RU2678348C2 - Алюминиевый сплав, содержащий медь и углерод, и способ его производства - Google Patents
Алюминиевый сплав, содержащий медь и углерод, и способ его производства Download PDFInfo
- Publication number
- RU2678348C2 RU2678348C2 RU2017111814A RU2017111814A RU2678348C2 RU 2678348 C2 RU2678348 C2 RU 2678348C2 RU 2017111814 A RU2017111814 A RU 2017111814A RU 2017111814 A RU2017111814 A RU 2017111814A RU 2678348 C2 RU2678348 C2 RU 2678348C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- alloy
- melt
- particles
- carburization
- accelerator
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/10—Alloys containing non-metals
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
- C22C1/026—Alloys based on aluminium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/20—Graphite
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
- C22C1/03—Making non-ferrous alloys by melting using master alloys
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/10—Alloys containing non-metals
- C22C1/1036—Alloys containing non-metals starting from a melt
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C21/00—Alloys based on aluminium
- C22C21/02—Alloys based on aluminium with silicon as the next major constituent
- C22C21/04—Modified aluminium-silicon alloys
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C21/00—Alloys based on aluminium
- C22C21/12—Alloys based on aluminium with copper as the next major constituent
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C21/00—Alloys based on aluminium
- C22C21/12—Alloys based on aluminium with copper as the next major constituent
- C22C21/14—Alloys based on aluminium with copper as the next major constituent with silicon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C21/00—Alloys based on aluminium
- C22C21/12—Alloys based on aluminium with copper as the next major constituent
- C22C21/16—Alloys based on aluminium with copper as the next major constituent with magnesium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C8/40—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using liquids, e.g. salt baths, liquid suspensions
- C23C8/42—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using liquids, e.g. salt baths, liquid suspensions only one element being applied
- C23C8/44—Carburising
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
- Continuous Casting (AREA)
Abstract
Изобретение относится к получению алюминиевых сплавов, содержащих медь и углерод. Способ получения алюминиевого сплава, содержащего Cu и C, включает приготовление расплава Al, содержащего Cu, добавление к расплаву частиц графита и частиц ускорителя науглероживания, содержащего бор или соединение бора, при температуре в от 800°C до 1000°C в атмосфере с низкой концентрацией кислорода или атмосфере защитного газа, удаление шлакового ускорителя науглероживания, который образуется из частиц ускорителя науглероживания и всплывает на поверхности расплава после диспергирования графита в расплаве и литье полученного расплава в литейную форму. Изобретение направлено на повышение прочности сплава. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 5 пр., 2 табл., 5 ил.
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Настоящее изобретение относится к алюминиевому (Al) сплаву, содержащему медь (Cu) и углерод (C), а также к способу его производства.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0002] Типичные высокопрочные алюминиевые сплавы включают алюминиевые сплавы на основе Al-Cu серии 2000, называемые дюралюминием, супердюралюминием и т.д. Главным компонентом алюминиевых сплавов серии 2000 является медь (Cu), и эти сплавы упрочняются главным образом за счет выделения CuAl2 (θ-фазы) или подобной ей фазы.
[0003] Хотя прочность может быть дополнительно улучшена за счет добавления к сплаву Al-Cu таких элементов, как Mg, достигаемое при добавлении таких металлических элементов улучшение прочности ограничено. В дополнение к этому, поскольку сплавы Al-Cu по своей природе не обладают превосходной коррозионной стойкостью, при разработка сплав введением дополнительного легирующего элемента необходимо избегать понижения коррозионной стойкости. Для двойных сплавов Al-Cu получение однородной структуры является маловероятным, и свобода в задании содержания Cu относительно мала.
[0004] Патентный документ 1 (состав авторов этого патента и авторов данной заявки перекрывается) описывает, что добавление углерода (C) в форме графита к меди приводит к более высокой прочности при растяжении получаемого сплава Cu-C. В дополнение, в этом документе также описывается способ приготовления такого сплава Cu-C. Авторы настоящего изобретения оценили, что если C может быть добавлен к сплаву Al-Cu, как в случае с Cu, сплаву Al-Cu можно будет придать высокую прочность.
ДОКУМЕНТ УРОВНЯ ТЕХНИКИ
ПАТЕНТНЫЙ ДОКУМЕНТ
[0005] Патентный документ 1: Японский патент JP5397966B2
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0006] Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить такой метод добавления C к Al-му сплаву, содержащему Cu, который мог бы повысить прочность Al-го сплава.
[0007] В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения предлагается способ приготовления Al-го сплава, содержащего Cu и C. Этот способ включает в себя добавление порошка графита и ускорителя науглероживания к расплавленному Al, содержащему Cu.
