RU2616316C1 - Conductive extra low interstitial aluminium alloy and method of its production - Google Patents

Conductive extra low interstitial aluminium alloy and method of its production Download PDF

Info

Publication number
RU2616316C1
RU2616316C1 RU2015147927A RU2015147927A RU2616316C1 RU 2616316 C1 RU2616316 C1 RU 2616316C1 RU 2015147927 A RU2015147927 A RU 2015147927A RU 2015147927 A RU2015147927 A RU 2015147927A RU 2616316 C1 RU2616316 C1 RU 2616316C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
alloy
group
deformation
iron
alloying component
Prior art date
Application number
RU2015147927A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андрей Евгеньевич Медведев
Максим Юрьевич Мурашкин
Иван Валерьевич Смирнов
Руслан Зуфарович Валиев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет" (СПбГУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет" (СПбГУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет" (СПбГУ)
Priority to RU2015147927A priority Critical patent/RU2616316C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2616316C1 publication Critical patent/RU2616316C1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C21/00Alloys based on aluminium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22FCHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/04Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon

Landscapes

  • Conductive Materials (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: conductive extra low interstitial aluminium alloy contains at least one alloying component selected from the group of rare earth metals, iron and silicon. The rare earth elements are selected from the group consisting of La, Ce, Nd, Pr, with the following component content, wt %: at least one alloying component selected from the group La, Ce, Nd, Pr 7.0-9.0, iron 0.05-0.1, silicon 0.05-0.1, aluminium is the rest. The alloy has a structure with an average grain size of not more than 400 nm and particles of the eutectic phase Al11RE3, which are uniformly distributed over the grain volume and have a spherical shape with a size of not more than 50 nm, and the interparticle distance is not more than 150 nm. The method of obtaining the alloy includes intense plastic deformation with a true accumulated deformation rate e≥4 with a pressure of 0.5-6.0 GPa applied in the homology temperature range 0.3-0.5 Tp, and annealing in the temperature range 280-400°C for at least 1 hour.
EFFECT: higher strength and heat resistance with satisfactory electric conductivity in the alloy.
3 cl, 1 ex, 1 tbl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области цветной металлургии и электротехники, в частности, к сплавам на основе алюминия, и может быть использовано при производстве изделий электротехнического назначения (проводников круглого и квадратного сечения, проводов линий электропередач, токопроводящих элементов в виде проволоки, пластин и шин), работающих при повышенных механических нагрузках и испытывающих воздействие высоких температур в процессе эксплуатации.The invention relates to the field of non-ferrous metallurgy and electrical engineering, in particular, to aluminum-based alloys, and can be used in the manufacture of electrical products (round and square conductors, wires of power lines, conductive elements in the form of wires, plates and tires), working with increased mechanical stress and experiencing high temperatures during operation.

Известен термостойкий сплав на основе алюминия, содержащий, мас. %: 0.28-0.50Zr, 0.16-0.30Si, 0.1-0.4Cu, 0.15-0.80Mn [EP 0787811, МПК C22C 21/00, опубл. 06.08.1997]. С целью достижения заданного комплекса физико-механических свойств заготовки сплава перед заключительной обработкой холодным волочением подвергают длительной термической обработке в температурном диапазоне 320-390°C в течение от 30 до 300 часов. Токопроводящие элементы в виде проволоки из данного сплава имеют хорошее сочетание временного сопротивления (σB) и электропроводности (σB=270 МПа и электропроводность 55% IACS). Однако их температура эксплуатации не превышает 150°C. Кроме этого, значительно большое время требуется для изготовления заготовок.Known heat-resistant alloy based on aluminum, containing, by weight. %: 0.28-0.50Zr, 0.16-0.30Si, 0.1-0.4Cu, 0.15-0.80Mn [EP 0787811, IPC C22C 21/00, publ. 08/06/1997]. In order to achieve a given set of physicomechanical properties of the alloy preform, it is subjected to prolonged heat treatment in the temperature range of 320-390 ° C for 30 to 300 hours before final processing by cold drawing. The conductive elements in the form of a wire from this alloy have a good combination of temporary resistance (σ B ) and electrical conductivity (σ B = 270 MPa and electrical conductivity 55% IACS). However, their operating temperature does not exceed 150 ° C. In addition, a significantly longer time is required for the manufacture of blanks.

Известны алюминиевые сплавы, содержащие редкоземельные металлы, применяемые в деталях конструкций и проводниках, несущих низкие и средние нагрузки. Например, известен жаростойкий сплав на основе алюминия для электрических проводов [патент RU 2492258, МПК C22C 21/00, опубл. 10.09.2013 г.]. Сплав содержит железо, по крайней мере, один металл, выбранный из группы редкоземельных металлов, а также бериллий при следующем соотношении компонентов, мас.%: металл, выбранный из группы редкоземельных металлов 2.5-4.5, железо 0.05-0.1, бериллий 0.05-0.1, алюминий - остальное, причем размер включений эвтектических интерметаллидов редкоземельных металлов в микроструктуре сплава составляет меньше 1 мкм.Known aluminum alloys containing rare earth metals used in structural parts and conductors that carry low and medium loads. For example, a heat-resistant alloy based on aluminum for electrical wires is known [patent RU 2492258, IPC C22C 21/00, publ. September 10, 2013]. The alloy contains iron, at least one metal selected from the group of rare earth metals, as well as beryllium in the following ratio of components, wt.%: Metal selected from the group of rare earth metals 2.5-4.5, iron 0.05-0.1, beryllium 0.05-0.1, aluminum - the rest, and the size of inclusions of eutectic intermetallic compounds of rare-earth metals in the microstructure of the alloy is less than 1 μm.

