RU2767091C1 - Method of producing heat-resistant wire from aluminum-calcium alloy - Google Patents

Method of producing heat-resistant wire from aluminum-calcium alloy Download PDF

Info

Publication number
RU2767091C1
RU2767091C1 RU2021122281A RU2021122281A RU2767091C1 RU 2767091 C1 RU2767091 C1 RU 2767091C1 RU 2021122281 A RU2021122281 A RU 2021122281A RU 2021122281 A RU2021122281 A RU 2021122281A RU 2767091 C1 RU2767091 C1 RU 2767091C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
aluminum
less
wire
calcium
diameter
Prior art date
Application number
RU2021122281A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Александрович Белов
Наталья Олеговна Короткова
Торгом Кароевич Акопян
Евгения Александровна Наумова
Максим Юрьевич Мурашкин
Станислав Олегович Черкасов
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 RU2021122281A priority Critical patent/RU2767091C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2767091C1 publication Critical patent/RU2767091C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21CMANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C37/00Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
    • B21C37/04Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of bars or wire
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C1/00Making non-ferrous alloys
    • C22C1/02Making non-ferrous alloys by melting
    • C22C1/026Alloys based on aluminium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C21/00Alloys based on aluminium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22FCHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/04Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: invention relates to metallurgy of light alloys, in particular to aluminum-based alloys, and can be used in production of wire from aluminum-calcium alloy, including with diameter less than 0.3 mm. Method of producing wire from an aluminum-calcium alloy involves obtaining an aluminum-based melt containing the following, wt%: calcium 0.8–1.8, zirconium 0.3–0.7, iron 0.1–0.64, silicon 0.05–0.4, aluminum — the rest; obtaining a cast workpiece with diameter of 8 to 12 mm by crystallization of melt in electromagnetic crystallizer, deformation of the cast workpiece by cold drawing and stabilizing annealing of the obtained wire at temperature of 420–460 °C for 1–10 hours. Besides, the wire diameter is less than 3.1 mm, in particular, less than 0.3 mm.
EFFECT: obtaining heat-resistant wire from aluminum-calcium alloy with the following characteristics: density less than 2_7 g/cm3, high deformation processability, after 1-hour heating at 450 °C: tensile strength (σB) — not less than 180 MPa, conventional yield strength (σ0_2) — not less than 170 MPa, relative elongation after fracture (δ) — not less than 8 %, electrical conductivity — not less than 54 % IACS.
3 cl, 6 dwg, 3 tbl, 2 ex

Description

Изобретение относится к области металлургии легких сплавов, в частности к сплавам на основе алюминия, и может быть использовано при получении проволоки из алюминиево-кальциевого сплава, в том числе диаметром менее 0,3 мм.The invention relates to the field of metallurgy of light alloys, in particular to alloys based on aluminum, and can be used in the production of wire from an aluminum-calcium alloy, including wires with a diameter of less than 0.3 mm.

В настоящее время существует множество изобретений на достижение наилучшего сочетания в проволоке электропроводности, прочности и термостойкости. В частности, известен сплав 01417, легированный церием, лантаном и другими редкоземельными металлами (РЗМ) [Добаткин В.И., Елагин В.И., Федоров В.М. Быстрозакристаллизованные алюминиевые сплавы. М.: ВИЛС, 1995, 341 с.]. Сплав 01417 предназначен для изготовления проволоки, длительно работающей при температуре до 250°С. В настоящее время из него изготавливают бортпровода авиалайнеров взамен медных проводов, при этом достигается снижение в весе изделия от 100 до 300 кг. Выигрыш в весе по удельной электропроводимости по сравнению с медной проволокой составляет до 30%.Currently, there are many inventions to achieve the best combination of electrical conductivity, strength and heat resistance in the wire. In particular, alloy 01417 alloyed with cerium, lanthanum and other rare earth metals (REM) is known [Dobatkin V.I., Elagin V.I., Fedorov V.M. Rapidly crystallized aluminum alloys. M.: VILS, 1995, 341 p.]. Alloy 01417 is intended for the manufacture of wire that operates for a long time at temperatures up to 250°C. Currently, it is used to make airliners' flight lines instead of copper wires, while reducing the weight of the product from 100 to 300 kg. The gain in weight in terms of electrical conductivity compared to copper wire is up to 30%.

