Способ получения деформированных полуфабрикатов из сплава на основе алюминия



Способ получения деформированных полуфабрикатов из сплава на основе алюминия
Способ получения деформированных полуфабрикатов из сплава на основе алюминия
Способ получения деформированных полуфабрикатов из сплава на основе алюминия
Способ получения деформированных полуфабрикатов из сплава на основе алюминия

 


Владельцы патента RU 2579861:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" (RU)

Изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым сплавам на основе алюминия системы Al-Fe-Si в виде тонколистового проката, фольги, листов, плит, прессованных профилей, проволоки и др. Из деформированных полуфабрикатов могут быть получены изделия, предназначенные для использования в качестве упаковочного материала пищевых продуктов, изделия, используемые в строительстве в качестве отделочно-декоративного материала, химической промышленности для хранения и транспортировки различных химических веществ и т.д. Способ получения деформированных полуфабрикатов из алюминиевого сплава включает приготовление расплава, содержащего алюминий, железо и кремний, получение слитка путем кристаллизации расплава, получение деформированных полуфабрикатов путем деформации слитка и отжиг деформированных полуфабрикатов, при этом расплав готовят на основе алюминия, полученного по технологии инертного анода, при следующем соотношении компонентов в расплаве, мас. %: железо - 0,5-1,6, кремний - 0,25-0,4, алюминий - остальное, при отношении железа к кремнию, составляющем 2-4, кристаллизацию расплава проводят со скоростью охлаждения не менее 20 К/с, деформацию слитка проводят по меньшей мере в 2 этапа с промежуточным отжигом между этапами при 300-450°C, на первом этапе со степенью деформации не менее 90%, на последующем этапе со степенью деформации не менее 60%, отжиг готового деформированного полуфабриката проводят при 300-400°C, при этом получают деформированные полуфабрикаты со структурой, содержащей алюминиевую матрицу с содержанием кремния до 0,1 мас. % и равномерно распределенными частицами фазы Al8Fe2Si со средним поперечным размером не более 1 мкм и массовой долей от 0,5 до 2%. Техническим результатом изобретения является создание нового деформированного сплава, выполненного в виде тонколистового проката, плиты, фольги и проволоки с высоким комплексом механических и электрических свойств, в частности с временным сопротивлением после отжига, превышающим 130 МПа, электропроводностью более 60% IACS, относительным удлинением, превышающим 20%. 4 з.п. ф-лы, 4 ил., 2 табл., 3 пр.

 

Область техники

Изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым сплавам на основе алюминия системы Al-Fe-Si в виде тонколистового проката, фольги, листов, плит, прессованных профилей, проволоки и др. Материал может быть использован при получении изделий, работающих в различных средах, в том числе и коррозионной. Из деформированных полуфабрикатов предлагаемого сплава могут быть получены изделия, предназначенные для использования в качестве упаковочного материала пищевых продуктов; изделия, используемые в строительстве (в качестве отделочно-декоративного материала); химической промышленности (для хранения и транспортировки различных химических веществ); электротехнических изделий в качестве проводов, шин и др.

Предшествующий уровень техники

Деформируемые алюминиевые сплавы системы Al-Fe-Si (8ххх серии типа 8079, в том числе и нелегированный алюминий 1xxx серии типа 1050) характеризуются высоким сочетанием коррозионной стойкости и технологичности при обработке давлением (Алиева С.Г., Альтман М.Б. и др. Промышленные алюминиевые сплавы. М.: Металлургия, 1984. 528 с.). Существенным недостатком данных сплавов является широкий концентрационный интервал легирующих элементов (прежде всего по содержанию Fe) без регламентации конечной структуры, что может приводить к ухудшению технологичности при обработке давлением, особенно при получении тонколистового проката и фольги, а также ухудшению качества наносимого анодированного покрытия. В частности, при высоком содержании Fe и относительно невысоких концентрациях кремния в структуре будет формироваться преимущественно фаза Al3Fe (Al6Fe) кристаллизационного происхождения.

Известен способ получения фольги из алюминиевого сплава системы Al-Fe-Si (патент WO 2007006426 A3, NOVELIS, INC). В данном изобретении авторы регламентировали соотношение Fe и Si и, как следствие, реализовали в структуре преимущественно кубическую фазу α-AlFeSi. Это позволило повысить технологичность при холодной обработке давлением (вплоть до получения фольги менее 200 мкм) и обеспечило высокий уровень механических свойств. К недостаткам данного метода следует отнести следующее: для реализации холодной обработки давлением литой заготовки (вплоть до получения фольги толщиной 200 мкм и менее) требуется обеспечить высокую скорость охлаждения слитка (литой заготовки) в интервале кристаллизации. При недостаточной скорости охлаждения в структуре будут формироваться относительно грубые частицы Fe-содержащей фазы, что негативно отразится на механических свойствах. Кроме того, регламентирование лишь соотношения между Fe и Si в широком концентрационном диапазоне не позволит достичь минимального содержания кремния в алюминиевом твердом растворе, что особенно важно в случае использования этого материала в электротехнике.

