Термостойкий сплав на основе алюминия и способ получения из него деформированных полуфабрикатов

Изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым сплавам на основе алюминия, и может быть использовано при получении изделий, работающих в диапазоне температур до 350°С.

Сплав содержит, мас.%: 0,6-1,5 Cu; 1,2-1,8 Mn; 0,2-0,6 Zr; 0,05-0,25 Si; 0,1-0,4 Fe; 0,01-0,3 Cr; Al остальное, при этом сплав содержит цирконий в своей структуре в виде наночастиц фазы Al3Zr с размером не более 20 нм, а марганец преимущественно образует вторичные выделения фазы Al20Cu2Mn3 с размером не более 500 нм в количестве не менее 2 об.%. Способ получения деформированного полуфабриката из упомянутого сплава включает приготовление расплава и получение литой заготовки путем кристаллизации расплава при температуре, не менее чем на 50°С превышающей температуру ликвидуса, деформирование литой заготовки в два этапа с промежуточным отжигом при 340-450°С при температуре, не превышающей 350°С, с получением промежуточного деформированного полуфабриката, отжиг полученного полуфабриката при температуре 340-450°С и его деформирование при комнатной температуре до получения готового деформированного полуфабриката и отжиг готового деформированного полуфабриката при температуре 300-400°С. Технический результат заключается в повышении прочности, термостойкости и электропроводности сплава на основе алюминия, а также деформированных полуфабрикатов в виде листов, прутков, проволоки, штамповок, труб, выполненных из него. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 6 пр., 8 табл., 3 ил.

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым сплавам на основе алюминия, и может быть использовано при получении изделий, работающих в диапазоне температур до 350°C.

Высокая прочность предлагаемого сплава при повышенных температурах позволяет значительно расширить ассортимент изготавливаемых изделий за счет снижения массы и продления срока службы.

Из сплава могут быть получены такие детали двигателей, как корпуса, крышки, сопла, задвижки, фланцы и т.д. Он рекомендуется как альтернатива сталям и чугунам для изготовления деталей водозаборной арматуры и ступеней погружных насосов для нефтегазового комплекса. Данный сплав также предназначен для получения изделий электротехнического назначения, от которых требуется сочетание высокой электропроводности, достаточной прочности и термостойкости, в частности самонесущих проводов линий электропередач, контактных проводов скоростного железнодорожного транспорта, бортовых проводов самолетов и т.д.

Деформируемые алюминиевые сплавы системы Al-Cu-Mn характеризуются относительно высокими прочностными свойствами при комнатной температуре, хорошей технологичностью при обработке давлением и высокой жаропрочностью (до 250-300°C). Оптимальная концентрация меди в сплавах этого типа составляет 5-7% (здесь и далее масс.%), что соответствует или несколько превышает ее предельную растворимость в алюминиевом твердом растворе - (Al). Такое содержание меди приводит к образованию максимального количества вторичных выделений фазы Al2Cu при старении. Дополнительно все эти сплавы содержат марганец в количестве до 1%, который обеспечивает высокие жаропрочные свойства, а также цирконий до 0,25%, который существенно повышает стабильность алюминиевого твердого раствора за счет повышения температуры начала рекристаллизации.

В частности, известен сплав на основе алюминия AA2219 (Hatch J.E. (ed.) Aluminum: Properties and Physical Metallurgy, ASM, Metals. Park, 1984 и Kaufman G.J. Properties of Aluminum Alloys: Fatigue Data and Effects of Temperature, Product Form, and Process Variables, Materials Park, ASM International, 2008, 574 p.), который содержит 5,8-6,3% Cu, 0,2-0,4% Mn, 0,02-0,10% Ti, 0,05-0,15% V и 0,1-0,25% Zr.

Деформируемые полуфабрикаты, полученные из слитков этого сплава, имеют сравнительно высокие механические свойства при комнатной температуре. Хорошая жаропрочность сплава AA2219 при температурах до 250-300°C преимущественно обеспечивается наличием в структуре дисперсоидов фазы Al20Cu2Mn3, количество которых не превышает 1,5 об.%.

