RU2659546C1 - Термостойкий сплав на основе алюминия - Google Patents
Термостойкий сплав на основе алюминия Download PDFInfo
- Publication number
- RU2659546C1 RU2659546C1 RU2017112928A RU2017112928A RU2659546C1 RU 2659546 C1 RU2659546 C1 RU 2659546C1 RU 2017112928 A RU2017112928 A RU 2017112928A RU 2017112928 A RU2017112928 A RU 2017112928A RU 2659546 C1 RU2659546 C1 RU 2659546C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- alloy
- zirconium
- aluminum
- nickel
- content
- Prior art date
Links
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 90
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 90
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 41
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 41
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 47
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 46
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 40
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 36
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 23
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 23
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 18
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 claims abstract description 17
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 16
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 description 11
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 10
- 239000000047 product Substances 0.000 description 9
- 229910052706 scandium Inorganic materials 0.000 description 8
- SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N scandium atom Chemical compound [Sc] SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 3
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 3
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 3
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 3
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 2
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 2
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 2
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 2
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 description 2
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002555 FeNi Inorganic materials 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001122 Mischmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- NPXOKRUENSOPAO-UHFFFAOYSA-N Raney nickel Chemical compound [Al].[Ni] NPXOKRUENSOPAO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052775 Thulium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052770 Uranium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- ZZUFCTLCJUWOSV-UHFFFAOYSA-N furosemide Chemical compound C1=C(Cl)C(S(=O)(=O)N)=CC(C(O)=O)=C1NCC1=CC=CO1 ZZUFCTLCJUWOSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- UGKDIUIOSMUOAW-UHFFFAOYSA-N iron nickel Chemical compound [Fe].[Ni] UGKDIUIOSMUOAW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 238000005088 metallography Methods 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 1
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 239000011163 secondary particle Substances 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C21/00—Alloys based on aluminium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
- C22F1/04—Changing 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
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Conductive Materials (AREA)
Abstract
Изобретение относится к технологии алюминиевых сплавов и может быть использовано при получении изделий, работающих при повышенных температурах. Алюминиевый сплав, содержащий цирконий и по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, содержащей железо и никель, имеет структуру, представляющую собой алюминиевую матрицу с распределенными в ней частицами вторично выделенной фазы Al3Zr с кристаллической решеткой L12 и с размером не более 20 нм и частицами фаз эвтектического происхождения в количестве от 0,5 до 3,0 мас.%, содержащих железо и/или никель, при этом алюминиевая матрица содержит по массе не более 1/3 циркония от общего содержания циркония в сплаве. При этом сплав содержит элементы в следующем соотношении, мас.%: цирконий 0,22-0,70, железо 0,20-0,80, никель 0,005-0,4, алюминий и неизбежные примеси - остальное. Сплав обладает повышенной термостойкостью и характеризуется совокупностью высокого уровня физико-механических характеристик и технологичности. 12 з.п. ф-лы, 5 пр., 7 табл.
Description
Область техники
Изобретение относится к области металлургии материалов на основе алюминия и может быть использовано при получении изделий, работающих при повышенных температурах, к которым предъявляются высокие требования электропроводности, теплопроводности и высокой технологичности при обработке давлением. Из материала могут быть выполнены изделия теплообменников системы терморегулирования и изделия электротехнического назначения, в частности радиаторы охлаждения, бортовые и высоковольтные провода, провода устройств нефтегазового комплекса. Максимальная рабочая температура изделий из сплава 400°С.
Предшествующий уровень техники
Благодаря высокой тепло- и электропроводности, низкой плотности и хорошей коррозионной стойкости технический алюминий и низколегированные алюминиевые сплавы (сплавы 1xxx, 3ххх, 8ххх и 6ххх серий) широко применяются в изделиях электролитического назначения и системах теплообмена. Для изделий систем терморегулирования обычно применяются сплавы 1xxx и 3ххх серии. Сплавы этих систем характеризуются высокой коррозионной стойкостью, хорошей (для сплавов 1xxx серии) и удовлетворительной теплопроводностью. К недостаткам сплавов этих систем следует отнести низкие показатели термостойкости, что ограничивает их эксплуатацию температурой 100°С, ввиду существенного разупрочнения. Сплавы 1xxx, 6ххх и 8ххх серии (например, типа 1350, 6101 и 8176) широко используются для применения в электротехнике для изготовления проводов, шин и других изделий. В нагартованном состоянии эти сплавы обеспечивают удачное сочетание прочностных характеристик, теплопроводности, удельного электросопротивления. Однако низкий уровень термической стойкости этих сплавов (обычно не превышающий 90°С) также не позволяет их использовать при нагревах выше 150°С, ввиду их существенного разупрочнения.
