RU2672653C1 - Коррозионностойкий литейный алюминиевый сплав - Google Patents

Коррозионностойкий литейный алюминиевый сплав Download PDF

Info

Publication number
RU2672653C1
RU2672653C1 RU2017139941A RU2017139941A RU2672653C1 RU 2672653 C1 RU2672653 C1 RU 2672653C1 RU 2017139941 A RU2017139941 A RU 2017139941A RU 2017139941 A RU2017139941 A RU 2017139941A RU 2672653 C1 RU2672653 C1 RU 2672653C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
alloy
aluminum
scandium
zirconium
mpa
Prior art date
Application number
RU2017139941A
Other languages
English (en)
Inventor
Николай Александрович Белов
Евгения Александровна Наумова
Виталий Владимирович Дорошенко
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"
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 автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"
Priority to RU2017139941A priority Critical patent/RU2672653C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2672653C1 publication Critical patent/RU2672653C1/ru

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C21/00Alloys based on aluminium

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области металлургии материалов на основе алюминия и может быть использовано для изготовления отливок, предназначенных для получения деталей ответственного назначения, работающих в коррозионной среде при температурах до 300-350°С. Литейный сплав на основе алюминия содержит, мас. %: кальций 2,0-2,6, железо 0,3-0,5, кремний 0,1-0,5, марганец 0,8-1,2, цирконий 0,2-0,3, скандий 0,08-0,12, алюминий - остальное, причем сплав содержит цирконий и скандий в своей структуре в виде наночастиц фазы Al(Zr, Sc) с кристаллической решеткой L1, имеющих средний размер не более 20 нм. Сплав после выдержки в водном растворе 3%NaCl+0,3%HOв течение до 3 суток включительно обладает следующими свойствами на растяжение: временное сопротивление (σ) не менее 240 МПа, предел текучести (σ) не менее 160 МПа, относительное удлинение (δ) - не менее 3%. Техническим результатом изобретения является создание нового экономнолегированного коррозионностойкого алюминиевого сплава, предназначенного для получения фасонных отливок сложной формы и обладающего высокими и стабильными механическими свойствами, не требующего операции закалки в ходе проведения термической обработки. 1 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл., 2 пр.

