[go: up one dir, main page]

RU2252975C1 - Материал на основе алюминия - Google Patents

Материал на основе алюминия Download PDF

Info

Publication number
RU2252975C1
RU2252975C1 RU2003132247/02A RU2003132247A RU2252975C1 RU 2252975 C1 RU2252975 C1 RU 2252975C1 RU 2003132247/02 A RU2003132247/02 A RU 2003132247/02A RU 2003132247 A RU2003132247 A RU 2003132247A RU 2252975 C1 RU2252975 C1 RU 2252975C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
dispersoids
aluminum
silicon
solid solution
manganese
Prior art date
Application number
RU2003132247/02A
Other languages
English (en)
Inventor
Н.А. Белов (RU)
Н.А. Белов
В.С. Золоторевский (RU)
В.С. Золоторевский
А.Н. Алабин (RU)
А.Н. Алабин
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный институт стали и сплавов" (технологический университет)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный институт стали и сплавов" (технологический университет) filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный институт стали и сплавов" (технологический университет)
Priority to RU2003132247/02A priority Critical patent/RU2252975C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2252975C1 publication Critical patent/RU2252975C1/ru

Links

Images

Landscapes

  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области металлургии материалов, в частности к деформируемым материалам на основе алюминия, и может быть использовано при получении изделий, работающих в различных средах, в том числе и коррозионной, в широком интервале температур. Предложенный материал на основе алюминия содержит марганец, кремний и цирконий и характеризуется структурой, представляющей собой матрицу на основе твердого раствора алюминия с равномерно распределенными в ней Al-Mn дисперсоидами. Материал содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%: марганец не более - 2,3, кремний - 0,1-0,3, цирконий - 0,3-0,7, алюминий - остальное, при этом он характеризуется структурой, содержащей в качестве твердого раствора алюминия твердый раствор с не менее чем 0,1 мас.% кремния, в качестве Al-Mn дисперсоидов - дисперсоиды со средним размером, не превышающим 500 нм, и дополнительно содержащий дисперсоиды метастабильной фазы Al3Zr со средним размером, не превышающим 15 нм, при следующем соотношении, об.%: Al-Mn дисперсоиды - 4,5-8,0, Al3Zr дисперсоиды не менее 0,4, матрица на основе твердого раствора - остальное. Техническим результатом изобретения является создание нового деформируемого материала с повышенной прочностью прежде всего в отожженном состоянии. 6 з.п. ф-лы, 2 ил., 3 табл.

