Деформируемый сплав на основе алюминия для паяных конструкций

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 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. Благодаря склонности к самозакаливанию и высокой температуре солидуса сплавы системы Al-Zn-Mg являются перспективной системой для создания высокопрочных сплавов для пайки наиболее тугоплавким твердым припоем, предназначенным для пайки алюминия и сплавов.

Известен сплав на основе алюминия системы Al-Zn-Mg, предназначенный для пайки твердым припоем, содержащий (в % по массе) 0,5-2,5 Zn, ≤0,05Mg, 0,7-1,4 Mn, 0,7-1,4 Si, 0,5-1,4 Fe (Европейский патент №2048252, C22C 21/00, C22F 1/00, C22F1/053, 18.06.2007). Сплав имеет, по данным авторов, низкую прочность: всего 130 МПа.

Известны сплавы системы Al-Zn-Mg с различными добавками, предназначенные для пайки твердым припоем, содержащие:

- 3,0-7,0 Zn, 0,1-0,3 Mg, 0,1-0,5 Cr, 0,05-0,2 Ti, 0,01-2,0 Ni (Патент Японии №3194778 C22C 21/10 24.03.92),

- 0,1-0,4 Zn, 0,1-0,7 Mg, 0,1-0,9 Si, 0,1-0,9 Mn, 0,05-0,5 Cu, 0,05-0,3 Cr, 0,02-0,2 Zr (Заявка Японии №2-10212 C22C 21/00, 21/02, 07.03.90),

- 0,8-2,5 Zn, до 0,008 Mg, 0,6-1,0 Si, 0,9-1,5 Mn, 0,1-0,4 Cu, 0,3-0,6 Ni, 0,03-0,3 Cr, 0,03-0,3 Zr, возможно, 0,005-0,1 In, 0,005-0,1 Sn (Патент Японии №3359115 7090444 C22C 21/00, F28F 21/08, 24.12.2002),

- 3,1-3,9 Zn, 0,3-0,8 Mg, 0,2-0,9 Mn, 0,01-0,3 Cu, 0,05-0,5 Zr, 0,01-0,3 Ti (Заявка Японии №3 - 38332, C22C 21/10, 10.06.91),

Сплавы легированы дополнительно титаном, цирконием и/или элементами, повышающими температуру рекристаллизации. Недостатком сплавов остается пониженная прочность после обработки по режиму пайки.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является сплав 1915 по ГОСТ4784, содержащий компоненты в следующем соотношении, мас. %:

алюминий - основа,

цинк 4,0-5,0,

магний 1,0-1,8,

марганец 0,2-0,7,

хром 0,06-0,2,

титан 0,01-0,06,

цирконий 0,08-0,2,

медь до 0,5,

бериллий по расчету шихты 0,0001-0,01,

железо не более 0,4,

кремний не более 0,35.

Сплав хорошо сбалансирован по содержанию основных легирующих компонентов, модификаторов и антирекристаллизаторов применительно к процессам горячей и холодной деформации. Температура начала и конца рекристаллизации сплава находится в пределах 270-550°C. Однако в случае пайки твердым припоем при температуре более 560-565°C сплав весьма склонен к рекристаллизации. Крупнозернистая рекристаллизованная структура снижет и дестабилизирует свойства сплава.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является снижение склонности к рекристаллизации и сохранение мелкозернистой структуры после обработки по режиму пайки при температуре, близкой к солидусу.

Технический результат - в получении высоких механических свойств и коррозионной стойкости паяных соединений.

Это достигается тем, что в деформируемый сплав на основе алюминия для паяных конструкций, содержащий цинк, магний, марганец, хром, цирконий, бериллий и медь, при этом он дополнительно содержит гафний и/или титан и/или ванадий при следующем соотношении компонентов, 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,

при этом суммарное содержание по крайней мере трех элементов, выбранных из группы: гафний, хром, титан, цирконий и ванадий, составляет не менее 0,4 мас. %, а соотношение Zn: Mg в сплаве выбирается в пределах 2-2,5.

Цинк и магний обеспечивают упрочнение сплава путем закалки и старения, в том числе после обработки по режиму пайки вследствие закалки на воздухе, естественного или искусственного старения. Выбор содержания цинка и магния определяется оптимальным соотношением механических и коррозионных свойств на основе общих принципов металловедения сплавов Al-Zn-Mg.

Содержание марганца в пределах 0,2-0,9 мас. % обеспечивает максимальный эффект закалки и старения сплава.

Комплексное легирование, по крайней мере, тремя элементами, выбранные из группы: гафний, хром, титан, цирконий и ванадий - при их суммарном содержании не менее 0,4 мас. % сильно измельчает структуру и препятствует рекристаллизации при высокотемпературной пайке, сохраняя после пайки мелкозернистую структуру. Гафний, хром, титан, цирконий и ванадий после пайки находятся в твердом растворе или в виде дисперсных интерметаллидов. Упрочнение гафнием, хромом, титаном, цирконием и ванадием восполняет потерю прочности при старении из-за неполной закалки после пайки. Содержание гафния до 0,1-0,5%, хрома, титана, циркония и ванадия в пределах 0,1-0,2% каждого применяется при изготовлении сплава по серийной технологии, а гафния в пределах 0,5-1,5%, хрома, титана, циркония и ванадия в пределах 0,3-1,0% каждого - при изготовлении сплава по гранульной технологии. Превышение указанного содержания при каждом варианте технологии приводит к образованию грубых интерметаллидов.

Микродобавка бериллия защищает при плавке жидкий расплав от окисления.

Содержание меди в пределах до 0,5% повышает механические свойства сплава и стойкость к коррозии под напряжением, не ухудшая склонности к самозакаливанию.