[0008] Ускоритель науглероживания может быть включающим бор (B) или соединение бора, такое как бура.
[0009] Предпочтительно, температура расплавленного металла в то время, когда добавляют порошок графита и ускоритель науглероживания, составляет от 800°C до 1000°C. При температуре ниже 800°C требуется много времени для растворения порошка графита в расплавленном металле, или же порошок графита не растворяется в достаточной степени. Если температура более 1000°C, становится сильным окисление алюминия, а затраты на электричество для плавильной печи резко увеличиваются, что делает процесс неэкономичным.
[0010] Когда добавляются порошок графита и ускоритель науглероживания, концентрация кислорода вокруг расплавленного металла предпочтительно поддерживается низкой. Атмосфера с низкой концентрацией кислорода может быть достигнута путем использования, например, закрытой отражательной печи (см. описываемые ниже варианты осуществления). Если концентрация кислорода поддерживается низкой, потери, вызываемые окислением и сгоранием порошка графита, могут быть подавлены. Альтернативно, плавильная печь может быть расположена в вакуумной камере, или поверхность расплавленного металла может быть укрыта защитным газом, содержащим инертный газ, такой как газообразный аргон.
[0011] Предпочтительно, состав расплавленного металла во время добавления порошка графита и ускорителя науглероживания является эвтектическим составом сплава Al-Cu (то есть Al - 33 мас.% Cu), или составом, подобным эвтектическому составу (содержание Cu слегка сдвигается в доэвтектическую сторону или в заэвтектическую сторону). Например, состав расплавленного металла может быть задан в пределах диапазона Al - 27-36 мас.% Cu. Известно, что, если третий элемент (элемент-металл) добавляется к двойному сплаву, этот третий элемент может быть эффективно введен путем добавления третьего элемента к двойному сплаву с эвтектическим или близким к эвтектическому составом. Исследованиями авторов настоящего изобретения было подтверждено, что вышесказанное также справедливо и в том случае, когда графит добавляется к двойному сплаву Al-Cu.
[0012] По меньшей мере чистый Al (например, слиток чистого Al) может быть растворен в расплавленном металле, в который были добавлены порошок графита и ускоритель науглероживания, для того, чтобы разбавить расплавленный металл с целью довести концентрацию Cu и концентрацию C до желаемых значений. Al и компоненты сплава, которые содержатся в сплавах Al-Cu, называемых дюралюминием или супердюралюминием, такие как магний (Mg) и марганец (Mn), могут быть добавлены к расплавленному металлу после добавления порошка графита и ускорителя науглероживания для того, чтобы приготовить сплав с составом, соответствующим дюралюминию или супердюралюминию и содержащим C.
[0013] Альтернативно, частицы графита и частицы ускорителя науглероживания могут быть добавлены к алюминиевому сплаву, имеющему желаемый состав и содержащему Cu в качестве главного добавочного элемента, например, к расплавленному металлу с составом, соответствующим вышеуказанному дюралюминию или супердюралюминию, чтобы тем самым приготовить алюминиевый сплав с добавкой углерода. Эта процедура также позволяет равномерно добавлять углерод к сплаву.
[0014] Приготовленный таким образом Al-ый сплав, содержащий Cu и C, может быть тройным сплавом Al-Cu-C, содержащим Cu и C, с остатком из Al и неизбежных примесей, или сплавом, содержащим по меньшей мере один легирующий элемент, отличающийся от Cu и C. Этот сплав кроме Al, Cu и C может содержать кремний (Si). Более конкретно, этот сплав может представлять собой, например, сплав AC2A (сплав Al-Si-Cu), определенный как «алюминиевый сплав литейный по JIS H5205», к которому добавлен C.
[0015] В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения предлагается Al-ый сплав, содержащий Cu и C, в котором C распределен в структуре металла. Этот Al-ый сплав может быть приготовлен в соответствии с вышеописанным способом. Сплав Al может дополнительно включать в себя легирующий элемент, отличающийся от C.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0016] Фиг. 1 представляет собой схематичное изображение, иллюстрирующее используемую для выплавки сплава печь, где (a) – схематический вид в продольном разрезе, (b) – схематический вид сверху, а (c) – схематический вид спереди.
Фиг. 2 представляет собой фотографию в электронном микроскопе (изображение во вторичных электронах), показывающую изменение структуры при добавлении C к алюминиевому сплаву с составом, соответствующим сплаву номер 2017, определяемому по JIS H4000, на которой (a) соответствует отсутствию добавки C, (b) соответствует добавке 0,1 мас.% C, а (c) – добавке 0,3 мас.% C.
