Деформируемый сплав на основе алюминия для паяных конструкций

Авторы патента:

Мироненко Виктор Николаевич (RU)

Попкова Ольга Геннадьевна (RU)

Данилин Вячеслав Владимирович (RU)

Голубятников Андрей Леонидович (RU)

Васенев Валерий Валерьевич (RU)

Бутрим Виктор Николаевич (RU)

Татарышкин Виктор Иванович (RU)

Еремеев Владимир Викторович (RU)

C22C21/00 - Сплавы на основе алюминия

B23K35/28 - с основным компонентом, плавящимся при температуре ниже 950шC

Владельцы патента RU 2557043:

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

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

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

Исходный материал для металлического изделия из фольги и способ его изготовления // 2556431

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.

Модифицирующая смесь // 2553125

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.

Способ получения износостойкого антифрикционного сплава // 2552208

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.

Сплав на основе алюминия для паяных конструкций // 2551721

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.

Материал для кабеля на основе алюминиевого сплава с высокой степенью удлинения и способ его получения // 2550063

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%.

Алюминиевый сплав // 2544331

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.

Антифрикционный сплав на основе алюминия и способ его получения // 2542154

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.

Проводниковый термостойкий сплав на основе алюминия // 2541263

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.

Литейный композиционный материал на основе алюминия и его сплавов // 2538247

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.

Припой для пайки титана и его сплавов и способ пайки титана и его сплавов // 2539286

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.

Алюминиевый листовой припой // 2537052

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.

Припой на основе серебра // 2496625

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.

Припой для бесфлюсовой пайки // 2432242

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.

Состав сварочной проволоки на основе алюминия // 2393073

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.

Присадочная проволока для сварки алюминиевых сплавов // 2378095

Сплав на основе алюминия для сварных конструкций // 2368688

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.

Припой на основе серебра // 2367553

Припой на основе серебра // 2367552

Припой для пайки алюминия и его сплавов // 2584357

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.