Проволока литого сплава с такой структурой, полученной в результате холодной деформации волочением, имеет временное сопротивление (σB) 253-260 МПа и электропроводность 52.2-57.4% IACS при комнатной температуре. Однако уже при температуре 250°С претерпевает значительное разупрочнение (σB снижается до 110 МПа).A cast alloy wire with such a structure, obtained as a result of cold drawing, has a temporary resistance (σ B ) of 253-260 MPa and an electrical conductivity of 52.2-57.4% IACS at room temperature. However, already at a temperature of 250 ° C, it undergoes significant softening (σ B decreases to 110 MPa).

Известен сплав, содержащий 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 [патент RU 2344187, МПК C22C 1/02, опубл. 20.01.2009 г.].Known alloy containing the following components, wt. %: at least one rare-earth metal 5.0-10.0, oxygen 0.002-1.5, nitrogen 0.002-1.2, hydrogen 0.0002-0.5, aluminum - the rest [patent RU 2344187, IPC C22C 1/02, publ. January 20, 2009].

Образцы сплава, в зависимости от содержания редкоземельных металлов, имеют при комнатной температуре временное сопротивление 260-350 МПа и электропроводность 53-59% IACS. Однако при температуре 350°C образцы сплава сильно разупрочняются. Их σB снижается до 140-250 МПа. Кроме того, для производства изделий электротехнического назначения в виде проволоки из образцов данных сплавов используются трудо- и энергоемкие гранульные технологии, что приводит к увеличению числа технологических операций получения изделий до 17.Alloy samples, depending on the content of rare-earth metals, have a temporary resistance of 260-350 MPa at room temperature and an electrical conductivity of 53-59% IACS. However, at a temperature of 350 ° C, the alloy samples are greatly softened. Their σ B decreases to 140-250 MPa. In addition, for the production of electrical products in the form of a wire from samples of these alloys, labor-intensive and energy-intensive granular technologies are used, which leads to an increase in the number of technological operations for obtaining products to 17.

Известен способ получения ультрамелкозернистого алюминиевого сплава, наиболее близкий к заявленному и принятый в качестве прототипа, включающий интенсивную пластическую деформацию осуществляемую с истинной накопленной деформацией e≥4 при температуре не выше 300°C, и искусственное старение при температуре 100-180°C со временем выдержки 0,5-24 ч с получением структуры со средним размером зерна 400-1000 нм. Сплав содержит наноразмерные выделения частиц упрочняющей фазы Mg2Si стабильной модификации (β), имеющие глобулярную форму и равномерно распределенные в объеме зерен [патент RU 2478136, МПК C22F 1/05, опубл. 27.03.2013 г.].A known method of producing ultrafine-grained aluminum alloy, the closest to the claimed and adopted as a prototype, including intense plastic deformation carried out with a true accumulated deformation e≥4 at a temperature not exceeding 300 ° C, and artificial aging at a temperature of 100-180 ° C with a holding time 0.5-24 hours to obtain a structure with an average grain size of 400-1000 nm. The alloy contains nanoscale precipitation of particles of the reinforcing phase Mg 2 Si stable modification (β) having a globular shape and uniformly distributed in the volume of grains [patent RU 2478136, IPC C22F 1/05, publ. 03/27/2013].

Недостатком известного способа является невысокая прочность и термостойкость, что не обеспечивает необходимых свойств по термостойкости.The disadvantage of this method is the low strength and heat resistance, which does not provide the necessary properties for heat resistance.

Техническим результатом изобретения является повышение механической прочности и термостойкости при удовлетворительной электропроводности алюминиевого сплава для электротехнических изделий за счет его состава и структуры, а также простота и экономичность способа его получения.The technical result of the invention is to increase the mechanical strength and heat resistance with satisfactory electrical conductivity of the aluminum alloy for electrical products due to its composition and structure, as well as the simplicity and efficiency of the method of its production.

Указанный технический результат достигается тем, что проводниковый ультрамелкозернистый алюминиевый сплав, содержащий, по крайней мере, один легирующий компонент, выбранный из группы редкоземельных металлов, железо и кремний, в соответствии с заявленным изобретением, ультрамелкозернистым алюминиевым сплавом, содержащим по крайней мере один легирующий компонент, выбранный из группы редкоземельных металлов RE=La, Се, Nd, Pr, в количестве 7.0-9.0 масс. %, а также 0.05-0.1 масс. % железа, 0.05-0.1 масс. % кремния, алюминий - остальное, характеризующимся структурой со средним размером зерна не более 400 нм и частицами эвтектической фазы Al11RE3, равномерно распределенными по объему зерен и имеющими сферическую форму, размер которых составляет не более 50 нм, а межчастичное расстояние - не более 150 нм.The specified technical result is achieved in that a conductive ultrafine-grained aluminum alloy containing at least one alloying component selected from the group of rare-earth metals, iron and silicon, in accordance with the claimed invention, an ultrafine-grained aluminum alloy containing at least one alloying component, selected from the group of rare-earth metals RE = La, Ce, Nd, Pr, in the amount of 7.0-9.0 mass. %, as well as 0.05-0.1 mass. % iron, 0.05-0.1 mass. % silicon, aluminum - the rest, characterized by a structure with an average grain size of not more than 400 nm and particles of the eutectic phase Al 11 RE 3 , uniformly distributed over the grain volume and having a spherical shape, the size of which is not more than 50 nm, and the interparticle distance is not more than 150 nm.

