RU2749073C1 - Heat-resistant cast deformable aluminum alloys based on al-cu-y and al-cu-er systems (options) - Google Patents
Heat-resistant cast deformable aluminum alloys based on al-cu-y and al-cu-er systems (options) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2749073C1 RU2749073C1 RU2020135810A RU2020135810A RU2749073C1 RU 2749073 C1 RU2749073 C1 RU 2749073C1 RU 2020135810 A RU2020135810 A RU 2020135810A RU 2020135810 A RU2020135810 A RU 2020135810A RU 2749073 C1 RU2749073 C1 RU 2749073C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- alloy
- aluminum
- heat
- magnesium
- zirconium
- 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
- C22C21/12—Alloys based on aluminium with copper as the next major constituent
-
- 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
- C22C21/12—Alloys based on aluminium with copper as the next major constituent
- C22C21/16—Alloys based on aluminium with copper as the next major constituent with magnesium
Abstract
Description
Изобретение относится к области металлургии преимущественно к плавке и литью сплавов цветных металлов, и предназначено для изготовления жаропрочных литейных и деформируемых алюминиевых сплавов, упрочняемых термической и деформационной обработкой.The invention relates to the field of metallurgy, mainly to the melting and casting of non-ferrous metal alloys, and is intended for the manufacture of heat-resistant casting and wrought aluminum alloys, hardened by heat and deformation treatment.
Известны промышленные алюминиевые сплавы систем Al-Cu и Al-Cu-Mg, которые отличаются достаточно высокой прочностью. Например, литейный сплав АМ5 (ГОСТ 1583-93) имеет предел прочности 314-333 МПа, относительное удлинение 2-8%, твердость 70-90 НВ и показатель горячеломкости по карандашной пробе более 16 мм. Деформируемый сплав Д16 в нагартованном и отожженном состоянии в виде листов (ГОСТ 21631-76) имеет предел текучести 230-360 МПа, предел прочности 365-475 МПа, относительное удлинение 8-13%, а в виде прутков (ГОСТ Р-51834-2001) - предел текучести 325-345 МПа, предел прочности 450-470 МПа, относительное удлинение 8-10%. Рекристаллизованные прутки (ГОСТ Р-51834-2001) имеют предел текучести 265 МПа, предел прочности 410 МПа при относительном удлинении 12%. Деформируемый сплав АК4-1 с повышенной жаропрочностью (ГОСТ Р-51834-2001) в виде прутков имеет предел текучести 335 МПа, предел прочности 390 МПа при относительном удлинении 6%.Known industrial aluminum alloys of the Al-Cu and Al-Cu-Mg systems, which are characterized by a sufficiently high strength. For example, the cast alloy AM5 (GOST 1583-93) has a tensile strength of 314-333 MPa, a relative elongation of 2-8%, a hardness of 70-90 HB and a hot brittleness index for a pencil test of more than 16 mm. Wrought alloy D16 in the cold-worked and annealed state in the form of sheets (GOST 21631-76) has a yield strength of 230-360 MPa, a tensile strength of 365-475 MPa, an elongation of 8-13%, and in the form of bars (GOST R-51834-2001 ) - yield strength 325-345 MPa, ultimate strength 450-470 MPa, relative elongation 8-10%. Recrystallized rods (GOST R-51834-2001) have a yield strength of 265 MPa, a tensile strength of 410 MPa with a relative elongation of 12%. Wrought alloy AK4-1 with increased heat resistance (GOST R-51834-2001) in the form of rods has a yield strength of 335 MPa, a tensile strength of 390 MPa with a relative elongation of 6%.
Недостатками описанных выше сплавов являются наихудшая среди всех алюминиевых сплавов технологичность при литье и недостаточно высокая прочность при повышенных температурах.The disadvantages of the alloys described above are the worst processability among all aluminum alloys during casting and insufficiently high strength at elevated temperatures.
Известен литейный сплав на основе алюминия (WO 2011023059 А1, опубл. 03.03.2011), содержащий в мас. %: Cu 1,0-10,0; Mn 0,05-1,5; Cd 0,01-0,5; Ti 0,01-0,5; В 0,01-0,2 или С 0,0001-0,15; Zr 0,01-1,0; R 0,001-3 или (R1+R2) 0,001-3; RE 0,05-5 и остальное алюминий, где R, R1 и R2 - Be, Со, Cr, Li, Mo, Nb, Ni, W.Known casting alloy based on aluminum (WO 2011023059 A1, publ. 03.03.2011), containing in wt. %: Cu 1.0-10.0; Mn 0.05-1.5; Cd 0.01-0.5; Ti 0.01-0.5; B 0.01-0.2 or C 0.0001-0.15; Zr 0.01-1.0; R 0.001-3 or (R1 + R2) 0.001-3; RE 0.05-5 and the rest is aluminum, where R, R1 and R2 are Be, Co, Cr, Li, Mo, Nb, Ni, W.
Недостатками данного изобретения являются наличие в составе сплава вредного кадмия и высокое содержание добавок переходных и редкоземельных металлов, что сильно влияет на уровень механических свойств.The disadvantages of this invention are the presence in the composition of the alloy of harmful cadmium and a high content of additives of transition and rare earth metals, which greatly affects the level of mechanical properties.
Известен деформируемый сплав на основе алюминия (СА 2493401 С, опубл. 04.03.2004) содержащий в мас. %: Cu 3,6-4,9; Mg: 1,0-1,8; Mn≤0,50 (предпочтительнее менее 0,30); Si 0,10-0,40; Zr≤0,15; Cr≤0,15; Fe≤0,10, отличающийся повышенными характеристиками усталостной прочности.Known wrought aluminum-based alloy (CA 2493401 C, publ. 03/04/2004) containing in wt. %: Cu 3.6-4.9; Mg: 1.0-1.8; Mn 0.50 (preferably less than 0.30); Si 0.10-0.40; Zr 0.15; Cr≤0.15; Fe≤0.10, featuring improved fatigue properties.