Основным недостатком сплава 01417 является то, что он ориентирован на сложную и дорогостоящую технологию, включающую литье гранул с последующими операциями порошковой металлургии (известной как RS/PM). Другими недостаткам сплава являются ограничение по рабочим температурам (до 250°С) и повышенная плотность (2,828 г/см3) по сравнению с чистым алюминием. Это обусловлено большим содержанием РЗМ в составе сплава.The main disadvantage of the 01417 alloy is that it focuses on a complex and costly process involving pellet casting followed by powder metallurgy (known as RS/PM). Other disadvantages of the alloy are limited operating temperatures (up to 250°C) and increased density (2.828 g/cm 3 ) compared to pure aluminum. This is due to the high content of REM in the composition of the alloy.

Известен способ получения проводникового алюминиевого сплава (RU 2667271, опублик. 18.09.2018). Данный способ включает получение заготовки сплава, содержащего (мас. %) 0,2-0,8% магния, 0,2-0,5% циркония и примеси, отжиг заготовки в интервале температур 300-450°С продолжительностью от 30 до 350 часов и деформацию методом интенсивной пластической деформации при давлении 0,1-6,0 ГПа, в интервале гомологических температур 0,3-0,5 Тпл до значения истинной накопленной деформации е≥4. Изобретение направлено на повышение механической прочности, электропроводности и термостойкости алюминиевого сплава.A method for producing a conductive aluminum alloy is known (RU 2667271, published on September 18, 2018). This method includes obtaining an alloy billet containing (wt.%) 0.2-0.8% magnesium, 0.2-0.5% zirconium and impurities, annealing the billet in the temperature range of 300-450°C for a duration of 30 to 350 hours and deformation by the method of severe plastic deformation at a pressure of 0.1-6.0 GPa, in the range of homological temperatures of 0.3-0.5 Tm to the value of the true accumulated deformation e≥4. The invention is aimed at improving the mechanical strength, electrical conductivity and heat resistance of an aluminum alloy.

Недостатком данного способа является ограниченная термостойкость (до 180°С) и чрезмерно длительный отжиг (более 30 часов).The disadvantage of this method is limited heat resistance (up to 180°C) and excessively long annealing (more than 30 hours).

Известен способ получения проводникового ультрамелкозернистого алюминиевого сплава (RU 2616316, опублик. 14.04.2017). Данный способ включает получение сплава, содержащего, по крайней мере, один легирующий компонент, выбранный из группы РЗМ (La, Се, Nd, Pr) в количестве 7,0-9,0%, железо и кремний в количестве по 0,05-0.1% (мас. %), интенсивную пластическую деформацию с истинной накопленной степенью деформации е≥4 при приложении давления 0.5-6.0 ГПа в интервале гомологических температур 0.3-0.5 Тпл, и отжиг в температурном интервале 280-400°С продолжительностью не менее 1 часа. Техническим результатом является повышение механической прочности и термостойкости при удовлетворительной электрической проводимости в сплаве.A method for producing a conductive ultrafine-grained aluminum alloy is known (RU 2616316, published on April 14, 2017). This method includes obtaining an alloy containing at least one alloying component selected from the group of rare-earth metals (La, Ce, Nd, Pr) in an amount of 7.0-9.0%, iron and silicon in an amount of 0.05- 0.1% (wt.%), severe plastic deformation with a true accumulated degree of deformation e≥4 when applying a pressure of 0.5-6.0 GPa in the range of homologous temperatures of 0.3-0.5 Tmelt, and annealing in a temperature range of 280-400°C for at least 1 hour . The technical result is to increase the mechanical strength and heat resistance with satisfactory electrical conductivity in the alloy.

