RU2741874C1 - Литейный алюминиево-кальциевый сплав на основе вторичного сырья - Google Patents
Литейный алюминиево-кальциевый сплав на основе вторичного сырья Download PDFInfo
- Publication number
- RU2741874C1 RU2741874C1 RU2020124636A RU2020124636A RU2741874C1 RU 2741874 C1 RU2741874 C1 RU 2741874C1 RU 2020124636 A RU2020124636 A RU 2020124636A RU 2020124636 A RU2020124636 A RU 2020124636A RU 2741874 C1 RU2741874 C1 RU 2741874C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- aluminum
- alloy
- calcium
- iron
- casting
- 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)
- 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 при получении изделий, работающих под действием высоких нагрузок при температурах до 300°С, в частности деталей летательных аппаратов, автомобилей и других транспортных средств. Литейный сплав на основе алюминия содержит, мас.%: кальций 2,0-4,0, марганец 1,2-2,2, железо 0,2-0,8, кремний 0,1-0,5, медь 0,4-1,2, цинк 0,1-1,0, алюминий - остальное, при этом суммарное содержание кальция, марганца и железа находится в пределах от 4,4 до 6,0 мас.%. Изобретение направлено на создание литейного алюминиевого сплава, предназначенного для получения фасонных отливок, обладающих без последующей термообработки высоким уровнем механических свойств. 4 ил., 2 табл., 2 пр.
Description
Изобретение относится к области металлургии материалов на основе алюминия и может быть использовано при получении фасонных отливок различными методами литья в металлические формы, в частности в кокиль и под давлением, работающих под действием высоких нагрузок при температурах до 300°С: детали летательных аппаратов (самолетов, вертолетов, ракет, беспилотных летательных аппаратов), автомобилей и других транспортных средств (тележек, прицепов), детали спортинвентаря и др.
Наиболее высокими литейными свойствами обладают эвтектические силумины типа АК12 (и зарубежные аналоги типа АА 413), содержащие около 12% Si (Золоторевский B.C., Белов Н.А. Металловедение литейных алюминиевых сплавов - М.: МИСиС, 2005, 376 с.). Фасонные отливки, выполненные из таких сплавов, как правило, используется без термообработки, что делает их привлекательными для массового применения. Свойства таких сплавов сильно зависят от структуры, в частности от степени модифицирования алюминиево-кремниевой эвтектик и морфологии железосодержащей фазы. Их общим недостатком являются невысокие прочностные свойства. В частности, временное сопротивление разрыву не превышает 170 МПа. Вторым общим недостатком является то, что примесь железа сильно снижает пластичность.
Известен способ получения эвтектического силумина АК12 (RU 2385783, 10.04.2010). По данному способу в отливках, полученных методом литья под низким давлением реализована «структура, содержащая твердый раствор легирующих элементов в алюминии, модифицированную и немодифицированную эвтектики и железосодержащие фазы: Fe2SiAl8 - а-фаза, FeSiA15 - Р-фаза, концентрации которых составляют, в объемных %: твердый раствор легирующих элементов в алюминии 22±3, модифицированная эвтектика 70±5, немодифицированная эвтектика 8±2, а сумма железосодержащих фаз а и в - 0,7±0,2». Данным способом получают фасонные отливки, обладающие следующими прочностными свойствами: ав=145-184 МПа, а0,2=78-97 МПа, 5=4-13,5%.
Недостатком отливок, полученных из эвтектического силумина, является невысокий уровень временного сопротивления, что обусловлено наличием немодифицированной эвтектики в количестве 8 об. % и фазы в (Al5FeSi), которая имеет неблагоприятную игольчатую морфологию.
Известен сплав (RU 2478131 27.03.2013), предназначенный для получения отливок, который 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<2CZr+Csc<0,64, причем цирконий и скандий присутствуют в структуре сплава в виде фазы Al3(Zr,Sc) с кристаллической решеткой типа 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.
Недостатками данного сплава является наличие в его составе дорогостоящего скандия и строгое ограничение по примеси кремния, который оказывает вредное влияние на горячеломкость.
Наиболее близким к заявляемому сплаву является литейный алюминиевый сплав, (RU 6672653.16.11.2018), содержащий мас. %: кальций 2,0-2,6, железо 0,3-0,5, кремний 0,1-0,5, марганец 0,8-1,2, цирконий 0,20,3, скандий 0,08-0,12, алюминий - остальное. Данный сплав после отжига обладает следующими свойствами на растяжение: временное сопротивление (ов) не менее 240 МПа, предел текучести (о0,2) не менее 160 МПа, относительное удлинение (5) - не менее 3%. Сплав является коррозионностойким, предназначен для получения фасонных отливок сложной формы, обладает высокими и стабильными механическими свойствами и не требует операции закалки в ходе проведения термической обработки.