Недостатком сплава является не высокий предел текучести 310-325 МПа.The disadvantage of the alloy is not a high yield point of 310-325 MPa.
Известен алюминиевый деформируемый сплав (CN 101597710 А, опубл. 09.12.2009) содержащий в мас. %: Mg 1,3-1,5; Cu 3,5-4,05; Si≤0,1; Fe≤0,1; Mn 0,5-0,7; Cr≤0,1; Ti≤0,15; Zr 0,1-0,15.Known aluminum wrought alloy (CN 101597710 A, publ. 09.12.2009) containing in wt. %: Mg 1.3-1.5; Cu 3.5-4.05; Si≤0.1; Fe≤0.1; Mn 0.5-0.7; Cr≤0.1; Ti≤0.15; Zr 0.1-0.15.
Недостатками изобретения является низкое содержание примесей железа и кремния, что затрудняет использование вторичного сырья и невысокий предел текучести 320-350 МПа.The disadvantages of the invention are the low content of iron and silicon impurities, which complicates the use of secondary raw materials and a low yield point of 320-350 MPa.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является сплав (RU 2558807, опубл. 10.08.2015), содержащий в мас. %: Cu 2,0-5,5; Mn 0,1-2,5; Cd 0,01-1,5; Si 0,01-1,0; Mg 0,01-0,9; Fe 0,01-1,0; по меньшей мере один элемент из группы: Ti 0,01-0,5; Zr 0,01-0,5; Y 0,001-0,5; In 0,001-0,5; Al - остальное.Closest to the proposed invention is an alloy (RU 2558807, publ. 08/10/2015), containing in wt. %: Cu 2.0-5.5; Mn 0.1-2.5; Cd 0.01-1.5; Si 0.01-1.0; Mg 0.01-0.9; Fe 0.01-1.0; at least one element from the group: Ti 0.01-0.5; Zr 0.01-0.5; Y 0.001-0.5; In 0.001-0.5; Al is the rest.
Недостатком данного сплава является высокое содержание вредного кадмия, невысокий уровень литейных свойств и широкий диапазон по содержанию титана, циркония, иттрия, индия.The disadvantage of this alloy is a high content of harmful cadmium, a low level of casting properties and a wide range of titanium, zirconium, yttrium, and indium contents.
Задачей данного изобретения является получение литейных и деформируемых алюминиевых сплавов, обладающих повышенной жаропрочностью, технологичностью при литье и хорошей прочностью.The objective of this invention is to obtain cast and wrought aluminum alloys with increased heat resistance, manufacturability in casting and good strength.
Техническим результатом предлагаемого изобретения являются новые литейные и деформируемые алюминиевые сплавы на основе систем Al-Cu-Y и Al-Cu-Er с хорошим уровнем литейных свойств, высоким уровнем прочности при комнатной и повышенных температурах, особенно предела текучести при растяжении и сжатии при температурах 200-300°C.The technical result of the proposed invention is new casting and wrought aluminum alloys based on the Al-Cu-Y and Al-Cu-Er systems with a good level of casting properties, a high level of strength at room and elevated temperatures, especially the yield strength in tension and compression at temperatures of 200 -300 ° C.
Указанный технический результат достигается в первом варианте изобретения за счет того, что жаропрочный литейный и деформируемый алюминиевый сплав содержит следующие легирующие элементы: медь, иттрий, марганец, цирконий, титан, бор, магний при следующем компонентом составе, масс. %:The specified technical result is achieved in the first embodiment of the invention due to the fact that the heat-resistant casting and wrought aluminum alloy contains the following alloying elements: copper, yttrium, manganese, zirconium, titanium, boron, magnesium with the following composition, wt. %:
при этом в сплаве отношение содержания (масс. %) меди к иттрию составляет 2,8, структура сплава состоит из сложнолегированного твердого раствора и интерме-таллидных частиц размером до 3 мкм.in this case, the ratio of the content (wt%) of copper to yttrium in the alloy is 2.8, the structure of the alloy consists of a complex alloyed solid solution and intermetallic particles up to 3 μm in size.
Указанный технический результат достигается во втором варианте изобретения за счет того, что жаропрочный литейный и деформируемый алюминиевый сплав содержит следующие легирующие элементы: медь, эрбий, марганец, цирконий, титан, бор, магний при следующем компонентом составе, масс. %:The specified technical result is achieved in the second embodiment of the invention due to the fact that the heat-resistant casting and wrought aluminum alloy contains the following alloying elements: copper, erbium, manganese, zirconium, titanium, boron, magnesium with the following composition, wt. %:
при этом в сплаве отношение содержания (масс. %) меди к эрбию составляет 1,5, структура сплава состоит из сложнолегированного твердого раствора и интерметаллидных частиц размером до 3 мкм.the ratio of the content (wt%) of copper to erbium in the alloy is 1.5, the structure of the alloy consists of a complex alloyed solid solution and intermetallic particles up to 3 μm in size.