Недостатками данного способа является ограниченная термостойкость (до 310°) и повышенная плотность (2,847 г/см3) по сравнению с чистым алюминием.The disadvantages of this method are limited heat resistance (up to 310°) and increased density (2.847 g/cm 3 ) compared to pure aluminum.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения деформированных полуфабрикатов из алюминиево-кальциевого сплава (RU 2716566, опубл. 12.03.2020). Заявленный способ включает приготовление расплава содержащего кальций, цирконий, железо, кремний и скандий, получение слитка, горячую деформацию при температуре в пределах от 390 до 450°С, холодную деформацию и стабилизирующий отжиг при температуре в пределах от 300 до 400°С в течение времени от 1 до 10 часов, обеспечивая формирование композиционной структуры, состоящей из алюминиевой матрицы, содержащей наночастицы фазы Al3(Zr,Sc)-L12 размером не более 20 нм в количестве не менее 0,4 об.%, и равномерно распределенных в алюминиевой матрице кальций-содержащих частиц размером не более 1 мкм в количестве не менее 16 об.%. Техническим результатом является создание способа получения различных деформированных полуфабрикатов (в том числе проволоки диаметром менее 0,3 мм) из алюминиево-кальциевого композиционного сплава. Полученные таким способом материалы обладают высоким уровнем физико-механических свойств (предел прочности не менее 250 МПа, удлинение не менее 3,5% и удельная электропроводность не менее 46,0 %IACS), термостойкости (350°С) и плотности (менее 2,7 г/см3).Closest to the proposed one is a method for obtaining deformed semi-finished products from an aluminum-calcium alloy (RU 2716566, publ. 12.03.2020). The claimed method includes the preparation of a melt containing calcium, zirconium, iron, silicon and scandium, obtaining an ingot, hot deformation at a temperature in the range from 390 to 450°C, cold deformation and stabilizing annealing at a temperature in the range from 300 to 400°C for a time from 1 to 10 hours, providing the formation of a composite structure consisting of an aluminum matrix containing nanoparticles of the Al 3 (Zr,Sc)-L1 2 phase with a size of not more than 20 nm in an amount of not less than 0.4 vol.%, and evenly distributed in the aluminum a matrix of calcium-containing particles with a size of not more than 1 μm in an amount of not less than 16 vol.%. The technical result is the creation of a method for producing various deformed semi-finished products (including wires with a diameter of less than 0.3 mm) from an aluminum-calcium composite alloy. The materials obtained in this way have a high level of physical and mechanical properties (tensile strength of at least 250 MPa, elongation of at least 3.5% and specific electrical conductivity of at least 46.0% IACS), heat resistance (350 ° C) and density (less than 2. 7 g/cm3).

Недостатком данного способа является то, что он включает горячую деформацию и не позволяет проводить прямое холодное волочение литой заготовки (слитка). Другим недостатком данного способа является то, что из-за высокого содержания кальция электропроводность проволоки не превышает 46,0 %IACS. Еще одним недостатком данного способа является необходимость введения в расплав дорогостоящего скандия.The disadvantage of this method is that it includes hot deformation and does not allow for direct cold drawing of a cast billet (ingot). Another disadvantage of this method is that, due to the high calcium content, the electrical conductivity of the wire does not exceed 46.0% IACS. Another disadvantage of this method is the need to introduce expensive scandium into the melt.

Техническим результатом изобретения является получение термостойкой проволоки из алюминиево-кальциевого сплава со следующими характеристиками:The technical result of the invention is to obtain a heat-resistant aluminum-calcium alloy wire with the following characteristics:

плотность менее 2,7 г/см3 (ниже, чем у чистого алюминия), высокая деформационная технологичность (отсутствие необходимости в горячей деформации) и следующим комплексом физико-механических свойств после 1 часового нагрева при 450°С: предел прочности при разрыве (σВ) не менее 180 МПа, условный предел текучести (σ0.2) не менее 170 МПа, относительное удлинение после разрыва (δ) - не менее 8%, электропроводность - не менее 54 %IACS.density less than 2.7 g/cm 3 (lower than that of pure aluminum), high deformation workability (no need for hot deformation) and the following set of physical and mechanical properties after 1 hour heating at 450°C: tensile strength at break (σ C ) not less than 180 MPa, conditional yield strength (σ 0.2 ) not less than 170 MPa, relative elongation after rupture (δ) - not less than 8%, electrical conductivity - not less than 54% IACS.

Технический результат достигается следующим образом.The technical result is achieved as follows.

Способ получения проволоки из алюминиево-кальциевого сплава включает получение расплава на основе алюминия, содержащего компоненты при следующем составе % (мас):A method for producing wire from an aluminum-calcium alloy includes obtaining an aluminum-based melt containing components with the following composition % (wt):

кальцийcalcium 0,8-1.80.8-1.8 цирконийzirconium 0,3-0,70.3-0.7 железоiron 0,1-0,640.1-0.64 кремнийsilicon 0,05-0,40.05-0.4 алюминийaluminum остальное,rest,

получение литой заготовки диаметром от 8 до 12 мм путем кристаллизации расплава в электромагнитном кристаллизаторе, деформацию литой заготовки путем холодного волочения и стабилизирующий отжиг полученной проволоки при температуре 420-460°С в течение 1-10 часов.obtaining a cast billet with a diameter of 8 to 12 mm by melt crystallization in an electromagnetic mold, deformation of the cast billet by cold drawing and stabilizing annealing of the resulting wire at a temperature of 420-460°C for 1-10 hours.

Кроме того диаметр проволоки составляет менее 3,1 мм.Moreover, the wire diameter is less than 3.1mm.

