RU2039115C1

RU2039115C1 - Aluminium-base alloy

Info

Publication number: RU2039115C1
Application number: RU92009700A
Authority: RU
Inventors: Н.А. Белов; В.С. Золоторевский; Д.В. Лузгин
Original assignee: Московский институт стали и сплавов
Priority date: 1992-12-03
Filing date: 1992-12-03
Publication date: 1995-07-09

Abstract

FIELD: nonferrous metallurgy. SUBSTANCE: aluminium-base alloy has the following components, wt.-% cerium 1.0-2.5; zirconium 0.4-0.9; iron 1.2-2.2; chrome 0.2-0.7, and aluminium the rest. EFFECT: enhanced quality of alloy. 1 tbl

Description

Изобретение относится к цветной металлургии, конкретно к жаропрочным литейным сплавам на основе алюминия. The invention relates to ferrous metallurgy, specifically to heat-resistant casting alloys based on aluminum.

Известен алюминиевый сплав с 1,2% Zr и 1,5% Cr (Промышленные алюминиевые сплавы: Справ. Алиева С.Г. и др. М. Металлургия, 1984, с. 272). Сплав имеет хорошую жаропрочность, однако он предназначен для получения изделий из порошка или гранул, что обусловливает их высокую себестоимость. Known aluminum alloy with 1.2% Zr and 1.5% Cr (Industrial aluminum alloys: Ref. Aliev S.G. and other M. Metallurgy, 1984, S. 272). The alloy has good heat resistance, however, it is designed to obtain products from powder or granules, which leads to their high cost.

Наиболее близким к предлагаемому сплаву является литейный сплав AЛ33, содержащий, по массе: Медь 5,5-6,2 Никель 0,8-1,2 Марганец 0,6-1,0 Цирконий 0,05-0,2 Церий 0,15-0,3 Алюминий Остальное
Известный сплав имеет высокие значения жаропрочности в отливках при температурах до 350^оС, однако низкие литейные свойства не позволяют получать отливки сложной формы, что ограничивает его применение. К другим недостаткам этого сплава относятся: низкие значения пластичности при комнатной температуре, резкое падение показателей жаропрочности при температурах выше 400^оС и строгое ограничение по примеси железа (менее 0,3%), что требует для его производства дорогостоящий и дефицитный алюминий высокой чистоты.Closest to the proposed alloy is a casting alloy AL33, containing, by weight: Copper 5.5-6.2 Nickel 0.8-1.2 Manganese 0.6-1.0 Zirconium 0.05-0.2 Cerium 0, 15-0.3 Aluminum Else
The known alloy has high values of heat resistance in castings at temperatures up to 350 ^about C, however, low casting properties do not allow to obtain castings of complex shape, which limits its use. Other disadvantages of this alloy are: lower values of ductility at room temperature, the sharp fall in the heat resistance at temperatures above 400 ^{° C} and a strict limitation on the iron impurity (less than 0.3%), which requires for its production is expensive and scarce high purity aluminum.

Целью предлагаемого изобретения является: повышение литейных свойств; повышение пластичности при комнатной температуре; повышение жаропрочности при температурах выше 400^оС.The aim of the invention is: improving the casting properties; ductility increase at room temperature; increase in heat resistance at temperatures above 400 ^about C.

Для достижения поставленной цели сплав на основе алюминия, содержащий церий и цирконий, дополнительно содержит железо, и хром при следующем соотношении компонентов, мас. Церий 1,0-2,5 Цирконий 0,4-0,9 Железо 1,2-2,2 Хром 0,2-0,7 Алюминий Остальное
Церий и железо в заявленных пределах способствуют формированию эвтектики сложного состава, что обеспечивает высокие литейные свойства и жаропрочность. Концентрации церия и железа менее нижнего предела не обеспечивают требуемый уровень литейных свойств и жаропрочности, а при концентрации свыше верхнего уровня наблюдается падение значений пластичности из-за образования грубых первичных интерметаллидов. Цирконий и хром, находясь в алюминиевом твердом растворе и дисперсных вторичных алюминидах, положительно влияют на жаропрочность и позволяют сохранить достаточно высокую пластичность при комнатной температуре. Отсутствие меди и других традиционных основных легирующих элементов обеспечивает почти максимальное значение солидуса (около 650^оС), что способствует повышению уровня максимальных рабочих температур до 450^оС. При концентрациях Cr и Zr менее нижнего предела их действие незначительно, а при концентрациях свыше верхнего предела возникает опасность появления первичных алюминидов, снижающих пластичность.To achieve this goal, an aluminum-based alloy containing cerium and zirconium additionally contains iron and chromium in the following ratio of components, wt. Cerium 1.0-2.5 Zirconium 0.4-0.9 Iron 1.2-2.2 Chrome 0.2-0.7 Aluminum Else
Cerium and iron within the stated limits contribute to the formation of a complex eutectic, which ensures high casting properties and heat resistance. Concentrations of cerium and iron below the lower limit do not provide the required level of casting properties and heat resistance, and at a concentration above the upper level, a decrease in plasticity values is observed due to the formation of coarse primary intermetallic compounds. Zirconium and chromium, being in aluminum solid solution and dispersed secondary aluminides, have a positive effect on heat resistance and allow maintaining a fairly high ductility at room temperature. Absence of copper and other conventional main alloying elements provides nearly the maximum value solidus (650 ^{° C),} thereby raising the maximum operating temperature to 450 ^C. When the Cr and Zr concentrations less than the lower limit of their operation slightly, while at concentrations above the upper limit there is a danger of the appearance of primary aluminides, which reduce ductility.