В данном случае при содержании меди 4-6,5%, эрбия 2,7-4,05%» или иттрия 1,6-2,3% и указанном их соотношении сплавы имеют узкий интервал кристаллизации и высокую температуру солидуса, а образующиеся интерметаллиды кристаллизационного происхождения типа Al8Cu4Y и Al8Cu4Er имеют малый размер и высокую термическую стабильность. Сплав может быть выплавлен на алюминии марки А7, то есть концентрация примесей железа и кремния не превышает 0,15 масс. % каждого и в сумме менее 0,3 масс. %. Сплав дополнительно легирован марганцем, цирконием, титаном, бором, магнием. Марганец и цирконий в количествах 0,6-0,9% и 0,2-0,3% соответственно вводят для упрочнения за счет образования дисперсоидов фаз Al20Cu2Mn3 и A3(Zr,Er) в процессе гомогенизационного отжига перед закалкой. Малые добавки титана 0,1-0,15% и бора 0,02-0,03% вводят для модифицирования зеренной структуры слитков. Магний в количестве 0,8-1,1% вводят для повышения эффекта старения после закалки за счет метастабильных выделений фазы S (Al2CuMg).In this case, with a copper content of 4-6.5%, erbium 2.7-4.05% "or yttrium 1.6-2.3% and their indicated ratio, the alloys have a narrow crystallization range and a high solidus temperature, and the resulting intermetallic compounds of crystallization origin such as Al 8 Cu 4 Y and Al 8 Cu 4 Er have a small size and high thermal stability. The alloy can be smelted on A7 grade aluminum, that is, the concentration of iron and silicon impurities does not exceed 0.15 wt. % of each and in the amount of less than 0.3 mass. %. The alloy is additionally alloyed with manganese, zirconium, titanium, boron, magnesium. Manganese and zirconium in amounts of 0.6-0.9% and 0.2-0.3%, respectively, are introduced for strengthening due to the formation of dispersoids of the Al 20 Cu 2 Mn 3 and A 3 (Zr, Er) phases during homogenization annealing before hardening. Small additions of titanium 0.1-0.15% and boron 0.02-0.03% are introduced to modify the grain structure of the ingots. Magnesium in an amount of 0.8-1.1% is introduced to increase the aging effect after quenching due to metastable precipitates of the S phase (Al 2 CuMg).
Изобретение поясняется чертежом, где:The invention is illustrated by a drawing, where:
на фиг. 1 представлена зеренная структура первого сплава, содержащего иттрий Y, (световой микроскоп), на фиг. 2 представлены различные микроструктуры первого сплава (растровый электронный микроскоп), на фиг. 3 представлены зависимости твердости от времени старения первого сплава при различных температурах, на фиг. 4 представлены зависимости твердости от времени отжига деформированного первого сплава при различных температурах и зеренная структура после отжига деформированного листа, на фиг. 5 представлена зеренная структура второго сплава, содержащего эрбий Er (световой микроскоп), на фиг. 6 представлены различные микроструктуры второго сплава (растровый электронный микроскоп), на фиг. 7 представлены зависимости твердости от времени старения второго сплава при различных температурах, на фиг. 8 представлены зависимости твердости от времени отжига деформированного второго сплава при различных температурах и зеренная структура после отжига деформированного листаin fig. 1 shows the grain structure of the first alloy containing yttrium Y (light microscope), FIG. 2 shows various microstructures of the first alloy (scanning electron microscope), FIG. 3 shows the dependence of the hardness on the aging time of the first alloy at different temperatures, FIG. 4 shows the dependence of the hardness on the time of annealing of the deformed first alloy at different temperatures and the grain structure after annealing of the deformed sheet; FIG. 5 shows the grain structure of the second erbium-containing alloy Er (light microscope); FIG. 6 shows various microstructures of the second alloy (scanning electron microscope), FIG. 7 shows the dependence of the hardness on the aging time of the second alloy at different temperatures, FIG. 8 shows the dependence of the hardness on the time of annealing of the deformed second alloy at different temperatures and the grain structure after annealing of the deformed sheet.
На фиг. 1 показана зеренная структура 1 первого сплава; на фиг. 2 показана литая микроструктура 2 и микроструктура 3 после гомогенизации перед закалкой 575°C в течение 3 часов первого сплава; на фиг. 3 представлены зависимости 4, 5, 6 твердости от времени старения первого сплава при 150, 180 и 210°C соответственно; на фиг. 4 представлены зависимости 7, 8, 9 твердости от времени отжига деформированного первого сплава при 150, 180 и 210°C соответственно и зеренная структура 10 после отжига деформированного листа при 575°C в течение 15 минут; на фиг. 5 показана зеренная структура 11 второго сплава; на фиг. 6 показана литая микроструктура 12 и микроструктура 13 после гомогенизации перед закалкой 575°C в течение 3 часов второго сплава; на фиг. 7 представлены зависимости 14, 15 16 твердости от времени старения второго сплава при 150, 180 и 210°C соответственно; на фиг. 8 представлены зависимости 17, 18, 19 твердости от времени отжига деформированного второго сплава при 150, 180 и 210°C соответственно и зеренная структура 20 после отжига деформированного листа при 575°C в течение 15 минут.FIG. 1 shows the
Осуществление изобретения состоит в следующем.The implementation of the invention is as follows.
Предложенный сплав получают по следующей технологии: в расплав алюминия марки А7 (либо более чистый) при температуре 850°C вводятся последовательно легирующие элементы в виде лигатур Al-Cu, Al-Mn, Al-Er, Al-Y, Al-Zr, Al-Ti-B и чистый магний. После введения легирующих элементов расплав перемешивают и заливают с температуры 850 С в медную водоохлаждаемую изложницу, графитовую изложницу или стальной кокиль для получения заготовок для испытаний на растяжение при комнатной и повышенной температурах.The proposed alloy is obtained by the following technology: alloying elements in the form of ligatures Al-Cu, Al-Mn, Al-Er, Al-Y, Al-Zr, Al are introduced into the melt of aluminum grade A7 (or more pure) at a temperature of 850 ° C -Ti-B and pure magnesium. After the introduction of alloying elements, the melt is mixed and poured from a temperature of 850 C into a water-cooled copper mold, graphite mold or steel chill mold to obtain blanks for tensile tests at room and elevated temperatures.