Недостатком данного сплава является наличие в его составе дорогостоящего скандия и ограниченность по примесным элементам. Кроме того, для достижения требуемой прочности необходимо проведение термической обработки (отжига) отливок. Еще одним недостатком является пониженная пластичность (в приведенных примерах относительное удлинение не превышает 6,5%).
Техническим результатом изобретения является создание нового композиционного алюминиевого сплава на основе кальцийсодержащей эвтектики, предназначенного для получения фасонных отливок различными методами литья в металлические формы, не требующего термической обработки, допускающего его получение на основе вторичного сырья, и обладающего следующими механическими свойствами (в литом состоянии): временное сопротивление на разрыв не менее 180 МПа и относительным удлинением не менее 7%.
Технический результат достигается за счет того, что сплав на основе алюминия, содержащий кальций, марганец, железо и кремний, отличается тем, что он дополнительно содержит медь и цинк при следующих концентрациях легирующих компонентов масс. %:
Кальций | 2,0-4,0 |
Марганец | 1,2-2,2 |
Железо | 0,2-0,8 |
Кремний | 0,1-0,5 |
Медь | 0,4-1,2 |
Цинк | 0,1-1,0 |
Алюминий | основа |
при этом суммарное содержание кальция, марганца и железа должно находиться в пределах от 4,4 до 6,0 масс. %, а в состоянии после литья (т.е. без термической обработки) сплав характеризуется следующими механическими свойствами на растяжение: временное сопротивление (ов) - не менее 180 МПа, предел текучести (o0,2) - не менее 140 МПа, относительное удлинение (5) - не менее 7,0%.
Изобретение поясняется чертежами, где:
На фиг. 1 представлена металлическая форма для получения отдельно отлитых образцов согласно ГОСТ 1583-93;
На фиг. 2 показаны отдельно отлитые образцы согласно ГОСТ 1583-93 из заявляемого сплава;
На фиг. 3 показана микроструктура заявляемого сплава в отливке;
На фиг. 4 представлен вид фасонных разнотолщинных отливок из заявляемого сплава.
В частном исполнении сплав может быть выполнен в виде отливок, полученных методами литья в кокиль, обладающих в состоянии после литья (т.е. без выполнения термической обработки) следующими механическими свойствами на растяжение: временное сопротивление (ов) - не менее 180 МПа, предел текучести (o0,2) - не менее 140 МПа, относительное удлинение (5) не менее 7%.
Сущность изобретения состоит в следующем.
Предлагаемый сплав сконструирован таким образом, чтобы получить в литом состоянии структуру, состоящую из алюминиевого твердого раствора и равномерно распределенных в ней ультратонких эвтектических алюминиево-кальциевых интерметаллидов.
Наличие легирующих элементов в заявленных пределах позволяет обеспечить выплавку данного сплава на основе вторичного сырья, высокий уровень технологических и механических свойств, в частности при испытаниях на растяжение: временного сопротивления (ов), предела текучести (o0,2) и относительного удлинения (5).
Формирование эвтектических фаз благоприятной морфологии (Al4Ca и Ali0CaFe2) в процессе кристаллизации позволяет обеспечить высокую пластичность и высокие литейные свойства. Высокий уровень прочностных свойств обеспечивается тем, что основная структура содержит высокую объемную долю тонкой эвтектической структуры.
Диапазоны концентраций меди, цинка и марганца обосновываются необходимостью обеспечения количества этих элементов в результате кристаллизации в твердом алюминиевом растворе не менее 0,4% Cu, 0,1 Zn и 1,2% Mn.
Концентрации меди менее 0,4 мас. % будет недостаточно для обеспечения высоких механических свойств, концентрация выше 1,2 мас. % приведет к снижению механических и литейных свойств.
Концентрация марганца ниже 1,2 мас. % приведет к снижению механических свойств из-за уменьшения его количества в твердом алюминиевом растворе в результате кристаллизации. Концентрация марганца выше 2 мас. % будет способствовать образованию первичных кристаллов, что приведет к снижению механических свойств.
