Сплав на основе алюминия

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе алюминия, используемым для получения порошков, применяющихся для получения деталей с использованием аддитивных технологий. Сплав на основе алюминия содержит, мас. %: кремний 8,5-11,5, магний 0,3-1,0, медь 0,3-1,2, цирконий 0,15-0,8, церий 0,1-0,8, алюминий и неизбежные примеси – остальное. Сплав обладает высокими литейными характеристиками, повышенной прочностью и усталостной долговечностью. 2 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе алюминия, используемым для получения порошков, применяющихся для изготовления деталей с использованием аддитивных технологий, в том числе методом селективного лазерного синтеза.

В настоящее время для печати деталей из алюминиевых сплавов применяются сферические алюминиевые порошки на основе систем Al-Mg-Si-Cu и Al-Si, представляющие собой коммерческие сплавы, из которых получают детали методами литья или деформации. Данные сплавы обладают средним уровнем прочности, однако для получения ответственных деталей требуются материалы с высокими удельными свойствами и высокой технологичностью при печати.

Из уровня техники известен алюминиевый сплав, используемый для получения деталей методами трехмерной печати, содержащий 0,6 мас. % Si, 1,0 мас. % Mg, 0,3 мас. % Cu, Al - остальное (Eleftherios Louvis, Peter Fox, Christopher J. Sutcliffe. Selective laser melting of aluminium components // Journal of Materials Processing Technology №211. 2011. P. 275-284).

Недостатком данного сплава является низкая технологичность при изготовлении деталей методом селективного лазерного сплавления, что приводит к образованию горячих трещин и снижению уровня механических характеристик.

Известен алюминиевый сплав, содержащий, в мас. %:

Хром 1,5-3,5
Окись алюминия 0,01-1,0
Цирконий 1,5-3,5
Марганец 0,5-2,0
Вольфрам 0,5-1,0

Алюминий - основа (RU 2080406, опубл. 27.05.1997, С22С 21/00).

Недостатком заявленного материала является его высокая горячеломкость и низкие пластические характеристики, что приводит к формированию дефектов в напечатанном материале за счет термических напряжений. Данные дефекты приводят к снижению служебных характеристик материала, в особенности усталостной долговечности, что не позволяет применять данные материалы для ответственных деталей, подверженных знакопеременным нагрузкам.

Известен алюминиевый сплав, применяемый для изготовления изделий методом лазерного сплавления, содержащий, мас. %: магний до 4,3, скандий до 1,4, цирконий до 0,55, марганец до 0,7 (WO 2013179017, опубл. 05.12.2013, B22F 3/105).

Недостатком данного сплава являются низкие литейные свойства, что приводит к формированию дефектов в процессе селективного лазерного сплавления за счет термических напряжений, что негативно сказывается на прочностных и усталостных характеристиках материала.

Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению является сплав, принятый за прототип, содержащий, мас. %:

Кремний 9-11
Магний 0,45-0,6
Медь <0,1
Марганец 0,05
Цинк 0,05
Железо <0,55

Алюминий - основа (Kempen, K., Thijs, L., Yasa, Е., Badrossamay, М., Verheecke, W., Kruth, J. (2011). Process optimization and microstructural analysis for selective laser melting of AlSi10Mg. Solid Freeform Fabrication Symposium Proceedings. Solid Freeform Fabrication Symposium. Austin, Texas, USA, 8-10 August 2011).

К недостаткам данного сплава можно отнести невысокие характеристики прочности, что связано с отсутствием достаточного количества элементов, обеспечивающих как твердорастворное, так и дополнительное дисперсионное упрочнение.

Технической задачей заявленного изобретения является создание алюминиевого сплава для изготовления порошков, пригодных для получения деталей с использованием аддитивных технологий, повышенными показателями прочности и усталостной долговечности при сохранении высокой технологичности при печати (отсутствие дефектов).

Технический результат заявленного изобретения заключается в получении сплава, обладающего высокими литейными характеристиками, с повышенной прочностью и усталостной долговечностью.