Известен другой способ получения листового материала из алюминиевого сплава (патент US 4126487, Alcan), наиболее близкий к заявленному способу. Авторами изобретения предложен способ получения листов из сплавов системы Al-Fe и Al-Fe-Si, позволяющий достичь в структуре регламентированного размера фаз кристаллизационного происхождения, обеспечивающих высокий уровень механических свойств. К недостаткам данного изобретения следует отнести возможность формирования различных кристаллизационных фаз, способных снизить технологичность при обработке давлением.

Раскрытие изобретения

В основу изобретения положена задача создать новый деформированный сплав на основе алюминия, полученного по технологии инертного анода, который бы в виде различных деформируемых полуфабрикатов (тонколистового проката, фольги, плитах, проволоки и др.) обладал бы высокой технологичностью при обработке давлением, хорошим уровнем механических свойств в отожженном состоянии (в частности временное сопротивление не менее 130 МПа и относительное удлинение не менее 20%) и электропроводности более 60% IACS.

Поставленная задача решается созданием способа получения деформированных полуфабрикатов из алюминиевого сплава, включающего приготовление расплава из алюминия, содержащего железо и кремний, получение слитка путем кристаллизации расплава, получение деформированных полуфабрикатов путем деформации слитка и отжиг деформированных полуфабрикатов, отличающегося тем, что расплав готовят на основе алюминия, полученного по технологии инертного анода, содержащего

железо - от 0,5 до 1,6 масс. %,

кремний - от 0,25 до 0,4 масс. %,

алюминий - остальное,

при соотношении Fe/Si=2-4, в этом случае кристаллизацию расплава проводят со скоростью охлаждения не менее 20 К/с, деформацию слитка проводят ступенями по меньшей мере в 2 этапа с промежуточным отжигом между ступенями при 300-450°C, на первой ступени со степенью деформации не менее 90%, последующая деформация со степенью обжатия не менее 60%, отжиг готового деформированного полуфабриката при 300-400°C, при этом получают деформированные полуфабрикаты со структурой, содержащей алюминиевую матрицу с содержанием кремния не более 0,1% и равномерно распределенными частицами фазы Al8Fe2Si со средним поперечным размером не более 1 мкм и массовой долей от 0,5 до 2%. В частном случае деформирование слитка проводят без промежуточного отжига. Сплав может быть выполнен в виде различных деформированных полуфабрикатов: тонколистового проката, фольги, плит, проволоки.

Техническим результатом данного изобретения является создание нового деформированного сплава, выполненного в виде тонколистового проката, плиты, фольги и проволоки с высоким комплексом механических и электрических свойств, в частности, временное сопротивление после отжига превышает 130 МПа, электропроводность более 60% IACS, относительное удлинение превышает 20%.

Сущность изобретения

При создании изобретения была поставлена задача - разработать сплав со структурой, содержащей алюминиевую матрицу с содержанием кремния до 0,1% и равномерно распределенными частицами фазы Al8Fe2Si со средним поперечным размером не более 1 мкм и массовой долей от 0,5 до 2%. При этом сплав должен быть пригоден для его получения на серийном промышленном оборудовании, используемом для производства деформируемых алюминиевых сплавов со следующим уровнем механических характеристик (на листах): временное сопротивление не менее 130 МПа, относительное удлинение не менее 20%.

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

При кристаллизации расплава со скоростью охлаждения менее 20 К/с возможно формирование относительно грубых Fe-содержащих фаз кристаллизационного происхождения со средним поперечным размером более 1 мкм и, как следствие, ухудшение технологичности при деформации и ухудшение качества поверхности деформируемых полуфабрикатов.

Если температура промежуточного отжига деформированного полуфабриката будет превышать 450°C, то в структуре возможно формирование относительно крупных зерен при рекристаллизации. Если температура промежуточного отжига деформированного полуфабриката будет ниже 300°C, то потребуются длительные временные выдержки при термообработке.

Если температура отжига готового деформированного полуфабриката будет превышать 400°C, то в структуре возможно формирование относительно крупных рекристаллизованных зерен, приводящих к снижению относительного удлинения. Если температура отжига готового деформированного полуфабриката будет ниже 300°C, то потребуются длительные временные выдержки при смягчающем отжиге.