Недостатки указанного сплава заключаются в следующем. Нагрев свыше 300°C приводит к сильному разупрочнению из-за огрубления основной фазы упрочнителя Al2Cu. Кроме того, способ производства деформируемых полуфабрикатов из слитков требует сложной технологии, включающий высокотемпературный гомогенизирующий отжиг, обработку давлением, нагрев полуфабрикатов свыше 500°C под закалку, закалку в воде и старение, что существенно удорожает стоимость конечного изделия. При этом из-за высокотемпературного гомогегизационного отжига свыше 450°C в структуре сплава AA2219 вторичные выделения фазы Al20Cu2Mn3 имеют размер более 500 нм, определяющих конструкционную прочность при повышенных температурах. Пониженная коррозионная стойкость сплава AA2219 требует обязательного применения различных защитных покрытий, а пониженная электропроводность сплава AA2219 (не выше 30% IACS в состоянии T6) ограничивает его использование в изделиях электротехнического назначения. При этом основная причина низкой электропроводности состоит в относительно высоком содержании легирующих элементов в алюминиевом твердом растворе, в частности, меди и марганца.

Известен термостойкий высокопрочный алюминиевый сплав, проводниковая проволока, воздушный провод и метод его изготовления (EP 0787811 A1, опубл. 06.08.1997). Согласно данному изобретению сплав на основе алюминия содержит: 0,28-0,8% Zr; 0,1-0,8% Mn; 0,1-0,4% Cu; 0,16-0,3% Si и другие добавки. Способ получения из него проволоки включает приготовление расплава при температуре не ниже чем 750+227·(Z-0,28)°C (где Z - концентрация циркония в сплаве, масс.%), охлаждение со скоростью не ниже чем 0,1 К/с, получение первичной (литой) заготовки, ее термообработку при температуре 320-390°C в течение 30-200 часов и деформирование.

Недостатки известного изобретения заключаются в недостаточной электропроводности (ниже 53% IACS) и длительной продолжительности термообработки (более 30 часов). Возможность получения из данного сплава, кроме проволоки, других деформированных полуфабрикатов (в частности, листов) в изобретении не рассматривается. Кроме того, недостатком данного материала является недостаточный уровень термостойкости в виду присутствия в структуре малого количества дисперсоидов фазы Al20Cu2Mn3, определяющих конструкционную прочность при высоких температурах.

Наиболее близким к изобретению являются термостойкий сплав на основе алюминия и способ получения из него деформированных полуфабрикатов (RU 2446222, опубл. 27.03.2012). Сплав имеет следующее соотношение компонентов: 0,9-1,9% Cu; 1,0-1,8% Mn; 0,2-0,64% Zr; 0,01-0,12% Sc; 0,15-0,4% Fe и 0,05-0,15% Si. Данный сплав благодаря добавкам циркония и скандия обладает высокими механическими свойствами, чем сплав AA2219, не только при комнатной, но и после длительного нагрева при 300°C.

Способ получения деформированных полуфабрикатов согласно известному изобретению включает приготовление расплава при температуре, превышающей температуру ликвидуса не менее чем на 50°C, получение литой заготовки путем кристаллизации расплава, деформирование литой заготовки при температуре, не превышающей 350°C, промежуточный отжиг деформированной заготовки при температуре 300-455°C, деформирование отожженной заготовки при комнатной температуре и отжиг при температуре 300-350°C с получением готового деформированного полуфабриката.

К недостаткам данного изобретения следует отнести существенное снижение прочностных характеристик при нагреве выше 550°C за счет значительного огрубления дисперсоидов фазы Al3(Zr,Sc). Это делает невозможным применение данного материала для высокотемпературной пайки при 560-600°C, а также высокая цена на скандий существенно повышает стоимость конечного изделия, что ограничивает широкое применение этого материала. Другим недостатком является быстрый распад алюминиевого твердого раствора с выделением дисперсоидов фазы Al3(Zr,Sc) при деформировании литой заготовки, что существенно снижает технологичность при обработке давлением.

Технический результат, достигаемый в первом и втором объектах изобретения, заключается в создании нового термостойкого сплава на основе алюминия, который в виде различных деформируемых полуфабрикатов (листов, прутков, проволоки, штамповок, труб) обладает повышенной прочностью, термостойкостью и электропроводностью.

При этом достигается временное сопротивление сплава на разрыв более 300 МПа, электропроводность более 53% IACS, относительное удлинение превышает 4%, а предел текучести после 100-часового нагрева при 300°C превышает 260 МПа.

Указанный технический результат достигается в первом объекте изобретения следующим образом.

Сплав на основе алюминия содержит медь, марганец, цирконий, кремний, железо и хром при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Медь 0,6-1,5
Марганец 1,2-1,8
Цирконий 0,2-0,6
Кремний 0,05-0,25
Железо 0,1-0,4
Хром 0,01-0,3
Алюминий Остальное,

при этом сплав содержит цирконий в своей структуре в виде наночастиц фазы Al3Zr с размером не более 20 нм, а марганец преимущественно образует вторичные выделения фазы Al20Cu2Mn3 с размером не более 500 нм в количестве не менее 2 об.%.