Кроме того, указанный технический результат достигается за счет способа получения алюминиевого сплава, включающем интенсивную пластическую деформацию, осуществляемую со значением истинной накопленной деформации

Figure 00000001
, приложенном давлении 0.5-6.0 ГПа, в интервале гомологических температур 0.3-0.5Тпл, и последующий отжиг в температурном интервале 280-400°C продолжительностью не менее 1 часа.In addition, the specified technical result is achieved due to the method of producing aluminum alloy, including intensive plastic deformation, carried out with the value of the true accumulated deformation
Figure 00000001
applied pressure of 0.5-6.0 GPa, in the range of homologous temperatures 0.3-0.5T pl , and subsequent annealing in the temperature range of 280-400 ° C for at least 1 hour.

Помимо этого, указанный технический результат достигается за счет того, что интенсивную пластическую деформацию осуществляют одним из известных методов: или кручения под высоким давлением, или равноканального углового прессования, или равноканального углового прессования в параллельных каналах, или непрерывного углового прессования.In addition, this technical result is achieved due to the fact that intense plastic deformation is carried out by one of the known methods: either torsion under high pressure, or equal channel angular pressing, or equal channel angular pressing in parallel channels, or continuous angular pressing.

Технический результат достигается благодаря следующему.The technical result is achieved due to the following.

Известно, что редкоземельные металлы (RE) повышают прочность алюминия. Кроме того, так как RE практически не растворимы в алюминии [Дриц М.Е., Каданер Э.С., Н.Д. Шоа. Растворимость редкоземельных металлов в алюминии в твердом состоянии // Изв. АН СССР, Металлы, №1, (1967). с. 219-223], легирование ими алюминия в значительно меньшей степени снижает его электропроводность, чем другие известные легирующие элементы.Rare earth metals (RE) are known to increase the strength of aluminum. In addition, since RE is practically insoluble in aluminum [Drits M.E., Kadaner E.S., N.D. Shoah. Solubility of rare-earth metals in aluminum in the solid state // Izv. USSR Academy of Sciences, Metals, No. 1, (1967). from. 219-223], alloying them with aluminum to a much lesser extent reduces its electrical conductivity than other known alloying elements.

Известно, что введение RE в алюминий до 10 мас. % способствует значительному повышению его термостойкости до температуры 250°C [Lee Y., Fujimura N., Higashi K., Ito Т., A candidate for interconnection material; Al-Y alloy thin films, Mater. letters 10, (1991) Р. 344-347].It is known that the introduction of RE in aluminum up to 10 wt. % contributes to a significant increase in its heat resistance to a temperature of 250 ° C [Lee Y., Fujimura N., Higashi K., Ito T., A candidate for interconnection material; Al-Y alloy thin films, Mater. letters 10, (1991) R. 344-347].

Заявляемый сплав получают при помощи интенсивной пластической деформации, осуществляемой при указанных условиях обработки.The inventive alloy is obtained using intense plastic deformation carried out under the specified processing conditions.

Известно, что для формирования УМЗ структуры в металлах и сплавах необходимо использование интенсивной пластической деформации (ИПД), при этом деформация должна осуществляться в интервале гомологических температур 0.3…0.5Тпл, приложенное давление должно быть до 6 ГПа, а истинная накопленная деформация должна достигать величины

Figure 00000001
. [Р.З. Валиев, И.В. Александров, Объемные наноструктурные металлические материалы. - М.: ИКЦ «Академкнига», 2007 - 308 с. (стр. 322-328)].It is known that the formation of an UFG structure in metals and alloys requires the use of intense plastic deformation (IPD), while the deformation must be carried out in the range of homological temperatures 0.3 ... 0.5T pl , the applied pressure must be up to 6 GPa, and the true accumulated deformation must reach
Figure 00000001
. [R.Z. Valiev, I.V. Aleksandrov, Volumetric nanostructured metallic materials. - M.: IKC "Akademkniga", 2007 - 308 p. (p. 322-328)].

В соответствии с заявленным изобретением, после ИПД осуществляют отжиг в температурном интервале 280-400°C, который приводит к дальнейшей эволюции структуры, полученной после ИПД. В результате отжига происходит снятие внутренних напряжений в сформированной структуре и стабилизация размера зерна, что обеспечивает достижение необходимого сочетания прочности и электропроводности материала, а также обеспечивает необходимый уровень его термостойкости.In accordance with the claimed invention, after SPD, annealing is carried out in the temperature range of 280-400 ° C, which leads to further evolution of the structure obtained after SPD. As a result of annealing, internal stresses in the formed structure are removed and grain size is stabilized, which ensures the achievement of the necessary combination of strength and electrical conductivity of the material, and also provides the necessary level of its heat resistance.

