Лигатура для алюминиевых сплавов

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при получении лигатур для легирования и модифицирования алюминиевых сплавов, содержащих цирконий и титан. Лигатура для алюминиевых сплавов систем Al-Zn-Mg-Cu и Al-Cu-Mg содержит, мас.%: медь 27-33, цирконий 3,5-4,5, титан 0,5-2,0, алюминий и неизбежные примеси остальное. Изобретение позволяет улучшить структуру слитков, снизить склонность к горячеломкости за счет уменьшенного содержания кремния, уменьшить объем шихтовых материалов и время их приготовления. 4 табл.

 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при получении лигатур для легирования и модифицирования алюминиевых сплавов, содержащих цирконий и титан.

Полуфабрикаты из алюминиевых сплавов нашли применение в современном авиастроении и аэрокосмической технике благодаря хорошему сочетанию механических, коррозионных и конструкционных свойств. В настоящее время для строительства летательных аппаратов широко используются деформируемые высокопрочные сплавы систем Al-Zn-Mg-Cu и Al-Cu-Mg, таких марок как 1933, 1973, В96Ц3пч, 1161. Эти сплавы обладают рядом преимуществ по конструкционным и эксплуатационным характеристикам в сравнении с традиционными сплавами, например В95пч и Д16ч. В химическом составе сплавов с повышенными характеристиками в качестве легирующих элементов совместно присутствуют переходные металлы: цирконий и титан, обладающие выраженным модифицирующим действием. При комплексном легировании алюминиевых сплавов цирконием и титаном, как правило, повышается температура рекристаллизации сплавов, увеличивается термическая стабильность полуфабрикатов с нерекристаллизованной структурой, уменьшается вероятность крупнозернистых структур. При литье алюминиевых сплавов цирконий и титан традиционно вводятся в расплав с помощью лигатур систем Al-Zr и Al-Ti (Al-Ti-B). Однако, как показывает производственный опыт, их использование связано с определенными проблемами в части получения мелкозернистой и однородной структуры по всему объему слитка. Причины кроются как в качестве самих лигатур, так и в технологии введения их в расплав. В процессе литья слитков из алюминиевых сплавов часть наследуемых от лигатуры интерметаллидов неполностью растворяется, что увеличивает вероятность образования крупных интерметаллидов в слитке и приводит к значительному ухудшению качества слитков и изготовленных из них полуфабрикатов в части появления объемных внутренних дефектов при последующей деформации. Кроме того, легирование цирконием и титаном посредством двух типов лигатур, используемых в качестве шихтовых материалов, требует значительных объемов их производства, что существенно увеличивает затраты на получение лигатур и, соответственно, слитков.

Известна лигатура на основе алюминия, содержащая (масс. %):

Медь 33-36
Марганец 1,5-2,5
Титан 0,7-1,7
Хром 0,7-1,3
Цирконий 0,3-0,6
Алюминий остальное

(а.с. СССР №1138434, публ. 07.02.1985).

Недостатком известной лигатуры является наличие марганца и хрома, а также низкое соотношение циркония к титану, что значительно ограничивает область ее применения. Кроме того, лигатура имеет низкое содержание циркония и титана, что приводит к увеличению объемов ее потребления.

Известна лигатура для легирования и модифицирования алюминиевых сплавов с цирконием, содержащая (масс. %):

Цирконий 9-12
Алюминий 9-11
Медь остальное

(Патент РФ №2026395, публ. 09.01.1995) - прототип.

Недостатком прототипа является высокое содержание меди, что требует наличия специализированного плавильного оборудования для получения сплава на медной основе. Кроме того, в составе прототипа отсутствует титан, что приводит к необходимости дополнительного его введения в расплав виде лигатуры Al-Ti. При этом легирование высокопрочных сплавов несколькими лигатурами приводит к повышенному содержанию кремния, тем самым изменяя регламентированное соотношение железа к кремнию, которое задано для повышения литейных свойств и возможности отливки крупногабаритных слитков в результате уменьшения их склонности к горячеломкости.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является разработка состава лигатуры, позволяющей повысить качество слитков из алюминиевых сплавов систем Al-Zn-Mg-Cu и Al-Cu-Mg с цирконием и титаном, а также уменьшить затраты на изготовление слитков.