Description

Изобретение относится к области металлургии материалов на основе алюминия и может быть использовано для изготовления отливок, предназначенных для получения деталей ответственного назначения, работающих в коррозионной среде при температурах до 300-350°С, в том числе деталей автомобильных двигателей (головки цилиндров, корпуса водяных насосов, впускные трубы и др.), деталей судостроения, водозаборной арматуры, радиаторов отопления и др.
Одним из недостатков марочных алюминиевых сплавов является то, что технология получения из них отливок требует полной термообработки, включающей в себя операцию закалки. Это удорожает их стоимость и нередко приводит к появлению нежелательного брака, в частности, к нестабильности размеров. Следует также отметить, что сплавы типа АМ5 имеют очень низкие литейные свойства, что затрудняет получение из них тонкостенных отливок сложной формы [Золоторевский B.C., Белов Н.А. Металловедение литейных алюминиевых сплавов - М.: МИСиС, 2005, 376 с]. Сплавы типа АМ5, как и другие медь-содержащие сплавы, характеризуются пониженной коррозионной стойкостью.
Для устранения недостатков, свойственных сплавам типа АМ5, в работе [Belov N.A. “Principles of Optimising the Structure of Creep-Resisting Casting Aluminium Alloys Using Transition Metals” Journal of Advanced Materials, 1994 1 (4), p. 321-329] было предложено создавать термостойкие сплавы на базе эвтектики (Al)+Al3Ni за счет легирования никелем и другими переходными металлами (Mn, Zr, Cr, Sc, V и т.д.). Сконструированные таким образом сплавы ориентированы на традиционные литейные технологии и имеющееся оборудование, технологический цикл получения из них готовых деталей намного короче по сравнению с марочными сплавами на базе системы Al-Cu (в частности, отсутствует операция закалки). Этот подход нашел отражение в ряде патентов. В частности, в патенте РФ №2001145 (бюл. 37-38 от 15.10.1993, МИСиС) заявлен сплав на основе алюминия, содержащий 3-6,5% Ni, 0,5-2% Mn, 0,2-0,8% Sc и 0,05-0,3% Zr. Данный сплав обладает превосходными литейными свойствами и более высокой жаропрочностью при 300-350°С по сравнению со сплавами типа АМ5. На базе эвтектики (Al)+Al3M было разработано несколько экспериментальных сплавов (они получали название никалины), которые успешно прошли опытно-промышленное опробование в условиях ОАО «ИЛ» и ОАО «ВАСО» [Белов Н.А., Золоторевский B.C. «Литейные сплавы на основе алюминиево-никелевой эвтектики (никалины) как возможная альтернатива силуминам», Цветные металлы, 2003, №2, С. 99-105]. Недостатком этих сплавов является высокое содержание никеля, что отрицательно сказывается на их коррозионной стойкости. Вторым недостатком является строгое ограничение по предельно допустимому содержанию железа, т.е. для их производства требуется алюминий высокой чистоты, что также приводит к удорожанию отливок.
Известен сплав, раскрытый в патенте US 2004/0261916 F1 (публ. 30.12.2004, патентовладелец: Alcoa Inc.). Данный сплав, предназначенный для получения фасонных отливок различными методами литья, содержит (масс. %): 0,5-6% Ni, 1-3% Mn, до 1% Zr, до 0,6% Sc. В частных пунктах этого патента заявлены наиболее предпочтительные концентрации легирующих элементов: ~4% Ni, ~2% Mn, ~0,6% Zr, (или ~ 0,3% Sc). Основным недостатком этого сплава является неэкономный состав: высокое содержание никеля и отсутствие среди легирующих компонентов железа. Это препятствует использованию лома отходов для его производства. Следует также отметить, что повышенное содержание никеля отрицательно сказывается на их коррозионной стойкости.
Наиболее близким сплавом к предложенному является сплав, раскрытый в патенте РФ №2478131 (публ. 27.03.2013, бюл. №9). Сплав, предназначенный для получения отливок, содержит (мас. %): 1,5-2,5 Ni; 1-2 Mn; 0,3-0,7 Fe, 0,2-0,6 Zr, 0,02-0,12 Sc, 0,002-0,1 Се при содержании циркония и скандия, удовлетворяющем условию 0,44<2⋅CZr+Csc<0,64, причем цирконий и скандий присутствуют в структуре сплава в виде фазы Al3(Zr,Sc) с кристаллической решеткой L12 и средним размером наночастиц не более 20 нм. Техническим результатом является создание нового литейного экономнолегированного термостойкого сплава. Сплав обладает высокими литейными свойствами, что обусловлено наличием в его составе никеля в качестве основного эвтектико-образующего элемента. Снижение концентрации никеля по сравнению со сплавом, приведенным в патенте US 2004/0261916, улучшает коррозионную стойкость. Однако она, тем не менее, остается недостаточно высокой. Еще одним недостатком сплава-прототипа является то, что он имеет строгое ограничение по примеси кремния и для нейтрализации вредного влияния этого элемента на горячеломкость он дополнительно содержит церий.
Техническим результатом изобретения является создание нового термостойкого сплава на основе алюминия, предназначенного для получения фасонных отливок сложной формы и обладающего повышенной коррозионной стойкостью по сравнению со сплавом-прототипом, а также допускающего в своем составе до 0,5% кремния
Технический результат достигается тем, что литейный сплав на основе алюминия, содержащий железо, марганец, цирконий и скандий, отличается тем, что он дополнительно содержит кальций и кремний при следующих концентрациях легирующих компонентов, масс. %:
Компонент Содержание в сплаве, масс. %
Кальций 2,0-2,6
Железо 0,4-0,6
Кремний 0,1-0,5
Марганец 0,8-1,2
Цирконий 0,2-0,3
Скандий 0,08-0,12
Алюминий основа
Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 показана морфология алюминиево-кальциевой эвтектики в заявляемом сплаве состава №3 в литом состоянии (табл. 1), СЭМ, на фиг. 2 показаны вторичные выделения фазы Al6Mn в заявляемом сплаве состава №3 после отжига (табл. 1), ПЭМ, на фиг. 3 изображены наночастицы фазы Al3(Zr,Sc) (кристаллическая решетка L12) в заявляемом сплаве состава №3 после отжига (табл. 1), ПЭМ, темнопольное изображение в рефлексах фазы L12, на фиг. 4 изображены отливки «Арфа», полученная из заявляемого сплава состава №3 (а) и прототипа состава №7 (б), см. табл. 1
Сущность изобретения состоит в следующем.
Кальций выполняет функцию основного эвтектико-образующего элемента, что позволяет сохранить высокие литейные свойства на уровне сплава-прототипа и при этом повысить коррозионную стойкость.
Железо и кремний в заявленных пределах позволяют повысить дисперсность алюминиево-кальциевой эвтектики (Фиг. 1). Другими словами, эти элементы выполняют функцию модификаторов эвтектики, что благоприятно для механических свойств.
Концентрация марганца в заявленных пределах обеспечивает необходимый уровень механических свойств. После термообработки марганец присутствует в структуре в виде вторичных выделений фазы Al6Mn, типичный размер которых составляет 100-500 мкм (Фиг. 2).
Концентрации циркония и скандия в заявленных пределах обеспечивают необходимый эффект дисперсионного твердения за счет образования при отжиге наночастиц фазы Al3(Zr,Sc) с решеткой L12 (Фиг. 3)
ПРИМЕР 1.
Были приготовлены 6 сплавов, составы которых указаны в табл. 1 (№№1-6). Все сплавы готовили в электрической печи сопротивления в графитошамотных тиглях на основе первичного алюминия марки А85. Из экспериментальных сплавов были получены отдельно отлитые образцы согласно ГОСТ 1583-93. Эти образцы подвергали отжигу в муфельной электропечи сплавы 1-5 по следующему режиму: 300°С, 3 часа + 400°С, 3. часа. После отжига образцы выдерживали в водном растворе 3% NaCl+0,3% H2O2, в течение 3 суток.
Механические свойства (временное сопротивление-σв, условный предел текучести-σ0,2 и относительное удлинение-δ) определяли по результатам испытаний на одноосное растяжение на машине Zwick Z250. Испытания при комнатной температуре проводили по ГОСТ 1497-84.
Figure 00000001
Из табл. 1 видно, что только заявляемый сплав (составы 2-4) обеспечивает наилучшее сочетание временного сопротивления, предела текучести и относительного удлинения. В сплаве 1 прочность меньше требуемого уровня, что связано с недостаточным количеством выделений фаз Al6Mn и Al3(Zr,Sc). Сплав 5 имеет низкое значение δ, что связано с наличием первичных кристаллов интерметаллидов. Сплав прототип (состав 6) уступает сплавам 2-4 по механическим свойствам, что обусловлено наличием никеля, который ухудшает коррозионную стойкость.
ПРИМЕР 2.
Из заявляемого сплава состава №4 и сплава-прототипа №7, содержащим аналогичное количество кремния (см. табл. 1) были залиты по 5 отливок «Арфа». Отливки, полученная из заявленного сплава, не содержали трещин и других видимых литейных дефектов (Фиг. 4а), в то время как отливки из сплава состава №7 были с явными признаками горячеломкости (Фиг. 4,).