Фиг. 3 представляет собой фотографию в электронном микроскопе (изображение во вторичных электронах), показывающую изменение структуры при добавлении C к алюминиевому сплаву, содержащему 5 мас.% Cu с остатком из Al и неизбежных примесей, на которой (a) соответствует отсутствию добавки C, а (b) – добавке 0,3 мас.% C.
Фиг. 4 представляет собой рентгеновское изображение, полученное с помощью электронно-зондового микроанализатора (EPMA), на котором (a) соответствует Al, (b) соответствует Cu, а (c) соответствует C.
Фиг. 5 представляет собой изображение, показывающее места, в которых C в изобилии обнаруживается на рентгеновском изображении по Фиг. 4(a).
ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0017] Далее будут описаны конкретные варианты осуществления настоящего изобретения.
[0018] <Приготовление расплава Al-Cu>
Обеспечивают (берут) расплавленный металл с эвтектическим составом (Al - 33 мас.% Cu) или близким к нему составом, например Al - 28 мас.% Cu, являющийся доэвтектическим составом. Расплавленный металл c таким составом может быть легко приготовлен путем растворения имеющейся в продаже лигатуры Al-Cu. Само собой разумеется, сплав с таким составом может быть приготовлен сам по себе. Температура расплавленного металла устанавливается равной от 800°C до 1000°C.
[0019] При этом может использоваться отражательная печь 10, которая схематично показана, например, на Фиг. 1. Эта отражательная печь 10 имеет куполообразный свод 12. В одной боковой стенке 14 отражательной печи 10 предусмотрен проем 18 для горелки, в котором располагается мазутная горелка 16. Со стороны боковой стенки 14 свода 12 отражательной печи 10 предусмотрено выпускное отверстие 20. Пламя горелки (то есть образующийся при сгорании газ), выбрасываемое из проема 16 для горелки к боковой стенке 22 на другой стороне отражательной печи 10, заворачивается боковой стенкой 22, позволяя ему протекать к боковой стенке 12 и выходить из выпускного отверстия 20 (см. Фиг. 1(b)). Воздух в печи выдувается потоком циркулирующих газообразных продуктов сгорания, и кислород, содержащийся в присутствующем в печи воздухе, расходуется на сгорание несгоревшего компонента, содержащегося в продуктах сгорания. За счет этого концентрация кислорода в отражательной печи может быть снижена.
[0020] <Науглероживающая обработка>
После того, как температура лигатуры Al-Cu, расплавленной в отражательной печи 10, станет в пределах диапазона от 800°C до 1000°C, а концентрация кислорода в отражательной печи 10 стабилизируется на низком уровне, в отражательную печь 10 через непоказанное загрузочное отверстие загружают частицы графита (которые могут представлять собой порошок или гранулы) и частицы ускорителя науглероживания, содержащие бор или соединение бора. Частицы графита прикрепляются к частицам ускорителя науглероживания и диспергируются в расплавленном металле в соответствии с естественной конвекцией расплавленного металла. Естественная конвекция расплавленного металла позволяет обеспечить хорошую гомогенность расплавленного металла. Расплавленный металл может перемешиваться посредством известных средств перемешивания, таких как устройство для бесконтактного электромагнитного перемешивания (МГД-перемешиватель), чтобы способствовать более равномерному диспергированию частиц графита и частиц ускорителя науглероживания в расплавленном металле.
[0021] После растворения графита (углерода) в алюминиевом расплаве ускоритель науглероживания, выполнивший свою роль, переходит в шлак и всплывает на поверхности расплавленного металла. Этот шлак может быть удален, например, с помощью огнеупорного ковша или т.п.
[0022] Следует отметить, что, если добавляют только частицы графита без добавления ускорителя науглероживания, частицы графита продолжают плавать на поверхности расплавленного металла и не диспергируются в расплавленном металле.
[0023] <Литье>
После этого расплавленный металл разливается в соответствующую литейную форму из непоказанной лётки, предусмотренной в нижней части отражательной печи 10, и затвердевает. Таким образом совершается литье тройного сплава Al-Cu-C. После этого полученный слиток тройного сплава Al-Cu-C подвергается прокатке, термообработке и т.п. по мере необходимости.
