Термостойкий электропроводный сплав на основе алюминия (варианты) и способ получения деформированного полуфабриката из сплава на основе алюминия

Изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым наноструктурным сплавам на основе алюминия и способам их получения для изделий, работающих при повышенных температурах. Сплав на основе алюминия содержит компоненты при следующем их соотношении, мас.%: медь 0,5-0,85; марганец 0,5-0,95; бор 0,02-0,15; цирконий 0,1-0,5; скандий 0,02-0,15; железо 0,01-0,3; кремний 0,01-0,15, неизбежные примеси 0-0,1, из них каждого 0-0,03, алюминий - остальное. При этом бор присутствует в структуре сплава в виде наночастиц АlВ2, AlB12, боридов переходных металлов со средним размером не более 50 нм, при этом сплав имеет электропроводность выше 54% IACS и предел прочности (σв) после 400 часов нагрева при 250°С не менее 160 МПа. По второму варианту сплав содержит, мас.%: медь 0,9-2,0, марганец 1,0-1,6, бор 0,02-0,15; цирконий 0,1-0,5; скандий 0,02-0,15; железо 0,01-0,3; кремний 0,01-0,15, неизбежные примеси 0-0,1, из них каждой 0-0,03, алюминий - остальное, при этом бор присутствует в структуре сплава в виде наночастиц АlВ2, AlB12, боридов переходных металлов со средним размером не более 50 нм, при этом сплав имеет предел прочности после 400 часов нагрева при 250°С до 230-280 МПа. Способ включает приготовление расплава при температуре на 100°С выше температуры ликвидуса сплава, при этом легирующие компоненты вводят в расплав в виде лигатур, имеющих мелкокристаллическую структуру со средним размером наночастиц не более 1500 нм, кристаллизацию и деформацию при воздействии магнитноимпульсного поля и/или слабоимпульсного тока. Техническим результатом изобретения является повышение термостойкости и электропроводности сплава. 4 н. и 4 з.п. ф-лы., 2 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым наноструктурным сплавам на основе алюминия, меди, марганца и способу их получения для изделий, работающих при повышенных температурах. В частности, сплав может быть использован в авиации, в космонавтике, автомобилестроении, для изделий электротехнического назначения, где требуются сочетания достаточной и различной прочности, электропроводности и термостойкости.

Известные сплавы системы Al-Cu-Mn с высоким содержанием меди («Машиностроение. Энциклопедия в 40 т. т. I-3. Цветные металлы и сплавы. М.: Машиностроение, 2001, с. 144-156»). Это сплавы Д20, 1201, Д21, 01205 с 5,8-7,0 мас.% меди. Они обладают электропроводностью не выше 30-35% IACS, из-за использования после закалки и искусственного старения и высокого содержания меди.

Известен сплав по патенту (патент РФ №2287600, МПК С22С 21/12, опубл. 20.11.2006), содержащий медь, марганец, цирконий и ванадий, включающий алюминиевый твердый раствор и вторичные алюминиды, отличающийся тем, что он дополнительно содержит скандий при следующем соотношении компонентов, мас.%: медь 1,2-2,4; марганец 1,2-2,2; цирконий 0,5-0,6; ванадий 0,01-0,15; скандий 0,01-0,2; алюминий - остальное. После 100 часов выдержки сплав имеет предел прочности при 350°C выше 30 МПа. При высоком пределе прочности после 1-20 мин отжига при 200-410°C, равном 300 МПа, сплав обладает низкой электропроводностью - ниже 48% IACS.

Наиболее близким к заявленному объекту является сплав на основе алюминия (патент РФ №2446222, МПК С22С 21/14, C22F 1/057, опубл. 27.03.2012), содержащий компоненты при следующем соотношении, мас.%: медь 0,9-1,9; марганец 1,0-1,8; цирконий 0,2-0,64; скандий 0,01-0,12; железо 0,15-0,5; кремний 0,05-0,15; алюминий - остальное, наночастицы фазы Al3(Zr, Sc) со средним размером не более 20 нм, электропроводность превышает 53% IACS, временное сопротивление (σв) после 100 ч при 300°C превышает 320 МПа.

Недостатком данного сплава, несмотря на многие преимущества, является недостаточная прочность при выдержке 400 ч (250°C), а также электропроводность не выше 53% IACS.

В основу изобретения положена задача - создать новый наноструктурный деформируемый сплав на основе алюминия, который обладает большей термостойкостью и электропроводностью.