Claims (4)

1. Литейный сплав на основе алюминия, содержащий железо, марганец, цирконий и скандий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит кальций и кремний при следующих концентрациях легирующих компонентов, мас. %:
Кальций 2,0-2,6 Железо 0,3-0,5 Кремний 0,1-0,5 Марганец 0,8-1,2 Цирконий 0,2-0,3 Скандий 0,08-0,12 Алюминий Основа,
причем сплав содержит цирконий и скандий в своей структуре в виде наночастиц фазы Al3(Zr, Sc) (кристаллическая решетка L12), имеющих средний размер не более 20 нм.
2. Сплав по п. 1, отличающийся тем, что после выдержки в водном растворе 3%NaCl+0,3%H2O2 в течение до 3 суток включительно он обладает следующими свойствами на растяжение: временное сопротивление (σв) не менее 240 МПа, предел текучести (σ0,2) не менее 160 МПа, относительное удлинение (δ) - не менее 3%.
RU2017139941A 2017-11-16 2017-11-16 Коррозионностойкий литейный алюминиевый сплав RU2672653C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017139941A RU2672653C1 (ru) 2017-11-16 2017-11-16 Коррозионностойкий литейный алюминиевый сплав

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017139941A RU2672653C1 (ru) 2017-11-16 2017-11-16 Коррозионностойкий литейный алюминиевый сплав

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2672653C1 true RU2672653C1 (ru) 2018-11-16

Family

ID=64328015

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017139941A RU2672653C1 (ru) 2017-11-16 2017-11-16 Коррозионностойкий литейный алюминиевый сплав

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2672653C1 (ru)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2699422C1 (ru) * 2018-12-27 2019-09-05 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Деформируемый алюминиево-кальциевый сплав
RU2741874C1 (ru) * 2020-07-24 2021-01-29 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Литейный алюминиево-кальциевый сплав на основе вторичного сырья
WO2021029788A1 (ru) * 2019-08-15 2021-02-18 Общество С Ограниченной Ответственностью "Объединенная Компания Русал Инженерно -Технологический Центр" Литейный алюминиевый сплав
WO2022060253A1 (ru) * 2020-09-16 2022-03-24 Общество с ограниченной ответственностью "Институт легких материалов и технологий" Литейный алюминиевый сплав
RU2790117C1 (ru) * 2022-05-04 2023-02-14 Акционерное общество "Завод алюминиевых сплавов" Алюминиево-кальциевый сплав