Указанный технический результат достигается во втором объекте изобретения следующим образом.

Способ получения деформированного полуфабриката из вышеописанного сплава на основе алюминия включает приготовление расплава сплава и получение литой заготовки путем кристаллизации расплава, которые проводят при температуре, превышающей температуру ликвидуса не менее чем на 50°C.

Затем получают промежуточный деформированный полуфабрикат путем деформирования литой заготовки при температуре, не превышающей 350°C, которое проводят в два этапа с промежуточным отжигом при 340-450°C.

После этого проводят отжиг промежуточного деформированного полуфабриката при температуре 340-450°C и получают готовый деформированный полуфабрикат путем деформирования промежуточного деформированного полуфабриката при комнатной температуре.

В заключение проводят отжиг готового деформированного полуфабриката при температуре 300-400°C.

При этом в частных случаях деформирование литой заготовки проводят при комнатной температуре.

Различные деформированные полуфабрикаты могут быть выполнены в виде катаного листа, проволоки, прессованного прутка и штамповок.

Матрица разработанного сплава на основе алюминия содержит дисперсоиды (вторичные алюминиды переходных металлов, в частности: Mn, Cr, Zr) и не содержит фазу Al2Cu. При этом распределение дисперсоидов в алюминиевой матрице является равномерным, а концентрации элементов в алюминиевом твердом растворе, в том числе, формирующих дисперсоиды (Mn, Cr, Zr), минимальны.

Обоснование заявляемых количеств легирующих компонентов в данном сплаве приведено ниже.

Марганец и медь в заявляемых количествах необходимы для образования дисперсоидов Al20Cu2Mn3 в количестве не менее 2 об.% с размером не более 500 нм. При меньших концентрациях количество последних будет недостаточным для достижения требуемой прочности и жаропрочности, а при больших количествах будут понижены электропроводность, а также характеристики технологичности при обработке давлением. В случае образования в структуре дисперсоидов фазы Al20Cu2Mn3 с размером более 500 нм прочностные характеристики при повышенной температуре будут существенно снижены.

Цирконий в заявляемых количествах необходим для образования наночастиц фазы Al3(Zr) (кристаллическая решетка L12), имеющих средний размер не более 20 нм. При меньших концентрациях количество последних будет недостаточным для достижения требуемой прочности и термостойкости, а при больших количествах имеется опасность появления первичных кристаллов (кристаллическая решетка D023), что негативно сказывается на механических свойствах и технологичности.

Хром в заявленных количествах может замещать марганец в фазе Al20Cu2Mn3 или образовывать другой дисперсоид (например, Al7Cr), которые также положительно сказываются на жаропрочности. Кроме того, добавка хрома замедляет распад алюминиевого твердого раствора при получении промежуточного деформированного полуфабриката путем деформирования литой заготовки при температуре до 350°C.

Железо и кремний в заявляемых количествах необходимы для образования эвтектических включений (в частности, фазы Al15(Fe,Mn)3Si2), способствующих более равномерной деформации в микрообъемах в процессе обработки давлением. Наличие этих элементов положительно сказывается на формировании окончательной структуры, в частности, на равномерности распределения дисперсоидов Al20Cu2Mn3 и наночастиц Al3Zr.

Обоснование заявляемых технологических параметров способа получения деформированных из данного сплава приведено ниже.

Снижение температуры расплава ниже чем на TL+50°C (TL - температура ликвидуса сплава) может привести к образованию в процессе кристаллизации грубых первичных кристаллов фазы Al3Zr и снижению концентрации циркония в алюминиевом твердом растворе. Следствием этого будет уменьшение количества наночастиц в окончательной структуре, что приведет к снижению прочностных свойств.

Если температура деформирования исходной заготовки будет превышать 350°C, то размеры вторичных выделений, содержащих Zr, могут превысить 20 нм, что негативно скажется на прочностных свойствах.

Если температура промежуточного отжига деформированного полуфабриката будет ниже 340°C, то в структуре будут отсутствовать дисперсоиды фазы Al20Cu2Mn3 в необходимом количестве для достижения высоких прочностных свойств.

Если температура промежуточного отжига деформированного полуфабриката будет превышать 450°C, то размеры вторичных выделений, содержащих Zr, могут превысить 20 нм, а вторичные выделения, содержащие Cu и Mn, в частности Al20Cu2Mn3, могут превысить размер 500 нм, что негативно скажется на прочностных свойствах.

Если температура отжига готового деформированного полуфабриката будет ниже 300°C, то относительное удлинение готового деформированного полуфабриката будет ниже 4%.

