RU2696797C2 - Алюминиево-циркониевый сплав - Google Patents
Алюминиево-циркониевый сплав Download PDFInfo
- Publication number
- RU2696797C2 RU2696797C2 RU2017134719A RU2017134719A RU2696797C2 RU 2696797 C2 RU2696797 C2 RU 2696797C2 RU 2017134719 A RU2017134719 A RU 2017134719A RU 2017134719 A RU2017134719 A RU 2017134719A RU 2696797 C2 RU2696797 C2 RU 2696797C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- alloy
- aluminum
- strength
- silicon
- iron
- Prior art date
Links
Images
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
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Conductive Materials (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области металлургии, в частности к алюминиевым сплавам, используемым в качестве электротехнической катанки и проводов для линий электропередач. Алюминиево-циркониевый сплав содержит, мас.%: 0,22-0,4 Zr, 0,2-0,4 Si, 0,62-0,8 Fe, алюминий – остальное, при соотношении кремний/железо, равном 0,3-0,5. Полученный сплав имеет комплекс высоких эксплуатационных характеристик, а именно повышенную прочность, высокую электропроводность и термостойкость. 1 табл., 1 ил.
Description
Изобретение относится к области металлургии, в частности к алюминиевым сплавам, используемым в качестве электротехнической катанки и проводов для линий электропередач.
Низколегированные алюминиевые сплавы, благодаря высокой удельной прочности, хорошей электропроводности, высокой коррозийной стойкости и низкой цене находят свое применение в качестве проводов различных кабелей и линий электропередач (ЛЭП). Существует европейский стандарт IEC 62004 и его русский аналог ГОСТ Р МЭК 62004— 014, в котором обозначены требования к проволоке из термостойкого алюминиевого сплава для провода ЛЭП. Однако получение сплавов низкой себестоимости, которые бы соответствовали требованиям этих стандартов, сталкивается с трудностями получения комплекса высоких эксплуатационных свойств: высокой прочности и термостойкости при сохранении электропроводности. Основной путь повышение прочности и термостойкости – легирование цирконием, однако верхний предел добавки циркония ограничен 0,3-0,4% в связи с выделением грубых первичных частиц Al3Zr, снижающих технологическую пластичность сплавов и проводящих к растрескиванию заготовки при деформации. Уровень прочностных характеристик, обеспеченный дисперсионным упрочнением алюминиевых сплавов частицами Al3Zr, не соответствует существующим требования. Повышение прочности и термической стабильности при сохранении электропроводности за счет оптимизации химического состава алюминиевых сплавов позволит как уменьшить расход сплава на единицу длины провода, снизив его себестоимость, так и увеличить срок эксплуатации готовых изделий.
Известен сплав с химическим составом 0,6-1,5% Cu, 1,2-1,8% Mn, 0,2-0,8% Zr, 0,05-0,25% Si, 0,1-0,4% Fe, 0,01-0,3% Cr предназначенный для изделий, в частности проволоки, работающих при высоких температурах (RU 2534170, публ. 06.12.2012). Данный сплав после обработки показывает высокие прочностные свойства: временное сопротивление разрыву более 300 МПа и хорошую термостойкость вплоть до высоких температур.
Недостатком данного сплава является низкая электропроводность – менее 55% IACS (электропроводности чистой меди), что является недостаточным для использования данных материалов в проводах ЛЭП.
Известен сплав для изделий электротехнического назначения, в частности проводов высоковольтных ЛЭП в районах со сложными климатическими условиями (RU № 2441090 публ. 01.03.2010). Сплав имеет следующий химический состав: 0,3-0,7% Zr, 0,1-0,6% Fe, 0,04-0,2% Si, 0,005-0,2 % Ce. Алюминиевый сплав характеризуется высокими проводящими свойствами и достаточной термостойкостью.