Диапазоны концентраций кальция, железа, кремния обосновываются необходимостью получения в результате кристаллизации дисперсных эвтектик Al-Са, Al-Ca-Fe, Al-Ca-Si обеспечивающих структуру композиционного сплава с высокой долей вторых фаз (не менее 15 об. %), а следовательно высокие литейные и механические свойства, вовлекая высокую долю вторичного сырья в производство сплавов.
Концентрация железа менее 0,4 мас. % нецелесообразна, так как достижение такой концентрации возможно лишь при использовании дорогостоящего сырья высокой чистоты.
ПРИМЕР 1.
Были приготовлены 6 сплавов литьем в металлический кокиль (Фиг. 1) с получением отдельно отлитых образцов согласно ГОСТ 1583-93 (Фиг. 2). Составы сплавов указаны в табл. 1. Сплавы готовили в электрической печи сопротивления в графитовых тиглях на основе, переплава алюминиевого баночного лома (количество, не менее 90%), меди марки М0 (99,9%), цинка марки Ц0 (99,9%), двойной лигатуры Al-10Ca и А1-20Mn.
Отливки не подвергали термической обработке. Механические свойства на растяжение определяли на отдельно отлитых образцах ГОСТ 1497-84. Экспериментальные значения приведены в табл. 2.
Структуру отливок изучали в световом (Axio Observer МАТ), электронном сканирующем (SEM, TESCAN VEGA 3) микроскопах и с помощью микрорентгеноспектрального анализа (EMPA, OXFORD AZtec). Анализ литой микроструктуры сплава №3 показывает наличие интерметаллидных частиц кальций содержащих фаз. Медь растворяется как в кальциевой эвтектике, так и в алюминиевом твердом растворе (Фиг. 3). Из табл. 1 и 2 видно, что только заявляемый сплав (составы 4-5) обеспечивает оптимальные значения механических свойств (ов, o0,2 и 5). В сплаве 1-3 прочность намного ниже требуемого уровня, несмотря на повышенную пластичность, что связано с низким содержание кальция и меди, сплав 1 имеет низкое содержание железа, что препятствует его выплавке на основе вторичного сырья. Сплав 6 несмотря на высокие механические свойства демонстрирует низкие литейные свойства, что связано с высоким содержанием меди.
ПРИМЕР 2.
Сплав 1 и 5 были получены в виде фасонных разнотолщинных отливок (фиг. 4). Плавку проводили аналогично методике, указанной в примере 1. Заливку осуществляли в стальную разъемную изложницу, полуформы которой скреплялись струбцинами. Отливки из сплава 1 проявили трещины, что обусловлено малым количеством эвтектики. Сплав 5 проявил хорошую формозаполняемость, отсутствовали видимые и микроструктурные дефекты. В микроструктуре этого сплава выявлены ультратонкие интерметаллидные фазы на основе алюминия с кальцием и железом. Медь входит в алюминиевый твердый раствор и фазу алюминия с кальцием.
Claims (3)
- Литейный сплав на основе алюминия, содержащий кальций, марганец, железо и кремний, отличающийся тем, что он дополнительно содержит медь и цинк при следующих концентрациях легирующих компонентов, мас.%:
-
Кальций 2,0-4,0 Марганец 1,2-2,2 Железо 0,2-0,8 Кремний 0,1-0,5 Медь 0,4-1,2 Цинк 0,1-1,0 Алюминий основа - при этом суммарное содержание кальция, марганца и железа должно находиться в пределах от 4,4 до 6,0 мас.%.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020124636A RU2741874C1 (ru) | 2020-07-24 | 2020-07-24 | Литейный алюминиево-кальциевый сплав на основе вторичного сырья |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020124636A RU2741874C1 (ru) | 2020-07-24 | 2020-07-24 | Литейный алюминиево-кальциевый сплав на основе вторичного сырья |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2741874C1 true RU2741874C1 (ru) | 2021-01-29 |
Family
ID=74554757
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020124636A RU2741874C1 (ru) | 2020-07-24 | 2020-07-24 | Литейный алюминиево-кальциевый сплав на основе вторичного сырья |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2741874C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2767091C1 (ru) * | 2021-07-27 | 2022-03-16 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Способ получения термостойкой проволоки из алюминиево-кальциевого сплава |