Заявленный результат достигается тем, что сплав на основе алюминия содержит кремний, магний, медь, цирконий, церий при следующем содержании элементов, мас. %:

Кремний 8,5-11,5
Магний 0,3-1,0
Медь 0,3-1,2
Цирконий 0,15-0,8
Церий 0,1-0,8
Алюминий и неизбежные примеси остальное

Предпочтительно сплав изготавливается в виде частиц сферической формы.

Содержание кремния в заявленных пределах обеспечивает формирование в структуре достаточного количества эвтектических фаз, обеспечивающего малый интервал кристаллизации и высокие литейные характеристики, что приводит к получению плотной структуры с малым количеством дефектов, кроме того, дисперсное строение эвтектики повышает прочность материала. Введение магния в указанном диапазоне приводит к эффекту твердорастворного упрочнения, а также к формированию упрочняющих фаз Mg2Si. Добавка меди приводит к повышению прочности за счет частичного растворения в твердом растворе, а также повышает характеристики усталостной долговечности за счет образования интерметаллидной фазы Q (Al5Cu2Mg8Si6), формирующейся в процессе распада пересыщенного твердого раствора алюминия, которая имеет благоприятную морфологию и когерентна матрице, что повышает характеристики усталостной долговечности. Добавка циркония приводит к формированию интерметаллидной фазы типа Al3Zr, которая за счет высоких скоростей охлаждения имеет дисперсное строение. Фаза является хорошим препятствием для движения дислокаций, что приводит к одновременному росту прочности и усталостной долговечности. Введение церия приводит к повышению стабильности границ в процессе термической обработки, которая требуется для снятия термических напряжений. Это в свою очередь приводит к сохранению мелкого размера эвтектических составляющих и сохранению высоких показателей прочности.

Пример изготовления

Предлагаемый сплав (в соответствии с таблицей №1) отливали в круглые водоохлаждаемые изложницы диаметром 70 мм. После чего для получения металлопорошковой композиции проводили распыление при давлении 47-52 атм в среде аргона с использованием газового атомизатора. Полученный сферический порошок рассеивали до фракции 10-63 мкм.

С помощью принтера марки EOS проводили печать образцов. Мощность лазера составляла 300 Вт, скорость сканирования составляла 1300 мм/с. После печати проводили отжиг при температуре 200 градусов Цельсия для снятия внутренних напряжений. Испытания образцов проводили после чистовой механической обработки. Механические свойства определяли в соответствии с ГОСТ 1497 в направлении печати. Испытания на усталость проводили в соответствии с ГОСТ 25.502-79 на круглых корсетных образцах при напряжении 120 МПа и частоте 40 Гц. Пористость оценивали металлографическим способом на микрошлифах в направлении поперек печати. Шлифы исследовались после полировки и промывки на 10 полях. Пористость оценивалась как соотношение площади пор к площади поля зрения. Результаты испытаний представлены в таблице 2.

Как видно из таблицы, предлагаемый сплав обладает повышенной на 10-15% прочностью в сравнении с прототипом, а также повышенной на 25% усталостной долговечностью. Кроме того, предлагаемый сплав обеспечивает получение структуры образцов с минимальным содержанием дефектов.

Сплав на основе алюминия для получения сферического порошка, применяемого для изготовления деталей с использованием аддитивной технологии, содержащий кремний, магний, медь, отличающийся тем, что он дополнительно содержит цирконий и церий при следующем содержании компонентов, мас. %:

Кремний 8,5-11,5
Магний 0,3-1,0
Медь 0,3-1,2
Цирконий 0,15-0,8
Церий 0,1-0,8
Алюминий и неизбежные примеси остальное



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к сплавам на основе алюминия, и может быть использовано при получении фасонных отливок различными методами литья, в частности дисков автомобильных колес методом литья под низким давлением.