Если расплав готовить из алюминия, полученного по технологии инертного анода, выходящего за пределы: железо от 0,5 до 1,6 масс. %, кремний от 0,25 до 0,4 масс. %, при соотношении Fe/Si=2-4, то конечная структура будет представлять собой алюминиевую матрицу с распределенными в ней различными частицами Fe-содержащих фаз. Присутствие других Fe-содержащих фаз способно ухудшить технологичность при обработке давлением. При большей концентрации кремния алюминиевый твердый раствор может содержать более 0,1 масс. % Si, что негативно отразится на электропроводимости материала.

Примеры конкретного выполнения

Сплавы для заявляемого материала были приготовлены в электрической печи сопротивления в графитошамотных тиглях из алюминия, полученного по технологии инертного анода, алюминия марки А7 (ГОСТ 11069-2001) и двойных лигатур (Al-Fe и Al-Si). Состав сплава для заявляемого материала соответствовал составам 2-4 в табл. 1. Плоские (сечением 40×120 мм) и цилиндрические слитки (диаметром 44 мм) получали литьем в графитовые изложницы. Количество Fe-содержащих фаз, концентрацию кремния в алюминиевом твердом растворе рассчитывали с использованием программы Thermo-Calc (база данных TTAL5). Для сплава состава 3 были получены слитки при меньшей скорости охлаждения в интервале кристаллизации.

Прокатку плоских слитков проводили как с промежуточным отжигом, так и без него. Волочение проволоки проводили без промежуточного отжига. Структуру сплавов изучали в электронном сканирующем микроскопе (TESCAN). Испытание на растяжение проводилось по ГОСТ 1497-84 (скорость деформирования составляла 4 мм/мин, расчетная длина 50 мм). Измерение удельного электросопротивления (с последующим пересчетом в значения IACS) плоских образцов проводили с помощью цифрового программируемого миллиомметра INSTEK GOM-2.

Пример 1

Определяли механические свойства и проводимость холоднокатаных листов (толщиной 0,5 мм) после отжига при 300°C в течение 1 часа (табл. 1). Схема получения листов: деформация слитка с начальной температурой слитка 450°C (без подогрева) до листа толщиной 4 мм, далее промежуточный отжиг при 400°C в течение 1 часа и последующая деформация при комнатной температуре до листа 0,5 мм.

Из представленных в таблице 1 результатов следует, что лишь заявляемый сплав составов 2-4 удовлетворяет требованиям в отожженном состоянии по уровню механических свойств, проводимости (временное сопротивление более 130 МПа, относительное удлинение выше 20% и IACS более 60%) и содержанию кремния в алюминиевом твердом растворе.

Пример 2

Для обоснования скорости охлаждения в интервале кристаллизации слитки заявляемого сплава состава 3 (табл. 1) были получены с различными скоростями (табл. 2).

Из результатов, представленных в таблице и на фигуре 1 (Типичная микроструктура сплава состава 3 табл. 1), видно, что при скоростях охлаждения в интервале кристаллизации выше 20 К/с реализуется заданная структура с поперечным размером Fe-содержащих частиц со средним поперечным размером не более 1 мкм. При меньшей скорости охлаждения структура существенно огрубляется, например, на фигуре 2 (структура сплава 3 (табл. 1), полученного при скорости охлаждения менее 1 К/с) показано, что при скорости менее 1 К/с размер Fe-содержащих фаз может достигать более 2 мкм.

Пример 3

Оценку технологичности при обработке давлением проводили на литых плоских (высотой 40 мм) и цилиндрических (диаметром 44 мм) слитках состава 3 (табл. 1), которые были подвергнуты деформации без промежуточного отжига до фольги толщиной менее 50 мкм (прокаткой) и проволоки диаметром менее 200 мкм (волочением), фотографии фольги представлены на фиг. 3 (фольга и тонколистовой прокат из сплава состава 3 (табл. 1)) и фиг. 4 (проволока из сплава состава 3 (табл. 1)).

