RU2779264C1 - Алюминиевый сплав - Google Patents
Алюминиевый сплав Download PDFInfo
- Publication number
- RU2779264C1 RU2779264C1 RU2022117130A RU2022117130A RU2779264C1 RU 2779264 C1 RU2779264 C1 RU 2779264C1 RU 2022117130 A RU2022117130 A RU 2022117130A RU 2022117130 A RU2022117130 A RU 2022117130A RU 2779264 C1 RU2779264 C1 RU 2779264C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- aluminum
- alloy
- zirconium
- strength
- alloys
- Prior art date
Links
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 22
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 26
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminum Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 23
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 17
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims description 13
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 8
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 abstract description 30
- 239000000956 alloy Substances 0.000 abstract description 30
- REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N aluminium(3+) Chemical class [Al+3] REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 21
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 9
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 5
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 5
- 101700034707 IACS Proteins 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 4
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 4
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 4
- 239000000047 product Substances 0.000 description 4
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 230000000930 thermomechanical Effects 0.000 description 3
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 2
- 230000000996 additive Effects 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 2
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 2
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001093 Zr alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910007735 Zr—Si Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 aluminum-zirconium Chemical compound 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052803 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000011265 semifinished product Substances 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 238000005482 strain hardening Methods 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium(0) Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам получения изделий электротехнического назначения на основе алюминия, применяемых для изготовления электротехнической катанки и проводов высоковольтных линий электропередач. Алюминиевый сплав содержит, мас. %: 0,15-0,3 Мо, 0,1-0,18 Zr, 0,07-0,08 Si, 0,09-0,13 Fe, Al – остальное. Полученный сплав имеет комплекс высоких эксплуатационных характеристик, а именно повышенную прочность и высокую электропроводность. 2 пр.
Description
Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам получения изделий электротехнического назначения на основе алюминия, применяемых для изготовления электротехнической катанки и проводов высоковольтных линий электропередач.
Алюминиевые сплавы широко применяют в изделиях электротехнического назначения, благодаря высокой электропроводности и коррозионной стойкости. Оптимальное сочетание легкого веса и умеренной электропроводности делает эти сплавы предпочтительными для производства проводов высоковольтных воздушных линий электропередач (ЛЭП) по сравнению с медными сплавами. Поэтому алюминиевая продукция отечественного производства является востребованным продуктом на российском рынке.
Для модернизации существующей электроэнергетической инфраструктуры необходимо применение новых термостабильных материалов, которые сочетают высокую электропроводность и достаточную прочность. В качестве алюминиевого сплава электротехнического назначения применяется преимущественно технический чистый алюминий. Известно, что рабочая температура электропроводов из алюминиевых сплавов обычно не превышает 100°С. Данные сплавы должны сочетать низкое электросопротивление, близкое к электрическому сопротивлению чистого алюминия и достаточную прочность при повышенных температурах, сохраняющуюся после нагревов вплоть до 250°С. Последнее требование исключает использование традиционных проводов из технического алюминия и сплавов типа АВЕ (сплавы с химическим составом в масс.%: 0,4 - 0,7 Fe, 0,45 - 0,6 Si, до 0,05 Cu, 0,45 - 0,6 Mg, до 0,05 Zn, Ti+V+Mn+Cr <0.015, Al – остальное), поскольку даже кратковременный нагрев свыше 200-250°С приводит к их сильному разупрочнению. Для решения этой проблемы наиболее перспективными являются алюминиевые сплавы, легированные цирконием. Легирование цирконием применяется для повышения прочности при комнатной температуре и обеспечения стабильности структуры и свойств при растяжении при повышенных температурах из-за образования дисперсных частиц.
Известен алюминиевый сплав, раскрытый в патенте RU 2544331 публ. 23.01.2014. Согласно данному патенту сплав на основе алюминия содержит компоненты в масс. %: цирконий 0,15-0,40, кремний 0,03-0,15, железо 0,15-0,35, магний 0,01-0,60, медь 0,005-0,01, цинк 0,005-0,02, бор 0,001-0,003, сумму примесей титана, хрома, ванадия, марганца до 0,030, алюминий - остальное. Сплав может быть использован преимущественно для изготовления катанки электротехнического назначения, а также деформированных полуфабрикатов, используемых в строительстве, машиностроении и других областях народного хозяйства.
Недостатком данного сплава является недостаточная прочность при высоких проводящих характеристиках и способности сохранять прочность после нагрева до высоких температур. При этом в состав сплава входит большое количество циркония, что обуславливает высокую стоимость конечного продукта.