Гомогенизационный отжиг проводят при температуре 575°C в течение 1-3 часов с последующей закалкой в воде. Далее для литейного сплава следует операция старения при температуре 210°C в течение 6 часов. Для деформируемого сплава проводится обработка давлением и последующий отжиг. Обработка давление включает горячую прокатку при температурах 540-560°C (степень обжатия до 80%) и последующую холодную прокатку (общая степень обжатия до 95%). Отжиг после прокатки проводят по двум режимам: нагартованное состояние - отжиг 150-210°C в течение 1-3 часов; мягкое состояние - отжиг 575°C в течение 5-15 минут с закалкой в воду и старение при температуре 210°C в течение 3 часов.Homogenization annealing is carried out at a temperature of 575 ° C for 1-3 hours, followed by quenching in water. Further, for the casting alloy, an aging operation is carried out at a temperature of 210 ° C for 6 hours. For the wrought alloy, pressure treatment and subsequent annealing are carried out. Pressure processing includes hot rolling at temperatures of 540-560 ° C (reduction rate up to 80%) and subsequent cold rolling (total reduction rate up to 95%). Annealing after rolling is carried out in two modes: cold-worked state - annealing 150-210 ° C for 1-3 hours; soft state - annealing at 575 ° C for 5-15 minutes with quenching in water and aging at a temperature of 210 ° C for 3 hours.
Исследование структуры сплавов проводят с использованием растровой электронной микроскопии, рентгеноструктурного анализа. Оценку механических свойств проводили по результатам измерения твердости методом Виккерса (HV) и испытаний на одноосное растяжение при комнатной и повышенной температурах, длительную прочность, сжатие при повышенных температурах. Средний линейный коэффициент термического расширения (КТР) определяли с использованием дилатометра в температурном интервале 20-200°C. Показатель горячеломкости определяли по карандашной пробе, путем трех заливок в стальной разъемный кокиль.The study of the structure of the alloys is carried out using scanning electron microscopy, X-ray structural analysis. The evaluation of mechanical properties was carried out according to the results of measuring the hardness by the Vickers method (HV) and tests for uniaxial tension at room and elevated temperatures, long-term strength, compression at elevated temperatures. The average linear coefficient of thermal expansion (CTE) was determined using a dilatometer in a temperature range of 20-200 ° C. The hot brittleness index was determined by a pencil test, by three pouring into a steel split chill mold.
Пример 1.Example 1.
Сплав состава Al-5,6%Cu-2,0%Y-0,8%Mn-0,3%Zr-0,15%Ti-0,15%Fe-0,15%Si-1%Mg (первый сплав) был получен следующим образом. Для выплавки использовали чистые металлы: алюминий и магний и лигатуры Al-53,5%Cu, Al-10%Mn, Al-10%Y, Al-5%Zr, Al-5%Ti-1%B. Плавку вели в графито-шамотных тиглях в печи сопротивления фирмы «Nabertherm». Разливку осуществляли при температуре 850°C.Alloy composition Al-5.6% Cu-2.0% Y-0.8% Mn-0.3% Zr-0.15% Ti-0.15% Fe-0.15% Si-1% Mg ( first alloy) was obtained as follows. For smelting, pure metals were used: aluminum and magnesium and alloys Al-53.5% Cu, Al-10% Mn, Al-10% Y, Al-5% Zr, Al-5% Ti-1% B. The melting was carried out in graphite-fireclay crucibles in a resistance furnace of the "Nabertherm" company. The casting was carried out at a temperature of 850 ° C.
На Фиг. 1 представлена зеренная структура 1 первого сплава. Размер зерна слитка находится в интервале 20-50 мкм. Микроструктура первого сплава приведена на Фиг. 2. В литой микроструктуре 2 первого сплава присутствуют алюминиевый твердый раствор и дисперсная эвтектика с толщиной интерметаллидной фазы 200-1000 нм. В микроструктуре 3 после гомогенизации перед закалкой при температуре 575°C в течение 3 часов растворяется неравновесный избыток фаз кристаллизационного происхождения, а интерметаллидные фазы фрагментируются и увеличиваются в размере до 1-3 мкм. Внутри алюминиевой матрицы отмечены образования фаз размером менее 100 нм. После закалки сплав состарен при 150-210°C. Твердость резко возрастает после 0,5 часа старения, а затем плавно достигает максимума, максимальная твердость в 132 HV получена после 6 часов старения при 210°C, что иллюстрируют зависимости 4, 5, 6 твердости от времени старения при 150, 180 и 210°C соответственно.FIG. 1 shows the
Результаты испытаний на сжатие при повышенных температурах представлены в Таблице 1.Compression test results at elevated temperatures are shown in Table 1.
Результаты испытаний на одноосное растяжение при комнатной и повышенной температурах и длительную прочность представлены в таблице 2.The results of uniaxial tensile tests at room and elevated temperatures and long-term strength are presented in Table 2.
Средний в интервале температур коэффициент термического расширения сплава в закаленном и состаренном при 210°C в течение 6 часов представлен в таблице 3.The average coefficient of thermal expansion of the alloy in the temperature range in the quenched and aged at 210 ° C for 6 hours is presented in Table 3.
Показатель горячеломкости по карандашной пробе составляет 12-14 мм.The hot brittleness index for a pencil sample is 12-14 mm.
Пример 2.Example 2.