Если температура отжига готового деформированного полуфабриката будет превышать 400°C, то размеры вторичных выделений, содержащих Zr, могут превысить 20 нм, что негативно скажется на прочностных свойствах.

Для определения температуры ликвидуса (TL) могут быть использованы как экспериментальные, так и расчетные методы, обеспечивающие достаточную точность. В частности, рекомендуется использование программы Thermo-Calc (база данных TTAL5 или выше).

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 приведены технологические схемы получения деформированных полуфабрикатов из заявленного сплава и промышленного сплава AA2219.

На фиг.2 показана типичная микроструктура деформированного полуфабриката (лист) сплава №2 (табл.1), полученная методом сканирующей электронной микроскопии, на которой изображен алюминиевый твердый раствор, на фоне которого расположены частицы железистой фазы. На фиг.3. показана типичная микроструктура деформированного полуфабриката (лист) сплава №4 (табл.1), полученная методом просвечивающей электронной микроскопии, на которой изображены дисперсоиды фазы Al20Cu2Mn3 (фиг.3а) на фоне алюминиевого твердого раствора и частица (дисперсоид) фазы Al3Zr на на фоне алюминиевого твердого раствора.

Сравнение приведенных на фиг.1 схем наглядно демонстрирует существенное снижение времени (высокая технологичность при обработке давлением без гомогенизационного отжига и сокращенный технологический цикл изготовления полуфабриката), снижение трудоемкости и энергетических затрат производства деформированных полуфабрикатов из заявленного сплава. При этом не требуется использования закалочного оборудования (закалочных печей и емкостей), что снижает брак, связанный с короблением деформируемых полуфабрикатов, возникающий при закалке. Высокие механические свойства и высокая термическая стабильность и жаропрочность существенно расширяют область применения данного материала, в том числе и при повышенных температурах.

Примеры конкретного выполнения изобретения.

Получение сплава по изобретению возможно на серийном промышленном оборудовании, используемом для производства деформируемых алюминиевых сплавов. Сплавы для заявляемого материала были приготовлены в электрической печи сопротивления из алюминия (99,99%), меди (99,9%) и двойных лигатур (Al-Mn, Al-Zr, Al-Fe, Al-Cr, Al-Si) в графитошамотных тиглях. Состав сплава для заявляемого материала соответствовал составам 2-4 в табл. 1. Плоские (сечением 15×60 мм) и круглые (диаметром 44 мм) слитки получали литьем в графитовые и стальные изложницы, соответственно. Температура литья превышала температуру ликвидуса TL не менее чем на 50°C. Значения температуры ликвидуса TL для каждого сплава рассчитывали с использованием программы Thermo-Calc (база данных TTAL5).

Деформацию плоских и цилиндрических слитков методом плоской прокатки, деформации штамповкой, прессования и волочения проводили на лабораторном оборудовании: прокатном стане, прессе и волочильной машине. Деформацию литой заготовки проводили в два этапа. Сначала получали промежуточный деформированный полуфабрикат путем деформирования литой заготовки при температуре не выше 350°C. Далее проводили промежуточный отжиг при температуре 340-450°C в муфельной электропечи. Конечные деформированные полуфабрикаты получали при комнатной температуре. В заключение проводили отжиг готового деформированного полуфабриката при температуре 300-400°C.

Структуру сплавов изучали в электронном сканирующем (JSM-35 CF) и электронном просвечивающем (JEM 2000 EX) микроскопах. Типичные микроструктуры показаны на фигурах 2 и 3.

Испытание на растяжение проводили на универсальной испытательной машине Zwick Z250, со скоростью 4 мм/мин и расчетной длиной 50 мм. При этом определяли временное сопротивление при растяжении (σв), предел текучести (σ0,2) и относительное удлинение (δ). Механические свойства деформированных полуфабрикатов также определяли после отжига при 300°C в течение 100 часов, которые служили одновременно и характеристиками как прочности, так и термостойкости.

Измерение удельного электросопротивления ρ проволоки и плоских образцов заданных размеров проводили с помощью цифрового программируемого миллиомметра Gw INSTEK GOM-2. Далее рассчитывались значения электропроводности в процентах от чистой меди (IACS).

ПРИМЕР 1

В соответствии с предложенным способом были приготовлены 6 сплавов. Составы сплавов, температуры ликвидуса и объемные доли дисперсоидов фазы Al20Cu2Mn3 при 300°C приведены в табл.1. Механические свойства и электропроводность холоднокатаных листов определяли после отжига при 300°C в течение 100 часов.

