Сплав на основе алюминия для паяных конструкций


 


Владельцы патента RU 2551721:

Открытое акционерное общество "Композит" (ОАО "Композит") (RU)

Изобретение относится к деформируемым сплавам на основе алюминия, предназначенным для применения в паяных конструкциях. Сплав содержит, мас.%: марганец 0,3-1,2, кремний 0,35-1,5, магний 0,4-1,4, медь 0,3-4,8, железо - 0,05-0,7, бериллий 0,0001-0,1, хром, титан, цирконий, ванадий - 0,1-1,0 каждого, алюминий - остальное, при отношении Si:Mg>0,6, причем при содержании хрома, титана, циркония, ванадия в диапазоне 0,1-0,25% каждого сплав получен путем обработки слитка, а при содержании указанных компонентов в количестве 0,25-1,0% каждого сплав получен по порошковой технологии. Технический результат заключается в получении однородной мелкозернистой структуры и улучшении технологических свойств сплава. 2 з.п. ф-лы, 3 пр., 1 ил.

 

Изобретение относится к деформируемым сплавам на основе алюминия, предназначенным для применения в паяных конструкциях. Общим требованием для сплавов, предназначенных для применения в паяных конструкциях, является сохранение свойств после воздействия на них режима пайки. Сплавы на основе алюминия для паяных конструкций создаются на базе всех известных систем легирования в зависимости от назначения. Одной из наиболее перспективных систем для создания наиболее прочных после обработки по режиму пайки сплавов, паяемых твердым припоем, является система Al-Mn-Si-Mg-Cu.

Известен сплав на основе алюминия системы Al-Mn-Si-Mg-Cu, предназначенный для пайки твердым припоем, содержащий (в масс.%):

0,7-1,5 Mn, до 0,15 Si, до 0,8 Mg, 0,1-1,5 Cu, до 0,4 Fe (патент WO №9955925 (A1), C22C 21/00, C22C 21/16, C22F 1/04, C22F 1/57, 29.04.98).

Сплав склонен к собирательной рекристаллизации при температуре пайки, близкой к солидусу сплава, в результате чего снижается прочность слава.

Известны сплавы системы Al-Mn-Si-Mg-Cu, модифицированные цирконием и/или титаном, предназначенные для пайки твердым припоем, содержащие (масс.%):

- 1,0-1,4 Mn, 0,15-0,30 Si, до 0,4 Mg, 0,2-1,1 Cu, до 0,25 Fe, до 0,1Ti (патент №2797454, C22С 21/00, C22F 1/04, F28F 21/08, Франция, 16.02.2001),

- 0,01-0,2 Mn, 0,3-0,6 Si, 0,5-0,8 Mg, 0,2-0,7 Cu, 0,01-0,1 Ti (патент №3472605 7126786, C22С 21/00, Япония, 09.11.1993),

- 0,8-1,5 Mn, 0,6-1,3 Si, 0,2-0,5 Mg, 0,3-1,0 Cu, 0,05-0,2 Zr (патент Японии C22С 21/00, №06011896, 16.02.94),

- 0,8-1,5 Mn, 0,10-1,0 Si, 0,01-0,5 Mg, 0,2-0,7 Cu, 0,05-0,5 Fe, 0,05-0,2 Ti, 0,05-0,2 Zr, (патент №4230006 C22C 21/00 Япония, 01.05.1998).

Модифицирование цирконием, титаном и, особенно, цирконием в комплексе с титаном повышают температуру рекристаллизации, однако, недостаточно для предотвращения рекристаллизации при температуре пайки, близкой к солидусу. Недостатком сплавов остается пониженная прочность после обработки по режиму пайки.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является сплав по патенту US №6413331 C22С 21/16, содержащий компоненты в следующем соотношении (масс.%):

алюминий - основа,

марганец 0,7-1,5,

кремний до 0,15,

магний до 0,8,

медь 0,5-1,5,

железо до 0,4,

хром, титан, цирконий, ванадий - до 0,3 каждого.

Благодаря комплексному модифицированию цирконием, читаном, ванадием и легированию хромом, суммарное содержание модификаторов в сплаве может быть повышено без опасности образования грубых интерметаллидов. Сплав мало склонен к рекристаллизации при температуре пайки, близкой к солидусу, и обладает удовлетворительной коррозионной стойкостью. Однако прочность после обработки по режиму пайки снижается до уровня практически отожженного состояния и составляет лишь 220-250 МПа.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение прочности после обработки по режиму пайки.

Технический результат - получения однородной мелкозернистой структуры и улучшение технологических свойств сплава.