Первый сплав, представленный в примере 1, после гомогенизации при 575°C в течение 3 часов был прокатан при температуре 550°C с толщины 20 мм до толщины 6 мм, а затем до толщины 1 мм при комнатной температуре.The first alloy shown in Example 1, after homogenization at 575 ° C for 3 hours, was rolled at 550 ° C from a thickness of 20 mm to a thickness of 6 mm, and then to a thickness of 1 mm at room temperature.
После прокатки сплав отжигали при температурах 150-210°C. В процессе отжига при 150-180°C происходит увеличение твердости за счет старения, которое перекрывает разупрочнение связанное с полигонизацией. В результате твердость сплава составляет 130-145HV, что иллюстрируют зависимости 7, 8, 9 твердости от времени отжига. Отжиг сплава при 575°C в течение 15 мин приводит к рекристаллизации и размер зерна составляет 8-10 мкм, что соответствует зеренной структуре 10.After rolling, the alloy was annealed at temperatures of 150-210 ° C. In the process of annealing at 150-180 ° C, an increase in hardness occurs due to aging, which overlaps the softening associated with polygonization. As a result, the hardness of the alloy is 130-145HV, which is illustrated by the
Результаты испытаний на одноосное растяжение отожженных листов сплава при комнатной температуре представлены в таблице 4.The uniaxial tensile test results of the annealed alloy sheets at room temperature are shown in Table 4.
Результаты испытаний на одноосное растяжение образцов отожженных при 150°C в течение 6 часов до и после испытаний на общую коррозию представлены в таблице 5.The results of uniaxial tensile tests for specimens annealed at 150 ° C for 6 hours before and after general corrosion tests are presented in Table 5.
Пример 3.Example 3.
Сплав состава Al-5,4%Cu-3,0%Er-0,9%Mn-0,3%Zr-0,15%Ti-0,15%Fe-0,15%Si-1,1%Mg (второй сплав) был получен следующим образом. Для выплавки использовали чистые металлы: алюминий и магний и лигатуры А1-53,5%Cu, А1-10%Mn, А1-10%Er, Al-5%Zr, Al-5%Ti-1%B. Плавку вели в графито-шамотных тиглях в печи сопротивления фирмы «Nabertherm». Разливку осуществляли при температуре 850°C.Alloy composition Al-5.4% Cu-3.0% Er-0.9% Mn-0.3% Zr-0.15% Ti-0.15% Fe-0.15% Si-1.1% Mg (second alloy) was obtained as follows. For smelting, pure metals were used: aluminum and magnesium and alloys A1-53.5% Cu, A1-10% Mn, A1-10% Er, Al-5% Zr, Al-5% Ti-1% B. The melting was carried out in graphite-fireclay crucibles in a resistance furnace of the "Nabertherm" company. The casting was carried out at a temperature of 850 ° C.
На Фиг. 5 представлена зеренная структура 11 второго сплава. Размер зерна слитка находится в интервале 10-30 мкм. Микроструктура сплава приведена ни Фиг. 6. В литой микроструктуре 12 присутствуют алюминиевый твердый раствор и дисперсная эвтектика с толщиной интерметаллидной фазы 200-1000 нм. В микроструктуре 13 после гомогенизации перед закалкой при температуре 575°C в течение 3 часов растворяется неравновесный избыток фаз кристаллизационного происхождения, а интерметаллидные фазы фрагментируются и увеличиваются в размере до 1-3 мкм. Внутри алюминиевой матрицы отмечены образования фаз размером менее 100 нм. После закалки сплав состарен при 150-210°C. Твердость резко возрастает после 0,5 часа старения, а затем плавно достигает максимума, максимальная твердость в 130 HV получена после 6 часов старения при 210°C, что иллюстрируют зависимости 14, 15, 16 твердости от времени старения при 150, 180 и 210°C соответственно.FIG. 5 shows the
Результаты испытаний на сжатие при повышенных температурах представлены в Таблице 6.Compression test results at elevated temperatures are shown in Table 6.
Результаты испытаний на одноосное растяжение при комнатной и повышенной температурах и длительную прочность представлены в таблице 7.The results of uniaxial tensile tests at room and elevated temperatures and long-term strength are presented in table 7.
Средний в интервале температур коэффициент термического расширения сплава в закаленном и состаренном при 210°C в течение 6 часов представлен в таблице 8.The average coefficient of thermal expansion of the alloy in the temperature range in the quenched and aged at 210 ° C for 6 hours is presented in Table 8.
Показатель горячеломкости по карандашной пробе составляет 12-14 мм.The hot brittleness index for a pencil sample is 12-14 mm.
Пример 4.Example 4.
Второй сплав, представленный в примере 3, после гомогенизации при 575°C в течение 3 часов был прокатан при температуре 550°C с толщины 20 мм до толщины 6 мм, а затем до толщины 1 мм при комнатной температуре.The second alloy shown in example 3, after homogenization at 575 ° C for 3 hours, was rolled at 550 ° C from a thickness of 20 mm to a thickness of 6 mm, and then to a thickness of 1 mm at room temperature.
После прокатки сплав отжигали при температурах 150-210°C. В процессе отжига при 150-180°C происходит увеличение твердости за счет старения, которое перекрывает разупрочнение связанное с полигонизацией. В результате твердость сплава составляет 134-150HV, что иллюстрируют зависимости 17, 18, 19 твердости от времени отжига. Отжиг сплава при 575°C в течение 15 мин приводит к рекристаллизации и размер зерна составляет 8-10 мкм, что соответствует зеренной структуре 20.After rolling, the alloy was annealed at temperatures of 150-210 ° C. In the process of annealing at 150-180 ° C, an increase in hardness occurs due to aging, which overlaps the softening associated with polygonization. As a result, the hardness of the alloy is 134-150HV, which is illustrated by the
Результаты испытаний на одноосное растяжение отожженных листов сплава при комнатной температуре представлены в таблице 9.The uniaxial tensile test results of the annealed alloy sheets at room temperature are shown in Table 9.