Известен литейный алюминиевый сплав, раскрытый в патенте SU 1746737 публ. 30.11.1994. Согласно этому патенту данный сплав содержит компоненты в масс. %: медь 4,2 - 6,7, марганец 0,5 - 1,5, никель 0,05 - 2,0, цирконий 0,05 - 0,5, титан 0,05 - 0,5, кадмий 0,01 - 0,25, кобальт 0,05 - 1,0, молибден 0,05 - 0,5, алюминий – остальное. Алюминиевый сплав предназначен для применения в авиационно-космической технике и других отраслях народного хозяйства. Данный сплав после обработки показывает высокие прочностные свойства – предел прочности составляет 430-450 МПа.
Недостатком сплава является проведение дополнительной термической обработки для получения высоких свойств алюминиевого сплава. Также наблюдается недостаточная прочность после нагрева до высоких температур и низкая пластичность 4-7%.
Известен термостойкий высокопрочный алюминиевый сплав, раскрытый в патенте ЕР 0787811 публ. 06.08.1997. Согласно данному патенту сплав на основе алюминия содержит: 0,28-0,8 масс. % Zr; 0,1-0,8 Mn; 0,1-0,4 Сu; 0,16-0,3 Si. Способ получения проволоки из алюминиевого сплава включает следующие стадии: приготовление расплава при температуре не ниже чем 750+227Ч(Z-0,28)°С (где Z - концентрация циркония в сплаве, мас.%); охлаждение со скоростью не ниже чем 0,1°С/с; получение первичной (литой) заготовки с последующей горячей деформацией; термическую обработку при температуре 320-390°С в течение 30-200 часов и холодную деформацию.
К недостаткам данного способа можно отнести:
1. Высокая продолжительность термической обработки (более 100 часов).
2. В способе присутствует дополнительная холодная обработка, что усложняет технологический процесс получения требуемого уровня характеристик.
3. Низкую электропроводность (ниже 53% IACS) сплава после термомеханической обработки.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является алюминиево-циркониевый сплав, описанный в патенте RU 2696797 публ. 06.08.2019. Данный сплав содержит, масс. %: 0,22-0,4 Zr, 0,2-0,4 Si, 0,62-0,8 Fe, алюминий – остальное, при соотношении кремний/железо, равном 0,3-0,5.
В способе присутствует дополнительная термомеханическая обработка, что усложняет технологический процесс и приводит к увеличению затраченного времени на производство, что является нецелесообразным в промышленных условиях. При этом в состав сплава входит большое количество циркония, что обуславливает высокую стоимость конечного продукта.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка алюминиевого сплава, обладающего повышенной прочностью, достаточной электропроводностью, термостойкостью при низкой себестоимости без дополнительной термомеханической обработки.
Для решения поставленной задачи предлагается сплав на основе алюминия, содержащий молибден, цирконий, кремний, железо со следующим соотношением компонентов, масс. %: 0,15-0,3 Мо, 0,1-0,18 Zr, 0,07-0,08 Si, 0,09-0,13 Fe, Al – остальное.
Предложенный сплав отличается от прототипа тем, что содержит следующие компоненты в масс. %:
| Молибден | 0,15-0,3 |
| Цирконий | 0,1-0,18 |
| Кремний | 0,07-0,08 |
| Железо | 0,09-0,13 |
| Алюминий | остальное |
Техническим результатом изобретения является сплав, обладающий повышенной прочностью, достаточной электропроводностью, термостойкостью за счет полученного химического состава, что позволит применять его в качестве материалов электротехнического назначения, в частности, в качестве алюминиевой катанки и материала для ЛЭП.
Известно (Alabin, A.N.; Belov, A.N.; Korotkova, N.O.; Samoshina, M.E. Effect of annealing on the electrical resistivity and strengthening of low-alloy alloys of the Al-Zr-Si system. Metal Sci. Heat Treat. 2016, 58, 527–531; Belov, N.A.; Alabin, A.N.; Prokhorov, A.Y. Effect of zirconium additive on the strength and electrical resistivity of cold-rolled aluminum sheets. Izv. Vysh. Uchebn. Zaved. Tsvetn. Met. 2009, 4, 42–47.), что с увеличением количества легирующих элементов снижаются проводящие свойства сплава. Увеличение содержания циркония более 0,3 вес. % в алюминиевых сплавах приводит к выделению первичных включений Al3Zr, которые уменьшают механические свойства. Поэтому содержание циркония должно быть не более 0,3 вес. %. При этом низкое содержание циркония будет недостаточно для упрочнения при выделении частиц Al3Zr. Высокое содержание кремния значительно влияет на твердость и электропроводность исследуемых сплавов, в то время как отсутствие кремния приводит к образованию «вредных» игольчатых частиц Al3Fe после термической обработки. Поэтому оптимальное количество кремния должно быть 0,25-0,50 вес. % из-за образования фазы Al8Fe2Si с предпочтительной морфологией пластин.