Одновременно с формированием УМЗ структуры в ходе ИПД в алюминиевых сплавах происходит измельчение до наноразмерного уровня и сфероидизация частиц эвтектической фазы Al11RE3. Процесс измельчения интерметаллидных частиц в процессе ИПД проходит гораздо интенсивнее, чем при реализации традиционных способов деформационной обработки [А. Ma, М. Takagi, N. Saito et al., Tensile properties of an Al-11 mass % Si alloy at elevated temperatures processed by rotary-die equal-channel angular pressing, Materials Science and Engineering, A 408 (2005), р. 147-153].Simultaneously with the formation of the UFG structure during SPD in aluminum alloys, grinding to a nanoscale level and spheroidization of particles of the eutectic phase Al 11 RE 3 occur. The grinding process of intermetallic particles in the IPD process is much more intensive than with traditional methods of deformation processing [A. Ma, M. Takagi, N. Saito et al., Tensile properties of an Al-11 mass% Si alloy at elevated temperatures processed by rotary-die equal-channel angular pressing, Materials Science and Engineering, A 408 (2005), p . 147-153].

Известно, что формирование УМЗ структуры с размером зерна менее 1000 нм при ИПД приводит к значительному повышению механической прочности алюминиевых сплавов (в 1,5-2 раза) без заметного ухудшения их электропроводности (при размере зерна около 400 нм электропроводность снижается не более чем на 15%) [X. Sauvage, E.V. Bobruk, M.Yu. Murashkin, Y. Nasedkina, N.A. Enikeev, R.Z. Valiev, Optimization of electrical conductivity and strength combination by structure design at the nanoscale in Al-Mg-Si alloys, Acta Materialia, vol. 98, (2015), р. 355-366]. Это связано с высокой способностью границ зерен упрочнять алюминиевые сплавы и их слабым влиянием, при зерне в диапазоне размеров 1000…200 нм, на рассеяние электронов проводимости.It is known that the formation of an UFG structure with a grain size of less than 1000 nm during SPD leads to a significant increase in the mechanical strength of aluminum alloys (1.5-2 times) without a noticeable decrease in their electrical conductivity (with a grain size of about 400 nm, the electrical conductivity decreases by no more than 15 %) [X. Sauvage, E.V. Bobruk, M.Yu. Murashkin, Y. Nasedkina, N.A. Enikeev, R.Z. Valiev, Optimization of electrical conductivity and strength combination by structure design at the nanoscale in Al-Mg-Si alloys, Acta Materialia, vol. 98, (2015), p. 355-366]. This is due to the high ability of grain boundaries to harden aluminum alloys and their weak effect, with grain in the size range 1000 ... 200 nm, on the scattering of conduction electrons.

Известно, что наноразмерные частицы, равномерно расположенные в алюминиевой матрице, эффективно упрочняют алюминий, существенно не влияя на величину его электропроводности. Они также способствуют повышению термической стабильности УМЗ структуры и, соответственно, сохранению механической прочности после воздействия высоких температур.It is known that nanosized particles uniformly located in an aluminum matrix effectively strengthen aluminum without significantly affecting its electrical conductivity. They also contribute to increasing the thermal stability of the UFG structure and, accordingly, maintaining mechanical strength after exposure to high temperatures.

Структурные изменения алюминиевых сплавов реализуются предложенным способом обработки при соблюдении указанных условий его осуществления.Structural changes in aluminum alloys are implemented by the proposed processing method, subject to the specified conditions for its implementation.

В целом, формирование описанной выше УМЗ структуры в алюминиевом сплаве системы Al-RE в предложенной совокупности признаков изобретения приводит к одновременному повышению их механической прочности и термостойкости при сохранении удовлетворительной электропроводности в сравнении с другими алюминиевыми сплавами, используемыми в электротехнических изделиях.In general, the formation of the UFG structure described above in an aluminum alloy of the Al-RE system in the proposed combination of features of the invention leads to a simultaneous increase in their mechanical strength and heat resistance while maintaining satisfactory electrical conductivity in comparison with other aluminum alloys used in electrical products.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:The invention is illustrated by drawings, where:

на Фиг. 1 - представлен общий вид УМЗ структуры сплава, стрелками показаны зерна, с размером не более 400 нм, сформированные в сплаве по заявленному способу;in FIG. 1 - shows a General view of the UFG structure of the alloy, the arrows indicate grains with a size of not more than 400 nm, formed in the alloy according to the claimed method;

на Фиг. 2 - наноразмерные частицы эвтектической фазы Al11RE3, имеющие сферическую форму и равномерно распределенные в объеме зерен, стрелками показаны зерна, с размером не более 400 нм, и частицы интерметаллидной фазы, расположенные внутри него (указаны стрелками).in FIG. 2 - nanoscale particles of the eutectic phase Al 11 RE 3 having a spherical shape and evenly distributed in the volume of grains, arrows indicate grains with a size of not more than 400 nm, and particles of the intermetallic phase located inside it (indicated by arrows).