Также диаметр проволоки составляет менее 0,3 мм.Also, the wire diameter is less than 0.3mm.

При содержании кальция ниже 0,8 мас. % снижается термостойкость проволоки (прочностные свойства после 1-часой выдержки при 450°С), при содержании кальция свыше 1,8 мас. % снижается электропроводность и деформационная технологичность.When the calcium content is below 0.8 wt. %, the heat resistance of the wire decreases (strength properties after 1 hour exposure at 450°C), with a calcium content of more than 1.8 wt. %, the electrical conductivity and deformation processability are reduced.

При содержании циркония ниже 0,3 мас. % снижается термостойкость проволоки (прочностные свойства после 1-часой выдержки при 450°С), при содержании циркония свыше 0,7 мас. % происходит формирование первичных кристаллов стабильной фазы Al3Zr-D023 и, как следствие, уменьшение наночастиц метастабильной фазы Al3Zr-L12, что приводит к снижению прочности.When the zirconium content is below 0.3 wt. %, the heat resistance of the wire decreases (strength properties after 1 hour exposure at 450°C), with a zirconium content of more than 0.7 wt. %, primary crystals of the stable phase Al 3 Zr-D023 are formed and, as a result, the nanoparticles of the metastable phase Al 3 Zr-L1 2 are reduced, which leads to a decrease in strength.

При содержании железа и кремния ниже 0,1 мас. % и 0,05 мас. % соответственно исключается возможность готовить сплавы на основе алюминия технической чистоты. При содержании железа и кремния выше 0,6 мас. % и 0,5 мас. % соответственно ухудшается технологическая пластичность сплава из-за огрубления структуры.When the content of iron and silicon is below 0.1 wt. % and 0.05 wt. %, respectively, excludes the possibility of preparing alloys based on technical purity aluminum. When the content of iron and silicon is above 0.6 wt. % and 0.5 wt. %, respectively, the technological plasticity of the alloy deteriorates due to the coarsening of the structure.

При диаметре литой заготовки менее 8 мм затрудняется получение необходимого обжатия при получении проволоки и, как следствие, достижение требуемых прочностных свойств. При диаметре литой заготовки свыше 12 мм происходит огрубление структуры из-за снижения скорости охлаждения при кристаллизации.When the diameter of the cast billet is less than 8 mm, it is difficult to obtain the necessary compression during wire production and, as a result, to achieve the required strength properties. With a cast billet diameter of more than 12 mm, the structure coarsens due to a decrease in the cooling rate during crystallization.

Температура отжига ниже 420°С и время выдержки менее 1 часа не позволяют в полной мере стабилизировать структуру и реализовать необходимый уровень термостойкости. Температура отжига выше 460°С и время выдержки более 10 часов приводят к огрублению структуры (в частности, увеличению размеров частиц Zr- и Ca-содержащих фаз и формированию рекристаллизованных зерен) и, как следствие, к снижению прочностных свойств.The annealing temperature below 420°C and holding time less than 1 hour do not allow to fully stabilize the structure and realize the required level of thermal stability. The annealing temperature above 460°С and holding time of more than 10 hours lead to coarsening of the structure (in particular, an increase in the particle size of Zr- and Ca-containing phases and the formation of recrystallized grains) and, as a consequence, to a decrease in strength properties.

Предлагаемые режимы обеспечивают формирование композиционной структуры, состоящей из алюминиевой матрицы, содержащей наночастицы фазы Al3Zr-L12 размером не более 20 нм в количестве не менее 0,4 об.% и равномерно распределенных в алюминиевой матрице эвтектических кальций-содержащих частиц субмикронного размера. При этом суммарная концентрация легирующих элементов в алюминиевом твердом растворе не превышает 0,1 мас. %.The proposed modes provide the formation of a composite structure consisting of an aluminum matrix containing nanoparticles of the Al 3 Zr-L1 2 phase with a size of not more than 20 nm in an amount of not less than 0.4 vol.% and eutectic calcium-containing particles of submicron size uniformly distributed in the aluminum matrix. In this case, the total concentration of alloying elements in the aluminum solid solution does not exceed 0.1 wt. %.

В частных исполнениях способ может включать получение проволоки диаметром менее 3,1 мм или диаметром менее 0,3 мм.In private versions, the method may include obtaining a wire with a diameter of less than 3.1 mm or a diameter of less than 0.3 mm.