Результаты испытаний на одноосное растяжение образцов отожженных при 150°C в течение 6 часов до и после испытаний на общую коррозию представлены в таблице 10.The results of uniaxial tensile tests on samples annealed at 150 ° C for 6 hours before and after general corrosion tests are presented in Table 10.
Пример 5.Example 5.
Сплав состава Al-4,5%Cu-1,6%Y-0,6%Mn-0,2%Zr-0,10%Ti-0,15%Fe-0,15%Si-0,9%Mg был получен следующим образом. Для выплавки использовали чистые металлы: алюминий и магний и лигатуры Al-53,5%Cu, Al-10%Mn, Al-10%Y, Al-5%Zr, Al-5%Ti-1%B. Плавку вели в графито-шамотных тиглях в печи сопротивления фирмы «Nabertherm». Разливку осуществляли при температуре 850°C.Alloy composition Al-4.5% Cu-1.6% Y-0.6% Mn-0.2% Zr-0.10% Ti-0.15% Fe-0.15% Si-0.9% Mg was obtained as follows. For smelting, pure metals were used: aluminum and magnesium and alloys Al-53.5% Cu, Al-10% Mn, Al-10% Y, Al-5% Zr, Al-5% Ti-1% B. The melting was carried out in graphite-fireclay crucibles in a resistance furnace of the "Nabertherm" company. The casting was carried out at a temperature of 850 ° C.
Размер зерна слитка находится в интервале 20-50 мкм. В литой структуре присутствуют алюминиевый твердый раствор и дисперсная эвтектика с толщиной интерметаллидной фазы 200-1000 нм. После гомогенизации перед закалкой при температуре 575°C в течение 1 часа растворяется неравновесный избыток фаз кристаллизационного происхождения, а интерметаллидные фазы фрагментируются и увеличиваются в размере до 1-3 мкм. Внутри алюминиевой матрицы отмечены образования фаз размером менее 100 нм. После закалки сплав состарен при 150-210°C. Максимальная твердость в 120 HV получена после 6 часов старения при 210°C.The grain size of the ingot is in the range of 20-50 microns. The cast structure contains an aluminum solid solution and a dispersed eutectic with an intermetallic phase thickness of 200-1000 nm. After homogenization before quenching at a temperature of 575 ° C for 1 hour, a nonequilibrium excess of phases of crystallization origin dissolves, and the intermetallic phases are fragmented and increase in size up to 1-3 microns. Formations of phases less than 100 nm in size were noted inside the aluminum matrix. After quenching, the alloy is aged at 150-210 ° C. The maximum hardness of 120 HV is obtained after 6 hours aging at 210 ° C.
Результаты испытаний на сжатие при повышенных температурах представлены в Таблице 11.Compression test results at elevated temperatures are shown in Table 11.
Результаты испытаний на одноосное растяжение при комнатной и повышенной температурах и длительную прочность представлены в таблице 12.The results of uniaxial tensile tests at room and elevated temperatures and long-term strength are presented in table 12.
Средний в интервале температур коэффициент термического расширения сплава в закаленном и состаренном при 210°C в течение 6 часов представлен в таблице 13.The average coefficient of thermal expansion of the alloy in the temperature range in the quenched and aged at 210 ° C for 6 hours is presented in Table 13.
Показатель горячеломкости по карандашной пробе составляет 12-14 мм.The hot brittleness index for a pencil sample is 12-14 mm.
Пример 6.Example 6.
Сплав состава, представленного в примере 1, после гомогенизации при 575°C в течение 1 часа был прокатан при температуре 550°C с толщины 20 мм до толщины 6 мм, а затем до толщины 1 мм при комнатной температуре.The alloy of the composition shown in example 1, after homogenization at 575 ° C for 1 hour, was rolled at 550 ° C from a thickness of 20 mm to a thickness of 6 mm, and then to a thickness of 1 mm at room temperature.
После прокатки сплав отжигали при температурах 150-210°C. В процессе отжига при 150-180°C происходит увеличение твердости за счет старения, которое перекрывает разупрочнение связанное с полигонизацией. В результате твердость сплава составляет 125-138HV. Отжиг сплава при 575°C в течение 15 мин приводит к рекристаллизации и размер зерна составляет 8-10 мкм.After rolling, the alloy was annealed at temperatures of 150-210 ° C. In the process of annealing at 150-180 ° C, an increase in hardness occurs due to aging, which overlaps the softening associated with polygonization. As a result, the hardness of the alloy is 125-138HV. Annealing the alloy at 575 ° C for 15 min leads to recrystallization and the grain size is 8-10 μm.
Результаты испытаний на одноосное растяжение отожженных листов сплава при комнатной температуре представлены в таблице 14.The uniaxial tensile test results of the annealed alloy sheets at room temperature are shown in Table 14.
Результаты испытаний на одноосное растяжение образцов отожженных при 150°C в течение 6 часов до и после испытаний на общую коррозию представлены в таблице 15.The results of uniaxial tensile tests for samples annealed at 150 ° C for 6 hours before and after general corrosion tests are presented in Table 15.
Пример 7.Example 7.