Одним из подходов, позволяющих достичь сочетания термостойкости и электропроводности, является создание материалов с минимально легированной алюминиевой матрицей и одновременно высокой объемной долей эвтектики. Так существенное повышение термической стабильности (до 300°С) было достигнуто на сплавах системы Al-Ce типа 1419 (Добаткин В.И., Елагин В.И., Федоров В.М. Быстрозакристаллизованные алюминиевые сплавы, ВИЛС, 1995), где повышенное количество эвтектической составляющей (Al+Al4Ce) обеспечивало высокую термостойкость за счет термической стабильности фазы Al4Ce, а сочетание низкой растворимости церия в алюминиевом растворе - удовлетворительную электропроводность. К недостаткам сплавов типа 1419 следует отнести высокую чувствительность сплава к содержанию примесей, в частности кремния, что приводит к формированию грубой эвтектики и снижению технологичности при волочении тонких сечений проволоки. Кроме того, относительно высокая объемная доля эвтектических фаз (по сравнению с техническим алюминием) в сплавах типа 1419 не позволяет достичь удельного электрического сопротивления ниже 32 мкОм/мм и высоких значений теплопроводности, которая у сплава 1419 на 10% ниже технического алюминия.
Известен алюминиевый никельсодержащий материал, раскрытый в изобретении US 3830635 компании Southwire. Материал характеризуется проводимостью на уровне 57% IACS и содержит (масс. %) 0,20-1,60 никеля, 0,30-1,30 кобальта, остальное алюминий и примеси. В частном исполнении материал может содержать 0,001-1,0% железа и магния. В частном исполнении способ получения расплава предусматривает введение дополнительных элементов (масс. %), в частности миш-металла, ниобия, тантала и циркония. К недостаткам данного изобретения следует отнести достижение относительно невысоких значений удельной электрической проводимости (на уровне 57% IACS) и относительно высокую стоимость кобальта, что ограничивает использование данного материала в массовом производстве, например для высоковольтных проводов.
Существенного повышения термической стабильности при повышенных температурах без значимого повышения удельного сопротивления алюминиевой проволоки можно добиться за счет введения небольших добавок переходных металлов, в частности скандия и циркония.
Известен коррозионностойкий Zr-содержащий алюминиевый сплав, отраженный в изобретении ЕР 0893512 (А1) компании Hydro. Сплав содержит (масс. %) 0,10-0,40% железа, 0,05-0,25% кремния, 0,05-0,20% Zr, основа - алюминий и примеси. В частном исполнении сплав может содержать 0,05-0,40% марганца и 0,05-0,30% хрома. К недостаткам данного материала следует отнести недостаточную термическую стойкость при повышенных температурах ввиду относительно низкого содержания циркония, кроме того, при содержании хрома и марганца материал будет характеризоваться низкими значениями удельного электрического сопротивления и теплопроводности.
Известен материал и способ получения для применения в электротехнике, предложенный компанией Nexans и отраженный в публикации WO 2013057415 A1. Сплав содержит 250-1200 ppm скандия и остальное примеси. В частном исполнении сплав может содержать до 0,1 масс. % циркония. К недостаткам предложенного изобретения следует отнести высокую конечную стоимость полученного продукта из-за содержания скандия и ограниченности ресурсной базы по скандию. Кроме того, в описании не приведен абсолютный уровень прочностных характеристик полученной проволоки из Sc-содержащего алюминиевого сплава.
Известен алюминиевый сплав, отраженный в патенте US 5087301 для высокотемпературного применения, содержащий растворенный элемент и раствор, где раствор и растворенный в нем элемент образует матрицу, имеющей субзеренную структуру, сформированную границами субзерен и частицами дисперсоидов на границах и в пределах субзерен, причем размер вторичных выделений дисперсоидов в пределах матрицы меньше, чем на границе. В частном исполнении максимальная равновесная растворимость элемента в растворе (при атмосферном давлении) менее чем 1 масс. %, размер субзерен менее 5 мкм, два типа частиц имеют твердость выше твердости матрицы, сплав определяется формулой Al-Х, где X выбирают из группы, состоящей из Er, Sc, Yb, Tm и U, по крайней мере 15% объемной доли фазы приходится на стабильное соединение фазы Al3X. Среди недостатков данного изобретения следует выделить повышенное количество дисперсидов вторичной фазы, что требует применения повышенных температур плавки, литья, при этом гранульная технология (PM/RS) получения изделий из этого сплава характеризуется низкой производительностью и высокими затратами.