Недостатком сплава является пониженная прочность: временное сопротивление разрыву составляет около 160 МПа. Кроме того добавка редкоземельного элемента увеличивает себестоимость провода и снижает экономическую целесообразность его производства.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является сплав на основе алюминия, содержащий 0,15-0,40% Zr, 0,03-0,15% Si, 0,15-0,35% Fe, 0,01-0,60% Mg, 0,005-0,01% Cu, 0,005-0,02% Zn, 0,001-0,003% B, сумму примесей Ti, Cr, V, Mn до 0,030% (RU 2544331, публ. 23.01.2014). Сплав может быть использован преимущественно для изготовления катанки электротехнического назначения, а также деформированных полуфабрикатов, используемых в строительстве, машиностроении и других областях народного хозяйства.
Недостатком сплава является недостаточная прочность при высоких проводящих характеристиках и способности сохранять прочность после нагрева до высоких температур.
Задачей предлагаемого изобретение является разработка сплава, обладающего повышенной прочностью, достаточной электропроводностью, термостойкостью при низкой себестоимости.
Для решения поставленной задачи предлагается сплав на основе алюминия, содержащий цирконий, кремний, железо со следующим соотношением компонентов, мас. %: 0,22-0,4 Zr, 0,2-0,4 Si, 0,62-0,8 Fe, алюминий - остальное, при соотношении кремний/железо=0,3-0,5.
Предложенный сплав отличается от прототипа тем, что содержит следующие компоненты в мас. %:
Цирконий | 0,22-0,4 |
Кремний | 0,2-0,4 |
Железо | 0,62-0,8 |
Алюминий | остальное, |
при этом соотношение кремний/железо=0,3-0,5.
Техническим результатом изобретения является сплав, обладающий повышенной прочностью, достаточной электропроводностью, термостойкостью за счет полученного химического состава, что позволит применять его в качестве материалов электротехнического назначения, в частности, в качестве алюминиевой катанки и материала для ЛЭП.
В составе сплава компоненты проявляют себя следующим образом.
Оптимальное содержание циркония в пределах 0,22-0,4% необходимо для формирования когерентных частиц Al3Zr с решеткой L12 размером менее 20 нм. Частицы обеспечивают хорошую термостойкость и препятствуют развитию рекристаллизационных процессов при повышенных температурах. Завышенное содержание циркония приводит к выделению грубых первичных частиц Al3Zr в литом состоянии, которые не влияют на прочностные характеристики сплава и на стабильность структуры при повышенных температурах. Первичные частицы Al3Zr имеют размер 3-10 мкм и характерную форму иероглифа. Наличие в сплаве таких частиц снижает технологическую пластичность отливки и приводит к растрескиванию материала в процессе дальнейшей деформации. Легирование сплава цирконием менее 0,22% приводит к ухудшению термостойкости и снижению прочностных свойств. Добавка железа с кремнием необходима для значительного повышения прочностных характеристик при сохранении электропроводности на приемлемом уровне. При этом соотношение кремний/железо=0,3-0,5 обеспечивает формирование после отжига частиц Al8Fe2Si и Al5FeSi сферической формы размером менее 3 мкм. Частицы являются препятствиями для движения дислокаций при повышенной температуре и препятствуют разупрочнению сплава при нагреве. Кроме того легирование кремнием приводит к повышению диффузии циркония, ускоряет выделение частиц Al3Zr и тем самым сокращает время термической обработки, что позволяет оптимизировать технологический процесс, сократить затраты на электроэнергию и снизить себестоимость готового изделия. Легирование кремнием и железом выше заявленных пределов влечет сильное снижение проводящих свойств. Завышенное в сравнении с аналогом содержание кремния и железа не приводит к значительному увеличению себестоимости изделия, однако позволяет повысить прочностные характеристики при сохранении электропроводности на высоком уровне.
Пример осуществления.
Выплавку проводят в тигельных печах под флюсом при температуре 800-900°С и скорости охлаждения 10°С/сек. Далее сплав подвергают горячей прокатке при температуре 400°С со степенью обжатия 78 % после чего проводят ступенчатый отжиг деформированной заготовки в интервале 200-450°С с шагом 50°С и выдержкой на каждом этапе 3 ч. Охлаждение заготовки осуществляется на воздухе.