Это достигается тем, что сплав на основе алюминия, содержащий марганец, кремний, магний, медь, хром, титан, цирконий и ванадий дополнительно содержит бериллий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

марганец 0,3-1,2,

кремний 0,35-1,5,

магний 0,4-1,4,

медь 0,3-4,8,

железо 0,05-0,7,

бериллий 0,0001-0,1,

хром, титан, цирконий, ванадий - 0,1-1,0 каждого,

алюминий - остальное, при отношении Si:Mg>0,6.

Причем сплав при содержании хрома, титана, циркония, ванадия в количестве 0,1-0,25 мас.% каждого получен путем обработки слитка, а при содержании хрома, титана, циркония, ванадия в количестве 0,25-1,0% каждого получен порошковой металлургией.

Выбор содержания марганца, кремния, магния, меди и и железа определяется общими принципами металловедения сплавов Al-Mn-Si-Mg-Cu.

Содержание марганца в пределах 0,3-1,2 масс. % обеспечивает измельчение первичного зерна и затрудняет рост зерен при рекристаллизации, увеличивая допустимую температуру нагрева сплава, что важно в случае пайки твердыми припоями под солидусом. Содержание марганца ограничено 1,2% во избежание образования грубых интерметаллидов типа AlnMnmSikFek.

Содержание кремния в пределах 0,35-1,5 масс.% и магния в пределах 0,4-1,4 масс.% при соотношении Si:Mg>0,6 обеспечивает оптимальное содержание упрочняющей фазы Mg:Si (1,2-1,5%) при избытке кремния 0,1-1,25%. Избыточное содержание кремния способствует дополнительному упрочнению при искусственном старении.

Увеличение содержания меди в пределах 0,3-4,8% монотонно повышает прочность сплава. Максимум пластичности соответствует содержанию меди 2-2,5%.

Железо в пределах до 0,7% упрочняет сплав.

Микродобавка бериллия защищает при плавке жидкий расплав от окисления.

Комплексное легирование цирконием, титаном, ванадием и хромом в пределах 0,1-1,0 масс. % каждого позволяет повысить суммарное содержание модификаторов в сплаве без образования грубых интерметаллидов, сильно измельчая зерно, препятствует рекристаллизации при высокотемпературной пайке и повышает механические свойства. Содержание хрома, титана, циркония и ванадия в пределах 0,1-0,25% каждого применяется при изготовлении сплава по серийной технологии, а в пределах 0,25-1,0% каждого - при изготовлении сплава по порошковой технологии. Превышение указанного содержания при каждом варианте технологии приводит к образованию грубых интерметаллидов и эффективность модифицирования не достигается. Высокая скорость кристаллизации порошка исключает образование грубых интерметаллидов при содержании циркония, титана, ванадия и хрома до 1,0% каждого.

Помимо этого хром и титан улучшают технологические свойства сплава.

Упрочнение сплава обеспечивается, во-первых, за счет искусственного старения после закалки, которое обеспечивают кремний, магний и медь, во-вторых, за счет циркония, титана, ванадия и хрома в твердом растворе или в виде дисперсных интерметаллидов. Упрочнение цирконием, титаном, ванадием и хромом восполняет потерю прочности при старении из-за неполной закалки после пайки.

Примеры конкретного применения

Пример 1. Сплав на основе алюминия, содержащий (в % по массе) 0,34 Mn, 0,68 Si, 0,93 Mg, 0,31 Cu, 0,08 Fe, 0,1 Ti, 0,2 Zr, 0,21 Cr, 0,18 V, 0,001 Be. Соотношение Si:Mg=0,73.

Слиток диаметром 95 мм гомогенизировали по режиму 520°C 6 ч, осаживали до заготовки с поперечным сечением 16×120 мм, прокатывали на полосу сечением 1,5×120 мм, закаливали в воде с температуры 520°C, искусственно старили по режиму 160°C 12 ч, обрабатывали по режиму пайки 580°C 15 мин, повторно искусственно старили по режиму 160°C 12 ч.

После обработки по режиму пайки сплав имеет однородную мелкозернистую структуру (фиг.1). Зерно практически не увеличилось по сравнению с состоянием до обработки по режиму пайки. Прочность сплава, определенная в продольном направлении на стандартных пятикратных образцах по ГОСТ1497, составила после упрочняющей термообработки не менее 349 МПа, после обработки по режиму пайки и повторного искусственного старения не менее 297 МПа.

Пример 2. Сплав на основе алюминия, содержащий (в % по массе) 0,41 Mn, 1,34 Si, 1,26 Mg, 0,32 Cu, 0,06 Fe, 0,57 Ti, 0,92 Zr, 0,59 Cr, 1,0 V, 0,001 Be. Соотношение Si:Mg=1,06.