Таблица 1
Химический состав экспериментальных сплавов и температура ликвидуса
Концентрации, масс.% TL2, °C QV3, об.%
Cu Mn Zr Fe Cr Si Al
1 0,5 0,5 0,1 <0,01 <0,01 <0,01 ост. 665 1,56
2 0,6 1,2 0,6 0,4 0,3 0,15 ост. 830 2,11
3 1,5 1,5 0,36 0,25 0,01 0,05 ост. 780 5,75
4 1,9 1,8 0,2 0,14 0,15 0,25 ост. 741 6,94
5 2,5 2,5 0,8 0,5 0,5 0,3 ост. 865 9,80
61 0,25 0,45 0,5 <0,01 <0,01 0,22 ост. 811 0,43
1 сплав (дополнительно содержит 0,05% V);
2 расчетная температура ликвидуса (расчет проведен с помощью программы Thermo-Calc (база данных TTAL5));
3 рассчитанная объемная доля дисперсоидов фазы Al20Cu2Mn3 при 300°C (расчет проведен с помощью программы Thermo-Calc (база данных TTAL5))

Как следует из табл.1, предлагаемый сплав (составы №№2-4) содержит вторичные выделения фазы Al20Cu2Mn3 в количестве не менее 2 об.%, размер которых не превышает 500 нм. Сплавы №1 и №6 характеризуются наличием в структуре вторичных выделений фазы Al20Cu2Mn3 в количестве менее 2 об.%.

Механические свойства на растяжение и электропроводность листов, полученных по заявленному способу, после отжига при 300°C в течение 100 часов приведены в табл.2.

Как следует из табл.2, предлагаемый сплав (составы №№2-4) обладает в отожженном состоянии заданным уровнем прочности, термостойкости и электропроводности, что определяется присутствием в структуре дисперсоидов фаз Al3Zr с размером не более 20 нм и Al20Cu2Mn3 с размером не более 500 нм. Сплав №1 характеризуется пониженной прочностью, а сплав №5 - пониженной технологичностью при обработке давлением, что не позволяет получать из него качественные листы. Прототип (№6) имеет в отожженном состоянии недостаточный уровень прочностных свойств и пониженные значения IACS.

Таблица 2
Механические свойства на растяжение и электропроводность листов после отжига при 300°C в течение 100 часов
№* σв, МПа σ0,2, МПа δ, % IACS, %
1 240 180 9,1 55
2 320 280 5,1 54
3 330 290 4,5 54
4 340 320 4,1 53
5 Трещины при прокатке
6 285 230 7,8 41
* по табл.1

ПРИМЕР 2

Из заявленного сплава состава 3 (табл. 1) в соответствии с предложенным способом была получена проволока и прессованный пруток. Как видно из табл.3 и табл.4, предлагаемый сплав обладает в виде проволоки и прессованного полуфабриката в отожженном состоянии после отжига при 300°C в течение 100 часов заданным уровнем как прочности, так и электропроводности. При этом размер дисперсоидов Zr - содержащей фазы (Al3Zr) составлял около 10 нм, а дисперсоидов фазы Al20Cu2Mn3 не превышал 200 нм.

Таблица 3
Механические свойства на растяжение и электропроводность проволоки после отжига при 300°C в течение 100 часов
d, мм1 σв, МПа σ0,2, МПа δ, % IACS, %
2 345 330 4,1 54
4 335 300 4,9 54
1 диаметр проволоки
Таблица 4
Механические свойства на растяжение и электропроводность прессованного прутка после отжига при 300°C в течение 100 часов
d, мм1 σв, МПа σ0,2, МПа δ, % IACS, %
10 355 335 5,2 54
16 340 330 5,8 54
1 диаметр прутка

ПРИМЕР 3

Из заявленного сплава состава 3 (табл.1) в соответствии с предложенным способом были получены штампованные диски по трем режимам (табл.5):

а) промежуточный деформированный полуфабрикат получали путем деформирования литой заготовки при 450°C;

б) промежуточный деформированный полуфабрикат получали путем деформирования литой заготовки при 350°C;

в) промежуточный деформированный полуфабрикат получали путем деформирования литой заготовки без подогрева (при комнатной температуре).

Далее полученные штамповки были подвергнуты промежуточному отжигу при температуре 340-450°C, с последующей деформацией при комнатной температуре. В заключение проведен отжиг при 300°C в течение 100 часов.