[0024] Используя лигатуру тройного сплава Al-Cu-C (в которой содержание Cu составляет, например, приблизительно 33 мас.%), полученную в соответствии с вышеупомянутым способом производства, может быть приготовлен сплав, который имеет состав, соответствующий дюралюминию (например, A2014 или A2017 по JIS H4140) или супердюралюминию (например, A2024 по JIS H4140) и содержащий C. В этом случае приготовление осуществляется путем плавления этой лигатуры Al-Cu-C, лигатуры, содержащей необходимый компонент сплава, такой как лигатура Al-Mg, лигатура Al-Mn и чистый алюминий, в соответствующих соотношениях и разливки полученного расплавленного металла в литейную форму.
[0025] Альтернативно, перед литьем, но после науглероживающей обработки к расплавленному металлу может быть добавлен чистый алюминий для того, чтобы отрегулировать концентрации Cu и C в расплавленном металле, с последующим литьем в литейную форму.
[0026] В качестве еще одной альтернативы, перед литьем, но после науглероживающей обработки чистый алюминий может быть добавлен к расплавленному металлу, в который дополнительно добавлена лигатура, содержащая необходимый компонент сплава, такая как лигатура Al-Mg и лигатура Al-Mn, с последующим литьем в литейную форму. Таким образом может быть приготовлен сплав, имеющий состав, соответствующий дюралюминию или супердюралюминию, и содержащий С.
[0027] Хотя в вышеописанном варианте осуществления частицы графита и частицы ускорителя науглероживания добавляют в расплав двойного сплава Al-Cu, в частности в расплав с эвтектическим составом или близким к эвтектическому составом, это не является ограничением. Например, алюминиевый сплав с добавкой углерода может быть приготовлен путем добавления частиц графита и частиц ускорителя науглероживания к алюминиевому сплаву, имеющему желаемый состав и содержащему Cu в качестве главного добавочного элемента, например в расплав с составом, соответствующим такому дюралюминию или супердюралюминию, как упомянутые выше. Это обеспечивает равномерное добавление углерода в сплав.
ПРИМЕРЫ
[0028] Далее описываются конкретные примеры.
[0029] Приготовили образцы с указанными в приведенной ниже Таблице 1 составами. В Таблице 1 указаны содержания Cu и C. Для приготовления образцов сплавов в примерах (Примеры 1-5) частицы графита и частицы ускорителя науглероживания добавляли к расплавленному металлу с составом Al - 28 мас.% Cu, чтобы обеспечить состав Al - 28 мас.% Cu - X мас.% C (где X было значением, достаточным для обеспечения составов сплавов в соответствующих примерах после разбавления), с последующим разбавлением расплавленного металла алюминием для того, чтобы обеспечить указанные в Таблице 1 составы, и разливкой в литейную форму с получением слитков. (Для приготовления сплавов в сравнительных примерах (Сравнительные примеры 1, 2) расплавленный металл с составом Al - 28 мас.% Cu разбавляли алюминием для обеспечения указанных выше составов, с последующей разливкой в литейную форму для получения слитков.)
[0030] Далее, в отношении образцов, описанных как «прокатка+термообработка» в колонке «Обработка» в Таблице 1, слиток резали на прямоугольный параллелепипед 160 мм длиной × 30 мм шириной × 6 мм толщиной, с последующей прокаткой до толщины 5 мм на прокатном стане. Затем прокатанный лист разрезали на плоские образцы для испытания на растяжение в соответствии с № 13B по JIS Z2201. Размер образца для испытания установлен равным 60 мм в длину у параллельной (уменьшенной) секции, 12,5 мм в ширину у параллельной (уменьшенной) секции, с радиусом 25 мм в секции заплечика, 3 мм в толщину и 20 мм в ширину в секции захвата. После этого образец для испытания выдерживали в вакууме при 410°C в течение 2 часов, охлаждали до 260°C со скоростью падения температуры 30°C в час, а затем давали охлаждаться естественным образом, после чего подвергали испытанию на растяжение.
[0031] Что касается образцов, не описанных как «прокатка+термообработка» в колонке «Обработка» в Таблице 1, слиток сразу нарезали (без прокатки) на такие образцы для испытания, как описанные выше. Дополнительно, описанную выше последовательность термообработок не выполняли.
[0032] Образцы для испытания, приготовленные изложенным выше образом, подвергали испытанию на растяжение с использованием универсальной испытательной машины AG50KNI производства компании Shimadzu Corporation. При испытании на растяжение были подтверждены максимальное напряжение и максимальное смещение. «Максимальное напряжение» является значением, получаемым путем деления максимальной нагрузки (в ньютонах, Н) на номинальную площадь сечения (12,5×3 мм2). «Максимальное смещение» является смещением траверсы (мм) во время приложения максимальной нагрузки. Это испытание осуществляли в соответствующих примерах и сравнительных примерах с использованием 2-3 испытываемых образцов. Результаты показаны в Таблице 1.