Поставленная задача решается за счет того, что термостойкий электропроводный сплав на основе алюминия, содержащий медь, марганец, цирконий, скандий, железо и кремний и имеющий структуру, содержащую алюминиевый твердый раствор и вторичные алюминиды марганца, циркония и скандия, согласно изобретению дополнительно содержит бор при следующем соотношении компонентов, мас.%:

медь 0,5-0,85
марганец 0,5-0,95
бор 0,02-0,15
цирконий 0,1-0,5
скандий 0,02-0,15
железо 0,01-0,30
кремний 0,01-0,15
неизбежные примеси 0-0,1, из них каждой 0-0,003
алюминий остальное

при этом бор присутствует в структуре в виде наночастиц AlB2, AlB12 и боридов переходных металлов со средним размером не более 50 нм, а сплав имеет электропроводность выше 54% IACS и предел прочности после 400 часов при 250°C не менее 160 МПа.

Кроме того, сплав дополнительно содержит мас.%: кобальт 0,1-0,45, и/или никель 0,1-0,35, и/или кадмий 0,1-0,3.

Задача решается также за счет того, что термостойкий электропроводный сплав на основе алюминия, содержащий медь, марганец, цирконий, скандий, железо и кремний и имеющий структуру, содержащую алюминиевый твердый раствор и вторичные алюминиды марганца, циркония и скандия, согласно изобретению дополнительно содержит бор при следующем соотношении компонентов, мас.%:

медь 0,9-2,0
марганец 1,0-1,6
бор 0,02-0,15
цирконий 0,1-0,5
скандий 0,02-0,15
железо 0,01-0,30
кремний 0,01-0,15
неизбежные примеси 0-0,1, из них каждой 0-0,03
алюминий остальное

при этом сплав имеет предел прочности после 400 часов при 250°C до 230-280 МПа.

Для более стабильного увеличения теплопрочности сплав может дополнительно содержать, мас.%: кобальт 0,1-0,45, и/или никель 0,1-0,35, и/или кадмий 0,1-0,3.

Способ получения деформированного полуфабриката из сплава на основе алюминия, включающий приготовление расплава при температуре на 100°C выше температуры ликвидуса сплава, при этом легирующие компоненты вводят в расплав алюминия в виде лигатур, имеющих мелкокристаллическую структуру со средним размером наночастиц не более 1500 нм, кристаллизацию и последующую деформацию, причем кристаллизацию и деформацию осуществляют при воздействии магнитноимпульсного поля и/или слабоимпульсного тока.

Кроме того, при введении в расплав лигатур А1-В-Ti или Al-Cu-Mn(Ti) содержание титана в расплаве не должно превышать 0,05 мас.%.

Марганец, цирконий и кобальт замедляют распад твердого раствора при высоких температурах, замедляют процесс рекристаллизации. Марганец и медь в указанных концентрациях вызывают образование дисперсоидов, обеспечивающих основные требования по прочности. Их увеличение снижает электропроводность. Цирконий и скандий способствуют образованию наночастиц и вносят свой вклад в достижение требуемой прочности при повышенных температурах. Увеличение их содержания снижает электропроводность.

Железо и кремний также снижают электропроводность, но в виде совместных соединений с марганцем эвтектического типа Al(Fe, Mn) Si способствуют образованию структуры, повышающей прочность сплава.

Бор в виде наночастиц с алюминием и в виде боридов с переходными металлами повышает электропроводность сплава. Одновременно образуя устойчивые сегрегации в приграничных областях на дефектах кристаллической решетки, бор повышает способность к деформации и в определенной степени ускоряет кинетику старения.

Примеры выполнения заявленного материала

Сплавы были приготовлены в электрической печи сопротивления в алундовых тиглях при температуре расплава на 100°C выше линии ликвидуса. В качестве шихты использовали алюминий (99,9%), медь (99,9%), мелкозернистые двойные лигатуры: Al-Mn, Al-Zr, Al-Sc, Al-Si, Al-Fe, тройную лигатуру Al-B-Ti и/или состав для введения бора (фторборат калия, гексохлорэтан, фтористый калий). Составы сплавов даны в таблице 1. Круглые слитки отливали в цилиндрическую изложницу. Магнитноимпульсные поля (МИЛ) или слабые импульсные токи (СИТ) применяли для перемешивания расплава, повышения его чистоты (газы, примеси), воздействия на кристаллизацию и деформирование.

Максимальная температура деформирования не превышала 400°C, для составов с 0,5-0,85 мас.% Сu и 0,5-0,95 мас.% Мn деформация осуществлялась при комнатной температуре. Отжиг проводили при температуре 350°C.