Изобретение поясняется чертежом, где: на фиг. 1 представлена литая заготовка алюминиевого сплава, полученная кристаллизацией расплава в электромагнитном кристаллизаторе, на фиг. 2 представлена проволока, полученная холодным волочением из литой заготовки алюминиевого сплава (фиг. 1), на фиг. 3 представлена микроструктура литой заготовки алюминиевого сплава, полученной кристаллизацией расплава в электромагнитном кристаллизаторе (сканирующая электронная микроскопия (СЭМ)), на фиг. 4 наночастицы фазы Al3Zr-L12 в структуре отожженной проволоки (просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ)), на фиг. 5 представлены кальций-содержащие частицы в структуре отожженной проволоки (ПЭМ), на фиг. 6 представлен излом отожженной проволоки после испытаний на растяжение (СЭМ).The invention is illustrated by the drawing, where: in Fig. 1 shows a cast billet of aluminum alloy, obtained by crystallization of the melt in an electromagnetic mold, in Fig. 2 shows a wire obtained by cold drawing from a cast billet of aluminum alloy (Fig. 1), in fig. 3 shows the microstructure of a cast aluminum alloy billet obtained by melt crystallization in an electromagnetic mold (scanning electron microscopy (SEM)), FIG. 4 nanoparticles of the Al 3 Zr-L1 2 phase in an annealed wire structure (transmission electron microscopy (TEM)), FIG. 5 shows calcium-containing particles in an annealed wire (FEM) structure, FIG. 6 shows the fracture of the annealed wire after tensile testing (SEM).

На фигурах показаны: изображение 1, полученное в светлом поле, темнопольное изображение 2 и картина дифракции, изображение 3, полученное детектором обратно-рассеянных электронов, изображение 4, полученное детектором вторичных электронов.The figures show: image 1 obtained in a bright field, dark field image 2 and diffraction pattern, image 3 obtained by a back-scattered electron detector, image 4 obtained by a secondary electron detector.

Выбор кальция в качестве основного эвтектико-образующего компонента обусловлен тем, что по объемной доле второй фазы алюминиево-кальциевая эвтектика почти в 3 раза превосходит алюминиево-кремниевую эвтектику. Большое количество кальциевой фазы эвтектического происхождения позволяет реализовать при относительно малом количестве легирующих элементов высокую объемную долю интерметаллидов, соизмеримую со сплавами типа 01417, содержащих более 7 мас. % РЗМ.The choice of calcium as the main eutectic-forming component is due to the fact that in terms of the volume fraction of the second phase, the aluminum-calcium eutectic is almost 3 times higher than the aluminum-silicon eutectic. A large amount of the calcium phase of eutectic origin makes it possible to realize, with a relatively small amount of alloying elements, a high volume fraction of intermetallic compounds, commensurate with alloys of the 01417 type, containing more than 7 wt. % REM.

Эвтектические сплавы с кальцием в отличие от сплавов с высоким содержанием кремния, а также сплавов с высоким содержанием редкоземельных металлов, позволяют добиться упрочнения путем дополнительного легирования добавкой циркония. Благодаря высокой скорости охлаждения в условиях кристаллизации расплава в электромагнитном кристаллизаторе цирконий полностью переходит в алюминиевый твердый раствор, который при последующих отжигах распадается с образованием наночастиц фазы Al3Zr-L12 (фиг. 4). Сохраняя высокую дисперсность в широком интервале температур (до 450°С включительно), эти наночастицы действуют как эффективные антирекристаллизаторы, что может дополнительно обеспечить прирост прочности деформированного полуфабриката.Eutectic alloys with calcium, in contrast to alloys with a high content of silicon, as well as alloys with a high content of rare earth metals, can be strengthened by additional alloying with the addition of zirconium. Due to the high cooling rate under the conditions of melt crystallization in an electromagnetic crystallizer, zirconium completely transforms into an aluminum solid solution, which decomposes during subsequent annealing to form nanoparticles of the Al 3 Zr-L1 2 phase (Fig. 4). Retaining high dispersity in a wide temperature range (up to 450°C inclusive), these nanoparticles act as effective antirecrystallizers, which can additionally provide an increase in the strength of the deformed semi-finished product.

Сочетание кальция, железа и кремния обеспечивает формирование высокодисперсной структуры в условиях кристаллизации расплава в электромагнитном кристаллизаторе (фиг. 3). Относительно высокая пластичность кальций-содержащих интерметаллидов способствует формированию частиц субмикронного размера в процессе холодного волочения. Эти частицы также препятствуют протеканию рекристаллизации при нагреве при температурах до 450°С включительно (фиг. 5).The combination of calcium, iron and silicon ensures the formation of a highly dispersed structure under the conditions of melt crystallization in an electromagnetic mold (Fig. 3). The relatively high plasticity of calcium-containing intermetallic compounds favors the formation of submicron particles during cold drawing. These particles also prevent the occurrence of recrystallization when heated at temperatures up to 450°C inclusive (Fig. 5).

