Способ получения сплавов на основе алюминия

 

Изобретение отиосится к способам получения сплавов на основе апю миния. Целью изобретения является поаьвпение прочности при комнатной . и повышенной температурах, а также длительной жаропрочности. К двойному сплаву алюминий-переходный металлы , например Zr, добавляют третий переходный металл, например Al-Cr, причем соотношение CrrZr

СОЮЗ СООЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСИИХ

РЕСПУБЛИН (51)5 С 22 С 1 02

ГОСУДАРСТВЕИИЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (46) 30.07„93. Бюл, Р 28 (21) 3849776/02 (22) 28.01,85 (72} В.М. Федоров, Ю.Г. Гольдер, В.В. Белоцерковец, В.Ю. Конкевич и Т.H. Лебедева (56) Алюминиевые сплавы. Плавка и литье алюминиевых сплавов . И.. Металлургия, 1970, с. 374-402.

Германн Э. Непрерывное литье, И.:

Иеталлургиздат, 1961, с. 568-590.

Цветные металлы, Ф 8, 1966, с. 81-86. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СПЛАВОВ НА ОСНОВК АЛЮИИНИЯ (57) Изобретение относится к спосо" бам получения сплавов на основе алюминия. Целью изобретения является повышение прочности при комнатной .

ÄÄSUÄÄ 1275913 А1 и повышенной температурах, а также длительной жаропрочности. К двойному сплаву алюминий-переходный металлы,. например Ег, добавляют третий переходный металл, например AI"Cr, причем соотношение Cr:Zr = (1,21,3): 1. Полученную смесь нагревают до получения однородного жидкого раствора, а затем перегревают на 100250 С выше температуры ликвидуса сплава и выдерживают при этой температуре .3-6 ч. После этого расплав сначала охлаждают с температуры перегрева расплава до температуры на 1-50 С ниже температуры солидуса данного сплава в безокислительной среде, а затем закристаллизовавшийся расплаВ охлаждают в воде или на воздухе до комнатной температуры.

1 табл.

1275913

Изобретение от11осится к металлурГ1311 1113етнь1Х метал Iolf и сплавов р в частности к технологии получения алюминиевых сплавов с Высоким содержанием тугоплавких переходиь1х металлов, и частности хрома и циркоиия.

Цель изобретения — повышение прочности при комнатной и повышенной температурах, а также длительной жаропрочиости.

Изобретение сос11оит в том, что к двойному сплаву алюминий-переходный металл, обраэу1ощий с алюминием диаг" рамму состояния перетектического типа, например, алюминий-хром, до,бавля1от третий переходный металл, например, цирконий, также образующий с алюминием диаграмму состояния перетектического типа, причем соотношение хрома,к цирконию должно составлять (1,2- 1,3): 1, Полученную смесь нагревают до получения однородного жидкого раствора, а затем перегревают на 100-250 С выше температуры ликвидуса сплава и выдерживают при этой температуре 3-6 ч. После этого, расплав сначала охлажда1от с температуры .перегрева расплава до температуры на 1"50 С ниже температуры солидуса данного сплава в беэ" окислительиой среде, а затем эакристаллизовавшийсн расплав охлаждают в воде или на воздухе до комнатной температуры.

Проведенные исследования показали, что если к двойному сплаву алюминийпереходный металл, образующий с amoмииием диаграмму состояния перетек" пчческого типа, например, алюмииийхром, добавить третий переходный металл, например, цирконий, также образующий с алюминием диаграмму состояния перетектического типа, то при всех исследованных скоростях охлажде11ия при кристаллизации от 10 до

10 /c наблюдается дополнительное увеличение растворимости как крома, как и циркония в алюминий, по сравнению с двойными сплавами алюминийхром и ал1оминий-цирконий. Причем наибольп1ая растворимость хрома и циркония в алюминии наблюдается только .тогда, когда концентрация хрома . несколько превышает содержание циркоиия в сплаве и их концентрации иа" ходятся в соотношении равном (1,21,33 11

Поиолиительиое увели 1еиие раот яоримости хрома и цирко13ыя B ял; и31ИИИ ПРН ЫХ СОВМЕС ГИОМ ВНРДЕ1113И 13 сплав объясняется уменьшением интервала кристаллизации между поверхностями ликвидуса и солидуса в диаграмме состояния между двумя химическими соединениями AI,/г и A7 CI. Как

1 показали исследования, при различных соотношениях хрома и циркоиия в тройном сплаве наименьшая температура ликвидус в тройных сплавах набл1одается при отношении хрома к циркоиию — (1,2- 1,3):1 по массе.