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к технологии производства алюминиевых сплавов. Способ получения алюминиевого сплава, легированного кремнием, включает введение в расплав алюминия кремния и тугоплавких металлов, при этом перед введением в расплав алюминия жидкий кремний подвергают окислительному рафинированию от кальция и фосфора, смешивают с жидким алюминием, тугоплавкие металлы вводят в расплав в виде легкоплавких лигатур, после чего зеркало сплава в ковше укрывают расплавленным силикатом натрия, транспортируют, заливают в миксер и добавляют необходимое для получения заданного состава сплава количество алюминия.

Изобретение относится к стальному листу с покрытием из сплава на основе Al, нанесенным погружением в расплав, имеющему высокую обрабатываемость. Слой покрытия из сплава на основе Al, нанесенный погружением в расплав, содержит от 1,0 до 12,0 мас.% кремния и от 0,002 до 0,080 мас.% бора и образован на поверхности стального листа-подложки, причем слой покрытия имеет соотношение IMAX/I0, равное 2,0 или более, полученное измерением профиля по глубине с помощью оптической эмиссионной спектрометрии c тлеющим разрядом (GDS) от наружной поверхности в глубину слоя покрытия, где IMAX является максимальной интенсивностью обнаружения бора в зонах с глубиной распыления от 0 до 1,0 мкм, а I0 является средней интенсивностью обнаружения бора в пределах глубины распыления от 1,0 до 5,0 мкм.

Изобретение относится к области металлургии цветных металлов, в частности к электролитическому производству алюминия, и может быть использовано в процессах подготовки алюминиевых сплавов с высоким содержанием кремния (силуминов) марок АК5М2, АК7, АК7пч, АК8М3, АК9, АК12 и других.

Изобретение относится к созданию плакированного алюминием стального листа, используемого для горячего прессования, который имеет превосходные смазывающую способность в горячем состоянии, коррозионную стойкость после нанесения красочного покрытия и пригодность к точечной сварке.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к многослойному алюминиевому листу для высокотемпературной пайки. Многослойный лист для бесфлюсовой высокотемпературной пайки содержит сердцевину из алюминиевого сплава, покрытую промежуточным слоем алюминиевого сплава, и нанесенный на промежуточном слое припой из алюминиевого сплава.

Изобретение относится к способам получения металлической бутылки с горлышком с резьбой. Способ производства изготавливаемой прессованием путем ударного выдавливания металлической бутылки с резьбой для напитков включает получение заготовки из алюминиевого сплава, смешанного из скрапа алюминиевого сплава и относительно чистого алюминиевого сплава, при этом указанный скрап алюминиевого сплава содержит: между около 0,20 мас.

Изобретение относится к металлургии, а именно к модифицированию алюминиево-кремниевых сплавов доэвтектического и эвтектического составов и может быть использовано в технологии приготовления алюминиево-кремниевых сплавов для получения фасонных отливок.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при получении высоконагруженных паяных конструкций из алюминия и его сплавов. Припой для пайки алюминия и его сплавов содержит следующие компоненты, мас.%: кремний 6,0÷10,0; германий 7,0÷20,0; стронций 0,005÷0,2; натрий 0,005÷0,05; бериллий 0,005÷0,1; железо 0,15÷0,3; хром 0,005÷1,5; цирконий 0,005÷1,5; по крайней мере один элемент из группы, содержащей марганец, никель, кобальт и молибден при суммарном содержании от 0,5 до 3,4; алюминий - остальное, при этом соотношение содержания хрома и циркония в сплаве составляет 1:1, а содержание никеля не превышает 0,8 мас.%.

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 области металлургии, в частности к сплавам на основе алюминия, используемым для получения порошков, применяющихся для получения деталей с использованием аддитивных технологий. Сплав на основе алюминия содержит, мас. : кремний 8,5-11,5, магний 0,3-1,0, медь 0,3-1,2, цирконий 0,15-0,8, церий 0,1-0,8, алюминий и неизбежные примеси – остальное. Сплав обладает высокими литейными характеристиками, повышенной прочностью и усталостной долговечностью. 2 табл., 1 пр.

Наверх