Сплав состава Al-4,0%Cu-2,7%Er-0,8%Mn-0,2%Zr-0,10%Ti-0,15%Fe-0,15%Si-0,8%Mg был получен следующим образом. Для выплавки использовали чистые металлы: алюминий и магний и лигатуры Al-53,5%Cu, Al-10%Mn, Al-10%Er, Al-5%Zr, Al-5%Ti-1%B. Плавку вели в графито-шамотных тиглях в печи сопротивления фирмы «Nabertherm». Разливку осуществляли при температуре 850°C.Alloy composition Al-4.0% Cu-2.7% Er-0.8% Mn-0.2% Zr-0.10% Ti-0.15% Fe-0.15% Si-0.8% Mg was obtained as follows. For smelting, pure metals were used: aluminum and magnesium and alloys Al-53.5% Cu, Al-10% Mn, Al-10% Er, Al-5% Zr, Al-5% Ti-1% B. The melting was carried out in graphite-fireclay crucibles in a resistance furnace of the "Nabertherm" company. The casting was carried out at a temperature of 850 ° C.
Размер зерна слитка находится в интервале 30-100 мкм. В литой структуре присутствуют алюминиевый твердый раствор и дисперсная эвтектика с толщиной интерметаллидной фазы 200-1000 нм. После гомогенизации перед закалкой при температуре 575°C в течение 1 часа растворяется неравновесный избыток фаз кристаллизационного происхождения, а интерметаллидные фазы фрагментируются и увеличиваются в размере до 1-3 мкм. Внутри алюминиевой матрицы отмечены образования фаз размером менее 100 нм. После закалки сплав состарен при 150-210°C. Максимальная твердость в 118 HV получена после 6 часов старения при 210°C.The grain size of the ingot is in the range of 30-100 microns. The cast structure contains an aluminum solid solution and a dispersed eutectic with an intermetallic phase thickness of 200-1000 nm. After homogenization before quenching at a temperature of 575 ° C for 1 hour, a nonequilibrium excess of phases of crystallization origin dissolves, and the intermetallic phases are fragmented and increase in size up to 1-3 microns. Formations of phases less than 100 nm in size were noted inside the aluminum matrix. After quenching, the alloy is aged at 150-210 ° C. The maximum hardness of 118 HV is obtained after 6 hours aging at 210 ° C.
Результаты испытаний на сжатие при повышенных температурах представлены в Таблице 16.Compression test results at elevated temperatures are shown in Table 16.
Результаты испытаний на одноосное растяжение при комнатной и повышенной температурах и длительную прочность представлены в таблице 17.The results of uniaxial tensile tests at room and elevated temperatures and long-term strength are presented in table 17.
Средний в интервале температур коэффициент термического расширения сплава в закаленном и состаренном при 210°C в течение 6 часов представлен в таблице 18.The average coefficient of thermal expansion of the alloy in the temperature range in the quenched and aged at 210 ° C for 6 hours is presented in table 18.
Показатель горячеломкости по карандашной пробе составляет 12-14 мм.The hot brittleness index for a pencil sample is 12-14 mm.
Пример 8.Example 8.
Сплав состава, представленного в примере 3, после гомогенизации при 575°C в течение 1 часа был прокатан при температуре 550°C с толщины 20 мм до толщины 6 мм, а затем до толщины 1 мм при комнатной температуре.The alloy of the composition shown in example 3, after homogenization at 575 ° C for 1 hour, was rolled at a temperature of 550 ° C from a thickness of 20 mm to a thickness of 6 mm, and then to a thickness of 1 mm at room temperature.
После прокатки сплав отжигали при температурах 150-210°C. В процессе отжига при 150-180°C происходит увеличение твердости за счет старения, которое перекрывает разупрочнение связанное с полигонизацией. В результате твердость сплава составляет 118-132HV. Отжиг сплава при 575°C в течение 15 мин приводит к рекристаллизации и размер зерна составляет 8-10 мкм.After rolling, the alloy was annealed at temperatures of 150-210 ° C. In the process of annealing at 150-180 ° C, an increase in hardness occurs due to aging, which overlaps the softening associated with polygonization. As a result, the hardness of the alloy is 118-132HV. Annealing the alloy at 575 ° C for 15 min leads to recrystallization and the grain size is 8-10 μm.
Результаты испытаний на одноосное растяжение отожженных листов сплава при комнатной температуре представлены в таблице 19.The uniaxial tensile test results of the annealed alloy sheets at room temperature are shown in Table 19.
Результаты испытаний на одноосное растяжение образцов отожженных при 150°C в течение 6 часов до и после испытаний на общую коррозию представлены в таблице 20.The results of uniaxial tensile tests of samples annealed at 150 ° C for 6 hours before and after general corrosion tests are presented in Table 20.