RU2790117C1 (ru) * | 2022-05-04 | 2023-02-14 | Акционерное общество "Завод алюминиевых сплавов" | Алюминиево-кальциевый сплав |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CA1110882A (en) * | 1977-03-31 | 1981-10-20 | Larry R. Morris | Superplastic aluminium alloy products and method of preparation |
CN100357459C (zh) * | 2005-10-26 | 2007-12-26 | 本溪冶炼集团有限公司 | 炼钢用的微低碳低硅、低磷、低硫的Al-Ca-Fe合金 |
RU2385783C1 (ru) * | 2008-10-28 | 2010-04-10 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский федеральный университет" | Способ получения фасонных отливок алюминиево-кремниевых сплавов |
JP2011105982A (ja) * | 2009-11-16 | 2011-06-02 | Nissan Motor Co Ltd | アルミニウム合金およびその製造方法 |
RU2672653C1 (ru) * | 2017-11-16 | 2018-11-16 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Коррозионностойкий литейный алюминиевый сплав |
-
2020
- 2020-07-24 RU RU2020124636A patent/RU2741874C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CA1110882A (en) * | 1977-03-31 | 1981-10-20 | Larry R. Morris | Superplastic aluminium alloy products and method of preparation |
CN100357459C (zh) * | 2005-10-26 | 2007-12-26 | 本溪冶炼集团有限公司 | 炼钢用的微低碳低硅、低磷、低硫的Al-Ca-Fe合金 |
RU2385783C1 (ru) * | 2008-10-28 | 2010-04-10 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский федеральный университет" | Способ получения фасонных отливок алюминиево-кремниевых сплавов |
JP2011105982A (ja) * | 2009-11-16 | 2011-06-02 | Nissan Motor Co Ltd | アルミニウム合金およびその製造方法 |
RU2672653C1 (ru) * | 2017-11-16 | 2018-11-16 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Коррозионностойкий литейный алюминиевый сплав |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2767091C1 (ru) * | 2021-07-27 | 2022-03-16 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Способ получения термостойкой проволоки из алюминиево-кальциевого сплава |
RU2790117C1 (ru) * | 2022-05-04 | 2023-02-14 | Акционерное общество "Завод алюминиевых сплавов" | Алюминиево-кальциевый сплав |
RU2795622C1 (ru) * | 2022-12-14 | 2023-05-05 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Заэвтектический деформируемый алюминиевый сплав |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101124235B1 (ko) | 알루미늄 합금 및 알루미늄 합금 주물 | |
RU2673593C1 (ru) | Высокопрочный сплав на основе алюминия | |
WO2011090451A1 (en) | CASTING ALLOY OF THE AIMgSI TYPE | |
Amer et al. | Effect of Mn on the phase composition and properties of Al–Cu–Y–Zr alloy | |
US11713500B2 (en) | Advanced cast aluminum alloys for automotive engine application with superior high-temperature properties | |
Bonnah et al. | Microstructure and mechanical properties of AZ91 magnesium alloy with minor additions of Sm, Si and Ca elements | |
JP2002327231A (ja) | 耐熱マグネシウム合金鋳造品およびその製造方法 | |
CN117026023A (zh) | 一种免热处理高强高韧压铸铝合金及其制备方法 | |
RU2741874C1 (ru) | Литейный алюминиево-кальциевый сплав на основе вторичного сырья | |
RU2610578C1 (ru) | Высокопрочный сплав на основе алюминия | |
RU2660492C1 (ru) | Литейный алюминиево-кальциевый сплав | |
WO2022060253A1 (ru) | Литейный алюминиевый сплав | |
RU2631066C1 (ru) | Жаропрочный высокоэнтропийный сплав | |
RU2714564C1 (ru) | Литейный алюминиевый сплав | |
Trudonoshyn et al. | Features of structure formation and changes in the mechanical properties of cast Al-Mg-Si-Mn alloy with the addition of (Ti+ Zr) | |
RU2415193C1 (ru) | Литейный сплав на основе алюминия | |
JP2005187896A (ja) | 耐熱マグネシウム合金鋳造品 | |
RU2749073C1 (ru) | Жаропрочные литейные и деформируемые алюминиевые сплавы на основе систем Al-Cu-Y и Al-Cu-Er (варианты) | |
RU2716568C1 (ru) | Деформируемый свариваемый алюминиево-кальциевый сплав | |
RU2708729C1 (ru) | Литейный алюминиевый сплав | |
RU2699422C1 (ru) | Деформируемый алюминиево-кальциевый сплав | |
Belov et al. | Economically doped high-strength deformed nikalines as aluminum alloys of a new generation | |
Eskin | The Effect of Alloying Additives on Structure and Properties of Cast Al-Cu-Si-Msg Alloys | |
CN111118358A (zh) | 一种含Er的可铸造的变形Al-Cu合金 | |
RU2754418C1 (ru) | Высокопрочный литейный алюминиевый сплав |