Полученную заготовку подвергли испытаниям на растяжение при комнатной температуре и после отжига при температуре 400°С 1 ч для определения предела текучести, предела прочности, относительного удлинения и термостойкости. Кроме того была измерена электропроводность сплава при комнатной температуре.
Фазовый состав термостойкого алюминие-циркониевого сплава после ступенчатого отжига литой заготовки в интервале 200-450°С с шагом 50°С и выдержкой на каждом этапе 3 ч представлен крупными железистыми частицами преимущественно Al8Fe2Si и Al5FeSi размером 1-3 мкм выделившихся по границам первоначальных дендритных ячеек. Анализ тонкой структуры выявляет частицы Al3Zr, равномерно распределенных в теле зерен, размером 10 нм с решеткой L12. Тонкая структура термостойкого алюминие-циркониевого сплава и соответствующая структуре дифракционная картина представлена на фиг.1. Частицы имеют кубическую решетку с периодом a=4,09, и выделяются в соответствии с ориентационным соотношением куб-куб с матрицей: (020)Al || (020)Al3Zr, (002)Al || (002)Al3Zr, [022]Al || [022]Al3Zr.
Химический состав и физико-механические характеристики аналогов, прототипа и предложенного сплава представлены в сравнительной таблице 1 (фиг.2).
Пример 1. В соответствии с предложенным способом получен сплав следующего химического состава: Al – 0,24 % Zr, 0,22 % Si, 0,65% Fe при соотношение кремний/железо= 0,33. После термомеханической обработки временное сопротивление разрыву составило 220 МПа, относительное удлинение – 17%, электропроводность – 59,8 % IACS.
Пример 2.
Получен сплав следующего химического состава: Al – 0,37% Zr, 0,36% Si, 0,75% Fe при соотношение кремний/железо= 0,33. В отличие от примера 1, данный сплав имеет более высокое содержание легирующих элементов. Как следует из таблицы 1, заявленный материал обладает повышенной прочностью и достаточную электропроводность: временное сопротивление разрыву составляет 250 МПа, относительное удлинение – 15%, электропроводность – 56,7 % IACS.
Оптимальное содержание легирующих элементов в предложенном сплаве обеспечит повышенную прочность, высокую электропроводность и термостойкость. Данные в таблице показывают, что разработанный сплав имеет прочность выше, чем сплавы, предложенные в патентах RU № 2441090 и RU № 2544331, лучшую электропроводность в сравнении с патентом RU № 2534170. Пониженное содержание дорогого легирующего элемента циркония и завышенное недорогих элементов железа и кремния в сравнении с другими сплавами обеспечивает низкую себестоимость материала, поэтому производство термостойкой катанки и проводов из предлагаемого сплава представляется экономически целесообразным. Физико-механические характеристики разработанного сплава отвечают требованиям IEC 62004 и ГОСТ Р МЭК 62004— 014, поэтому производство катанки из данного материала, возможно реализовать не только в рамках программы импортозамещения, но и в рамках расширения экспортных поставок отечественной продукции за рубеж.