[0033] [Таблица 1]
| Cu (мас.%) |
C (мас.%) |
Обработка | Максимальное напряжение (Н/мм2) |
Максимальное смещение (мм) | |
| Пример 1 | 4 | 0,04 | — | 137 141 123 |
7,09 6,86 5,24 |
| Пример 2 | 4 | 0,1 | — | 111 119 106 |
5,42 8,02 4,13 |
| Пример 3 | 5 | 0,018 | — | 73,6 75,5 75,0 |
1,43 1,77 1,69 |
| Пример 4 | 5 | 0,02 | прокатка + термообработка |
131 137 137 |
7,28 8,37 8,81 |
| Пример 5 | 5 | 0,05 | прокатка + термообработка |
142 139 |
10,3 8,85 |
| Сравнительный пример 1 | 4 | — | — | 63,2 73,2 53,6 |
1,82 2,17 0,97 |
| Сравнительный пример 2 | 5 | — | прокатка + термообработка |
43,1 74,9 |
1,56 2,78 |
| Сравнительный пример 3 | — | — | — | 57,2 58,1 57,5 |
17,7 18,4 13,9 |
[0034] С учетом вышеприведенных результатов испытаний будет ясно, особенно при сравнении Примеров 4, 5 со Сравнительным примером 2 или при сравнении Примера 2 со Сравнительным примером 1, что путем добавления C в сплав Al-Cu может быть реализована заметно улучшенная прочность. Дополнительно, заметна тенденция к уменьшению вариации прочности при добавлении C. Предполагается, что, хотя двойной сплав Al-Cu подразумевает некоторую трудность при получении структуры с высокой однородностью, добавление C способно не только улучшить прочность, но и способствовать достижению улучшенной однородности структуры.
[0035] Далее иллюстрируется изменение структуры, вызываемое добавлением углерода. Фиг. 2 представляет собой фотографию в электронном микроскопе (изображение во вторичных электронах), показывающую изменение структуры при добавлении C к алюминиевому сплаву с составом, соответствующим сплаву номер 2017 по JIS H4000, причем (a) соответствует отсутствию добавки C, (b) соответствует добавке 0,1 мас.% C, а (c) соответствует добавке 0,3 мас.% C. Фиг. 3 представляет собой фотографию в электронном микроскопе (изображение во вторичных электронах), показывающую изменение структуры при добавлении C к алюминиевому сплаву, состоящему из 5 мас.% Cu с остатком из Al и неизбежных примесей, причем (a) соответствует отсутствию добавки C, а (b) соответствует добавке 0,3 мас.% C. Приготовление образцов осуществляли тем же самым образом, что и приготовление сплавов, показанных выше в Таблице 1. Структуры на Фиг. 2 и Фиг. 3 относятся к состоянию после отливки («литые»), и ни прокатки, ни термообработки не проводили. Длина белой шкалы под соответствующими изображениями означает 100 мкм в масштабе изображений.
[0036] На обоих Фиг. 2 и 3 обнаружено измельчение структуры, вызванное добавлением C. Со сплавом Al - 5 мас.% Cu - 0,3 мас.% C, показанным на Фиг. 3(b), может быть получена по существу такая же самая микроструктура, что и со сплавом, соответствующим безуглеродному сплаву 2017, показанному на Фиг. 2(a). Авторы настоящего изобретения полагают, что измельчение структуры является основным фактором улучшения прочности сплава.
[0037] Фиг. 4 представляет собой рентгеновское изображение, полученное с помощью электронно-зондового микроанализатора (EPMA), на котором (a) соответствует Al, (b) соответствует Cu, а (c) соответствует C. Показанное здесь рентгеновское изображение является одноцветной копией цветного оригинала, показывающего область максимальной плотности красным, а область минимальной плотности синим (при условии, что промежуточная плотность соответствует цветовой последовательности цветового круга). На рентгеновских изображениях (a) и (b) крупные участки большого размера означают первичные кристаллы Al. На рентгеновских изображениях (a) и (b) агрегированные небольшие комки означают эвтектику Al-Cu. C в изобилии содержится на участках, которые выглядят белыми на изображении (c).
[0038] Фиг. 5 показывает те места, в которых в изобилии обнаружен углерод, наложенные на рентгеновское изображение (a) с Фиг. 4. С учетом этой конфигурации авторы настоящего изобретения выяснили, что C распределяется главным образом на границе кристаллических зерен. Авторы настоящего изобретения предположили, что C, распределенный на границе кристаллических зерен, вызывает измельчение кристаллических зерен и способствует улучшению механических свойств. Могут иметь место некоторые случаи, в которых присутствие элементов на границе кристаллических зерен снижает пластичность сплава, хотя и в зависимости от типа сплава. У сплава Al-Cu-C такое явление снижения пластичности не выявлено, и за счет добавления C улучшены как прочность, так и пластичность.