1. Способ получения деформированных полуфабрикатов из алюминиевого сплава, включающий приготовление расплава, содержащего алюминий, железо и кремний, получение слитка путем кристаллизации расплава, получение деформированных полуфабрикатов путем деформации слитка и отжиг деформированных полуфабрикатов, отличающейся тем, что расплав готовят на основе алюминия, полученного по технологии инертного анода, при следующем соотношении компонентов в расплаве, мас. %:
железо - 0,5-1,6,
кремний - 0,25-0,4,
алюминий - остальное,
при отношении железа к кремнию, составляющем 2-4, кристаллизацию расплава проводят со скоростью охлаждения не менее 20 К/с, деформацию слитка проводят по меньшей мере в 2 этапа с промежуточным отжигом между этапами при 300-450°C, на первом этапе со степенью деформации не менее 90%, на последующем этапе со степенью деформации не менее 60%, отжиг готового деформированного полуфабриката проводят при 300-400°C, при этом получают деформированные полуфабрикаты со структурой, содержащей алюминиевую матрицу с содержанием кремния до 0,1 мас. % и равномерно распределенными частицами фазы Al8Fe2Si со средним поперечным размером не более 1 мкм и массовой долей от 0,5 до 2%.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что деформированный полуфабрикат выполняют в виде тонколистового проката.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что деформированный полуфабрикат выполняют в виде фольги.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что деформированный полуфабрикат выполняют в виде плиты.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что деформированный полуфабрикат выполняют в виде проволоки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, более конкретно к способам изготовления листовых заготовок из деформируемых термически неупрочняемых алюминиево-магниевых сплавов с добавками переходных металлов.

Изобретение относится к области термической обработки металлов и сплавов, а именно к закалке сложноконтурных деталей и полуфабрикатов из сплавов на основе алюминия, широко используемых в авиационной и ракетной технике и других изделиях машиностроения в качестве конструкционных основных элементов.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к технологии получения изделий методом горячей деформации алюминиевых сплавов, преимущественно высокопрочных и жаропрочных, для использования главным образом в авиакосмической технике и транспортном машиностроении.

Изобретение относится к области металлургии сплавов, а именно к технологии обработки алюминиевых сплавов системы Al-Mg-Mn, и может быть использовано для изготовления различных полуфабрикатов для авиакосмической, транспортной и судостроительной промышленностей.

Изобретение относится к коррозионностойким алюминиевым сплавам с высоким содержанием магния и способам их получения. Разработаны системы и способы для непрерывной отливки изделий в виде листов или пластин из Al-Mg сплава, имеющих высокое содержание магния.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к способам прессования полуфабрикатов из сплавов на основе алюминия и конструкциям прессового инструмента.
Изобретение относится к металлургии алюминиевых сплавов, содержащих металлы, практически не растворяющиеся в твердом алюминии: железо, никель, кобальт, редкоземельные металлы, иттрий, и предназначено для изготовления проводников электрического тока в виде проволоки диаметром 0,1-0,3 мм, работающих при повышенных температурах до 250°C.

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, а именно, к листам из алюминиевого сплава. Лист алюминиевого сплава, содержит подложку из алюминиевого сплава с составом, содержащим, в мас.%: 3,0-4,0 магния, 0,2-0,4 марганца, 0,1-0,5 железа, не менее 0,03 - менее 0,10 меди, и менее 0,20 кремния, причем остаток составляют алюминий и неизбежные примеси.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к составам антифрикционных сплавов на основе алюминия, а также к способам изменения их металлографической структуры сочетанием термической обработки и пластической деформации, и может быть использовано, например, в производстве подшипников скольжения.

Группа изобретений относится к способу и устройству получения содержащего алюминий и титан сплава - интерметаллида. Способ включает получение сплава из водной суспензии частиц руд, содержащих соединения алюминия и титана.

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству литейных алюминиевых антифрикционных сплавов, используемых в машиностроении при изготовлении монометаллических подшипников скольжения.

Изобретение относится к алюминиевым сплавам, предназначенным для производства электропроводников, работающих при высоких температурах. Алюминиевый сплав содержит, мас.%: лантан и церий в сумме до 9, никель до 0,7, стронций до 0,001, алюминий - остальное, при соотношении церия к лантану 1,0-1,5 и никеля к сумме лантана и церия 0,1-0,3.

Изобретение относится к литейному производству. Алюминиевый сплав, содержащий в мас.%: никель 2-6, цирконий 0,1-0,4, ванадий 0,1-0,4, марганец до 5, железо до 2, титан до 1, алюминий, содержащий не более 1 мас.% производственных примесей, - остальное, заливают в форму машины литья под давлением.

Изобретение относится к получению наноструктурированного конгломерированного порошкового материала для нанесения износо-коррозионностойких покрытий гизодинамическим и газотермическим напылением.

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.

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.

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.

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 относится к области металлургии, в частности к изготовлению плоского проката из высоколегированного титанового сплава. Способ изготовления плит из высоколегированного титанового сплава Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr включает деформацию слитка в сляб путем ковки при температурах в β- и (α+β)-областях, при окончательном деформировании в (α+β)-области, последовательные прокатки сляба в β- и (α+β)-областях.
Наверх