Claims (1)
- Алюминиево-циркониевый сплав, содержащий цирконий, кремний, железо и алюминий, отличающийся тем, что он содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: 0,22-0,4 Zr, 0,2-0,4 Si, 0,62-0,8 Fe, алюминий – остальное, при соотношении кремний/железо, равном 0,3-0,5.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017134719A RU2696797C2 (ru) | 2017-10-04 | 2017-10-04 | Алюминиево-циркониевый сплав |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017134719A RU2696797C2 (ru) | 2017-10-04 | 2017-10-04 | Алюминиево-циркониевый сплав |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2017134719A3 RU2017134719A3 (ru) | 2019-04-09 |
RU2017134719A RU2017134719A (ru) | 2019-04-09 |
RU2696797C2 true RU2696797C2 (ru) | 2019-08-06 |
Family
ID=66089489
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017134719A RU2696797C2 (ru) | 2017-10-04 | 2017-10-04 | Алюминиево-циркониевый сплав |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2696797C2 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2729281C1 (ru) * | 2020-01-20 | 2020-08-05 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Алюминиевый сплав электротехнического назначения |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02299706A (ja) * | 1989-05-11 | 1990-12-12 | Furukawa Alum Co Ltd | 熱交換器用アルミニウムフィン材の製造方法 |
US20020162607A1 (en) * | 2000-11-30 | 2002-11-07 | Chadwick Kenneth E. | Creep resistant cable wire |
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 |
RU2541263C2 (ru) * | 2013-07-01 | 2015-02-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ЭМ-КАТ" | Проводниковый термостойкий сплав на основе алюминия |
EP2929061B1 (en) * | 2012-12-06 | 2017-02-22 | National University of Science and Technology MISiS | Heat resistant aluminium base alloy and fabrication method |
-
2017
- 2017-10-04 RU RU2017134719A patent/RU2696797C2/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02299706A (ja) * | 1989-05-11 | 1990-12-12 | Furukawa Alum Co Ltd | 熱交換器用アルミニウムフィン材の製造方法 |
US20020162607A1 (en) * | 2000-11-30 | 2002-11-07 | Chadwick Kenneth E. | Creep resistant cable wire |
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 |
EP2929061B1 (en) * | 2012-12-06 | 2017-02-22 | National University of Science and Technology MISiS | Heat resistant aluminium base alloy and fabrication method |
RU2541263C2 (ru) * | 2013-07-01 | 2015-02-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ЭМ-КАТ" | Проводниковый термостойкий сплав на основе алюминия |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2729281C1 (ru) * | 2020-01-20 | 2020-08-05 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Алюминиевый сплав электротехнического назначения |
EA039327B1 (ru) * | 2020-01-20 | 2022-01-13 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Алюминиевый сплав электротехнического назначения |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2017134719A3 (ru) | 2019-04-09 |
RU2017134719A (ru) | 2019-04-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10460849B2 (en) | Lightweight, high-conductivity, heat-resistant, and iron-containing aluminum wire, and preparation process thereof | |
CN101974709B (zh) | 特软铝合金导体及其制备方法 | |
JP4677505B1 (ja) | 電子材料用Cu−Ni−Si−Co系銅合金及びその製造方法 | |
JP5451674B2 (ja) | 電子材料用Cu−Si−Co系銅合金及びその製造方法 | |
CN104046934B (zh) | 制备超细晶镁锌锰合金的方法 | |
CN109338187B (zh) | 一种低成本可高速挤压的高强韧变形镁合金及其制备方法 | |
JP2015021156A (ja) | Al合金導電線の製造方法 | |
CN108315581B (zh) | 一种高强度高软化温度的低铍铜合金及其制备方法 | |
CN103255319A (zh) | 一种Al-Yb-Zr耐热铝合金及其热处理工艺 | |
CN113528900A (zh) | 一种短流程高导电6系铝合金板带材及其制备方法 | |
CN109295346B (zh) | 一种高导电率的柔软铝合金及其制备方法和应用 | |
CN110885937B (zh) | 一种Cu-Ti-Ge-Ni-X铜合金材料及其制备方法 | |
RU2696797C2 (ru) | Алюминиево-циркониевый сплав | |
CN115652132B (zh) | 铜合金材料及其应用和制备方法 | |
JP5534241B2 (ja) | アルミニウム合金線及びその製造方法 | |
US3287180A (en) | Method of fabricating copper base alloy | |
KR101218875B1 (ko) | 고강도 마그네슘 합금 압출재 및 그 제조방법 | |
RU2441090C2 (ru) | Проводниковый термостойкий сплав на основе алюминия | |
CN104232987A (zh) | 一种弹性锡黄铜合金材料及其制备加工方法 | |
JP6246173B2 (ja) | 電子部品用Cu−Co−Ni−Si合金 | |
US3347717A (en) | High strength aluminum-bronze alloy | |
JP4144184B2 (ja) | 導電用耐熱Al合金線材の製造方法 | |
JP2012229468A (ja) | 電子材料用Cu−Ni−Si−Co系銅合金 | |
RU2696794C1 (ru) | Способ получения катанки из термостойкого алюминиевого сплава | |
RU2779264C1 (ru) | Алюминиевый сплав |