Техническими результатами, достигаемыми при осуществлении изобретения, являются улучшение структуры слитков, снижение склонности к горячеломкости за счет уменьшенного содержания кремния, уменьшение объема шихтовых материалов и времени их приготовления.

Указанный технический результат достигается тем, что лигатура для алюминиевых сплавов систем Al-Zn-Mg-Cu и Al-Cu-Mg, легированных цирконием и титаном, содержащая медь, цирконий, алюминий и неизбежные примеси, согласно изобретению лигатура дополнительно содержит титан при следующем соотношении компонентов, масс. %:

Медь 27-33
Цирконий 3,5-4,5
Титан 0,5-2,0
Алюминий и неизбежные примеси остальное.

В составе заявленной лигатуры содержатся цирконий и титан, являющиеся общими элементами для ряда сплавов систем Al-Zn-Mg-Cu и Al-Cu-Mg. Соотношение циркония и титана определено исходя из требований химического состава алюминиевых сплавов. Увеличение содержания циркония и титана в лигатуре сверх максимальных пределов значительно повышает температуру плавления лигатуры, что негативно отражается на качестве слитков в части количества и размеров интерметаллидов циркония и титана. Содержание циркония и титана ниже указанных минимальных значений приводит к увеличению расхода лигатуры. Для снижения температуры плавления лигатуры и улучшения растворимости элементов в алюминиевой матрице в состав лигатуры введена медь. Кроме того, содержание меди в указанном диапазоне минимизирует пористость и значительно увеличивает жидкотекучесть лигатуры за счет образования химического соединения алюминия и меди (CuAl2). За счет высокой теплоемкости меди существенно уменьшается время приготовления лигатуры, по сравнению с известной, до 2 раз.

Промышленную применимость предлагаемого изобретения подтверждает следующий пример конкретного выполнения.

Для приготовления лигатуры с целевым составом Al-30Cu-4Zr-1Ti использовали следующие шихтовые материалы: первичный алюминий 3N8, медь катодную М00к, отходы титанового сплава Вт1-0, цирконий йодидный. Шихту загружали в индукционную плавильную печь типа «АЯКС» и доводили расплав до температуры 1150°С. После чего осуществляли рафинирование расплава путем перемешивания и введения флюса, состоящего из криолита, хлорида натрия, хлорида калия. Далее производили снятие шлака и разливали в чушки массой 6 кг. Продолжительность плавки составила 40 минут.

Результаты определения химического состава полученной лигатуры приведены в табл.1.

Исследование лигатуры осуществляли металлографическим способом. Результаты анализа микроструктуры приведены в табл. 2.

Затем полученную лигатуру использовали при отливке плоских слитков из сплава 1973, предназначенных для изготовления прессованных профилей. Сплав приготавливали в электрической печи сопротивления. Для приготовления сплава потребовалось 1,4% полученной лигатуры от массы шихтовых материалов, в то время как по известной технологии требовалось 3,1-3,4% двойных лигатур Al-Ti и Al-Zr. Приготовленный сплав рафинировали в ковше плавленым криолитсодержащим флюсом. После рафинирования расплав переливали в миксер и вакуумировали в течение 45 минут. Из полученного сплава отливали плоские слитки с поперечным сечением 510×1200 мм. Отливку слитка производили на литейной машине с тросовым приводом. После отливки осуществляли гомогенизацию слитков по известным режимам. Химический состав сплава указан в табл. 3. Результаты исследования слитков приведены в табл. 4.

Из отлитых и фрезерованных слитков изготовлены крупногабаритные прессованные профили с площадью поперечного сечения 670 см. После прессования профили подвергались закалке, правке и искусственному старению. Качество профилей после ультразвукового контроля, испытаний механических свойств и металлографического анализа в полной мере соответствует нормативно-технической документации.