Приготовленную смесь компонентов нерегревают на 100-250"С иьпне температуры солидуса тройного сплава.

Если температура перегрева меньше, чем 100 С, то в структуре отливок наблюдаются первичиь1е иитерметаллы и эффект пересыщеиия тугоплавкими переходными металламы алюминия снижается и ие обеспечивается требуемый уровень прочиостиь1х свойств.

Если перегрев превып1ает 250 С, то расплав сильно насьпцается газами, что приводит к паде1нпо 11ротиост3лых

СВОЙСТ13

После выдержки расплав Вначале охлажда1ат в интервале температур от температуры перегрева до температуры на 1-50"C ниже температуры солидуса сплава в безокислительиой среде.Если конечная температура быстрого охлаждения будет cooTBcTOTI опять температуре солидуса сплава плы превышать его, то успеют пройти диффузионные процессы и перес1пце11ный твердый раствор переходных металлов в апюминии частично распадается, что приведет K сн1гжеи131о прочностных свойств.

Охлаждение до температурь1 ниже солидуса сплава, более чем íà 50 C потребует более высокой скорости охлаждения при кристаллизап1ии, чем достигаемая в имеющихся устройствах.

Это потребует применять более сложные установки, которые ие преднаэна" челы для промьпплеш3ого ттроизводства.

Охлаждение расплава 33 безокислительной среде, например, расплавленных солях, не приводит к образованию гидратироваииой окисиой пленки на поверхности отливок (гра13ул).последующее охлаждение закр31сталлпзовавшихся o T Elf f 33 o Y (Г р з и у л, я r l Ir o и н а т и ой

Т ем и е р а ту (> ы В I I f, I < . f I f I f I I ::3 f I O 3 Д у х Р

1 2759 (3 температурах, а также длительная жа" ропрочность.

Пример 1. Шихту сплава AE

З,OX Cr 2,5Х 7.r нагревали до 1120оС, что на.100 С вьпце температуры ликвн" дуса сплава (1020"С), выдерживали при этой температуре 3 часа и охлаждали с этой теМпературы до 671 С, о что на 1 С ниже температуры солидуса сплава (672 С) в расплаве солей, со> скоростью V „„ 32000 /с,а затем в холодной воде.

Пример 2. Сплав AI — 3,25Х

Сг :, 2,5Х Ег нагревали до l280 С, что на 250"С выше температуры ликвидуса сплава (1030 C), выдерживали при этой температуре 6 часов и охо лаждали с этой температуры до 623 С, что на 50 С ниже температуры солидуса сплава (673 С) в расплаве солей, со скоростью охлаждения Ч.мл

= 650000 /с, а затем в холодной воде.

Пример 3. Сплав AI 3,12Х

Cr 2,5X Zr нагревали до 1151 С, что на 125 С выше температуры ликвидуса сплава (1026 С), выдерживали прн этой температуре ч. ч и охлаждали с этой температуры до температуры

6/17 С, что на 25оС ниже температуры солидуса сплава (672 C) и расплаве солей, со скоростью охлаждения Ч,„

= 75000 /с, а затем охлаждали на воздухе.

Температура ликвидуса сплавов в сО зависимости от состава менялась в пределах 1020- 1030 С. В соответствии с предлагаемым способом сплавы в зависимости от состава перегревались на 100-250 С, то есть до температур от 1120 до !280 С. Перегретый расплав выдерживали при температуре от

3 до 6 часов и охлаждали с заданной скоростью с температуры нагрева до температуры на 1-50 С ниже темпераЗО туры солидуса данного сплава. Температура солидуса сплавов в зависимости от состава, колебалась в интервале 672-673еС.