Твердость по Виккерсу измеряли по ГОСТ 2999-75 с переводом на Нв и σв. Удельное электросопротивление и электропроводность определяли по ГОСТ 6132-79.

Как видно из анализа таблиц 1 и 2, составы №1 и №2 отличаются более высокой электропроводностью, а составы №3 и №4 - более высоким пределом прочности после выдержки 400 ч при 250°C по сравнению с прототипом (пат. №2446222).

Предлагаемый наноструктурный деформируемый сплав на основе алюминия обладает большей термостойкостью и электропроводностью.

1. Термостойкий электропроводный сплав на основе алюминия, содержащий медь, марганец, цирконий, скандий, железо, кремний и имеющий структуру, содержащую алюминиевый твердый раствор и вторичные алюминиды марганца, циркония и скандия, отличающийся тем, что он дополнительно содержит бор при следующем соотношении компонентов, мас.%:

медь 0,5-0,85
марганец 0,5-0,95
бор 0,02-0,15
цирконий 0,1-0,5
скандий 0,02-0,15
железо 0,01-0,30
кремний 0,01-0,15
неизбежные примеси 0-0,1, из них каждой 0-0,003
алюминий остальное

при этом бор присутствует в структуре в виде наночастиц AlB2, AlB12 и боридов переходных металлов со средним размером не более 50 нм, а сплав имеет электропроводность выше 54% IACS и предел прочности после 400 часов при 250°C не менее 160 МПа.

2. Сплав по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит, мас.%: кобальт 0,1-0,45, и/или никель 0,1-0,35, и/или кадмий 0,1-0,3.

3. Способ получения сплава на основе алюминия по п. 1 в виде деформированного полуфабриката, включающий приготовление расплава при температуре на 100°C выше температуры ликвидуса сплава, при этом легирующие компоненты вводят в расплав алюминия в виде лигатур, имеющих мелкокристаллическую структуру со средним размером наночастиц не более 1500 нм, кристаллизацию заготовки и ее последующую деформацию, причем кристаллизацию и деформацию осуществляют при воздействии магнитноимпульсного поля и/или слабоимпульсного тока.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что при введении в расплав лигатур Al-B-Ti или Al-Cu-Mn(Ti) содержание титана в расплаве составляет не более 0,05 мас.%.

5. Термостойкий электропроводный сплав на основе алюминия, содержащий медь, марганец, цирконий, скандий, железо и кремний и имеющий структуру, содержащую алюминиевый твердый раствор и вторичные алюминиды марганца, циркония и скандия, отличающийся тем, что он дополнительно содержит бор при следующем соотношении компонентов, мас.%:

медь 0,9-2,0
марганец 1,0-1,6
бор 0,02-0,15
цирконий 0,1-0,5
скандий 0,02-0,15
железо 0,01-0,30
кремний 0,01-0,15
неизбежные примеси 0-0,1, из них каждой 0-0,03
алюминий остальное

при этом сплав имеет предел прочности после 400 часов при 250°C до 230-280 МПа.

6. Сплав по п. 5, отличающийся тем, что дополнительно содержит, мас.%: кобальт 0,1-0,45, и/или никель 0,1-0,35, и/или кадмий 0,1-0,3.

7. Способ получения сплава на основе алюминия по п. 5 в виде деформированного полуфабриката, включающий приготовление расплава при температуре на 100°C выше температуры ликвидуса сплава, при этом легирующие компоненты вводят в расплав алюминия в виде лигатур, имеющих мелкокристаллическую структуру со средним размером наночастиц не более 1500 нм, кристаллизацию заготовки и ее последующую деформацию, причем кристаллизацию и деформацию осуществляют при воздействии магнитноимпульсного поля и/или слабоимпульсного тока.

8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что при введении в расплав лигатур Al-B-Ti или Al-Cu-Mn(Ti) содержание титана в расплаве составляет не более 0,05 мас.%.



 

Похожие патенты:

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.
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. .