Примеры конкретного применения.

Пример 1

Деформируемый сплав на основе алюминия для паяных конструкций, содержащий (в % по массе):

3,87 Zn,

1,64 Mg,

0,40 Mn,

0,20 Hf,

0,15 Cr,

0,2 Zr,

0,15 Cu,

0,001 Be.

Соотношение Zn:Mg=2,36. Слиток диаметром 95 мм гомогенизировали по режиму 470°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 470°C, после естественного старения в течение 30 суток обрабатывали по режиму пайки 590°C, 15 мин.

Как до (фиг. 1), так и после обработки по режиму пайки (фиг. 2) сплав имеет однородную мелкозернистую структуру. Зерно практически не увеличилось по сравнению с состоянием до обработки по режиму пайки, в том числе в зоне термического влияния соединения (фиг. 3).

Прочность, определенная в продольном направлении на стандартных пятикратных образцах по ГОСТ 1497, составила для сплава после упрочняющей термообработки не менее 349 МПа, после обработки по режиму пайки и повторного искусственного старения не менее 297 МПа.

Пример 2

Деформируемый сплав на основе алюминия для паяных конструкций, содержащий (в % по массе):

4,90 Zn,

2,14 Mg,

0,24 Mn,

1,45 Hf,

0,58 Cr,

0,18 Ti,

0,64 Zr,

0,29 V, 0,01

Cu, 0,0001 Be.

Соотношение Zn:Mg=2,29. 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. В зоне термического влияния паяного соединения, как и в примере 1, увеличение зерна практически отсутствует.

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

Деформируемый сплав на основе алюминия для паяных конструкций, содержащий (в % по массе):

5,0 Zn,

2,5 Mg,

0,2 Mn,

0,50 Cr,

0,2 Ti,

0,50 Zr,

0,20 V,

0,01 Cu, 0,001 Be.

Соотношение Zn:Mg=2. Из расплава по технологии, описанной в примере 2, 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. В зоне термического влияния паяного соединения, как и в примерах 1 и 2, увеличение зерна практически отсутствует.

Прочность, определенная на образцах, аналогичных примеру 1, составила для сплава после упрочняющей термообработки не менее 320 МПа, после обработки по режиму пайки и повторного искусственного старения не менее 291 МПа.

Пример 4 (прототип).

Сплав на основе на основе алюминия, содержащий (в % по массе):

3,80 Zn,

1,60 Mg,

0,40 Mn,

0,15 Cr,

0,15 Zr,

0,4 Cu,

0,001 Be.

Соотношение Zn:Mg=2,38. Технология получения сплава соответствовала примеру 1. В мелкозернистой структуре сплава (фиг. 4) присутствуют включения интерметаллидов, более грубые, чем в примере 1. После обработки по режиму пайки зерно крупное, рекристаллизованное (фиг. 5). В зоне термического влияния паяного соединения имеет место рекристаллизация, рост зерна основного металла и диффузия припоя в основной металл по границам рекристаллизованных зерен зоны термического влияния (фиг. 6), вызывающая охрупчивание и снижение коррозионной стойкости паяного соединения.

Прочность, определенная на образцах, аналогичных примеру 1, составила для 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 комплексного легирования обеспечивается получение однородной мелкозернистой структуры после обработки по режиму пайки, высокие механические свойства и коррозионная стойкость паяных соединений.

Деформируемый сплав на основе алюминия для паяных конструкций, содержащий цинк, магний, марганец, хром, цирконий, бериллий и медь, отличающийся тем, что он дополнительно содержит гафний, и/или титан, и/или ванадий при следующем соотношении компонентов, 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

при этом суммарное содержание по крайней мере трех элементов, выбранных из группы: гафний, хром, титан, цирконий и ванадий, составляет не менее 0,4 мас. %, а соотношение Zn:Mg в сплаве составляет 2-2,5.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу изготовления многослойного материала для высокотемпературной пайки и может быть использовано, например, для изготовления тонких листов в теплообменниках.

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.
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 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.

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.
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 способу изготовления многослойного материала для высокотемпературной пайки и может быть использовано, например, для изготовления тонких листов в теплообменниках.

Изобретения могут быть использованы при пайке титановых соединений, в частности, в автомобильной, авиационной промышленности, приборостроении. Припой для пайки титана и его сплавов выполнен в виде сплава на основе алюминия, содержащего, вес.%: Cu 6,0-9,0; Ti≤1,0; Ni 1,0-2,0; Al - остальное.
Изобретение относится к листовому припою из многослойного алюминиевого сплава и может быть использовано при изготовлении теплообменников. Листовой припой из многослойного алюминиевого сплава, состоящий из: материала основного слоя, который на одной или двух сторонах имеет промежуточный слой, состоящий из Al-Si твердого припоя, расположенного между основным слоем и тонким покрывающим слоем поверх промежуточного слоя.
Изобретение может быть использовано для пайки и лужения деталей в ювелирной промышленности, электронике, электротехнике и приборостроении. Припой содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: серебро 64,5-65,5; медь 19,5-20,5; индий 3-5; цинк остальное.
Изобретение относится к пайке диффузионно-твердеющими припоями на основе галлия и может быть использовано для получения неразъемных соединений разнородных материалов, в частности для низкотемпературной бесфлюсовой пайки керамики с металлами.

Изобретение относится к области металлургии сплавов на основе алюминия, в частности к сварочным материалам, предназначено для изготовления сварочной проволоки для сварки плавлением конструкций из деформируемого термически неупрочняемого сплава системы Al-Mg-Sc.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству алюминиевого литейного сплава для сварных конструкций массового производства, работающих в условиях знакопеременных нагрузок в различных климатических зонах.

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 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.

Наверх