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020135810A RU2749073C1 (en) | 2020-10-30 | 2020-10-30 | Heat-resistant cast deformable aluminum alloys based on al-cu-y and al-cu-er systems (options) |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020135810A RU2749073C1 (en) | 2020-10-30 | 2020-10-30 | Heat-resistant cast deformable aluminum alloys based on al-cu-y and al-cu-er systems (options) |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2749073C1 true RU2749073C1 (en) | 2021-06-03 |
Family
ID=76301557
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020135810A RU2749073C1 (en) | 2020-10-30 | 2020-10-30 | Heat-resistant cast deformable aluminum alloys based on al-cu-y and al-cu-er systems (options) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2749073C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114480921A (en) * | 2022-01-07 | 2022-05-13 | 国网辽宁省电力有限公司营口供电公司 | Heat-resistant aluminum alloy monofilament material for overhead conductor and preparation method thereof |
RU2785402C1 (en) * | 2022-06-10 | 2022-12-07 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | HEAT-RESISTANT CASTING AND DEFORMABLE ALUMINUM ALLOYS BASED ON Al-Cu-Yb AND Al-Cu-Gd SYSTEMS (OPTIONS) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CA2349793A1 (en) * | 2000-06-12 | 2001-12-12 | Alcoa Inc. | Aluminum sheet products having improved fatigue crack growth resistance and methods of making same |
RU2180930C1 (en) * | 2000-08-01 | 2002-03-27 | Государственное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" | Aluminum-based alloy and method of manufacturing intermediate products from this alloy |
FR2858984B1 (en) * | 2003-08-19 | 2007-01-19 | Corus Aluminium Walzprod Gmbh | AL-CU HIGH-TENACITY ALLOY PRODUCT AND PROCESS FOR PRODUCING THE SAME |
CN100347322C (en) * | 2005-09-12 | 2007-11-07 | 华南理工大学 | Extrusion cast aluminium alloy material with high strength and toughness |
CN101760672A (en) * | 2008-12-24 | 2010-06-30 | 沈阳铸造研究所 | Low heat track sensitive high-toughness casting aluminium copper alloy |
RU2558807C1 (en) * | 2014-08-25 | 2015-08-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | High-strength aluminium foundry alloy |
CN107099710A (en) * | 2017-06-28 | 2017-08-29 | 安徽华飞机械铸锻有限公司 | A kind of aluminium copper and its casting method |
-
2020
- 2020-10-30 RU RU2020135810A patent/RU2749073C1/en active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CA2349793A1 (en) * | 2000-06-12 | 2001-12-12 | Alcoa Inc. | Aluminum sheet products having improved fatigue crack growth resistance and methods of making same |
RU2180930C1 (en) * | 2000-08-01 | 2002-03-27 | Государственное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" | Aluminum-based alloy and method of manufacturing intermediate products from this alloy |
FR2858984B1 (en) * | 2003-08-19 | 2007-01-19 | Corus Aluminium Walzprod Gmbh | AL-CU HIGH-TENACITY ALLOY PRODUCT AND PROCESS FOR PRODUCING THE SAME |
CN100347322C (en) * | 2005-09-12 | 2007-11-07 | 华南理工大学 | Extrusion cast aluminium alloy material with high strength and toughness |
CN101760672A (en) * | 2008-12-24 | 2010-06-30 | 沈阳铸造研究所 | Low heat track sensitive high-toughness casting aluminium copper alloy |
RU2558807C1 (en) * | 2014-08-25 | 2015-08-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | High-strength aluminium foundry alloy |
CN107099710A (en) * | 2017-06-28 | 2017-08-29 | 安徽华飞机械铸锻有限公司 | A kind of aluminium copper and its casting method |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114480921A (en) * | 2022-01-07 | 2022-05-13 | 国网辽宁省电力有限公司营口供电公司 | Heat-resistant aluminum alloy monofilament material for overhead conductor and preparation method thereof |
RU2785402C1 (en) * | 2022-06-10 | 2022-12-07 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | HEAT-RESISTANT CASTING AND DEFORMABLE ALUMINUM ALLOYS BASED ON Al-Cu-Yb AND Al-Cu-Gd SYSTEMS (OPTIONS) |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
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 | |
US6918972B2 (en) | Ni-base alloy, heat-resistant spring made of the alloy, and process for producing the spring | |
CN110592444B (en) | 700-doped 720 MPa-strength heat-resistant high-intergranular corrosion-resistant aluminum alloy and preparation method thereof | |
US20040191111A1 (en) | Er strengthening aluminum alloy | |
EP1709210A1 (en) | Aluminum alloy for producing high performance shaped castings | |
Amer et al. | Effect of Mn on the phase composition and properties of Al–Cu–Y–Zr alloy | |
WO2011090451A1 (en) | CASTING ALLOY OF THE AIMgSI TYPE | |
US11713500B2 (en) | Advanced cast aluminum alloys for automotive engine application with superior high-temperature properties | |
JP2012001756A (en) | HIGH-TOUGHNESS Al ALLOY FORGING MATERIAL, AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME | |
RU2749073C1 (en) | Heat-resistant cast deformable aluminum alloys based on al-cu-y and al-cu-er systems (options) | |
RU2558806C1 (en) | Aluminium-based heat-resistant alloy | |
RU2785402C1 (en) | HEAT-RESISTANT CASTING AND DEFORMABLE ALUMINUM ALLOYS BASED ON Al-Cu-Yb AND Al-Cu-Gd SYSTEMS (OPTIONS) | |
CN111118358B (en) | Er-containing castable wrought Al-Cu alloy | |
RU2741874C1 (en) | Cast aluminum-calcium alloy based on secondary raw materials | |
JPS602644A (en) | Aluminum alloy | |
KR100840385B1 (en) | Heat resisting aluminum alloy | |
JP7126915B2 (en) | Aluminum alloy extruded material and its manufacturing method | |
WO2020204752A1 (en) | Aluminium casting alloy | |
Barkov et al. | The Effects of Impurities on the Phase Composition and the Properties of the Al–Cu–Gd Alloy | |
RU2639903C2 (en) | Deformable thermally refractory aluminium-based alloy | |
JP4058398B2 (en) | Aluminum alloy forging with excellent high-temperature fatigue strength | |
RU2804669C1 (en) | HIGH-STRENGTH ALUMINIUM ALLOY OF Al-Zn-Mg-Cu SYSTEM AND PRODUCTS MADE OF IT | |
RU2772479C1 (en) | ALLOY OF THE Al-Mg SYSTEM WITH HETEROGENEOUS STRUCTURE FOR HIGH-SPEED SUPERPLASTIC MOLDING | |
RU2754418C1 (en) | High-strength cast aluminum alloy | |
RU2743499C1 (en) | Heat-resistant electrically conductive aluminium alloy (options) |