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101519748A (zh) * 2009-03-11 2009-09-02 爱德洛(北京)科技有限公司 一种稀土铝钙铁合金
RU2478131C2 (ru) * 2010-10-29 2013-03-27 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Термостойкий литейный алюминиевый сплав
US20150122378A1 (en) * 2013-11-06 2015-05-07 Airbus Ds Gmbh Solar cell interconnector and manufacturing method thereof
WO2017077137A2 (en) * 2015-11-06 2017-05-11 Innomaq 21, S.L. Method for the economic manufacturing of metallic parts

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101519748A (zh) * 2009-03-11 2009-09-02 爱德洛(北京)科技有限公司 一种稀土铝钙铁合金
RU2478131C2 (ru) * 2010-10-29 2013-03-27 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Термостойкий литейный алюминиевый сплав
US20150122378A1 (en) * 2013-11-06 2015-05-07 Airbus Ds Gmbh Solar cell interconnector and manufacturing method thereof
WO2017077137A2 (en) * 2015-11-06 2017-05-11 Innomaq 21, S.L. Method for the economic manufacturing of metallic parts

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2699422C1 (ru) * 2018-12-27 2019-09-05 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Деформируемый алюминиево-кальциевый сплав
WO2021029788A1 (ru) * 2019-08-15 2021-02-18 Общество С Ограниченной Ответственностью "Объединенная Компания Русал Инженерно -Технологический Центр" Литейный алюминиевый сплав
RU2741874C1 (ru) * 2020-07-24 2021-01-29 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Литейный алюминиево-кальциевый сплав на основе вторичного сырья
WO2022060253A1 (ru) * 2020-09-16 2022-03-24 Общество с ограниченной ответственностью "Институт легких материалов и технологий" Литейный алюминиевый сплав
RU2790117C1 (ru) * 2022-05-04 2023-02-14 Акционерное общество "Завод алюминиевых сплавов" Алюминиево-кальциевый сплав

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2672653C1 (ru) Коррозионностойкий литейный алюминиевый сплав
Colombo et al. Influences of different Zr additions on the microstructure, room and high temperature mechanical properties of an Al-7Si-0.4 Mg alloy modified with 0.25% Er
JP5300118B2 (ja) アルミニウム合金鋳物の製造方法
EP3461922A1 (en) High performance alsimgcu casting alloy
CN109868393B (zh) 用于气缸盖的高温铸造铝合金
JP2008291364A (ja) 耐熱性アルミニウム合金
KR20060034288A (ko) 내고온가공성이 높은 성형 al-si-cu 알루미늄 함급성분
JP6139641B2 (ja) 鋳造可能な耐熱性アルミニウム合金
RU2478131C2 (ru) Термостойкий литейный алюминиевый сплав
JP6028546B2 (ja) アルミニウム合金
JP2006328482A (ja) 鍛造ピストン
RU2660492C1 (ru) Литейный алюминиево-кальциевый сплав
EP3505648A1 (en) High-strength aluminum alloy, internal combustion engine piston comprising said alloy, and method for producing internal combustion engine piston
JP2023542129A (ja) アルミニウム鋳造合金
RU2415193C1 (ru) Литейный сплав на основе алюминия
RU2699422C1 (ru) Деформируемый алюминиево-кальциевый сплав
RU2716568C1 (ru) Деформируемый свариваемый алюминиево-кальциевый сплав
JP5660689B2 (ja) 鋳造用アルミニウム合金及びアルミニウム合金鋳物
RU2385358C1 (ru) Литейный сплав на основе алюминия
RU2741874C1 (ru) Литейный алюминиево-кальциевый сплав на основе вторичного сырья
CA3135702C (en) Aluminium casting alloy
RU2790117C1 (ru) Алюминиево-кальциевый сплав
JPWO2016039380A1 (ja) Cu及びCを含むAl合金及びその製造方法
CN110408822A (zh) 一种快速时效处理的高强铝合金及其制备方法
SI24630A (sl) Postopek priprave zlitine na osnovi aluminija, zlasti za litje visoko obremenjenih tenkostenskih avtomobilskih delov