Алюминий-медный сплав для литья, содержащий по существу нерастворимые частицы, которые занимают междендритные области сплава, и свободный титан в количестве, достаточном для измельчения зернистой структуры в литейном сплаве. Сплав содержит, мас.%: Cu 3,0-6,0 , Mg 0,0-1,5, Ag 0,0-1,5, Mn 0,0-0,8, Fe 0,0-1,5, Si 0,0-1,5, Zn 0,0-4,0, Sb 0,0-0,5, Zr 0,0-0,5, Со 0,0-0,5, свободный титан >0,15-1,0, нерастворимые частицы 0,5-20, Al и неизбежные примеси - остальное. Нерастворимые частицы занимают междендритные области сплава и содержат частицы диборида титана. Алюминий-медный сплав обладает высокой пластичностью и прочностью на разрыв, а также усталостной долговечностью. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к производству фасонных отливок из сплава на основе алюминия, применяемых в качестве нагруженных деталей, длительно работающих при температурах до 300°C в авиационной, автомобильной и других отраслях промышленности. Сплав содержит, мас. %: Cu 2,0-5,5, Mn 0,1-2,5, Cd 0,01-1,5, Si 0,01-1,0, Mg 0,01-0,9, Fe 0,01-1,0, по меньшей мере один элемент из группы: Ti 0,01-0,5, Zr 0,01-0,5, Y 0,001-0,5, In 0,001-0,5, Al - остальное. Техническим результатом изобретения является получение для сплавов данного типа высоких прочностных характеристик при комнатной и повышенной температурах, низкой горячеломкости, удовлетворительной жидкотекучести и линейной усадки. 2 пр., 2 табл.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокоресурсным деформируемым термически упрочняемым свариваемым алюминиевым сплавам пониженной плотности с высокими характеристиками вязкости разрушения и прочности, в частности системы Al - Cu - Li, используемым в качестве конструкционных материалов в изделиях авиакосмической техники. Сплав содержит, мас.%: медь 2,5-3,3; литий 0,6-1,6; магний 0,25-1,2; серебро 0,2-0,6; цирконий 0,05-0,13; цинк 0,01-0,8; церий 0,005-0,1; бериллий 0,00001-0,001; по крайней мере один элемент из группы, содержащей: кальций 0,001-0,05; титан 0,005-0,15; марганец 0,005-0,5; хром 0,01-0,2; ванадий 0,01-0,2; железо 0,01-0,05; кремний 0,01-0,12 и по крайней мере один элемент из группы, содержащей: скандий 0,01-0,11; никель 0,005-0,1; олово 0,0001-0,05; остальное алюминий. Техническим результатом изобретения является повышение вязкости разрушения, КСУ, предела прочности, σв, предела текучести, σ0,2, сплава, улучшение пластичности при холодной прокатке для получения тонких листов толщиной до 0,5 мм и свариваемости. 2 н.п. ф-лы, 1 пр., 2 табл.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к высокопрочным сплавам пониженной плотности с повышенной вязкостью разрушения на основе системы алюминий-медь-литий, и может быть использовано для изготовления элементов конструкций в авиакосмической промышленности, таких как лонжероны, балки, шпангоуты и т.д. Сплав содержит, мас.%: медь 3,5-4,5, литий 0,9-1,5, магний 0,01-0,6, серебро 0,05-0,7, цинк 0,05-0,8, цирконий 0,01-0,2, железо 0,01-0,1, кремний 0,01-0,1, марганец 0,01-0,5, кальций 0,001-0,25, по крайней мере, один элемент, выбранный из группы, включающей скандий 0,01-0,2, титан 0,01-0,2, церий 0,05-0,2, алюминий - остальное. Предпочтительно, соотношение содержания меди к литию составляет 2,5-4,0. Техническим результатом изобретения является создание сплава пониженной плотности на основе алюминия и изделия из него, обладающего высокими прочностными свойствами и вязкостью разрушения. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 пр., 2 табл.
Изобретение относится к области металлургии сплавов, в частности деформируемых термически упрочняемых алюминиевых сплавов системы Al-Cu-Mg-Ag, предназначенных для использования в качестве высокопрочных конструкционных материалов в авиационно-космической промышленности. Сплав содержит, мас. %: медь 4,0-5,5, магний 0,2-0,8, марганец 0,2-0,6, серебро 0,4-0,8, титан 0,05-0,2, хром 0,02-0,1, цирконий 0,05-0,2, ванадий <0,1, цинк <0,25, железо <0,1, кремний <0,1, алюминий - остальное. Техническим результатом изобретения является повышение уровня прочностных свойств алюминиевого сплава. 2 пр., 3 табл.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым наноструктурным сплавам на основе алюминия, содержащим медь и марганец, и может быть использовано для получения изделий, работающих при повышенных температурах. Сплав на основе алюминия содержит, мас. %: медь 0,5-2,0; марганец 0,3-1,6; цирконий 0, 1-0,5; бор 0,02-0,15; серебро 0,01-0,5; скандий 0,02-0,15; железо 0,01-0,3; кремний 0,01-0,35, неизбежные примеси до 0,1, из них каждой до 0,03, алюминий - остальное. Сплав имеет структуру, состоящую из алюминиевого твердого раствора и наночастиц вторичных алюминидов циркония и скандия, а бор присутствуют в структуре сплава в виде наночастиц AlB2, AlB12 со средним размером не более 50 нм. Сплав обладает повышенной термостойкостью, предел прочности (σв) после выдержки 250°C 400 часов составляет не менее 170 МПа, и электропроводностью не менее 55% IACS. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение может быть использовано при получении паяных конструкций из алюминия и его сплавов. Припой содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: кремний 8-13, медь 0,1-10, германий 1,5-8, железо 0,5-3, хром 0,1-2,1, марганец 0,5-3, кобальт 0,001-0,8, молибден 0,001-0,8, стронций 0,001-0,2, бериллий 0,001-0,1, титан 0,001-0,1, натрий 0,001-0,2 и ванадий 0,001-0,2, алюминий остальное. Суммарное содержание меди и германия не превышает 14 мас.%. Отношение содержания железа к марганцу составляет 1:1. Отношение содержания хрома к железу составляет от 1:1 до 1:1,2. При вакуумной пайке припой дополнительно содержит магний в количестве 0,1-1 мас.%. Изобретение обеспечивает понижение температуры плавления припоя, повышение прочности паяных конструкций, что позволяет увеличить срок их службы. 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 3 пр.