ПРИМЕР 1EXAMPLE 1

В лабораторных условиях было опробовано 5 вариантов способа получения проволоки из алюминиево-кальциевого сплава. Расплав готовили на основе алюминия марки А99 (ГОСТ 11069-2001). Плавка велась в следующей последовательности. После расплавления алюминия вводили лигатуры, содержащие железо, кремний, цирконий. После растворения лигатур и выхода печи на заданную температуру вводился кальций под зеркало расплава и активно перемешивался. Расплав заливали в электромагнитный кристаллизатор, получая прутковые заготовки различного диаметра (фиг. 1). Температура литья была заведомо выше температуры ликвидус.Under laboratory conditions, 5 variants of the method for producing aluminum-calcium alloy wire were tested. The melt was prepared on the basis of aluminum grade A99 (GOST 11069-2001). Melting was carried out in the following sequence. After the melting of aluminum, alloys containing iron, silicon, and zirconium were introduced. After the alloys were dissolved and the furnace reached the set temperature, calcium was introduced under the melt mirror and actively mixed. The melt was poured into an electromagnetic mold, obtaining bar stock of various diameters (Fig. 1). The casting temperature was obviously higher than the liquidus temperature.

Прутковые заготовки подвергали холодному волочению до диаметра 3 мм. После этого проволоку подвергали многоступенчатому отжигу, последняя ступень которого выполняла функцию стабилизирующего отжига. Концентрации кальция, циркония, железа и кремния, диаметр прутковой заготовки, температура стабилизирующего отжига и его продолжительность варьировались согласно значениям, указанным в табл. 1. На отожженной (при 450°С в течение 1 часа) проволоке (фиг. 2), определяли механические свойства на растяжение (предел прочности при разрыве (σВ), условный предел текучести (σ0.2), относительное удлинение после разрыва (δ)) и удельную электропроводность (УЭП).Bar blanks were subjected to cold drawing to a diameter of 3 mm. After that, the wire was subjected to multistage annealing, the last stage of which served as a stabilizing annealing. The concentrations of calcium, zirconium, iron and silicon, the diameter of the bar stock, the temperature of the stabilizing annealing and its duration varied according to the values indicated in table. 1. On the annealed (at 450°C for 1 hour) wire (Fig. 2), the mechanical tensile properties were determined (ultimate strength at break (σ В ), conditional yield strength (σ 0.2 ), relative elongation after rupture (δ )) and electrical conductivity (SEC).

Как видно из табл. 1, при низком содержании легирующих компонентов в расплаве (вариант 1) технологические параметры стабилизирующего отжига не позволяют обеспечить в структуре достаточного количества кальций-содержащих фаз эвтектического происхождения и цирконий- наночастиц. Следствием этого является пониженная прочность и повышенная содержащих плотность (табл. 2). Содержание железа и кремния в случае исполнения варианта 1 также не позволяет использовать алюминий технической чистоты.As can be seen from Table. 1, with a low content of alloying components in the melt (option 1), the technological parameters of stabilizing annealing do not allow providing a sufficient amount of calcium-containing phases of eutectic origin and zirconium nanoparticles in the structure. The consequence of this is reduced strength and increased containing density (Table 2). The content of iron and silicon in the case of option 1 also does not allow the use of technical purity aluminum.

При высоком содержании легирующих компонентов в расплаве (вариант 5) объемная доля кальций-содержащих фаз (в слитке) слишком высока. Кроме того, в структуре литой заготовки присутствуют первичные кристаллы алюминиево-циркониевой фазы. Все это не обеспечивает достаточной пластичности при холодном волочении (табл. 2).With a high content of alloying components in the melt (option 5), the volume fraction of calcium-containing phases (in the ingot) is too high. In addition, primary crystals of the aluminum-zirconium phase are present in the structure of the cast billet. All this does not provide sufficient plasticity during cold drawing (Table 2).