Description

Область техники.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым материалам на основе алюминия, и может быть использовано при получении изделий, работающих в различных средах, в том числе и коррозионной, в широком интервале температур. Из материала могут быть получены такие изделия, как сварные баки, бензо- и маслопроводы, радиаторы и др.
Предшествующий уровень техники.
Материалы на основе деформируемых алюминиевых сплавов типа АМц (АА 3003) (ГОСТ 4784-75), легированных марганцем, часто также содержащих кремний в качестве примеси или легирующего компонента, имеют удачное сочетание технологичности (при обработке давлением), свариваемости, коррозионной стойкости, тепло- и электропроводности (См. Алиева С.Г., Альтман М.Б. и др. Промышленные алюминиевые сплавы. - М.: Металлургия, 1984. 528 с.).
Однако их прочностные свойства невысоки, особенно в отожженном состоянии (UTS<150 МПа), хотя и превышают уровень прочности сплавов системы Al-Fe-Si (1XXX серии и типа АА 8111). Это ограничивает их применение, поскольку более высокую прочность могут обеспечить сплавы 6ХХХ серии (Al-Mg-Si), которые частично сохраняют достоинства первых. Однако последние требуют многоступенчатой термообработки. Кроме того, они не должны подвергаться нагревам выше 200°С, поскольку в противном случае пропадает упрочняющий эффект, связанный с вторичными выделениями метастабильных модификаций фазы Mg2Si.
В патенте US 4334935 предлагается материал, содержащий 1,3-2,3 % Мn, до 0,5 % каждого из Fe, Mg, и/или Сu, до 0,3 % Si, до 2,0 % Zn, менее 0,1 % каждого из Zr, Cr, и Ti в качестве модификаторов, остальное - алюминий. Материал представляет собой матрицу из твердого раствора на основе алюминия и равномерно распределенные в ней частицы Аl-Мn дисперсоидов с размером частиц от 0,1 до 2 мкм. Недостатком данного материала является невысокая прочность в отожженном состоянии из-за малого количества дисперсных (размером не более 10-15 нм) вторичных выделений.
Раскрытие изобретения.
В основу изобретения положена задача создать новый деформируемый материал с повышенной прочностью, прежде всего в отожженном состоянии, и не уступающий сплавам системы алюминий - марганец по другим основным свойствам.
Поставленная задача решается материалом на основе алюминия, содержащим марганец, кремний и цирконий, характеризующимся структурой, представляющей собой матрицу на основе твердого раствора алюминия с равномерно распределенными в ней Аl-Мn дисперсоидами, при этом он содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%:
Марганец не более 2,3
Кремний 0,1-0,3
Цирконий 0,3-0,7
Алюминий остальное
и характеризуется структурой, содержащей в качестве твердого раствора алюминия твердый раствор с не менее чем 0,1 мас.% кремния, в качестве Аl-Мn дисперсоидов - дисперсоиды со средним размером, не превышающим 500 нм, и дополнительно содержащей дисперсоиды метастабильной фазы Al3Zr со средним размером, не превышающим 15 нм, при следующем соотношении, об.%:
Аl-Мn дисперсоиды 4,5-8
Al3Zr дисперсоиды не менее 0,4
Матрица на основе твердого раствора остальное.
В частных воплощениях изобретения поставленная задача решается тем, что материал дополнительно содержит Мn-содержащие фазы кристаллизационного происхождения в количестве, не превышающем 0,5 об.%, в отсутствие кремнийсодержащих фаз эвтектического происхождения.
Материал содержит первичные кристаллы Al3Zr, объемная доля которых не превышает 0,2 об.%.
Материал также может дополнительно содержать 0,1-0,5 мас.% никеля и 0,05-0,4 мас.% железа, при этом содержание никеля превышает содержание железа.
Материал характеризуется температурой равновесного солидуса не ниже 640°С, а также тем, что его твердость по Виккерсу после отжига составляет не менее 75 HV.
Материал может быть выполнен в виде отожженных холоднокатаных листов и характеризуется временным сопротивление при растяжении (σВ) не менее 200 МПа и относительным удлинением (δ) не менее 12 %.
Сущность изобретения состоит в следующем.
При создании изобретения для решения поставленной задачи мы ставили цель - изготовить материал, в структуре которого имеется максимальное количество дисперсоидов и при этом его можно было бы получать на серийном промышленном оборудовании, используемом для производства деформируемых алюминиевых сплавов. Такие дисперсоиды могут быть получены за счет введения в сплав добавок марганца и циркония. При этом чем меньше их размер, тем лучше технический результат.
Марганец в количестве 1-2 % широко используется в сплавах 3ХХХ серии, однако в большинстве случаев не регламентируется размер дисперсоидов и их объемная доля. Следует отметить, что марганец может входить в фазы кристаллизационного происхождения (например, Аl6(Мn,Fе) или Аl15(Мn,Fе)3Si2), имеющих размеры несколько мкм. В такой форме он может оказывать отрицательное влияние на механические свойства. Крупные размеры (более 500 нм) могут иметь и вторичные выделения алюминидов марганца, что также нежелательно. В связи с этим, не выходя из рамок по содержанию марганца в сплаве, для достижения поставленной цели были определены параметры Мn-содержащих дисперсоидов: средний размер частиц не более 500 нм при объемной доле в пределах 4,5-8 об %.
Еще более важную роль играет цирконий, который во многих деформируемых алюминиевых сплавах присутствует в количестве 0,1-0,2 %. Этот элемент в виде дисперсоидов метастабильной фазы Al3Zr (куб.) повышает многие механические свойства, действуя как антирекристаллизатор. Повышение объемной доли этих дисперсоидов при ограничении среднего размера частиц (не более 15 нм) за счет введения этого элемента в количестве 0,3-0,7 % позволяет существенно повысить эффект его действия. Однако для достижения этого требуется изменение технологических параметров плавки, литья и термообработки. Кремний, являясь обычным для сплавов 3ХХХ серии элементом, также нужно строго регламентировать. В количестве 0,1-0,3 % кремний положительно влияет на формирование дисперсоидов Al3Zr, но при большей концентрации он снижает солидус и отрицательно влияет на стойкость к образованию горячих трещин при кристаллизации. Кроме заявленных концентрационных пределов по кремнию необходимо, чтобы этот элемент в количестве не менее 0,1% находился в алюминиевой матрице. При этом здесь и далее под матрицей понимается алюминиевый твердый раствор - (Аl) вместе с вторичными выделениями (размером не более 1 мкм). Применительно к кремнию - этот элемент должен находиться в (Аl) или во вторичных выделениях фаз (Si) или Al15Mn3Si2.