Наиболее близким к предложенному является изобретение, раскрытое в патенте United Technologies ЕР 1439239 А1, где предложен алюминиевый сплав, содержащий Sc и по крайней мере один элемент из группы Gd и Zr. В частном исполнении структура сплава характеризуется алюминиевой матрицей и дисперсоидами фазы Al3X с решеткой типа L12, где X содержит Sc и по меньшей мере один элемент из Gd и Zr, алюминиевый сплав содержит (масс. %): Sc 0,1-2,9; Gd 0,1-20; Zr 0,1-1,9. Сплав дополнительно может содержать Mg в количестве 1-7%. Среди недостатков данного сплава следует отнести содержание в сплаве дорогостоящего скандия, высокая цена на который сдерживает широкое применение таких сплавов, при этом в случае содержания магния сплав будет характеризоваться низкими значениями теплопроводности.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является создание нового термостойкого алюминиевого сплава, характеризующегося совокупностью высокого уровня физико-механических характеристик и технологичности, в частности высокого уровня теплопроводности (не ниже 220 Вт/(м⋅К)), электропроводности (не ниже 59% IACS), механических свойств, в том числе сохранение прочностных свойств после высокотемпературных нагревов вплоть до 400°С, высокой технологичности при деформационной обработке, например прессовании и волочении, в том числе тонкой проволоки до 100 мкм.
Техническим результатом является повышение термостойкости сплава при сохранении высоких значений теплопроводности и электропроводности сплава за счет образования компактных частиц фаз эвтектического происхождения и вторичного выделения Zr-содержащей фазы с кристаллической решеткой типа L12. Кроме того, за счет отсутствия в сплаве дорогостоящих элементов, таких как скандий, обеспечивается снижение стоимости сплава.
Достижение указанного технического результата обеспечивается тем, что предложен сплав, содержащий цирконий и, по меньшей мере, один элемент, выбранный из группы, включающей железо и никель, при этом структура сплава представляет собой алюминиевую матрицу с распределенными в ней частицами вторично выделенной фазы Al3Zr с кристаллической решеткой L12 и с размером не более 20 нм и частицами фаз эвтектического происхождения в количестве от 0,5 до 3,0% масс, содержащих железо и/или никель, при этом алюминиевая матрица содержит по массе не более 1/3 циркония от общего содержания циркония в сплаве. Алюминий может содержать неизбежные примеси.
В частном исполнении сплав содержит элементы в следующем соотношении (масс. %):
| Цирконий | 0,22-0,78 |
| Железо | 0,20-0,8 |
| Никель | 0,005-0,4 |
| Алюминий и неизбежные примеси | остальное |
Согласно предложенным вариантам содержание циркония в сплаве может составлять 0,22-0,78% масс, предпочтительно 0,22-0,3% масс, предпочтительно 0,22-0,28% масс, предпочтительно 0,22-0,26% масс, предпочтительно 0,26-0,28% масс, предпочтительно 0,25-0,28% масс, предпочтительно 0,3-045% масс.
Согласно предложенным вариантам содержание железа в сплаве может составлять 0,20-0,8% масс, предпочтительно 0,2-0,4% масс, предпочтительно 0,4-0,6% масс, предпочтительно 0,6-0,8% масс.
Согласно предложенным вариантам содержание никеля в сплаве может составлять 0,005-0,4% масс, предпочтительно 0,005-0,01% масс, предпочтительно 0,01-0,11% масс, предпочтительно 0,11-0,22% масс, предпочтительно 0,22-0,4% масс.
Согласно предложенным вариантам алюминиевая матрица содержит по массе не более 1/3 циркония от общего содержания циркония в сплаве. При этом предпочтительно, чтобы содержание циркония в алюминиевой матрице (алюминиевом растворе) было как можно ниже.
Согласно предложенным вариантам размер частиц вторично выделенной фазы Al3Zr с кристаллической решеткой L12 не превышает 20 нм, предпочтительно до 5-10 нм.