Из расплава центробежным разбрызгиванием отливали гранулы, выделяли фракцию менее 0,63 мм, компактировали в брикет диаметром 98 мм. Из брикета по технологии, описанной в примере 1, получали полосу сечением 1,5×120 мм.

Благодаря высокой скорости охлаждения гранул (103-104 град/с) структура сплава более дисперсная, чем в примере 1, в том числе после обработки по режиму пайки. Прочность, определенная на образцах, аналогичных примеру 1, составила для сплава после упрочняющей термообработки не менее 380 МПа, после обработки по режиму пайки и повторного искусственного старения - не менее 311 МПа.

Пример 3 (прототип). Сплав на основе алюминия, содержащий (в % по массе) 1,50 Mn, 0,14 Si, 0,8 Mg, 1,5 Cu, 0,08 Fe, 0,23 Ti, 0,19 Zr, 0,25 Cr, 0,06 V. Соотношение Si:Mg=0,175.

Технология получения сплава соответствовала примеру 1.

В мелкозернистой структуре сплава присутствуют грубые включения интерметаллидов, количество и размеры которых существенно увеличиваются после пайки.

Прочность сплава после упрочняющей термообработки не менее 295 МПа, после обработки по режиму пайки и повторного искусственного старения не менее 251 МПа.

Таким образом, за счет получения однородной мелкозернистой структуры удалось достигнуть повышения прочности более чем на 18%.

1. Сплав на основе алюминия для паяных конструкций, содержащий марганец, кремний, магний и медь, железо, хром, титан, цирконий и ванадий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит бериллий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

марганец 0,3-1,2
кремний 0,35-1,5
магний 0,4-1,4
медь 0,3-4,8
железо 0,05-0,7
бериллий 0,0001-0,1

хром, титан, цирконий, ванадий 0,1-1,0 каждого,
алюминий остальное, при отношении Si:Mg>0,6.

2. Сплав по п. 1, отличающийся тем, что при содержании хрома, титана, циркония, ванадия в количестве 0,1-0,25 мас.% каждого, он получен из слитка путем его обработки.

3. Сплав по п. 1, отличающийся тем, что при содержании хрома, титана, циркония, ванадия в количестве 0,25-1,0 мас.% каждого, он получен порошковой металлургией.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к материалу для кабелей на основе алюминиевого сплава и способу его получения. Сплав на основе алюминия содержит, мас.%: 0,3-1,2 Fe, 0,03-0,10 Si, 0,01-0,30 редкоземельных элементов Ce и La, неизбежные примеси - менее 0,3 и алюминий - остальное, причем содержание в примесях Ca составляет 0,02%, а содержание любого другого примесного элемента - 0,01%.

Изобретение относится к металлургии алюминиевых сплавов и может быть использовано преимущественно для изготовления катанки электротехнического назначения, а также деформированных полуфабрикатов, используемых в строительстве, машиностроении и других областях народного хозяйства.
Изобретение относится к антифрикционным сплавам на основе алюминия и способам их получения. Сплав содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: свинец 20-40, цинк 5-15, алюминий - остальное.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе алюминия, и может быть использовано для изготовления изделий электротехнического назначения, а именно для изготовления проводов, предназначенных для высоковольтных ЛЭП при эксплуатации в районах со сложными климатическими условиями.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к литейным композиционным материалам (ЛКМ) на основе алюминия и его сплавов, и может применяться для изготовления деталей с повышенной жаропрочностью, твердостью и износостойкостью.

Изобретение относится к электрохимическому получению лигатурных алюминий-титановых сплавов и может быть использовано для получения коррозионно-стойких алюминиевых сплавов.

Изобретение относится к алюминиевым сплавам, применяемым по военному назначению, в частности к способам старения алюминиевых сплавов для достижения улучшенных баллистических характеристик.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к легированию алюминия и сплавов на его основе. В способе осуществляют введение в расплав легирующего компонента в составе порошковой смеси путем продувки смесью в струе транспортирующего газа.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к производству сплавов на основе алюминия с несмешивающимися компонентами. Способ получения контактным плавлением сплавов на основе алюминия с несмешивающимися компонентами включает приведение в контакт с алюминием двух или более несмешивающихся компонентов и пропускание через зону контакта импульсного тока с плотностью (1-4)×103 А/см2 и длительностью 0,01-1,00 с.