Поскольку промышленные сплавы часто содержат примесь железа, в настоящем изобретении предлагается компенсировать его негативное влияние за счет введения добавки никеля (при соотношении Ni>Fe). В этом случае практически все железо будет связано в фазу Al9FeNi эвтектического происхождения, что снизит вероятность образования фаз кристаллизационного происхождения с участием марганца и кремния.
Пример конкретного выполнения.
Сплавы для заявляемого материала были приготовлены в электрической печи сопротивления в графитошамотных тиглях из алюминия (99,99 %), кремния (99,99 %) и лигатур (Аl-10 % Мn и Al-3,5 % Zr). Состав сплава для заявляемого материала соответствовал составам 2-4 в табл.1, 2 и составам 8, 9 в табл.3. Сначала были получены слитки (15×30×180 мм) литьем в графитовые изложницы со скоростью охлаждения около 10 К/с. Выборочный анализ химического состава сплавов показал, что расхождение не превышает 3 % от расчетных значений, которые далее и приводятся. Прокатку слитков проводили при комнатной температуре на лабораторном стане за несколько проходов до толщины - 2 мм, что соответствовало степени деформации - 87 %. Отжиг листов проводили при 400°С в течение 3 часов. Солидус определяли методом дифференциального термического анализа.
Структуру сплавов изучали в световом (Neophot-30), электронном сканирующем (JSM-35 CF) и электронном просвечивающем (JEM 2000 EX) микроскопах (далее CM, СЭМ и ПЭМ соответственно). Определяли наличие фаз кристаллизационного происхождения (СМ и СЭМ) и дисперсоидов (ПЭМ). Типичные структуры показаны на фиг.1-2. Фиг.1 показывает морфологию первичных кристаллов фазы Al3Zr, которые являются нежелательными, поэтому в предлагаемом материале их количество не должно превышать 0,2%. Фиг.2а показывает морфологию и распределение Мn-содержащих дисперсоидов. Выявление частиц фазы Al3Zr требует больших увеличении (фиг.2б) и микродифракции, желательно в плоскости (100) (фиг.2в).
Как следует из табл.1-2, сплавы 2-4 имеют заданные характеристики структуры и необходимый уровень механических свойств. В сплаве №1 из-за низкого содержания марганца и циркония объемная доля дисперсоидов меньше заданной, что обуславливает низкую прочность. В сплаве №6 (прототипе) из-за низкой концентрация циркония прочность также низкая. В сплаве №5 из-за повышенных концентраций марганца и циркония присутствуют первичные кристаллы алюминидов. Кроме того, из-за концентрации кремния выше верхнего предела в структуре имеются частицы кремниевой фазы, а температура солидуса существенно ниже, чем у остальных сплавов.
В конечном итоге получен материал (сплавы 2-4 в табл.1-2), содержащий в качестве основы твердый раствор кремния, марганца циркония в алюминии и равномерно распределенные в нем дисперсоиды Al3Zr и Аl6Мn и Al15Mn3Si2. Объемные доли дисперсоидов и их размеры приведены в табл.1, а механические свойства листов из этого материала - в табл.2.
Твердость по Виккерсу (HV) измеряли на листах по стандартной методике (ГОСТ 2999-75). Для испытаний на растяжение (со скоростью 4 мм/мин) из листов вырезали плоские образцы размером 10×160 мм, разделяя рабочую длину на три зоны по 20 мм. Относительное удлинение рассчитывали в зоне, где произошло разрушение.
Таблица 1
  Средний размер дисперсоидов, нм Объемная доля дисперсоидов
  Mn Zr Si Аl Al-Mn Al3Zr Al-Mn Al3Zr
1 1 0,1 0,01 ост. <500 - 3,2 0,1
2 1,4 0,7 0,1 ост. <500 <15 4,5 0,9
3 1,8 0,5 0,2 ост. <500 <15 6,5 0,6
4 2,2 0,3 0,3 ост. <500 <15 8,0 0,4
5 2,6 0,9 0,5 ост. <500 >20 7,0 0,5
6* 1,8 0,05 0,15 ост. >500 -    
Δ 0,4 0,1
* прототип
Таблица 2
№* (Si)** Т*, °С HV σВ, МПа δ, %
1 - >640 35 120 20
2 - >640 79 225 15
3 - >640 84 249 13
4 - >640 76 210 18
5 + <575 80 140 4
6 - >640 40 140 16
Δ 3 15 2
* наличие кремниевой фазы кристаллизационного происхождения
** температура солидуса (равновесного или неравновесного)
Известно, что многие сплавы, получаемые в промышленных условиях, содержат примесь железа. В сплавах типа АМц этот элемент, связываясь с марганцем и кремнием в фазы кристаллизационного происхождения (например, Аl6(Мn,Fе) и Al15(MnFe)2Si3), может заметно снизить технологичность и конечные механические свойства. Для расширения возможности промышленного использования заявленного сплава предлагается дополнительно вводить в него никель в количестве 0,1-0,5 об.% и железо в количестве 0,05-0,4 об.% при соотношении Ni>Fe. В этом случае практически все количество железа при кристаллизации войдет в состав фазы Al9FeNi эвтектического происхождения, что позволит сохранить марганец и кремний в алюминиевой матрице, обеспечив тем самым формирование дисперсоидов в нужном количестве.
Механические свойства листов сплава, содержащего 1,8 % Мn, 0,5 % Zr, 0,2 % Zr и разное количество железо и никеля, приведены в табл.3. При выходе состава из заявленных пределов (сплавы 7 и 10 в табл.3) ухудшается морфология Fe-содержащих фаз, кроме того, часть марганца и кремния связываются в эти фазы, что приводит к уменьшению их содержания в алюминиевой матрице.
Fe, % Ni, % HV σВ, МПа δ, %
7 0,4 0,2 81 190 8
8 0,4 0,5 82 220 13
9 0,2 0,5 80 230 15
10 0,7 1 85 180 5
Δ 3 15 2
Достигаемые в предлагаемом материале свойства могут быть реализованы в различных деформированных полуфабрикатах (прутки, трубы, листы, плиты, полосы, штамповки), получаемых из слитков. В частности, в отожженных холоднокатаных листах предлагаемый сплав позволяет получить следующие свойства на растяжение: временное сопротивление (σВ) не менее 210 МПа, относительное удлинение (δ) не менее 12 %.
Заявляемый сплав можно использовать в пищевой и химической промышленности, в частности для изготовления резервуаров, насосов и трубопроводов, контактирующих с агрессивной средой. Повышенная прочность предлагаемого сплава позволяет снизить массу изделия.