Полученные результаты исследования лигатуры, слитков и прессованных профилей показали, что использование предлагаемого изобретения позволяет улучшить качество слитков в части ограничения размера интерметаллидов, снизить склонность к горячеломкости, а также дает возможность уменьшить объем шихтовых материалов и сократить время их приготовления.

Лигатура для алюминиевых сплавов, легированных цирконием и титаном, систем Al-Zn-Mg-Cu и Al-Cu-Mg, содержащая медь, цирконий, алюминий и неизбежные примеси, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит титан при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Медь 27-33
Цирконий 3,5-4,5
Титан 0,5-2,0
Алюминий и неизбежные примеси остальное



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, в частности к составам сплавов, используемых для легирования серого чугуна. Сплав содержит, мас.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению магниевых лигатур с иттрием, которые могут быть использованы в качестве легирующих и модифицирующих добавок в производстве сплавов на основе магния и алюминия.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к составам сплавов, используемых для легирования серого чугуна. Сплав содержит, мас.%: хром 15,0-20,0; кремний 5,0-10,0; марганец 2,0-4,0; углерод 2,0-4,0; теллур 1,0-1,5; самарий 1,0-1,5; гадолиний 1,0-1,5; кобальт 10,0-15,0; железо остальное.

Изобретение относится к металлургии и литейному производству, в частности к составам лигатур для рафинирования и модифицирования хромистых чугунов, применяемых для изготовления износостойких рабочих деталей гидронасосов, которые используют в горнорудной и металлургической промышленности для перекачки гидроабразивных смесей в виде пульпы, в том числе радиоактивных.

Изобретение относится к металлургии и касается получения лигатур для борирования стали. Способ включает приготовление смеси ингредиентов, содержащих металлические легирующие элементы, железо и соединения бора, и инициирование химической реакции между ними в инертной атмосфере.

Изобретение относится к металлургии, а именно к модификаторам и лигатурам, используемым при производстве серого и высокопрочного чугунов. Модифицирующий брикет для чугуна содержит шлам соляных ванн закалочных баков и алюминий в виде стружки при следующем соотношении компонентов, мас.%: алюминий в виде стружки 40-30, шлам соляных ванн закалочных баков 60-70, при этом шлам содержит карбонат бария в количестве 36-38%, хлористого калия, хлорида натрия и хлорида магния по 10% и окись магния в количестве 0,5%.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению таблетированной титановой лигатуры, и может быть использовано в ракетостроительной, авиационной, автомобильной и других отраслях промышленности, в которых используются высоколегированные литейные и деформируемые алюминиевые сплавы.

Изобретение относится к литейному производству, в частности к составам модификаторов, используемых в производстве легированных чугунов с шаровидным графитом. Модификатор содержит, мас.%: магний 2,0-9,0; церий 6,0-12,0; железо ≤ 1,5; барий 4,0-10,0; алюминий 2,0-4,0; никель остальное.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству ферросплавов. Восстановительную плавку проводят поэтапно, при этом вначале 10-60% от общего количества обогащенного ванадиевого шлака, необходимого на восстановительную плавку, проплавляют совместно с углеродистым восстановителем в соотношении 1:(0,1-0,3), затем, после образования металлической ванны, 85-98% от оставшейся части ванадиевого шлака проплавляют совместно с углеродистым восстановителем, алюминием и известью в соотношении 1:(0,02-0,09):(0,3-0,7):(0,3-0,5) и завершают процесс проплавлением шихтовой смеси, содержащей ванадиевый шлак, алюминий и известь в соотношении 1:(0,7-3,5):(0,7-3,5).
Изобретение относится к литейному производству, в частности к модифицированию жаропрочных никелевых сплавов ультрадисперсными порошками тугоплавких соединений. Способ включает введение в расплав модификатора, содержащего ультрадисперсные тугоплавкие частицы и дополнительно 55-65 % частиц металлов, взаимодействующих с компонентами расплава.