Ультрамелкозернистый алюминиевый сплав получают при помощи интенсивной пластической деформации, осуществляемой с истинной накопленной деформацией

Figure 00000002
в интервале гомологических температур 0.3-0.5Тпл, приложенном давлении 0.5-6.0 ГПа, с последующим отжигом в температурном интервале 280…400°C продолжительностью не менее 1 часа.Ultrafine-grained aluminum alloy is obtained by intensive plastic deformation carried out with true accumulated deformation
Figure 00000002
in the range of homological temperatures 0.3-0.5T pl , applied pressure 0.5-6.0 GPa, followed by annealing in the temperature range 280 ... 400 ° C for at least 1 hour.

Для формирования УМЗ структуры со средним размером зерна не более 400 нм используют исходную заготовку сплава с содержанием, по крайней мере, одного легирующего компонента, выбранного из группы редкоземельных металлов (La, Ce, Nd, Pr), в количестве 7.0-9.0 масс. %, а также 0,05-0.1 железа, 0.05-0.1 кремния, алюминий - остальное.To form an UFG structure with an average grain size of not more than 400 nm, an initial alloy billet is used with at least one alloying component selected from the group of rare-earth metals (La, Ce, Nd, Pr) in an amount of 7.0–9.0 mass. %, as well as 0.05-0.1 iron, 0.05-0.1 silicon, aluminum - the rest.

На первом этапе исходную заготовку подвергают обработке ИПД с истинной накопленной деформацией

Figure 00000002
в интервале гомологических температур 0.3-0.5Тпл., и приложенном давлении 0.5-6.0 ГПа. ИПД можно осуществлять кручением или равноканальным угловым прессованием, или равноканальным угловым прессованием в параллельных каналах, или непрерывным угловым прессованием. На данном этапе происходит измельчение микроструктуры в объеме заготовки без изменения ее размеров. В результате эволюции структуры в процессе ИПД в алюминиевом сплаве формируется однородная УМЗ структура со средним размером зерна не более 400 нм. Одновременно с формированием УМЗ структуры в процессе ИПД происходит дробление и сфероидизация частиц эвтектической фазы, в результате чего в алюминиевой матрице они равномерно расположены в объеме зерен. Нанометрический размер частиц и их равномерное распределение обеспечивает дополнительный прирост прочности и заданную термостойкость материала.At the first stage, the initial billet is subjected to IPD processing with true accumulated deformation
Figure 00000002
in the range of homological temperatures of 0.3-0.5T square , and an applied pressure of 0.5-6.0 GPa. SPD can be carried out by torsion or equal channel angular pressing, or equal channel angular pressing in parallel channels, or continuous angular pressing. At this stage, the microstructure is crushed in the bulk of the workpiece without changing its size. As a result of the evolution of the structure during the SPD process, a homogeneous UFG structure with an average grain size of no more than 400 nm is formed in an aluminum alloy. Simultaneously with the formation of the UFG structure in the SPD process, the particles of the eutectic phase are crushed and spheroidized, as a result of which they are uniformly located in the grain volume in the aluminum matrix. Nanometric particle size and their uniform distribution provides an additional increase in strength and a given heat resistance of the material.

На втором этапе УМЗ заготовку подвергают термической обработке -отжигу в температурном интервале 280-400°C длительностью не менее 1 часа, в результате которого происходит стабилизация размеров зерна и обеспечение необходимой электропроводности сплава.At the second stage of UFG, the billet is subjected to heat treatment — annealing in the temperature range of 280–400 ° C for a duration of at least 1 hour, as a result of which grain size is stabilized and the necessary electrical conductivity of the alloy is ensured.

Пример осуществления изобретения.An example embodiment of the invention.

Вначале подготовили расплав в индукционной печи из первичного алюминия и редкоземельных металлов. Далее в кристаллизаторе получили 2 литые заготовки сплава с содержанием 5.5 мас.% Ce, 3.0 мас.% La, 0.2S(Fe+Si), остальное алюминий, в виде прутков диаметром 20 мм. Из литых прутков изготовили заготовки в виде диска диаметром 20 мм и толщиной 2 мм и подвергли интенсивной пластической деформации кручением (ИПДК) при комнатной температуре с приложенным давлением 6 ГПа, до истинной накопленной деформации

Figure 00000003
. Затем одну деформированную заготовку извлекли из инструмента/оснастки для проведения ИПД и подвергли термической обработке - отжигу в течение 1 часа при температуре 280°C; другую заготовку после ИПД подвергли отжигу при 400°С.First, a melt was prepared in an induction furnace made of primary aluminum and rare-earth metals. Then, 2 cast alloy billets with a content of 5.5 wt.% Ce, 3.0 wt.% La, 0.2S (Fe + Si) were obtained in the mold, the rest was aluminum, in the form of rods with a diameter of 20 mm. From cast rods, blanks were made in the form of a disk with a diameter of 20 mm and a thickness of 2 mm and subjected to intense plastic torsion deformation (IPDK) at room temperature with an applied pressure of 6 GPa, to the true accumulated deformation
Figure 00000003
. Then one deformed workpiece was removed from the tool / tool for SPD and subjected to heat treatment - annealing for 1 hour at a temperature of 280 ° C; another blank after SPD was annealed at 400 ° C.