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

При диаметре литой заготовки свыше 12 мм, температуре отжига выше 460°С и время выдержки более 10 часов (вариант 6) происходит огрубление структуры из-за снижения скорости охлаждения при кристаллизации и увеличения размеров частиц Zr- и Ca-содержащих фаз, как следствие, снижение прочностных свойств.When the diameter of the cast billet is more than 12 mm, the annealing temperature is higher than 460°C, and the exposure time is more than 10 hours (option 6), the structure coarsens due to a decrease in the cooling rate during crystallization and an increase in the particle size of the Zr- and Ca-containing phases, as a result, decrease in strength properties.

Таким образом, можно заключить, что только варианты 2, 3 и 4, в которых содержание компонентов сплава, температура отжига и время выдержки, а также диаметр литой заготовки находятся в заявленных пределах, позволяют реализовать заявленный способ получения проволоки из алюминиево-кальциевого сплава. Заявленные варианты способа получения проволоки обеспечивают реализацию требуемой структуры, содержащий наночастицы фазы Al3Zr-L12 (фиг. 4) и кальций-содержащие частицы субмикронного размера (фиг. 5). Равномерное распределение этих частиц обеспечивает вязкий характер разрушения проволоки, которое проявляется в наличием в изломе равномерно распределенных ямок, размер которых не превышает 2 мкм (фиг. 6).Thus, it can be concluded that only options 2, 3 and 4, in which the content of the alloy components, the annealing temperature and holding time, as well as the diameter of the cast billet, are within the stated limits, allow the claimed method of producing aluminum-calcium alloy wire to be implemented. The claimed variants of the method for producing wire provide the implementation of the required structure, containing nanoparticles of the Al 3 Zr-L1 2 phase (Fig. 4) and calcium-containing particles of submicron size (Fig. 5). The uniform distribution of these particles ensures the viscous nature of the destruction of the wire, which manifests itself in the presence of evenly distributed pits in the fracture, the size of which does not exceed 2 μm (Fig. 6).

ПРИМЕР 2EXAMPLE 2

В лабораторных условиях из 3 мм проволоки, полученного по варианту 3 (см. пример 1) была получена проволока диаметром 260 мкм (Фиг. 4). Проволоку подвергали отжигу при 450°С в течение 1 часа. Свойства приведенные в табл. 3 показывают, что они соответствуют заданным значениям.Under laboratory conditions, a wire with a diameter of 260 μm was obtained from 3 mm wire obtained according to option 3 (see example 1) (Fig. 4). The wire was annealed at 450°C for 1 hour. Properties given in table. 3 show that they correspond to the given values.

Figure 00000003
Figure 00000003

Claims (5)

1. Способ получения проволоки из алюминиево-кальциевого сплава, включающий получение расплава на основе алюминия, содержащего компоненты, мас.%:1. A method for producing wire from an aluminum-calcium alloy, including obtaining an aluminum-based melt containing components, wt.%: кальцийcalcium 0,8-1,80.8-1.8 цирконийzirconium 0,3-0,70.3-0.7 железоiron 0,1-0,640.1-0.64 кремнийsilicon 0,05-0,40.05-0.4 алюминийaluminum остальное,rest,
получение литой заготовки диаметром от 8 до 12 мм путем кристаллизации расплава в электромагнитном кристаллизаторе, деформацию литой заготовки путем холодного волочения и стабилизирующий отжиг полученной проволоки при температуре 420-460°С в течение 1-10 часов.obtaining a cast billet with a diameter of 8 to 12 mm by melt crystallization in an electromagnetic mold, deformation of the cast billet by cold drawing and stabilizing annealing of the resulting wire at a temperature of 420-460°C for 1-10 hours. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что диаметр проволоки составляет менее 3,1 мм.2. Method according to claim 1, characterized in that the wire diameter is less than 3.1 mm. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что диаметр проволоки составляет менее 0,3 мм.3. Method according to claim 1, characterized in that the wire diameter is less than 0.3 mm.
RU2021122281A 2021-07-27 2021-07-27 Method of producing heat-resistant wire from aluminum-calcium alloy RU2767091C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021122281A RU2767091C1 (en) 2021-07-27 2021-07-27 Method of producing heat-resistant wire from aluminum-calcium alloy

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021122281A RU2767091C1 (en) 2021-07-27 2021-07-27 Method of producing heat-resistant wire from aluminum-calcium alloy

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2767091C1 true RU2767091C1 (en) 2022-03-16

Family

ID=80737000

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021122281A RU2767091C1 (en) 2021-07-27 2021-07-27 Method of producing heat-resistant wire from aluminum-calcium alloy