[0039] Механизм того, как C участвует в упрочнении сплава, не был полностью выяснен на данной стадии. Однако очевидным фактом является то, что когда частицы графита и частицы ускорителя науглероживания, содержащие бор или соединение бора, добавляют к Cu-содержащему расплавленному металлу Al, надежно и воспроизводимым образом получается сплав Al-Cu-C, структура которого измельчена и который имеет улучшенную структуру. Соответственно, настоящее изобретение не должно рассматриваться как излишне, зауженно ограниченное на основании теории того, каким образом C принимает участие в упрочнении сплава.
[0040] Эффект улучшения прочности сплава был выявлен даже в том случае, если количество C довольно мало. На данной стадии улучшение прочности сплава было выявлено даже тогда, когда C добавлялся, например, на уровне примерно 80 миллионных долей (0,008 мас.%). В то же время, когда количество C увеличивается до примерно 0,4 мас.%, было выявлено улучшение прочности сплава без неблагоприятного влияния на другие характеристики. Более конкретно, предполагается, что допуск на количество C в сплаве является довольно широким, и количество C должно подходящим образом определяться с учетом желаемой прочности сплава и материальных затрат (чтобы не добавлять C в больших количестве, чем это необходимо). Таким образом, настоящее изобретение не должно рассматриваться как излишне, зауженно ограниченное по содержанию C.
[0041] Само собой разумеется, улучшения в структуре и прочности при добавлении C были подтверждены в отношении литейного сплава. Это было установлено с помощью эксперимента. Далее кратко описываются результаты этого эксперимента.
[0042] Расплавили слиток из сплава AC2A (JIS H5202), к расплаву которого добавляли частицы графита и частицы ускорителя науглероживания тем же самым образом, что и в предшествующих примерах, с последующей разливкой в литейную форму для получения слитка. После этого слиток металла напрямую (без прокатки и термообработки) разрезали на образец для испытания, имеющий ту же самую форму, что и образец для испытания, используемый в примерах. Слиток из используемого здесь сплава AC2A содержал 3,67 мас.% Cu и 5,3 мас.% Si, с остатком из неизбежных примесей. Углерод добавляли на уровне 0,04 мас.%.
[0043] Результаты испытания на растяжение показаны ниже, и было найдено, что добавление углерода приводит к улучшению предела прочности при растяжении и относительного удлинения.
[Таблица 2]
| Предел прочности при растяжении (Н/мм2) |
Относительное удлинение (%) |
|
| AC2A (№ 1) | 150 | 2,5 |
| AC2A (№ 2) | 134 | 1,7 |
| AC2A + 0,04 мас.% C (№ 1) | 166 | 2,6 |
| AC2A + 0,04 мас.% C (№ 2) | 174 | 3,1 |
Claims (14)
1. Способ получения алюминиевого сплава, содержащего Cu и C, включающий:
приготовление расплава Al, содержащего Cu;
добавление к содержащему Cu расплаву Al частиц графита и частиц ускорителя науглероживания, содержащего бор или соединение бора, при температуре в пределах диапазона от 800°C до 1000°C в атмосфере с низкой концентрацией кислорода или атмосфере защитного газа;
удаление шлакового ускорителя науглероживания, который образуется из частиц ускорителя науглероживания и всплывает на поверхности содержащего Cu расплава Al, после того как частицы графита диспергированы в содержащем Cu расплаве Al;
литье содержащего Cu расплава Al, в котором диспергированы частицы графита, в литейную форму.
2. Способ по п. 1, в котором содержащий Cu расплав Al, к которому добавляют частицы графита и частицы ускорителя науглероживания, содержащего бор или соединение бора, является расплавом двойного сплава Al-Cu, содержащего Cu, остальное Al и неизбежных примесей.
3. Способ по п. 2, в котором двойной сплав Al-Cu содержит 27-36 мас.% Cu.
4. Способ по любому из пп. 1-3, дополнительно включающий стадию добавления по меньшей мере Al к расплаву, полученному после добавления частиц графита и частиц ускорителя науглероживания, содержащего бор или соединение бора.
5. Способ по п. 4, дополнительно включающий стадию добавления легирующего элемента, отличающегося от Cu, к расплаву после добавления частиц графита и частиц ускорителя науглероживания, содержащего бор или соединение бора.