Поскольку совместное введение церия, циркония, железа и хрома в сплав на основе алюминия в заявленных концентрациях позволяет получить качественно новый эффект, а именно получить сплав, сочетающий высокие значения литейных свойств, жаропрочности при температурах выше 400^оС и пластичности при комнатной температуре, допуская при этом в составе не менее 1% Fe, можно сделать вывод о соответствии предлагаемого изобретения требованию критерия "Существенные отличия".Since coadministration of cerium, zirconium, iron and chromium in the aluminum-based alloy in the stated concentrations it allows to obtain a qualitatively new effect, namely an alloy that combines high values casting properties, heat resistance at temperatures above 400 ^{° C} and plasticity at room temperature, while preventing this in the composition of not less than 1% Fe, we can conclude that the proposed invention meets the requirements of the criterion of "Significant differences".

Для опробования предлагаемого сплава в лабораторных условиях были приготовлены 6 составов, включая заявленные концентрации и средний состав известного сплава. Сплавы готовили в электрической печи сопротивления из чистого алюминия и лигатур (Al-Ce, Al-Cr, Al-Zr, Al-Fe). Механические свойства при 20^оС ( σ_b и δ ) и жаропрочность при 400 и 450^оС определяли на образцах, вырезанных из отливок с размерами 10х20х160 мм, отлитых в графитовую изложницу и термообработанных по специальному режиму. В качестве показателя жаропрочности использовали значение угла загиба (γ) при выдержке под напряжением 25 МПа при соответствующей температуре за 3 ч. Литейные свойства оценивали по карандашной пробе на горячеломкость (ПГ), определяя диаметр стержня, при котором обнаруживаются первые трещины.For testing the proposed alloy in laboratory conditions, 6 compositions were prepared, including the declared concentration and average composition of the known alloy. Alloys were prepared in an electric resistance furnace from pure aluminum and alloys (Al-Ce, Al-Cr, Al-Zr, Al-Fe). Mechanical properties at 20 ^{° C} (σ _b and δ) and high-temperature strength at 400 and 450 ^{° C} measured on samples cut from the castings with the dimensions 10h20h160 mm cast into a graphite mold and heat-treated by a special mode. The value of the bending angle (γ) was used as an indicator of heat resistance when holding at a voltage of 25 MPa at the corresponding temperature for 3 hours. Casting properties were evaluated using a pencil test for heat resistance (GH), determining the diameter of the core at which the first cracks were detected.

Приведенные в таблице результаты показывают, что предлагаемый сплав (составы 2-4) превосходят известный (состав 6) по показателю жаропрочности при 400-450^оС, показателю горячеломкости и показателю пластичности при комнатной температуре, имея в составе не менее 1% Fe. Сплав рекомендуется для получения ответственных отливок сложной формы, от которых требуется высокий уровень механических свойств и жаропрочности. В частности предлагаемый сплав может использоваться вместо церумина АЦР1У, который обладает наиболее высокой жаропрочностью среди известных литейных алюминиевых сплавов.The tabulated results indicate that the alloy (formulations 2-4) are superior to known (composition 6) in terms of the heat resistance at 400-450 ^{° C,} hot brittleness index parameter and ductility at room temperature, having a composition of not less than 1% Fe. The alloy is recommended for obtaining critical castings of complex shape, which require a high level of mechanical properties and heat resistance. In particular, the proposed alloy can be used instead of cerumin ACR1U, which has the highest heat resistance among known foundry aluminum alloys.

Claims

An aluminum based alloy containing cerium and zirconium, characterized in that it additionally contains iron and chromium in the following ratio of components, wt.

Cerium 1.0 2.5
Zirconium 0.4 0.9
Iron 1.2 2.2
Chrome 0.2 0.7
Aluminum Else