Изобретение может быть использовано при получении паяных конструкций из алюминия и его сплавов. Припой содержит компоненты в следующем соотношении, мас. %: кремний 5-13, медь 4-7, цинк 4-7, никель 0,5-3, марганец 0,3-3, железо 0,3-3, по меньшей мере один элемент из группы, включающей стронций 0,001-0,2, бериллий 0,001-0,1, титан 0,001-0,1, натрий 0,001-0,2 и ванадий 0,001-0,2, остальное - алюминий. Отношение содержания железа к марганцу составляет от 1:1 до 1:1,1. Отношение содержания никеля к железу составляет не более 1:2. При вакуумной пайке припой дополнительно содержит магний в количестве 0,1-1 мас. %. При пайке с длительным термическим циклом припой дополнительно содержит, мас.%: кобальт 0,001-0,8 и молибден 0,001-0,8. Технический результат заключается в понижении температуры плавления припоя, повышении прочности и коррозионной стойкости получаемых паяных конструкций из алюминиевых сплавов, что обеспечивает повышение их срока службы. 2 з.п. ф-лы, 2 табл., 3 пр.

Изобретение относится к массивным изделиям из деформируемого алюминиевого сплава серии 2ххх. Изделие из алюминиевого сплава, полученное обработкой давлением и имеющее конечную толщину по меньшей мере 25,4 мм, выполнено из алюминиевого сплава, содержащего, в вес.%: от 3,00 до 3,80 Cu, от 0,05 до 0,35 Mg, от 0,975 до 1,385 Li, причем -0,3×Mg-0,15Cu+1,65≤Li≤-0,3×Mg-0,15Cu+1,85, от 0,05 до 0,20 Zr, от 0,20 до 0,50 Zn, от 0,10 до 0,50 Mn, вплоть до 0,12 Si, вплоть до 0,15 Fe, вплоть до 0,15 Ti, вплоть до 0,05 любой примеси, при сумме примесей, не превышающей 0,15, остальное - алюминий. Изобретение направлено на достижение улучшенного сочетания прочности и вязкости. 24. з.п. ф-лы, 3 пр., 14 табл., 22 ил.

Изобретение относится к порошковой металлургии. Способ получения порошка квазикристаллического материала системы Al-Cu-Fe включает перемешивание порошков алюминия, меди и железа при соотношении компонентов, соответствующем области существования квазикристаллической фазы сплава системы Al-Cu-Fe, нагрев полученной смеси в камере в бескислородной атмосфере с последующим измельчением спека до получения порошка заданной дисперсности. Нагрев смеси производят до температуры 600-700°С, обеспечивающей инициализацию экзотермического процесса самопроизвольного формирования квазикристаллической фазы сплава, при этом измеряют текущую температуру нагрева в камере и температуру нагрева смеси порошков. При превышении температуры смеси порошков над текущей температурой нагрева в камере проводят отжиг при температуре 800-1300°С с обеспечением стабилизации квазикристаллической фазы сплава по всему объему смеси порошков. Обеспечивается получение качественного порошка квазикристаллического материала. 5 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл, 4 пр.
Наверх