Сущность изобретения
Для обеспечения достижения высокого уровня механических свойств, в том числе после высокотемпературных нагревов и низкого уровня значений удельного электрического сопротивления, структура проводникового материала должна содержать минимально легированный алюминиевый раствор, компактные частицы эвтектических фаз и вторичных выделений Zr-содержащей фазы с размером до 20 нм. Эффект повышенной термостойкости в этом случае достигается от совокупного положительного влияния эвтектических фаз, содержащих железо и/или никель, и вторичных выделений циркониевой фазы, стойких к высокотемпературному нагреву. Высокий уровень теплопроводности и электропроводности определяется минимальной содержанием легирующих компонентов в алюминиевом растворе.
Обоснование заявляемых количеств легирующих компонентов, обеспечивающих достижение заданной структуры, в данном сплаве приведено ниже.
Железо в количестве 0,20-0,8% масс. необходимо для повышения общего уровня механических свойств технического алюминия без значимого снижения удельного электрического сопротивления. При содержании железа выше заявленного влияние этого элемента будет оказывать значимое негативное влияние на удельное электрическое сопротивление сплава за счет снижения объемной доли алюминиевого раствора. Минимальное содержание соответствует достижению минимального уровня прочностных характеристик.
Цирконий в количестве 0,22-0,70% масс. необходим для образования вторичных выделений метастабильной фазы Al3(Zr) с кристаллической решеткой L12. В общем виде цирконий перераспределяется между алюминиевым раствором и вторичными выделениями метастабильной фазы Al3(Zr) L12. Высокое содержание циркония в алюминиевом растворе приводит к снижению теплопроводности и повышению электросопротивления. При концентрациях циркония в сплаве ниже 0,22% количество вторичных выделений метастабильной фазы Al3(Zr) с решеткой типа L12 будет недостаточным для достижения заданных прочностных характеристик и термостойкости, а при больших количествах потребуется повышение температуры литья выше 800°С, в противном случае возможно формирование в структуре первичных кристаллов фазы с решеткой типа DO23.
Никель в количестве 0,005-0,4% масс. необходим для повышения общего уровня механических свойств технического алюминия без значимого снижения удельного электрического сопротивления ввиду незначительно растворения в алюминиевом растворе. При совместном легировании сплава никелем или совместно железом и никелем будет получена структура с благоприятной морфологией эвтектических фаз, в частности фаз Al3Ni и/или Al9FeNi. Такая структура с благоприятной морфологией никелевой и/или железоникелевой фазы будет обеспечивать высокую технологичность при деформационной обработке (прокатке, прессовании, волочении и других). При меньших концентрациях никеля его влияние будет недостаточным для обеспечения требуемой структуры, а повышение выше верхнего предела не окажет значимого влияния на повышение технологичности при обработке давлением.
Примеры конкретного исполнения
ПРИМЕР 1
Для подтверждения концентрационного диапазона, при котором структура сплава представлена в виде алюминиевой матрицы с распределенными в ней вторичными выделениями фазы Al3Zr L12 и фаз кристаллизационного происхождения в лабораторных условиях были приготовлены 7 составов сплавов (табл. 1). Сплавы готовили в печи сопротивления в графитовых тиглях из алюминия (99,95) и лигатур Al-20Ni, Al-10Fe, Al-15Zr. Сплавы были получены в виде плоских слитков сечением 200×40 мм, далее слитки были прокатаны в листы толщиной 2 мм при комнатной температуре, с использованием промежуточной термической обработки с максимальной температурой нагрева 460°С, обеспечивающей распад алюминиевой матрицы с образованием вторичных частиц фазы Al3Zr L12. Плавку и литье сплавов проводили при температуре 800°С для сплавов 1-4 и при температуре 850°С для сплавов 5-7. Прокатку с толщины 40 мм до 10 мм проводили при 400°С, с толщины 10 мм до 2 мм прокатка проведена при комнатной температуре.
Потерю прочностных свойств (Δσ) оценивали по отношению Δσ=(σ0-σт)/σ0, где σ0 - временное сопротивление разрыву проволоки в нагартованном состояния, σт - временное сопротивление разрыву проволоки в отожженном состояния. Параметры структуры, в частности наличие первичных кристаллов циркониевой фазы, оценивали металлографическим способом. Размер частиц вторичных выделений оценивали с использованием метода просвечивающей электронной металлографии (ТЕМ). Содержание циркония в алюминиевой матрице оценивали расчетно-экспериментальным методом с использованием программы Thermocalc (база данных TTAL5) и по значениям удельного электрического сопротивления, принимая во внимание, что значения, прежде всего, зависят от содержания легирующих элементов в алюминиевой матрице.