Из отливок, полученных по указанным режимам, горячим компактировани- >5 ем были изготовлены брикеты и затем отпрессованы прутки диаметром

12 мм. На црутках были определены свойства при комнатной и повышенной

>2Q

Механические свойства прутков пол и предлагаемому спо

Результаты испытаний свойств прутков иэ сплавов системы AI-Сг-Zr npu комнаткой и повышенных температурах, полученных по различных технологическим режимам, представлены в таблице. ученных по известному собам

Иеланические свойстве,при, С

Пр дел дпительиод проч»

ffps

330 С в

100 ч к 330.

100 ) редел литель" о8 прочостьей 23O С а 100 ч д 230 >

10О, г/мме

Состонние имечание номер пример структуры отливок

330

20 предел .отнотеку- ситеи чести, ное

Ь 0,2 1 удлиgg/èêe пение

6,2

> редел прсде роч- текуости, чести

r/им> 60,2, кг/ки1

mw прочности, кг/>о>>, 6 отиосите>п ное удлинение о.я

1КГ/>ем

41,2 40,8 11,9 14,0 13,4

Однородны>1 твердый раствор лоаерлнос ти

41.8 41,2 116 142 13 ° 8

То л>е хотя и ири1>олит к образованию окисной пленки толщиной 10-20 п, но не

1 ухудшле1 качество готовых 11олуфабри" катов.

Исследования проводили 11а алюминиевых сплавах системы А1-Сг-Zr.Отношение хрома к цнрконию в этих сплавах было выбра11о из расчета (1,2l,3) Cr : 1 Zr.

Были приготовлены следующие спла- 1О

AT — 3,0Х Cr — 2,5Х Zr (— = 1,2)

Сг

Af — 3,25Х Cr — 2,5Х. Zr (— = 1,3) 15

Cr

7.r

М " 3,12X Cr — 2,5Х Zr (— = 1,25)

Cr

Ег

17 ° 2 11,0 4 ° 6 Харак>ее качества

16,8 11,4 4,8 то ие

1275913

Продслжение таблнпь1

Неяеяические свойстве при, 0

Прииечение

Иомер Состояние щппеер струя тури отлииоя

П радел длительной прочяости при 250 С ее 100 ч

6 250

100, кгlюе

350 отио ситель еое удлинение

8,2 пред теку честм

00, яг/ми едал очстит

/ess1 предал прочости, г/им, 6 предел текучести, 60,2, к г/see тиоитель ое

ДЛИ» ение,,2 l к г/ю<

43 42,1 12,6 14,8 13,9 16,7 11,8 4,9

Н

То пе

4 (Ирототип) » «" " .

9,8 9,6 26 9,60 4,2 Хороаее поверякость

32 29 13 с последующим охлаждением, о т л нч а ю шийся тем, что, с целью повьппения проччости при комнатной и повышенной температурах, а также длительной жаропрочности, хром и. цирконий вводят в жидкий алюминий при соотношениях хрома и циркония в пределах (1,2"1,3):1 по массе, затем жидкий расплав перегревают до 100250 С вьппе температуры ликвидуса сплава, выдерживают при этой температуре 3-6 ч, охлаждают сначала в беэокислительной среде до температуры на 1-50 С ниже температуры солидуса данного сплава, а далее в воде или на воэдухе, Формула изобретения. Составитель В. Бадовский

Редактор Н. Тимонина ТехредЛ.Олейник Корректор Е

Заказ 3088

Тираж Подписное

ВНИИЙИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

ll13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5, ПРоизводственно-полигРафическое пРедпРинтиае.г. УжгоРод, Ул. ПРоектнаЯ,4

Как видно иэ результатов испыта" ний механиЧеских свойств прутков, пряготовление сплава по предлагаемому способу обеспечивает на сплаве

АМСг-Zr повышение прочностных свойств при комнатной температуре на

10 кг/мм, при 350 С - на 4 кг/мм

И повышение длительной прочности на

0,5 кг/ммЯ беэ снижения пластических характеристик..Способ получения сплавов на основе алюминия, включающий введение

Х33ома и циркония в жидкий алюминий

Предел дли» тельной прочпри

350 C s

100 ч

8 350, 100,