6. Способ по п. 1, в котором содержащий Cu расплав Al, к которому добавлены частицы графита и ускоритель науглероживания, содержащий бор или соединение бора, является расплавом сплава, содержащего Cu и по меньшей мере один легирующий элемент, отличающийся от Cu, а остальное – Al и неизбежные примеси.
7. Способ по п. 6, в котором упомянутым по меньшей мере одним легирующим элементом, отличающимся от Cu, является Si.
8. Алюминиевый сплав, содержащий Cu и C, отличающийся тем, что он получен способом по любому из пп. 1-7.
9. Алюминиевый сплав, содержащий Cu и C, отличающийся тем, что C диспергирован в структуре металла по границам кристаллических зерен.
10. Алюминиевый сплав по п. 9, дополнительно содержащий легирующий элемент, отличающийся от C.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2014183634 | 2014-09-09 | ||
| JP2014-183634 | 2014-09-09 | ||
| PCT/JP2015/075611 WO2016039380A1 (ja) | 2014-09-09 | 2015-09-09 | Cu及びCを含むAl合金及びその製造方法 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2017111814A RU2017111814A (ru) | 2018-10-11 |
| RU2017111814A3 RU2017111814A3 (ru) | 2018-10-11 |
| RU2678348C2 true RU2678348C2 (ru) | 2019-01-28 |
Family
ID=55459124
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017111814A RU2678348C2 (ru) | 2014-09-09 | 2015-09-09 | Алюминиевый сплав, содержащий медь и углерод, и способ его производства |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US10563290B2 (ru) |
| EP (1) | EP3192883B1 (ru) |
| JP (1) | JP6698533B2 (ru) |
| KR (1) | KR20170063692A (ru) |
| CN (1) | CN106795588B (ru) |
| BR (1) | BR112017004579A2 (ru) |
| RU (1) | RU2678348C2 (ru) |
| WO (1) | WO2016039380A1 (ru) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017206739A (ja) * | 2016-05-18 | 2017-11-24 | 住友電気工業株式会社 | アルミニウム合金及びアルミニウム合金の製造方法 |
| CN106086534B (zh) * | 2016-06-30 | 2017-12-12 | 国网山东省电力公司电力科学研究院 | 一种高强度耐腐蚀的铝碳铜合金接地材料 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56116851A (en) * | 1980-02-21 | 1981-09-12 | Nissan Motor Co Ltd | Cylinder liner material for internal combustion engine |
| RU2177047C1 (ru) * | 2000-07-18 | 2001-12-20 | Открытое акционерное общество "КОРПОРАЦИЯ "КОМПОМАШ" | Способ получения сплава на основе алюминия |
| JP2003138328A (ja) * | 2001-10-31 | 2003-05-14 | Oiles Ind Co Ltd | 黒鉛含有アルミニウム合金の製造方法及び摺動部材 |
| RU2458170C1 (ru) * | 2011-01-31 | 2012-08-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Алюминиевый сплав |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5397966A (en) | 1977-02-08 | 1978-08-26 | Shiyuuichi Sakai | Pipe heater terminal |
| JPH06212320A (ja) | 1993-01-20 | 1994-08-02 | Kobe Steel Ltd | 高機能性Al合金材料およびその製造方法 |
| CN1153838C (zh) * | 1999-12-09 | 2004-06-16 | 朝阳中间合金厂 | 金属强化剂 |
| US20080085403A1 (en) * | 2006-10-08 | 2008-04-10 | General Electric Company | Heat transfer composite, associated device and method |
| CN101029363A (zh) * | 2007-04-12 | 2007-09-05 | 中铝洛阳铜业有限公司 | 一种硅锰铜合金材料及其制作工艺方法 |
| JP5397966B2 (ja) | 2009-09-07 | 2014-01-22 | 株式会社白金 | 銅合金並びにその製造方法 |
| WO2012054507A1 (en) * | 2010-10-18 | 2012-04-26 | Alcoa Inc. | Free-machining aluminum alloy |
| US8820390B2 (en) * | 2011-02-25 | 2014-09-02 | Raytheon Company | Methods and composition for boride distribution in metal matrix composite |
| CN102268567B (zh) * | 2011-07-25 | 2013-03-27 | 浙江信和科技股份有限公司 | 一种铜磷合金的制备方法 |
| CN103014463B (zh) * | 2012-12-01 | 2014-06-04 | 滁州晨润工贸有限公司 | 抗疲劳铝合金发泡模铸件的加工工艺 |
-
2015
- 2015-09-09 CN CN201580048477.XA patent/CN106795588B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2015-09-09 RU RU2017111814A patent/RU2678348C2/ru active