Claims (7)

1. Материал на основе алюминия, содержащий марганец, кремний и цирконий, характеризующийся структурой, представляющей собой матрицу на основе твердого раствора алюминия с равномерно распределенными в ней Аl-Мn дисперсоидами, отличающийся тем, что он содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%:
Марганец не более 2,3
Кремний 0,1-0,3
Цирконий 0,3-0,7
Алюминий Остальное
при этом он характеризуется структурой, содержащей в качестве твердого раствора алюминия твердый раствор с не менее чем 0,1 мас.% кремния, в качестве Аl-Мn дисперсоидов - дисперсоиды со средним размером, не превышающим 500 нм, и дополнительно содержащей дисперсоиды метастабильной фазы Al3Zr со средним размером, не превышающим 15 нм, при следующем соотношении, об.%:
Аl-Мn дисперсоиды 4,5-8,0
Al3Zr дисперсоиды не менее 0,4
Матрица на основе твердого раствора остальное.
2. Материал по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит Мn-содержащие фазы кристаллизационного происхождения в количестве, не превышающем 0,5 об.% в отсутствии кремнийсодержащих фаз эвтектического происхождения.
3. Материал по п.1 или 2, отличающийся тем, что он содержит первичные кристаллы Al3Zr, объемная доля которых не превышает 0,2 об.%.
4. Материал по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит 0,1-0,5 мас.% никеля и 0,05-0,4 мас.% железа, при этом содержание никеля превышает содержание железа.
5. Материал по п.1, отличающийся тем, что он характеризуется температурой равновесного солидуса не ниже 640°С.
6. Материал по п.1, отличающийся тем, что его твердость по Виккерсу после отжига составляет не менее 75HV.
7. Материал по п.1, отличающийся тем, что он выполнен в виде отожженных холоднокатаных листов и характеризуется временным сопротивлением при растяжении (σВ) не менее 200 МПа и относительным удлинением (δ) не менее 12%.
RU2003132247/02A 2003-11-04 2003-11-04 Материал на основе алюминия RU2252975C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003132247/02A RU2252975C1 (ru) 2003-11-04 2003-11-04 Материал на основе алюминия

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003132247/02A RU2252975C1 (ru) 2003-11-04 2003-11-04 Материал на основе алюминия

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2252975C1 true RU2252975C1 (ru) 2005-05-27