Изобретение относится к электрохимическому получению лигатурных алюминий-циркониевых сплавов. В способе осуществляют анодную гальваностатическую поляризацию циркония с плотностью тока 0,5-4,0 мАсм-2 в течение 1-5 часов в расплавленных хлоридах щелочных металлов или смеси хлоридов щелочных и щелочноземельных металлов, содержащих расплавленный алюминий или алюминий-магниевый сплав, при температуре 700-750°С в атмосфере аргона.

Изобретение относится к области порошковой металлургии сплавов на основе алюминия, используемых в подшипниках скольжения. Cпособ получения антифрикционного износостойкого сплава на основе алюминия включает получение смеси чистых порошков алюминия и олова, содержащей 35-45% вес. олова, формирование брикетов с пористостью 12-18%, их спекание в безокислительной атмосфере при температуре 585-615°С в течение 45-60 минут с последующим угловым прессованием спеченного сплава с сохранением ориентации плоскости течения материала во время пластической обработки при интенсивности деформации не менее 100%. Техническим результатом изобретения является обеспечение максимальной износостойкости сплава при сухом трении. 4 ил., 1 табл.
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для обработки расплавов медных сплавов и чугуна. Модифицирующая смесь содержит, мас.%: углекислый барий 40-50, кальцинированную соду 10-20, карбонат стронция 40-45. Изобретение позволяет повысить физико-механические свойства обрабатываемых расплавов высокопрочного чугуна и медных сплавов. 1 табл.

Изобретение относится к производству изделий из алюминиевых сплавов, в частности к изготовлению алюминиевой фольги, которая может быть использована в качестве бытовой фольги, для изготовления упаковочной тары и т.д. Фольгу из алюминиевого сплава получают путем литья полосы толщиной менее 6 мм, прокатки в горячем состоянии без промежуточных отжигов до толщины менее 1 мм и последующего полного отжига, при этом алюминиевый сплав представляет собой алюминиевый сплав серии 1ххх, 3ххх или 8ххх. В результате такой обработки получают алюминиевый сплав, свободный от интерметаллических частиц бета-фазы, при этом фольга имеет толщину от около 5 мкм до около 150 мкм и имеет структуру, по существу свободную от пор, вызванных осевой ликвацией интерметаллических частиц. Изобретение направлено на повышение предела прочности на разрыв, относительного удлинения и давление Муллена после полного отжига. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.,2 табл., 2 пр.

Изобретение относится к способу изготовления многослойного материала для высокотемпературной пайки и может быть использовано, например, для изготовления тонких листов в теплообменниках. Способ включает обеспечение сердцевинного слоя из первого алюминиевого сплава, содержащего, мас.%: 0,5-2,0% Mn, ≤1,0% Mg, ≤0,2% Si, ≤0,3% Ti, ≤0,3% Cr, ≤0,3% Zr, ≤0,2% Cu, ≤3% Zn, ≤0,2% In, ≤0,1% Sn и ≤0,7% (Fe+Ni), остальное - Al и ≤0,05% каждой из неизбежных примесей; обеспечение барьерного слоя из второго алюминиевого сплава, содержащего, мас.%: ≤0,2% Mn+Cr, ≤1,0% Mg, 1,6-5% Si, ≤0,3% Ti, ≤0,2% Zr, ≤0,2% Cu, ≤3% Zn, ≤ 0,2% In, ≤0,1% Sn и ≤1,5% (Fe+Ni), остальное - Al и ≤0,05% каждой из неизбежных примесей; совместную прокатку слоев; термическую обработку при температуре от 300 до 550 °С в течение времени, необходимого для выравнивания содержания Si до 0,4-1% как в сердцевинном слое, так и в барьерном слое; прокатку многослойного материала до конечной толщины со степенью обжатия от 8 до 33%. Изобретение направлено на повышение прочностных свойств, особенно ползучести и усталости, и коррозионной стойкости многослойного материала. 3 н. и 21 з.п. ф-лы, 7 ил., 4 табл., 3 пр.