Однако, немаловажным недостатком в ключе технологического применения легирующей добавки циркония является его высокая себестоимость. Одним из возможных вариантов оптимизации является его частичная замена молибденом. Эффективность использования молибдена в качестве легирующей добавки в рассматриваемом контексте производства стабильных высокопрочных алюминиевых сплавов представляет существенный интерес. Низкая диффузионная подвижность атомов молибдена в алюминии, составляющая 2,3×10-26 м2/с при температуре 300°C в совокупности с его ограниченной растворимостью в твердом растворе алюминия, равной 0,25 вес.% при температуре 660°C, резко снижается с уменьшением температуры, что способствует образованию частиц молибдена в алюминии. При комнатной температуре молибден имеет незначительную растворимость в алюминии. После литья и термической обработки микротвердость, предел текучести увеличиваются с увеличением содержания молибдена и достигают пиковых значений при 0,3 масс. % с последующим выходом на плато. При оптимальном содержании молибдена (0,3 масс. %), объемная доля частиц увеличивается, в то время как объемная доля зоны, свободной от частиц, значительно снижается по сравнению с основным сплавом, не содержащим молибден, что приводит к значительному увеличению прочности при повышенных температурах. Повышение прочности и термической стабильности при сохранении электропроводности за счет оптимизации химического состава алюминиевых сплавов позволит как уменьшить расход сплава на единицу длины провода, снизив его себестоимость, так и увеличить срок эксплуатации готовых изделий.
Примеры осуществления.
Пример 1. Алюминиевый сплав, содержащий не более 0,35 масс. % циркония и молибдена, выплавлен в тигельной печи под флюсом. Перед литьем производилась чистка тигля плавильной печи, переливного корыта и кристаллизатора алюминием. В качестве основы использовался алюминий марки А995 и сплавы AlZr10 и AlMo5 в соотношении 1:1. Выплавку проводили в тигельных печах под флюсом при температуре 760°С и скорости охлаждения 10°С/сек. Температура литья заготовок измерялась непосредственно перед заливкой в форму. Скорость литья составила 120 мм/мин, а скорость охлаждения кристаллизатора – 8 м3/ч. В соответствии с предложенным способом получен сплав следующего химического состава в мас.%: Al - 0,18 Zr - 0,15 Mo – 0,08 Si – 0,09 Fe.
Способ обеспечивает одновременное достижение хорошей удельной электропроводимости (IACS) и механических свойств: предела прочности и относительного удлинения до разрушения из алюминиевого сплава в литом состоянии.
Полученный алюминиевый сплав в литом состоянии обладает высокой удельной электропроводимостью составляющей 52% IACS и микротвердостью по Виккерсу равной 23 HV. В литом состоянии предел прочности составляет 62 МПа, а относительное удлинение до разрушения составляет 26,5%.
Пример 2. Алюминиевый сплав, содержащий не более 0,4 масс. % циркония и молибдена, был выплавлен в тигельной печи под флюсом. В качестве основы использовался алюминий марки А995 и сплавы AlZr10 и AlMo5 в соотношении 1:4. Выплавку проводили в тигельных печах под флюсом при температуре 760°С и скорости охлаждения 10°С/сек. Скорость литья составила 120 мм/мин. Диаметр кристаллизатора равен 145 мм, а скорость охлаждения кристаллизатора – 8 м3/ч. В соответствии с осуществленным способом получен сплав следующего химического состава в мас.%: Al - 0,10 Zr - 0,26 Mo – 0,07 Si – 0,13 Fe.
Способ обеспечивает одновременное достижение комплекса физико-механических свойств. Алюминиевый сплав в литом состоянии обладает хорошей удельной электропроводимостью равной 51% IACS и микротвердостью по Виккерсу равной 22 HV. В литом состоянии предел прочности составляет 62 МПа при относительном удлинении до разрушения 28,0%.
