующей холодной прокатке горячепрессованные трубы были отожжены по стандартному режиму 400°С, 1 час с последующим охлаждением вместе с печью до 150°С, затем на воздухе, и испытаны на растяжение (табл.4).
Таблица 4 | |||
Механические свойства отожженных труб, полученных из слитков, модифицированных известным лигатурным прутком и предлагаемым лигатурным прутком | |||
Использованный лигатурный пруток при литье слитков | σB, МПа | σ02, МПа | δ, % |
Известный | 251 | 163 | 19,7 |
Предлагаемый | 244 | 155 | 23,5 |
Анализ таблицы 4 показывает, что пластичность отожженных труб, полученных из слитков, отлитых с использованием предлагаемого лигатурного прутка, выше, а сопротивление деформации немного ниже.
Отожженные трубы были прокатаны вхолодную с ⌀146×6 мм на ⌀134×3 мм. Процесс прокатки подтвердил более высокую технологическую пластичность отожженных труб, получаемых из слитков, модифицированных предлагаемым лигатурным прутком. Холоднокатаные трубы вместе с заготовками под поперечные образцы были закалены в воде с температуры 470°С и искусственно состарены по режиму 140°С, 16 часов. Механические свойства труб после закалки и искусственного старения представлены в таблице 5.
Таблица 5 | ||||||
Механические свойства труб после закалки и искусственного старения | ||||||
Использованный лигатурный пруток при литье слитков | Продольные | Поперечные | ||||
σB, МПа | σ02, МПа | δ, % | σв, МПа | σ02, МПа | δ,% | |
Известный | 634 | 601 | 4,8 | 627 | 601 | 5,1 |
Предлагаемый | 649 | 624 | 7,8 | 644 | 617 | 7,5 |
Из труб были изготовлены образцы для испытаний на ударную вязкость и образцы на малоцикловую усталость (f=3 гц, Kt=2,6; Cmax=160 МПа). Результаты испытаний представлены в таблице 6.
Таблица 6 | ||
Результаты испытаний труб холоднокатаных и термически упрочненных на малоцикловую усталость и ударную вязкость | ||
Использованный лигатурный пруток при литье слитков | KCU, кгм/см2 | Число циклов до разрушения, кцикл |
Известный | 0,43 | 180-215 |
Предлагаемый | 0,68 | 240-300 |
Трубы, полученные из слитков, отлитых с использованием предлагаемого лигатурного прутка, имеют большие значения ударной вязкости и обладают большим сопротивлением повторным нагрузкам.
Таким образом, предлагаемый лигатурный пруток Al-Sc-Zr обеспечивает предельное измельчение зеренной структуры слитков и сильное измельчение частиц избыточных фаз, залегающих по границам зерен. Указанные изменения структуры слитков из высокопрочного сплава 1960 обусловливают более высокие скорости истечения при прессовании, более высокую технологичность при холодной прокатке труб и, самое главное, дает возможность повысить механические и ресурсные свойства готовых труб, полученных из этих слитков.
Claims (1)
- Лигатурный пруток для модифицирования слитков из алюминиевых сплавов с недендритной структурой, отличающийся тем, что он имеет следующий химический состав, мас.%:
Скандий 0,8-1,5 Цирконий 0,8-1,5,
По крайней мере один из элементов
Марганец до 0,10 Хром до 0,10 Титан до 0,10 Молибден до 0,10 Железо до 0,30 Кремний до 0,20 Алюминий Остальное
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012120413/02A RU2497971C1 (ru) | 2012-05-18 | 2012-05-18 | МОДИФИЦИРУЮЩИЙ ЛИГАТУРНЫЙ ПРУТОК Ai-Sc-Zr |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012120413/02A RU2497971C1 (ru) | 2012-05-18 | 2012-05-18 | МОДИФИЦИРУЮЩИЙ ЛИГАТУРНЫЙ ПРУТОК Ai-Sc-Zr |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2497971C1 true RU2497971C1 (ru) | 2013-11-10 |
Family
ID=49683154
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012120413/02A RU2497971C1 (ru) | 2012-05-18 | 2012-05-18 | МОДИФИЦИРУЮЩИЙ ЛИГАТУРНЫЙ ПРУТОК Ai-Sc-Zr |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2497971C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109047783A (zh) * | 2018-08-15 | 2018-12-21 | 长沙新材料产业研究院有限公司 | 一种铝合金粉末及其制备方法 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2555611A1 (fr) * | 1983-11-25 | 1985-05-31 | Rhone Poulenc Spec Chim | Procede de preparation d'alliages d'aluminium et de terres rares |