Из таблиц 1 и 2 видно, что только заявляемый сплав (составы 2-6) обеспечивают требуемые параметры структуры, значений удельной электрической проводимости и термостойкости. Сплав состава 1 не удовлетворяет по термостойкости (ввиду падения значений Δσ более 10%), что связано с относительно невысокими значениями массовой доли частиц кристаллизационного происхождения, содержащих железо и никель (Qкр m) и недостаточным содержанием циркония в сплаве. В структуре сплава состава 7 присутствовали первичные кристаллы фазы Al3Zr с решеткой типа D023 с размером до 10 мкм. Присутствие первичных кристаллов является недопустимым ввиду их отрицательного влияния на технологичность при волочении проволоки тонкого сечения и снижения термостойкости. При этом увеличение массовой доли эвтектической фазы, в частности у сплава состава 7, приводит к значимому снижению удельной электрической проводимости.
где QЭBT m - массовая доля эвтектических частиц, содержащих железо и никель.
* - значения не определялись
1 - составы сплавов см. табл. 1
ПРИМЕР 2
Из заявленного сплава составов 3, 6 и 5 (табл. 1) были получены образцы с различными параметрами структуры, в частности алюминиевая матрица сплава содержала переменную массовую концентрацию циркония. Остальной цирконий присутствовал в виде вторичных выделений фазы Al3Zr Ll2. Переменная концентрация циркония достигалась варьированием температуры отжига листов в интервале 350 и 460°С, а для «1» (100% Zr) в алюминиевом растворе соответствовали значения литого состояния.
Из таблицы 3 видно, что только при снижении доли циркония в алюминиевом растворе на уровень 1/3 и ниже от общего массового содержания циркония в сплаве заявленные составы сплавов достигают требуемого уровня значений удельного электрического сопротивления (не ниже 59,1% IACS и теплопроводности не ниже 220 Вт/(м⋅К)).
1 - составы сплавов см. табл. 1
ПРИМЕР 3
Из заявленного сплава состава 3 (табл. 1) были получены образцы с различными параметрами структуры, в частности варьировался размер вторичных выделений фазы Al3Zr L12. Переменное значение размера вторичных выделений фазы Al3Zr L12 достигалось применением различных режимов термической обработки. Относительный уровень потери прочностных свойств Δσ=(σ0-σт)/σ0 оценивали после термической обработки при 400°С, в течение 1 часа.
Из таблицы 4 видно, что только при размере частиц фазы Al3Zr Ll2 менее 16 нм снижение временного сопротивления разрыву не более 10%.
1 - состав сплава см. табл. 1
ПРИМЕР 4
Для оценки технологичности волочением (при получении тонкой проволоки) из заявленного сплава была получена проволока с сечением 200 мкм. Удельную электрическую проводимость и относительный уровень потери значений прочностных свойств Δσ=(σ0-σт)/σ0 оценивали после термической обработки при 400°С, в течение 1 часа. Химический состав сплавов и результаты измерений приведены в таблице 5. 
Qэвт m - массовая доля эвтектических частиц, содержащих железо
Из результатов таблицы 5 видно, что экспериментальные сплавы соответствуют требованиям по удельной электрической проводимости, теплопроводности и термостойкости, что определяется совокупным вкладом эвтектических частиц, содержащих железо, и вторичных выделений фазы Al3Zr и минимальным содержанием легирующих элементов в алюминиевом растворе. Анализ тонкой структуры сплава 10 показал, что с размер вторичных выделений фазы Al3Zr L12 не превышал 20 нм.
ПРИМЕР 5
Из заявляемого сплава были получены прессованные прутки сечением 10 мм. Удельную электрическую проводимость и теплопроводность оценивали после термической обработки при 400°С, в течение 1 часа. Химический состав сплавов и результаты измерений приведены в таблице 6.
Qэвт m - массовая доля эвтектических частиц, содержащих никель
1 - состав сплава см. табл. 6
Из таблицы 7 видно, что экспериментальные сплавы состава 12 и 13 соответствуют требованиям по термостойкости, что определяется потерей не более 8% в отличие от сплава состава 11. Большая потеря механических свойств обусловлена меньшей долей эвтектической составляющей, количество которой составляло 0,24 масс. %.