Из полученных заготовок были изготовлены образцы для исследований микроструктуры, механических свойств и электропроводности.Samples for studying the microstructure, mechanical properties, and electrical conductivity were made from the obtained blanks.

Анализ микроструктуры осуществляли методом просвечивающей электронной микроскопии на микроскопе фирмы Jeol JEM 2100.The microstructure was analyzed by transmission electron microscopy using a Jeol JEM 2100 microscope.

Механические испытания образцов осуществляли в соответствии с требованиями ГОСТ 1497-84. Электропроводность образцов определяли в соответствии с требованиями ГОСТ 27333-87.Mechanical testing of the samples was carried out in accordance with the requirements of GOST 1497-84. The electrical conductivity of the samples was determined in accordance with the requirements of GOST 27333-87.

Полученная ультрамелкозернистая структура в заготовке сплава (Фиг. 1), которая была сформирована в ходе реализации предложенного способа обработки, имеет средний размер зерна в диапазоне 210-400 нм. Наряду с ультрамелкими зернами в структуре наблюдаются наноразмерные частицы эвтектической фазы Al11RE3 (Фиг. 2), имеющие сферическую форму и средний размер 45 нм, равномерно распределенные по объему зерен алюминиевой матрицы. Расстояние между наноразмерными частицами составляет 75 нм.The obtained ultrafine-grained structure in the alloy preform (Fig. 1), which was formed during the implementation of the proposed processing method, has an average grain size in the range of 210-400 nm. Along with ultrafine grains in the structure are observed nanoscale particles of the eutectic phase Al 11 RE 3 (Fig. 2), having a spherical shape and an average size of 45 nm, uniformly distributed over the grain size of the aluminum matrix. The distance between nanoscale particles is 75 nm.

В таблице 1 представлены результаты механических испытаний и измерений электропроводности заготовок после их обработки по предложенному способу, а также свойства известных аналогов.Table 1 presents the results of mechanical tests and measurements of the electrical conductivity of the workpieces after processing them according to the proposed method, as well as the properties of known analogues.

Также в таблице 1 приведены механические свойства и значения электропроводности заготовок, полученных по предложенному способу после оценки уровня их термостойкости, а именно, после отжига в течение 400 часов при температуре 310°C, в соответствии с требованиями международного стандарта IEC 62004. 2007.Table 1 also shows the mechanical properties and conductivity values of the workpieces obtained by the proposed method after evaluating the level of their heat resistance, namely, after annealing for 400 hours at a temperature of 310 ° C, in accordance with the requirements of the international standard IEC 62004. 2007.

Figure 00000004
Figure 00000004

Как видно из таблицы, алюминиевый сплав, полученный по предложенному способу обработки, по сравнению с известными аналогами имеет более высокие значения прочности и термостойкости, а также удовлетворительную электропроводность.As can be seen from the table, the aluminum alloy obtained by the proposed processing method, in comparison with known analogues has higher strength and heat resistance, as well as satisfactory electrical conductivity.

Технико-экономическая эффективность заявленного изобретения, как показывают результаты апробации, состоит в возможности получения алюминиевого сплава, обладающего повышенной прочностью и термостойкостью при сохранении электропроводности с помощью простого и экономичного способа. Использование заявленного высокопрочного и термостойкого алюминиевого сплава позволит расширить национальный рынок проводников со специальными свойствами для производства изделий электротехнического характера, работающих при повышенных механических нагрузках и испытывающих воздействие высоких температур в процессе эксплуатации, а внедрение такого высокопрочного и термостойкого алюминиевого сплава позволит повысить надежность и срок службы электротехнических изделий и электросетей, а также снизить стоимость их обслуживания, что позволяет отнести заявленное изобретение к импортозамещающим технологиям.The technical and economic efficiency of the claimed invention, as shown by the results of testing, consists in the possibility of obtaining an aluminum alloy having increased strength and heat resistance while maintaining electrical conductivity using a simple and economical method. The use of the claimed high-strength and heat-resistant aluminum alloy will expand the national market of conductors with special properties for the production of electrotechnical products operating at high mechanical stress and experiencing high temperatures during operation, and the introduction of such a high-strength and heat-resistant aluminum alloy will increase the reliability and service life of electrical products and power networks, as well as reduce the cost of their maintenance, h of the claimed invention can be attributed to import substitution technologies.

Список используемой литературыBibliography

1. Патент ЕР0787811, МПК С22С 21/00, опубл.06.08.1997,1. Patent EP0787811, IPC С22С 21/00, publ. 06/08/1997,

2. Патент RU2492258, МПК С22С 21/00, опубл. 10.09.2013,2. Patent RU2492258, IPC C22C 21/00, publ. 09/10/2013,

3. Патент RU2344187, МПК С22С 1/02, опубл. 20.01.2009,3. Patent RU2344187, IPC С22С 1/02, publ. 01/20/2009,

4. Патент RU 2478136, МПК C22F 1/05, опубл. 27.03.2013 (прототип),4. Patent RU 2478136, IPC C22F 1/05, publ. 03/27/2013 (prototype),

5. М.Е. Дриц, Э.С. Каданер, Н.Д. Шоа. Растворимость редкоземельных металлов в алюминии в твердом состоянии. Изв. АН СССР, Металлы, №1, (1967), с. 219-223.5. M.E. Drits, E.S. Kadaner, N.D. Shoah. The solubility of rare earth metals in aluminum in the solid state. Izv. USSR Academy of Sciences, Metals, No. 1, (1967), p. 219-223.