Claims (1)
- Алюминиевый сплав, содержащий цирконий, кремний, железо и алюминий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит молибден, при следующем соотношении компонентов, мас. %: 0,15-0,3 Мо, 0,1-0,18 Zr, 0,07-0,08 Si, 0,09-0,13 Fe, Al – остальное.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2779264C1 true RU2779264C1 (ru) | 2022-09-05 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU6910474A (en) * | 1973-05-17 | 1975-11-20 | Sumitomo Electric Industries, Ltd | Aluminium alloy for electric conductors |
| GB2121435B (en) * | 1981-10-15 | 1986-08-28 | Taiho Kogyo Co Ltd | Aluminium alloy bearing |
| SU1746737A1 (ru) * | 1990-05-03 | 1994-11-30 | Московский машиностроительный завод им.А.И.Микояна | Литейный сплав на основе алюминия |
| EP0787811A1 (en) * | 1996-01-30 | 1997-08-06 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | High-strength heat-resistant aluminium alloy, conductive wire, overhead wire and method of preparing the aluminium alloy |
| RU2686797C2 (ru) * | 2014-04-11 | 2019-04-30 | Бристоль, Инк., Д/Б/А Ремоут Аутомейшен Солюшенз | Контроллер потока нагнетания для воды и пара |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU6910474A (en) * | 1973-05-17 | 1975-11-20 | Sumitomo Electric Industries, Ltd | Aluminium alloy for electric conductors |
| GB2121435B (en) * | 1981-10-15 | 1986-08-28 | Taiho Kogyo Co Ltd | Aluminium alloy bearing |
| SU1746737A1 (ru) * | 1990-05-03 | 1994-11-30 | Московский машиностроительный завод им.А.И.Микояна | Литейный сплав на основе алюминия |
| EP0787811A1 (en) * | 1996-01-30 | 1997-08-06 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | High-strength heat-resistant aluminium alloy, conductive wire, overhead wire and method of preparing the aluminium alloy |
| RU2686797C2 (ru) * | 2014-04-11 | 2019-04-30 | Бристоль, Инк., Д/Б/А Ремоут Аутомейшен Солюшенз | Контроллер потока нагнетания для воды и пара |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106350716B (zh) | 一种高强度外观件铝合金材料及其制备方法 | |
| WO2021008428A1 (zh) | 一种超高强铝锂合金及其制备方法 | |
| CN113789459B (zh) | 一种铜镍锡合金及其制备方法和应用 | |
| CN105714148B (zh) | 一种调幅分解型高强铜镍锡合金 | |
| CN113278846B (zh) | 一种耐磨铜镍锡合金及其制备方法 | |
| CN102268575A (zh) | 一种铝合金材料及其制备方法 | |
| CN101974709A (zh) | 特软铝合金导体及其制备方法 | |
| CN106065443B (zh) | 铜合金及其制造方法 | |
| US20040238501A1 (en) | Electrode material and method for manufacture thereof | |
| CN112874058B (zh) | 一种建筑用铜钢固液复合双金属材料及其制备方法 | |
| CN100532599C (zh) | 一种抗疲劳的Cu-Ti合金及其生产方法 | |
| US20150376755A1 (en) | Copper alloy material for continuous casting mold and process for producing same | |
| CN112522549A (zh) | 一种高强、高导、耐蚀、可焊、良好热成型性能铝合金及其制备方法和应用 | |
| CN109988946A (zh) | 一种真空钎焊翅片材料及其制备方法 | |
| CN103898353A (zh) | 一种高强度高导电性能铜合金及其制备方法 | |
| CN104263992A (zh) | 电机整流子用铜银合金材料及其制备方法 | |
| US20190062876A1 (en) | Copper alloy containing tin, method for producing same, and use of same | |
| CN108570583B (zh) | 不含稀土低合金超高强韧镁合金及其制备方法 | |
| JP5555154B2 (ja) | 電気・電子部品用銅合金およびその製造方法 | |
| RU2722950C1 (ru) | Сплав на основе алюминия и способ получения изделия из него | |
| JPS6132386B2 (ru) | ||
| RU2779264C1 (ru) | Алюминиевый сплав | |
| KR101499096B1 (ko) | 스칸듐을 첨가한 알루미늄 합금 및 그 제조방법 | |
| CN114231793B (zh) | 一种重力铸造锌合金 | |
| CN112853150B (zh) | 一种化工用铜钢固液复合双金属材料及其制备方法 |