Claims (14)
1. Алюминиевый сплав, содержащий цирконий и по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, содержащей железо и никель, при этом структура сплава представляет собой алюминиевую матрицу с распределенными в ней частицами вторично выделенной фазы Al3Zr с кристаллической решеткой L12 и с размером не более 20 нм и частицами фаз эвтектического происхождения в количестве от 0,5 до 3,0 мас.%, содержащих железо и/или никель, при этом алюминиевая матрица содержит по массе не более 1/3 циркония от общего содержания циркония в сплаве.
2. Сплав по п. 1, отличающийся тем, что он содержит элементы в следующем соотношении, мас.%:
3. Сплав по п. 2, в котором содержание циркония предпочтительно составляет 0,22-0,28 мас.%.
4. Сплав по п. 2, в котором содержание циркония предпочтительно составляет 0,26-0,28 мас.%.
5. Сплав по п. 1, в котором алюминиевая матрица содержит от 1/12 до 1/3 циркония по массе от общего содержания циркония в сплаве.
6. Сплав по п. 2, в котором содержание железа предпочтительно составляет 0,2-0,4 мас.%.
7. Сплав по п. 2, в котором содержание железа предпочтительно составляет 0,4-0,6 мас.%.
8. Сплав по п. 2, в котором содержание железа предпочтительно составляет 0,6-0,8 мас.%.
9. Сплав по п. 2, в котором содержание никеля предпочтительно составляет 0,005-0,11 мас.%.
10. Сплав по п. 2, в котором содержание никеля предпочтительно составляет 0,11-0,22 мас.%.
11. Сплав по п. 2, в котором содержание никеля предпочтительно составляет 0,22-0,4 мас.%.
12. Сплав по п. 1, в котором размер частиц вторично выделенной фазы Al3Zr с кристаллической решеткой L12 предпочтительно не превышает 16 нм.
13. Сплав по п. 1, в котором размер частиц вторично выделенной фазы Al3Zr с кристаллической решеткой L12 предпочтительно составляет от 5 до 10 нм.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2016/000411 WO2018004373A1 (ru) | 2016-07-01 | 2016-07-01 | Термостойкий сплав на основе алюминия</font |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2659546C1 true RU2659546C1 (ru) | 2018-07-02 |
Family
ID=60786413
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017112928A RU2659546C1 (ru) | 2016-07-01 | 2016-07-01 | Термостойкий сплав на основе алюминия |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107801404B (ru) |
| RU (1) | RU2659546C1 (ru) |
| WO (1) | WO2018004373A1 (ru) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR3092119B1 (fr) | 2019-01-24 | 2020-12-25 | C Tec Constellium Tech Center | Procédé de fabrication d'une pièce en alliage d'aluminium, l'alliage comportant au moins du zirconium et du magnésium |
| EP4074852A4 (en) * | 2019-12-13 | 2023-08-16 | Obshchestvo S Ogranichennoj Otvetstvennost'Yu "Institut Legkikhmaterialov I Tekhnologij" | POWDERED ALUMINUM MATERIAL |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1788102A1 (en) * | 2005-11-21 | 2007-05-23 | United Technologies Corporation | An aluminum based alloy containing Sc, Gd and Zr |
| RU2441090C2 (ru) * | 2010-03-01 | 2012-01-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Проводниковый термостойкий сплав на основе алюминия |
| RU2446222C1 (ru) * | 2010-10-29 | 2012-03-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Термостойкий сплав на основе алюминия и способ получения из него деформированных полуфабрикатов |
| RU2541263C2 (ru) * | 2013-07-01 | 2015-02-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ЭМ-КАТ" | Проводниковый термостойкий сплав на основе алюминия |