CA2424595A1 (en) * | 2000-10-10 | 2002-04-18 | Alcoa Inc. | Aluminum alloys having improved cast surface quality |
RU2421537C2 (ru) * | 2009-02-02 | 2011-06-20 | Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской Академии наук | Способ получения алюмоскандийсодержащей лигатуры и шихта для получения алюмоскандийсодержащей лигатуры |
-
2012
- 2012-05-18 RU RU2012120413/02A patent/RU2497971C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2555611A1 (fr) * | 1983-11-25 | 1985-05-31 | Rhone Poulenc Spec Chim | Procede de preparation d'alliages d'aluminium et de terres rares |
CA2424595A1 (en) * | 2000-10-10 | 2002-04-18 | Alcoa Inc. | Aluminum alloys having improved cast surface quality |
RU2421537C2 (ru) * | 2009-02-02 | 2011-06-20 | Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской Академии наук | Способ получения алюмоскандийсодержащей лигатуры и шихта для получения алюмоскандийсодержащей лигатуры |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ДОБАТКИН В.И. и др. Быстро закристаллизованные алюминиевые сплавы. - М.: ВИЛС, 1995, с.302-304. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109047783A (zh) * | 2018-08-15 | 2018-12-21 | 长沙新材料产业研究院有限公司 | 一种铝合金粉末及其制备方法 |
CN109047783B (zh) * | 2018-08-15 | 2021-10-01 | 长沙新材料产业研究院有限公司 | 一种铝合金粉末及其制备方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10435774B2 (en) | 2XXX series aluminum lithium alloys having low strength differential | |
CA2418079C (en) | High strength aluminium-based alloy and the article made thereof | |
CN109415780B (zh) | 6xxx系列铝合金锻造坯料及其制造方法 | |
CN112996935A (zh) | 7xxx系列铝合金产品 | |
CA3110188C (en) | High strength fastener stock of wrought titanium alloy and method of manufacturing the same | |
JP2017508880A (ja) | 6000系アルミニウム合金 | |
RU2534170C1 (ru) | Термостойкий сплав на основе алюминия и способ получения из него деформированных полуфабрикатов | |
US20120048390A1 (en) | Wrought and cast aluminum alloy with improved resistance to mechanical property degradation | |
US10604828B2 (en) | Al—Zn alloy comprising precipitates with improved strength and elongation and method of manufacturing the same | |
US20150218680A1 (en) | Wrought magnesium alloy | |
JP2016505713A5 (ru) | ||
RU2569275C1 (ru) | Плита из высокопрочного алюминиевого сплава и способ ее изготовления | |
KR102589799B1 (ko) | 고강도 알루미늄-계 합금 및 그로부터 물품을 생산하기 위한 방법 | |
RU2581953C1 (ru) | ВЫСОКОПРОЧНЫЙ ДЕФОРМИРУЕМЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ СИСТЕМЫ Al-Zn-Mg-Cu ПОНИЖЕННОЙ ПЛОТНОСТИ И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕГО | |
RU2497971C1 (ru) | МОДИФИЦИРУЮЩИЙ ЛИГАТУРНЫЙ ПРУТОК Ai-Sc-Zr | |
US20210025035A1 (en) | Magnesium alloy and method for manufacturing the same | |
RU2484168C1 (ru) | Высокопрочный экономнолегированный сплав на основе алюминия | |
CN105671376B (zh) | 高强高塑重力铸造与室温冷轧亚共晶铝硅合金材料及其制造方法 | |
JPH01152237A (ja) | エンジン部材用アルミニウム合金材 | |
US20210332462A1 (en) | Aluminum alloy and manufacturing method thereof | |
WO2010029572A1 (en) | Method for manufacture of aluminium alloy sheets | |
RU2299264C1 (ru) | Способ изготовления изделий из деформируемых алюминиевых сплавов | |
JP2009221531A (ja) | 冷間加工用Al−Mg系アルミニウム合金押出材及びその製造方法 | |
CN117242198A (zh) | 铝合金、铝合金热加工材料及其制造方法 | |
RU2480300C1 (ru) | СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ТРУБ ИЗ СВЕРХПРОЧНЫХ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ СИСТЕМЫ Al-Zn-Mg-Cu |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TK4A | Correction to the publication in the bulletin (patent) |
Free format text: AMENDMENT TO CHAPTER -FG4A- IN JOURNAL: 31-2013 FOR TAG: (54) |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190519 |