6. Y. Lee, N. Fujimura, K. Higashi, Т. Ito. A candidate for interconnection material: Al-Y alloy thin films. Mater, letters 10, (1991), р. 344-347.6. Y. Lee, N. Fujimura, K. Higashi, T. Ito. A candidate for interconnection material: Al-Y alloy thin films. Mater, letters 10, (1991), p. 344-347.

7. P. З. Валиев, И.В. Александров, Объемные наноструктурные металлические материалы. - М.: ИКЦ «Академкнига», 2007 - 308 с. (стр. 322-328).7. P. Z. Valiev, I.V. Aleksandrov, Volumetric nanostructured metallic materials. - M.: IKC "Akademkniga", 2007 - 308 p. (p. 322-328).

8. A. Ma, М. Takagi, N. Saito et al., Tensile properties of an Al-11 mass % Si alloy at elevated temperatures processed by rotary-die equal-channel angular pressing. Materials Science and Engineering A, 408 (2005), р. 147-153.8. A. Ma, M. Takagi, N. Saito et al., Tensile properties of an Al-11 mass% Si alloy at elevated temperatures processed by rotary-die equal-channel angular pressing. Materials Science and Engineering A, 408 (2005), p. 147-153.

9. X. Sauvage, E.V. Bobruk, M.Yu. Murashkin, Y. Nasedkina, N.A. Enikeev, R.Z. Valiev. Optimization of electrical conductivity and strength combination by structure design at the nanoscale in Al-Mg-Si alloys. Acta Materialia, Vol. 98 (2015), р. 355-366.9.X. Sauvage, E.V. Bobruk, M.Yu. Murashkin, Y. Nasedkina, N.A. Enikeev, R.Z. Valiev. Optimization of electrical conductivity and strength combination by structure design at the nanoscale in Al-Mg-Si alloys. Acta Materialia, Vol. 98 (2015), p. 355-366.

Claims (5)

1. Проводниковый ультрамелкозернистый алюминиевый сплав, содержащий по крайней мере один легирующий компонент, выбранный из группы редкоземельных металлов, железо и кремний, отличающийся тем, что по крайней мере один легирующий компонент выбран из группы редкоземельные элементов (RE), содержащей La, Ce, Nd и Pr, при следующем содержании компонентов, мас.%:1. Conducting ultrafine-grained aluminum alloy containing at least one alloying component selected from the group of rare-earth metals, iron and silicon, characterized in that at least one alloying component is selected from the group of rare-earth elements (RE) containing La, Ce, Nd and Pr, with the following content of components, wt.%: по крайней мере один легирующий компонент, at least one alloying component выбранный из группы La, Се, Nd, Prselected from the group La, Ce, Nd, Pr 7,0-9,07.0-9.0 железоiron 0,05-0,10.05-0.1 кремнийsilicon 0,05-0,10.05-0.1 алюминийaluminum остальное,rest,
при этом сплав имеет структуру со средним размером зерна не более 400 нм и частицами эвтектической фазы Al11RE3, которые равномерно распределены по объему зерен и имеют сферическую форму с размером не более 50 нм, а межчастичное расстояние составляет не более 150 нм.the alloy has a structure with an average grain size of not more than 400 nm and particles of the eutectic phase Al 11 RE 3 , which are uniformly distributed over the grain volume and have a spherical shape with a size of not more than 50 nm, and the interparticle distance is not more than 150 nm. 2. Способ получения проводникового ультрамелкозернистого алюминиевого сплава по п. 1, включающий деформацию и последующую термообработку, при этом деформацию осуществляют с истинной накопленной степенью деформации е≥4 методом интенсивной пластической деформации при приложении давлении 0,5-6,0 ГПа в интервале гомологических температур 0,3-0,5Тпл, а последующую термообработку проводят путем отжига в температурном интервале 280-400°C продолжительностью не менее 1 часа.2. A method of producing a conductive ultrafine-grained aluminum alloy according to claim 1, including deformation and subsequent heat treatment, the deformation is carried out with a true cumulative degree of deformation e≥4 by the method of intense plastic deformation at a pressure of 0.5-6.0 GPa in the range of homological temperatures 0.3-0.5T pl , and subsequent heat treatment is carried out by annealing in the temperature range of 280-400 ° C for a duration of at least 1 hour. 3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что интенсивную пластическую деформацию осуществляют методом кручения под давлением, или равноканального углового прессования, или равноканального углового прессования в параллельных каналах, или непрерывного углового прессования.3. The method according to p. 2, characterized in that the intense plastic deformation is carried out by the method of torsion under pressure, or equal channel angular pressing, or equal channel angular pressing in parallel channels, or continuous angular pressing.
RU2015147927A 2015-11-06 2015-11-06 Conductive extra low interstitial aluminium alloy and method of its production RU2616316C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015147927A RU2616316C1 (en) 2015-11-06 2015-11-06 Conductive extra low interstitial aluminium alloy and method of its production