| US20150259773A1 (en) * | 2014-03-12 | 2015-09-17 | NanoAL LLC | Aluminum superalloys for use in high temperature applications |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4820572B2 (ja) * | 2005-04-15 | 2011-11-24 | 住友電気工業株式会社 | 耐熱アルミニウム合金線の製造方法 |
| US8002912B2 (en) * | 2008-04-18 | 2011-08-23 | United Technologies Corporation | High strength L12 aluminum alloys |
| US20100143177A1 (en) * | 2008-12-09 | 2010-06-10 | United Technologies Corporation | Method for forming high strength aluminum alloys containing L12 intermetallic dispersoids |
| KR20130012651A (ko) * | 2011-07-26 | 2013-02-05 | 주식회사 나노캐스트코리아 | 반응고 성형용 고강도 및 고인성 알루미늄 합금 |
| CN103184372B (zh) * | 2013-04-01 | 2015-05-06 | 北京工业大学 | 一种耐电化学腐蚀的、强化的Al-Zr-Er合金材料及其制备方法 |
| CN105543574A (zh) * | 2015-12-21 | 2016-05-04 | 无锡市世达精密焊管制造有限公司 | 一种富含铜和镁元素的铝合金板锭及其制备方法 |
-
2016
- 2016-07-01 RU RU2017112928A patent/RU2659546C1/ru active
- 2016-07-01 CN CN201680030627.9A patent/CN107801404B/zh active Active
- 2016-07-01 WO PCT/RU2016/000411 patent/WO2018004373A1/ru active Application Filing
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1788102A1 (en) * | 2005-11-21 | 2007-05-23 | United Technologies Corporation | An aluminum based alloy containing Sc, Gd and Zr |
| RU2441090C2 (ru) * | 2010-03-01 | 2012-01-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Проводниковый термостойкий сплав на основе алюминия |
| RU2446222C1 (ru) * | 2010-10-29 | 2012-03-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Термостойкий сплав на основе алюминия и способ получения из него деформированных полуфабрикатов |
| RU2541263C2 (ru) * | 2013-07-01 | 2015-02-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ЭМ-КАТ" | Проводниковый термостойкий сплав на основе алюминия |
| US20150259773A1 (en) * | 2014-03-12 | 2015-09-17 | NanoAL LLC | Aluminum superalloys for use in high temperature applications |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2018004373A1 (ru) | 2018-01-04 |
| CN107801404A (zh) | 2018-03-13 |
| CN107801404B (zh) | 2020-11-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4837697B2 (ja) | 電子材料用Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ｃｏ系銅合金及びその製造方法 | |
| CN108060325B (zh) | 超高强CuNiSn系弹性铜合金的多级组合形变热处理方法 | |
| JP5237801B2 (ja) | 改善された高温特性を有するドープされたイリジウム | |
| JP2006070360A (ja) | 進歩したガスタービンエンジン用Ｎｉ−Ｃｒ−Ｃｏ合金 | |
| CN107406926B (zh) | 镁锂合金、由镁锂合金构成的轧制材料及含有镁锂合金作为原材料的被加工品 | |
| JP6569531B2 (ja) | マグネシウム合金及びその製造方法 | |
| JP2012197491A (ja) | 高強度マグネシウム合金およびその製造方法 | |
| JP6749121B2 (ja) | 強度及び導電性に優れる銅合金板 | |
| CN103898353A (zh) | 一种高强度高导电性能铜合金及其制备方法 | |
| JP6594663B2 (ja) | 耐熱性マグネシウム鋳造合金とその製造方法 | |
| CN108251731A (zh) | 一种稀土镁合金及其制备方法 | |
| RU2659546C1 (ru) | Термостойкий сплав на основе алюминия | |
| US11898232B2 (en) | High-strength alloy based on aluminium and method for producing articles therefrom | |
| JP2016222947A (ja) | 耐熱性マグネシウム合金及びその製造方法 | |
| JP5852039B2 (ja) | 耐熱マグネシウム合金 | |
| JP2013053361A (ja) | 耐熱強度に優れた飛翔体用アルミニウム合金 | |
| RU2639903C2 (ru) | Деформируемый термически неупрочняемый сплав на основе алюминия | |
| JPWO2017168645A1 (ja) | 耐熱性マグネシウム合金 | |
| JP5522692B2 (ja) | 高強度銅合金鍛造材 | |
| RU2657678C1 (ru) | Способ получения катанки из термостойкого сплава на основе алюминия | |
| WO2016136781A1 (ja) | 耐熱マグネシウム合金 | |
| RU2648339C2 (ru) | Проводниковый алюминиевый сплав и изделие из него | |
| JP6122932B2 (ja) | 高靭性アルミニウム合金鋳物 | |
| JP2016089244A (ja) | アルミニウム合金ブレージングシート | |
| RU2599590C1 (ru) | Конструкционный деформируемый термически неупрочняемый сплав на основе алюминия |