Таблица 5
Механические свойства на растяжение и электропроводность штамповок после отжига при 300°C в течение 100 часов
Td, °C1 σв, МПа σ0,2, МПа δ, % Размер дисперсоидов фазы Al20Cu2Mn3, нм
450 260 225 8,2 650
350 320 275 5,0 250
25 330 290 4,1 150
1 начальная (максимальная) температура деформирования

Как видно из табл.5, штамповки, полученные при деформировании литой заготовки при комнатной температуре и 350°C обладают заданным уровнем как прочности, так и электропроводности, что определяется размерами вторичных выделений, содержащих Zr, размер которых не превышет 20 нм и дисперсоидов фазы Al20Cu2Mn3, размер которых не превышает 500 нм. Штамповки, полученные при деформировании литой заготовки при 450°C характеризуются пониженной прочностью, что определяется большим размером вторичных частиц Zr-содержащей фазы свыше 50 нм.

ПРИМЕР 4

Из заявленного сплава состава 3 (табл.1) были получены слитки при разных температурах литья 950, 830 и 700°C. Из слитков были получены деформированные полуфабрикаты (листы) по следующему способу: деформированный полуфабрикат получали путем деформирования литой заготовки при температуре, не превышающей 350°C, далее промежуточный отжиг при 340-450°C. После этого получали готовый деформированный полуфабрикат путем деформирования промежуточного деформированного полуфабриката при комнатной температуре. В заключение проводили отжиг готового деформированного полуфабриката при температуре 300°C в течение 100 часов.

Как видно из табл.6, снижение температуры литья ниже, чем в предложенном способе, приводит к падению прочностных свойств, что связано с наличием в структуре первичных кристаллов фазы Al3Zr (D023) с размером 10-100 мкм. Только при температуре литья выше чем TL+50°C предлагаемый сплав обладает заданным уровнем как прочности, так и электропроводности, при этом цирконий в структуре присутствует в виде наночастиц фазы Al3Zr (L12) с размером менее 20 нм.

Таблица 6
Механические свойства на растяжение и электропроводность листов после отжига при 300°C в течение 100 часов в зависимости от температуры литья
Т, °C1 ΔТ, °C σв, МПа σ0,2, МПа δ, % IACS, %
950 170 330 290 6,2 54
830 50 330 290 6,0 54
700 -80 220 180 8,5 55
1 температура литья;
ΔТ - разница между температурой литья и температурой ликвидуса

ПРИМЕР 5

В соответствии с предложенным способом была получена литая заготовка из сплава №3 (табл.1). Далее промежуточный деформированный полуфабрикат получали путем деформирования литой заготовки при температуре не более 350°C. Промежуточный отжиг листов заявленного сплава (табл.1) проводили при разных температурах (300, 340, 400, 450 и 550°C). Далее из них получали готовые холоднокатаные листы, которые термообрабатывали при 300°C. Как видно из табл.7, только при температуре промежуточного отжига в интервале 340-450°C предлагаемый сплав в своей структуре содержит дисперсоиды фазы Al20Cu2Mn3 с размером менее 500 нм и обладает заданным уровнем как прочности, так и электропроводности. Снижение температуры отжига ниже 340°C приводит к падению электропроводности, при этом распад алюминиевого твердого раствора с выделением дисперсоидов фазы Al20Cu2Mn3 затруднен (частицы этого вида отсутствовали) в течение заданного времени, что связано с низкой диффузией марганца в алюминиевом растворе. Повышение температуры выше 450°C приводит к падению прочностных свойств и увеличению размеров дисперсоидов фазы Al20Cu2Mn3 свыше 500 нм, а частиц фазы Al3Zr более 100 нм.

Таблица 7
Механические свойства на растяжение и электропроводность холоднокатаных листов в зависимости от температуры промежуточного отжига
Т, °C1 σв, МПа σ0,2, МПа δ, % IACS, % Размер дисперсоидов фазы Al3Zr, нм Размер дисперсоидов фазы Al20Cu2Mn3, нм
300 270 250 6,0 34 <10 -
340 320 280 5,1 53 <20 <150
400 335 290 4,8 53 <20 <200
450 330 290 4,5 54 <20 <300
550 230 190 8,2 45 >100 >500
1 максимальная температура промежуточного отжига

ПРИМЕР 6

Конечные деформированные полуфабрикаты, полученные предложенным способом, в виде листов (толщиной 1 мм) из заявленного сплава состава 3 (табл.1) отжигали при разных температурах (200, 300, 350, 400 и 500). Как видно из табл.8, только при температуре отжига в интервале 300-400°C предлагаемый сплав обладает заданным уровнем механических характеристик, при этом сплав в структуре содержит цирконий в виде наночастиц фазы Al3Zr с размером не более 20 нм, а марганец образует вторичные выделения фазы Al20Cu2Mn3 с размером не более 500 нм.