Family

ID=35824537

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2003132247/02A RU2252975C1 (ru) 2003-11-04 2003-11-04 Материал на основе алюминия

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2252975C1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2449036C2 (ru) * 2006-11-14 2012-04-27 Алерис Алюминум Дюффель Бвба Устойчивый к ползучести алюминиевый сплав для многослойных труб
US8241719B2 (en) 2006-11-14 2012-08-14 Aleris Aluminum Duffell BVBA Creep resistant aluminium alloy for multilayer tubes

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB432351A (en) * 1932-12-24 1935-07-22 Ig Farbenindustrie Ag Process of improving the resistance to corroding agents of aluminium base alloys
US4334935A (en) * 1980-04-28 1982-06-15 Alcan Research And Development Limited Production of aluminum alloy sheet
US4945004A (en) * 1987-04-28 1990-07-31 Hoechst Ag Base material for an aluminum offset printing plate
US6592687B1 (en) * 1998-09-08 2003-07-15 The United States Of America As Represented By The National Aeronautics And Space Administration Aluminum alloy and article cast therefrom
RU2210614C1 (ru) * 2001-12-21 2003-08-20 Региональный общественный фонд содействия защите интеллектуальной собственности Сплав на основе алюминия, изделие из этого сплава и способ его изготовления

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB432351A (en) * 1932-12-24 1935-07-22 Ig Farbenindustrie Ag Process of improving the resistance to corroding agents of aluminium base alloys
US4334935A (en) * 1980-04-28 1982-06-15 Alcan Research And Development Limited Production of aluminum alloy sheet
US4945004A (en) * 1987-04-28 1990-07-31 Hoechst Ag Base material for an aluminum offset printing plate
US6592687B1 (en) * 1998-09-08 2003-07-15 The United States Of America As Represented By The National Aeronautics And Space Administration Aluminum alloy and article cast therefrom
RU2210614C1 (ru) * 2001-12-21 2003-08-20 Региональный общественный фонд содействия защите интеллектуальной собственности Сплав на основе алюминия, изделие из этого сплава и способ его изготовления

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2449036C2 (ru) * 2006-11-14 2012-04-27 Алерис Алюминум Дюффель Бвба Устойчивый к ползучести алюминиевый сплав для многослойных труб
US8241719B2 (en) 2006-11-14 2012-08-14 Aleris Aluminum Duffell BVBA Creep resistant aluminium alloy for multilayer tubes

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11168383B2 (en) Aluminum-based alloy
US4758286A (en) Heat treated and aged Al-base alloys containing lithium, magnesium and copper and process
KR0178444B1 (ko) 브레이징 시트
JP6139641B2 (ja) 鋳造可能な耐熱性アルミニウム合金
WO2015060459A1 (ja) マグネシウム合金及びその製造方法
WO2017201403A1 (en) Aluminum alloy compositions and methods of making and using the same
JP2002327231A (ja) 耐熱マグネシウム合金鋳造品およびその製造方法
US20220325387A1 (en) Aluminum-based alloy
RU2382099C2 (ru) Литая заготовка из латуни для изготовления колец синхронизаторов
RU2252975C1 (ru) Материал на основе алюминия
JP2009197249A (ja) 高圧水素ガス用アルミニウム合金及び高圧水素ガス用アルミニウム合金クラッド材
RU2287600C1 (ru) Материал на основе алюминия
RU2659546C1 (ru) Термостойкий сплав на основе алюминия
RU2716568C1 (ru) Деформируемый свариваемый алюминиево-кальциевый сплав
RU2639903C2 (ru) Деформируемый термически неупрочняемый сплав на основе алюминия
JP2024505096A (ja) フィン素材として使用するための高強度、耐たるみ性アルミニウム合金及びその製造方法
RU2795622C1 (ru) Заэвтектический деформируемый алюминиевый сплав
CN101407877A (zh) 一种强塑性镁合金及其制备方法
RU2840335C1 (ru) Высокопрочный кальций- и медьсодержащий деформируемый алюминиевый сплав
RU2829404C1 (ru) Вторичный деформируемый алюминиевый сплав с добавкой кальция
JP7734384B2 (ja) アルミニウム合金材、その製造方法及び機械部品
JP2693175B2 (ja) 耐熱性に優れたアルミニウム合金
RU2255133C1 (ru) Деформируемый сплав на основе алюминия и изделие, выполненное из этого сплава
JPH07179977A (ja) 高耐熱性アルミニウム合金およびその製造方法
JP7594467B2 (ja) 熱交換器用アルミニウム合金クラッド材および熱交換器

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20081105