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2767091C1 (en)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB858373A (en) * 1957-11-06 1961-01-11 Furukawa Electric Co Ltd Aluminium alloys recrystallizing at lower temperature
CN102181755B (en) * 2011-04-08 2013-01-23 包头市北科创业高新材料有限责任公司 Low calcium-aluminum-manganese-iron alloy and preparation method thereof
RU2660492C1 (en) * 2017-11-03 2018-07-06 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Casting aluminum-calcium alloy
RU2699422C1 (en) * 2018-12-27 2019-09-05 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Deformed aluminum-calcium alloy
RU2716568C1 (en) * 2019-12-24 2020-03-12 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Deformed welded aluminum-calcium alloy
RU2716566C1 (en) * 2019-12-18 2020-03-12 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Method of producing deformed semi-finished products from aluminum-calcium composite alloy
CN107881369B (en) * 2017-10-27 2020-06-30 大唐东北电力试验研究所有限公司 Aluminum-calcium-antimony intermediate alloy inoculant and preparation method thereof
RU2741874C1 (en) * 2020-07-24 2021-01-29 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Cast aluminum-calcium alloy based on secondary raw materials

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB858373A (en) * 1957-11-06 1961-01-11 Furukawa Electric Co Ltd Aluminium alloys recrystallizing at lower temperature
CN102181755B (en) * 2011-04-08 2013-01-23 包头市北科创业高新材料有限责任公司 Low calcium-aluminum-manganese-iron alloy and preparation method thereof
CN107881369B (en) * 2017-10-27 2020-06-30 大唐东北电力试验研究所有限公司 Aluminum-calcium-antimony intermediate alloy inoculant and preparation method thereof
RU2660492C1 (en) * 2017-11-03 2018-07-06 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Casting aluminum-calcium alloy
RU2699422C1 (en) * 2018-12-27 2019-09-05 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Deformed aluminum-calcium alloy
RU2716566C1 (en) * 2019-12-18 2020-03-12 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Method of producing deformed semi-finished products from aluminum-calcium composite alloy
RU2716568C1 (en) * 2019-12-24 2020-03-12 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Deformed welded aluminum-calcium alloy
RU2741874C1 (en) * 2020-07-24 2021-01-29 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Cast aluminum-calcium alloy based on secondary raw materials

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20040191111A1 (en) Er strengthening aluminum alloy
CN112662915B (en) Aluminum alloy and preparation method and application thereof
KR102043774B1 (en) High formability magnesium alloy sheet and method for manufacturing the same
CN110195178B (en) High-strength high-plasticity heat-resistant flame-retardant magnesium alloy and manufacturing method thereof
CN110468306B (en) Aluminum alloy wire and method for producing same
JP2004076110A (en) Aluminum cast alloy for piston, piston and method for producing the same
JP7167478B2 (en) Aluminum alloy wire rod and manufacturing method thereof
CN115287503B (en) Aluminum-beryllium intermediate alloy and preparation method thereof
CN114438384A (en) Low-cost high-toughness flame-retardant magnesium alloy and preparation method of extrusion material thereof
KR20160136832A (en) High strength wrought magnesium alloys and method for manufacturing the same
CN113293329A (en) Low-cost high-strength high-heat-conductivity magnesium alloy material and manufacturing method thereof
JP6113371B2 (en) Aluminum alloy casting excellent in high-temperature strength and thermal conductivity, manufacturing method thereof, and aluminum alloy piston for internal combustion engine
EP3434797B1 (en) Advanced cast aluminum alloys for automotive engine application with superior high-temperature properties
JP7167479B2 (en) Aluminum alloy wire rod and manufacturing method thereof
JP2008075176A (en) Magnesium alloy excellent in strength and elongation at elevated temperature and its manufacturing method
JP2009249647A (en) Magnesium alloy excellent in creep characteristics at high temperature, and manufacturing method therefor
Yang et al. Comparison about effects of Ce, Sn and Gd additions on as-cast microstructure and mechanical properties of Mg–3.8 Zn–2.2 Ca (wt%) magnesium alloy
RU2767091C1 (en) Method of producing heat-resistant wire from aluminum-calcium alloy
CN112375935B (en) Method for preparing high-temperature-resistant high-strength cast aluminum-copper alloy
JP2004002987A (en) Aluminum alloy material for forging superior in high-temperature property
CN111378876B (en) Sc-containing aluminum alloy for vacuum pump rotor and preparation method thereof
CN112609114B (en) Magnesium alloy and preparation method and application thereof
JP7467633B2 (en) Powdered Aluminum Materials
JP2021070871A (en) Aluminum alloy forging and production method thereof
RU2778037C1 (en) Method for producing heat-resistant high-strength aluminum alloy wire