- 2015-09-09 EP EP15839864.4A patent/EP3192883B1/en not_active Not-in-force
- 2015-09-09 KR KR1020177009552A patent/KR20170063692A/ko not_active Abandoned
- 2015-09-09 JP JP2016547475A patent/JP6698533B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2015-09-09 BR BR112017004579-6A patent/BR112017004579A2/pt not_active Application Discontinuation
- 2015-09-09 US US15/509,533 patent/US10563290B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2015-09-09 WO PCT/JP2015/075611 patent/WO2016039380A1/ja not_active Ceased
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56116851A (en) * | 1980-02-21 | 1981-09-12 | Nissan Motor Co Ltd | Cylinder liner material for internal combustion engine |
| RU2177047C1 (ru) * | 2000-07-18 | 2001-12-20 | Открытое акционерное общество "КОРПОРАЦИЯ "КОМПОМАШ" | Способ получения сплава на основе алюминия |
| JP2003138328A (ja) * | 2001-10-31 | 2003-05-14 | Oiles Ind Co Ltd | 黒鉛含有アルミニウム合金の製造方法及び摺動部材 |
| RU2458170C1 (ru) * | 2011-01-31 | 2012-08-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Алюминиевый сплав |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN106795588B (zh) | 2021-07-06 |
| EP3192883B1 (en) | 2020-11-25 |
| US20170253949A1 (en) | 2017-09-07 |
| JPWO2016039380A1 (ja) | 2017-07-27 |
| KR20170063692A (ko) | 2017-06-08 |
| EP3192883A4 (en) | 2018-03-28 |
| US10563290B2 (en) | 2020-02-18 |
| CN106795588A (zh) | 2017-05-31 |
| RU2017111814A (ru) | 2018-10-11 |
| EP3192883A1 (en) | 2017-07-19 |
| WO2016039380A1 (ja) | 2016-03-17 |
| RU2017111814A3 (ru) | 2018-10-11 |
| JP6698533B2 (ja) | 2020-05-27 |
| BR112017004579A2 (pt) | 2018-01-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1838886B1 (en) | Aluminium casting alloy | |
| US20090068053A1 (en) | High strength and high ductility magnesium alloy and its preparation method | |
| US20080000561A1 (en) | Cast aluminum alloy excellent in relaxation resistance property and method of heat-treating the same | |
| US20110236249A1 (en) | Magnesium-based alloy with superior fluidity and hot-tearing resistance and manufacturing method thereof | |
| CN110157959B (zh) | 一种高强度高韧性的压铸铝合金及其制备方法 | |
| CN103687969B (zh) | 合金制造方法和通过其制造的合金 | |
| Ma et al. | Parameters controlling the microstructure of Al–11Si–2.5 Cu–Mg alloys | |
| RU2678348C2 (ru) | Алюминиевый сплав, содержащий медь и углерод, и способ его производства | |
| EP3778945B1 (en) | Al-si-mg-based aluminum alloy | |
| RU2639903C2 (ru) | Деформируемый термически неупрочняемый сплав на основе алюминия | |
| KR101591629B1 (ko) | 마그네슘의 용융점 이하에서 Al-Mg계 합금을 제조하는 방법 | |
| KR100323300B1 (ko) | 은 무함유 저가의 고강도용 알루미늄 주조합금 및 그 제조방법 | |
| US9617623B2 (en) | Aluminum alloy including iron-manganese complete solid solution and method of manufacturing the same | |
| WO2007094300A1 (ja) | 半融合金鋳造用原料アルミニウム青銅合金 | |
| CN117107123B (zh) | 一种高强高塑金属型铸造铝合金及其制备方法 | |
| US20250171882A1 (en) | Aluminum alloy for casting and aluminum alloy casting | |
| EP3778946B1 (en) | Production method for al-si-mg-based aluminum alloy casting material | |
| Xiao et al. | Effect of Sc addition on microstructure and mechanical properties of Al–Cu–Mg–Ag–Zr alloy | |
| Min et al. | Technology for the Production of High-Melting-Point Metal Master Alloys and their Testing in the Melting of Foundry Heat-Resistant Nickel Alloys | |
| JP2025515384A (ja) | AlSiMgX母合金及びアルミニウム合金の製造における該母合金の使用 | |
| CN118745540A (zh) | 一种Al-Mg-Si系铸造铝合金、成型工艺及热处理方法 | |
| Belov et al. | The Influence of Zirconium and Silicon Additions on the Microstructure and Hardening of Al-2% Mn Sheet Alloys |