Изобретение относится к деформируемым сплавам на основе алюминия, предназначенным для применения в паяных конструкциях. Деформируемый сплав на основе алюминия для паяных конструкций содержит, мас. %: цинк 3,4-5,0, магний 1,0-2,5, марганец 0,2-0,9, хром 0,1-1,0, цирконий 0,1-1,0, медь до 0,5, бериллий 0,0001-0,01, гафний - 0,1-1,5, титан 0,1-1,0, ванадий - 0,1-1,0, алюминий - остальное. Снижается склонность к рекристаллизации и сохраняется мелкозернистая структура после обработки по режиму пайки при температуре, близкой к солидусу. Обеспечиваются высокие характеристики механических свойств и коррозионной стойкости паяных соединений. 6 ил., 3 пр.
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при переработке цирконийсодержащих оксидных материалов для получения алюминий-циркониевого сплава. Способ включает подготовку шихты путем дозирования и последующего смешивания оксидного цирконийсодержащего материала: диоксида циркония, смеси диоксида циркония с оксидами тугоплавких металлов, цирконийсодержащего шлака от производства ферросиликоциркония или ферроалюминоциркония, с алюминием и флюсующей добавкой, в качестве которой используют смесь щелочноземельных металлов и их фторидов, или смесь оксидов щелочноземельных металлов и их фторидов, или смесь щелочноземельных металлов, их оксидов и фторидов, при поддержании в шихте соотношения диоксида циркония, алюминия, щелочноземельного металла и/или оксида щелочноземельного металла, фторида щелочноземельного металла по массе 1:(0,4-1,4):(0,18-0,6):(0,07-0,2), проведение восстановительной плавки шихты в воздушной или нейтральной атмосфере при температурах 1450-1750°С в печах сопротивления, индукционных или дуговых электропечах и отделение алюминий-циркониевого сплава от шлака. Техническим результатом изобретения является повышение качества алюминий-циркониевого сплава, полученного при переработке оксидных материалов. 3 н.п. ф-лы, 4 пр., 1 табл.

Изобретение относится к литейному производству, в частности к карбонатным смесям, используемым при рафинировании и модифицировании алюминиевых сплавов. Карбонатная смесь содержит, мас.%: 50-95 карбоната кальция и 5-50 карбоната стронция, при этом смесь состоит из частиц фракции 40-60 мкм. Изобретение направлено на получение экологически чистого материала для обработки алюминиевых сплавов с целью повышения их механических свойств за счет удаления газовых и неметаллических включений и улучшения микроструктуры. 1 пр., 5 табл., 6 ил.

Изобретение относится к получению литого композиционного материала на основе алюминиевого сплава для изготовления деталей сложной формы. Расплавляют основу, вводят в нее композицию, включающую армирующие частицы Аl2О3, на поверхности которых механической активацией предварительно сформирован слой Аl, и разливают в форму. Слой Аl в процессе механической активации подвергают нагартовке, а частицы Аl2O3 формируют размером 50-40 мкм и вводят в расплав предварительно разогретыми до температуры t = t п о − 10 % , где tпо - температура плавления алюминия, в количестве 15-20% массы расплава. В качестве основы может быть использован силумин. Обеспечивается повышение предела прочности литого композиционного материала. 4 з.п. ф-лы, 3 табл.

Группа изобретений относится к получению сплава на основе титана из водной суспензии частиц руд, содержащих соединения титана. Способ включает генерацию магнитных полей, накладываемых на порции перерабатываемой сырьевой массы, восстановление металлов из руд при непрерывном перемешивании сырьевой массы с последующим накоплением и формированием продукта в виде кольцевого столбчатого монокристалла, состоящего из интерметаллида, выбранного из ТiАl3, TiFeAl2, TiAl2Fe, TiFe3, и его выгрузку. В качестве исходной сырьевой массы используют водную суспензию, содержащую частицы рудного материала с дисперсностью в пределах 0,001-0,008 мм и в количестве 40-70% объема водной суспензии. При этом в качестве магнитных полей используют пилообразные магнитные поля с напряженностью 3·104÷1,5·105 А/м и частотой колебаний 20-80 единиц импульсов в течение одной минуты. Восстановление ведут с подачей к слоям сырья газовых струй, состоящих из сжатого атмосферного воздуха и углерода в качестве восстановителя, присутствующего в составе сжатых газов. Предложено также устройство для реализации данного способа. Обеспечивается получение сплава непосредственно из рудного сырья. 2 н.п. ф-лы, 5 ил., 3 пр.

Изобретение относится к получению упрочненных легких сплавов на основе алюминия. В расплав алюминиевого сплава при температуре 750÷800ºС вводят 6 мас.% порошка криолита Na3AlF6, через промежуток времени не менее 10 мин в расплав вводят 5÷6 мас.% модификатора при одновременной активации расплава в течение не менее 20 мин механическим перемешиванием и/или воздействием ультразвуковых колебаний частотой 10 кГц, и/или воздействием электромагнитного поля частотой 40 Гц. В качестве модификатора используют перемешанную до однородного состояния смесь, состоящую из 20 мас.% нанопорошка титана, 5 мас.% нанопорошка углерода и 75 мас.% порошка криолита. Обеспечивается повышение прочности и износостойкости дисперсно-упрочненных сплавов за счет образования in situ наночастиц карбида титана, равномерно распределенных в алюминиевой матрице. 1 ил., 1 пр.
Наверх