Снижение температуры отжига ниже 300°C приводит к падению относительного удлинения, а ее повышение выше 400°C приводит к падению прочностных свойств, что связано с огрублением вторичных выделений фазы Al3Zr, размер которых в этом случае превышает 50 нм.

Таблица 8
Механические свойства на растяжение и электропроводность холоднокатаных листов в зависимости от температуры конечного отжига
T, °C1 σв, МПа σ0,2, МПа δ, % Размер дисперсоидов фазы Al3Zr, нм
200 335 300 2,9 <20
300 330 290 4,0 <20
350 320 275 4,2 <20
400 300 265 6,1 <20
500 240 200 8,5 >50
1 максимальная температура конечного отжига листов

1. Сплав на основе алюминия, содержащий медь, марганец, цирконий, кремний, железо и хром при следующем соотношении компонентов, мас.%:

медь 0,6-1,5
марганец 1,2-1,8
цирконий 0,2-0,6
кремний 0,05-0,25
железо 0,1-0,4
хром 0,01-0,3
алюминий остальное,

при этом сплав содержит цирконий в своей структуре в виде наночастиц фазы Al3Zr с размером не более 20 нм, а марганец преимущественно образует вторичные выделения фазы Аl20Сu2Мn3 с размером не более 500 нм в количестве не менее 2 об.%.

2. Способ получения деформированного полуфабриката из сплава на основе алюминия по п.1, включающий приготовление расплава упомянутого сплава и получение литой заготовки путем кристаллизации расплава, которые проводят при температуре, превышающей температуру ликвидуса не менее чем на 50°С, получение промежуточного деформированного полуфабриката путем деформирования литой заготовки при температуре, не превышающей 350°С, которое проводят в два этапа с промежуточным отжигом при 340-450°С, последующий отжиг промежуточного деформированного полуфабриката при температуре 340-450°С, получение готового деформированного полуфабриката путем деформирования промежуточного деформированного полуфабриката при комнатной температуре, отжиг готового деформированного полуфабриката при температуре 300-400°С.

3. Способ по п.2, в котором деформирование литой заготовки проводят при комнатной температуре.

4. Способ по п.2, в котором полуфабрикат выполняют в виде катаного листа.

5. Способ по п.2, в котором полуфабрикат выполняют в виде проволоки.

6. Способ по п.2, в котором полуфабрикат выполняют в виде прессованного прутка.

7. Способ по п.3, в котором полуфабрикат выполняют в виде штамповок.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, а именно к алюминиево-медным сплавам, содержащим ванадий. Заявлен алюминиевый сплав, состоящий из, вес.%: Cu 3,3-4,1, Mg 0,7-1,3, V 0,01-0,16, Mn 0,01-0,7, 0,01-0,25 по меньшей мере одного регулирующего зеренную структуру элемента, выбранного из группы, состоящей из Zr, Sc, Cr и Hf, Zn вплоть до 1,0, Ag вплоть до 0,6, Fe вплоть до 0,25 и Si вплоть до 0,25, алюминий, другие элементы и примеси - остальное.

Изобретение относится к алюминиево-медно-литиевым сплавам, имеющим улучшенное сочетание свойств, и продуктам из них, таким как стрингер и лонжерон самолета. Продукт из деформируемого алюминиевого сплава состоит из: 3,6-4,0 вес.% Cu, 1,1-1,2 вес.% Li, 0,4-0,55 вес.% Ag, 0,25-0,45 вес.% Mg, 0,4-0,6 вес.% Zn, 0,2-0,4 вес.% Mn и 0,05-0,15 вес.% Zr, остальное составляют алюминий и второстепенные элементы и примеси.

Изобретение относится к продуктам из алюминиевых сплавов и способам их изготовления. .

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в точном приборостроении и машиностроении, в частности при термической обработке листовых заготовок из алюминиевого сплава Д16 перед дальнейшим изготовлением из них деталей высокоточных приборов, например рам, корпусов, крышек, стенок, плат и др.

Изобретение относится к способу изготовления изделия и изделию, полученному указанным способом, из деформируемого алюминиевого сплава серии АА2000, обладающего повышенными прочностью и вязкостью разрушения и пониженной скоростью роста усталостных трещин и имеющего состав в мас.%: Cu от 4,4 до 5,5, Mg от 0,3 до 1,0, Fe<0,20%, Si<0,20, Zn от 0,10 до 0,40 и Mn от 0,15 до 0,35 в качестве элемента-дисперсоидообразователя в сочетании с Ag от 0,2 до 0,8 и, необязательно, одним или более из элементов-дисперсоидообразователей, выбранных из группы, состоящей из: Zr<0,5, Sc<0,7, Cr<0,4, Hf<0,3, Ti<0,4, V<0,4, остальное - алюминий и другие примеси или случайные элементы, при этом содержание Mg и Cu соответствует соотношению -1,1[Mg]+5,38 [Cu] 5,5.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при термической стабилизации размеров высокоточных деталей. .

Изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым материалам на основе алюминия, и может быть использовано при получении изделий, работающих при повышенных температурах до 350°С.
Изобретение относится к области термической обработки и может быть применено при термической стабилизации размеров высокоточных деталей из сплава АК4-1 ч. .

Изобретение относится к изделию из алюминиевого сплава серии 2ххх, который может быть использован в аэрокосмической промышленности. .
Изобретение относится к металлургии литейных сплавов, в частности к антифрикционным сплавам на основе алюминия, работающим в условиях трения скольжения. Антифрикционный сплав на основе алюминия содержит основные компоненты в следующем соотношении, мас.%: кремний - 12-15, медь - 3-5, алюминий - остальное, и имеет структуру, содержащую кристаллы эвтектического кремния глобулярной формы размером от 2 до 8 мкм.

Изобретение относится к продуктам из алюминиевых сплавов и способам их изготовления. .
Изобретение относится к металлургии и может быть применено для получения алюминиево-медных лигатур. .
Изобретение относится к изделию из алюминиевого сплава для конструктивных элементов, имеющего химический состав, включающий в себя, в мас.%: Cu 3,4-5,0, Li 0,9-1,7, Mg 0,2-0,8, Ag 0,1-0,8, Mn 0,1-0,9, Zn 0,1-1,5 и один или более элементов, выбранных из группы, состоящей из: (Zr 0,05-0,3, Cr 0,05-0,3, Ti 0,03-0,3, Sc 0,05-0,4, Hf 0,05-0,4,), Fe<0,15, Si<0,5, обычные и неизбежные примеси и остальное - алюминий, и к способу изготовления изделия из этого сплава, изделия имеют баланс высокой прочности и высокой вязкости и используются в авиации и космонавтике.
Изобретение относится к получению высокопрочных алюминиевых сплавов системы Al-Zn-Mg-Cu, предназначенных для изготовления прессованных, кованых и катаных полуфабрикатов.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к литейным сплавам на основе алюминия, применяемым в авиационной технике и других отраслях машиностроения для нагруженных деталей внутреннего набора фюзеляжа, деталей управления, силовых кронштейнов и др.
Изобретение относится к области металлургии металлических материалов с высокими антифрикционными и прочностными свойствами, используемыми при изготовлении подшипников скольжения.

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано в авиационной, машиностроительной и судостроительной промышленности. .

Изобретение относится к прокатным, экструдированным или кованым изделиям из алюминиевых сплавов, а именно к листам, панелям фюзеляжа летательного аппарата, а также к конструктивным элементам, предназначенным для авиастроения, и может быть использовано в авиационно-космической промышленности.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к созданию легких материалов с низким коэффициентом линейного расширения, и может быть использовано в качестве конструкционного материала при создании командных приборов систем управления летательных аппаратов с высокими эксплуатационными характеристиками.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым сплавам на основе алюминия, и может быть использовано при получении изделий, работающих в диапазоне температур до 350°С. Сплав содержит, мас.: 0,6-1,5 Cu; 1,2-1,8 Mn; 0,2-0,6 Zr; 0,05-0,25 Si; 0,1-0,4 Fe; 0,01-0,3 Cr; Al остальное, при этом сплав содержит цирконий в своей структуре в виде наночастиц фазы Al3Zr с размером не более 20 нм, а марганец преимущественно образует вторичные выделения фазы Al20Cu2Mn3 с размером не более 500 нм в количестве не менее 2 об.. Способ получения деформированного полуфабриката из упомянутого сплава включает приготовление расплава и получение литой заготовки путем кристаллизации расплава при температуре, не менее чем на 50°С превышающей температуру ликвидуса, деформирование литой заготовки в два этапа с промежуточным отжигом при 340-450°С при температуре, не превышающей 350°С, с получением промежуточного деформированного полуфабриката, отжиг полученного полуфабриката при температуре 340-450°С и его деформирование при комнатной температуре до получения готового деформированного полуфабриката и отжиг готового деформированного полуфабриката при температуре 300-400°С. Технический результат заключается в повышении прочности, термостойкости и электропроводности сплава на основе алюминия, а также деформированных полуфабрикатов в виде листов, прутков, проволоки, штамповок, труб, выполненных из него. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 6 пр., 8 табл., 3 ил.

Наверх