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015147927A RU2616316C1 (en) 2015-11-06 2015-11-06 Conductive extra low interstitial aluminium alloy and method of its production

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2616316C1 true RU2616316C1 (en) 2017-04-14

Family

ID=58642948

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015147927A RU2616316C1 (en) 2015-11-06 2015-11-06 Conductive extra low interstitial aluminium alloy and method of its production

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2616316C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2765560C2 (en) * 2019-04-11 2022-02-01 Акционерное общество "Особое конструкторское бюро кабельной промышленности" (АО "ОКБ КП") Method for manufacturing cast workpiece with fine-crystal structure from aluminum alloys containing rare earth metals

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0787811A1 (en) * 1996-01-30 1997-08-06 Sumitomo Electric Industries, Ltd. High-strength heat-resistant aluminium alloy, conductive wire, overhead wire and method of preparing the aluminium alloy
EP0875593B1 (en) * 1997-04-30 2001-09-19 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Aluminium alloy and its production process
EA009889B1 (en) * 2005-05-16 2008-04-28 Татьяна Мухсиновна Умарова Aluminium-based alloy
RU2478136C2 (en) * 2011-07-15 2013-03-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Ultra fine-grained aluminium alloys for electric hardware and method of their products (versions)
RU2492258C1 (en) * 2012-06-18 2013-09-10 Сергей Георгиевич Борщевский Aluminium-based refractory alloy for electric conductors

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0787811A1 (en) * 1996-01-30 1997-08-06 Sumitomo Electric Industries, Ltd. High-strength heat-resistant aluminium alloy, conductive wire, overhead wire and method of preparing the aluminium alloy
EP0875593B1 (en) * 1997-04-30 2001-09-19 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Aluminium alloy and its production process
EA009889B1 (en) * 2005-05-16 2008-04-28 Татьяна Мухсиновна Умарова Aluminium-based alloy
RU2478136C2 (en) * 2011-07-15 2013-03-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Ultra fine-grained aluminium alloys for electric hardware and method of their products (versions)
RU2492258C1 (en) * 2012-06-18 2013-09-10 Сергей Георгиевич Борщевский Aluminium-based refractory alloy for electric conductors

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2765560C2 (en) * 2019-04-11 2022-02-01 Акционерное общество "Особое конструкторское бюро кабельной промышленности" (АО "ОКБ КП") Method for manufacturing cast workpiece with fine-crystal structure from aluminum alloys containing rare earth metals

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4247922B2 (en) Copper alloy sheet for electrical and electronic equipment and method for producing the same
JP5320642B2 (en) Copper alloy manufacturing method and copper alloy
US10392680B2 (en) Copper alloy for electric and electronic devices, copper alloy sheet for electric and electronic devices, component for electric and electronic devices, terminal, and bus bar
KR102043774B1 (en) High formability magnesium alloy sheet and method for manufacturing the same
JPWO2003076672A1 (en) High strength and high conductivity copper alloy wire with excellent stress relaxation resistance
JPWO2009041197A1 (en) Cu-Ni-Si-Co-based copper alloy for electronic materials and method for producing the same
US10427216B2 (en) Method for producing liquid phase sintered aluminum alloy member, and liquid phase sintered aluminum alloy member
JP6835636B2 (en) Copper alloy plate with excellent strength and conductivity
KR102248362B1 (en) Large ring forged 7XXX alumium alloy and its aging treatment method
JP5525444B2 (en) Magnesium-based alloy and method for producing the same
RU2667271C1 (en) Heat-resistant conductive ultrafine-grained aluminum alloy and method for production thereof
RU2616316C1 (en) Conductive extra low interstitial aluminium alloy and method of its production
JP6821290B2 (en) Cu-Ni-Co-Si alloy for electronic components
Shan’gina et al. Structure and properties of Cu-Cr alloys subjected to shear under pressure and subsequent heating
CN109790612A (en) By the process of semi-finished of acieral production deformation
JP2004285408A (en) Titanium copper having excellent electroconductivity, and its production method
JP5524901B2 (en) Cu-Ni-Si-Co based copper alloy for electronic materials
JP5403508B2 (en) Mg alloy member.
JP6246173B2 (en) Cu-Co-Ni-Si alloy for electronic parts
JP6730784B2 (en) Cu-Ni-Co-Si alloy for electronic parts
JP2012229467A (en) Cu-Ni-Si BASED COPPER ALLOY FOR ELECTRONIC MATERIAL
JP6845885B2 (en) Cu-Ni-Si copper alloy strip with excellent mold wear resistance
JP2017095808A (en) Manufacturing method of liquid phase sintered aluminum alloy member and liquid phase sintered aluminum alloy member
Skai et al. Effect of Sn addition on the mechanical and electrical properties of Cu-15% Cr in-situ composites
JP6246174B2 (en) Cu-Co-Ni-Si alloy for electronic parts