Изобретение относится к области металлургии, преимущественно к плавке и литью сплавов цветных металлов, и предназначено для изготовления композиционных материалов на основе алюминиевого сплава с низким коэффициентом термического расширения для деталей автомобилестроения.
Изобретение относится к металлургии, в частности к алюминиевым сплавам Al-Mg-Si, которые могут быть использованы для изготовления полуфабрикатов и изделий в различных отраслях промышленности методом сверхпластической формовки.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к борсодержащим алюминиевым сплавам, к которым предъявляют требования по поглощению нейтронного излучения в сочетании с низким удельным весом и высокой прочностью.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к борсодержащим алюминиевым сплавам, к которым предъявляют требования по поглощению нейтронного излучения в сочетании с низким удельным весом и высокой прочностью.
Изобретение относится к продуктам из алюминиевого сплава типа Al-Cu-Li и может быть использовано в качестве конструктивных элементов в авиации, космонавтике и т.д. 1.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к борсодержащим материалам на основе алюминия, получаемым в виде слитков и предназначено для получения листового проката, в том числе толщиной менее 0,3 мм, к которому предъявляются требования низкого удельного веса и повышенной прочности в сочетании с радиационнозащитными свойствами.

Изобретение относится к получению порошка квазикристаллического сплава Al-Cu-Fe. Порошки металлов шихтуют в соотношении, соответствующем области существования квазикристаллической фазы сплава системы Al-Cu-Fe.

Изобретение может быть использовано при изготовлении присадочных материалов для сварки алюминиевых сплавов, в частности сварных конструкций из высокопрочных алюминиевых сплавов системы Al-Cu-Li.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к изделиям из алюминиево-литиевых сплавов 2ххх, которые не чувствительны к наклепу. Изделие из алюминиевого сплава, полученное обработкой давлением, содержит, вес.%: от 2,75 до 5,0 Cu, от 0,2 до 0,8 Mg, причем значение отношения меди к магнию (Cu/Mg) составляет от 8,0 до 16, от 0,1 до 1,10 Li, от 0,30 до 2,0 Ag, от 0,40 до 1,5 Zn, ≤1,0 Mn и остальное - Al и примеси.

Изобретение может быть использовано при получении паяных конструкций из алюминия и его сплавов. Припой содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: кремний 5-13, медь 1-13,5, цинк 2-10, никель 0,5-4,5, олово 0,1-0,3, по меньшей мере один элемент из группы, включающей стронций 0,001-0,2, натрий 0,001-0,2, титан 0,001-0,1, ванадий 0,001-0,2, по меньшей мере один элемент, выбранный из группы кобальт 0,001-0,8, молибден 0,001-0,8, бериллий 0,001-0,1, алюминий остальное.

Изобретение относится к изготовлению твердосплавных сферических тел на основе карбида вольфрама c карбидным покрытием. Способ включает смешивание твердосплавной смеси ВК8 с пластификатором, ее прессование, размол прессовки, ситовое разделение на фракции с отсевом гранул до 400 мкм и не менее 130 мкм, смешивание отсеянных гранул с порошком более мелкодисперсной инертной неспекаемой засыпкой, отжиг и выделение спеченных гранул путем ситового отсева инертной порошковой засыпки.

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при получении лигатур для легирования и модифицирования алюминиевых сплавов, содержащих цирконий и титан. Лигатура для алюминиевых сплавов систем Al-Zn-Mg-Cu и Al-Cu-Mg содержит, мас.: медь 27-33, цирконий 3,5-4,5, титан 0,5-2,0, алюминий и неизбежные примеси остальное. Изобретение позволяет улучшить структуру слитков, снизить склонность к горячеломкости за счет уменьшенного содержания кремния, уменьшить объем шихтовых материалов и время их приготовления. 4 табл.

Наверх