×
27.03.2013
216.012.3132

ВЫСОКОПРОЧНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ С ДОБАВКОЙ КАЛЬЦИЯ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области металлургии материалов на основе алюминия и может быть использовано при получении изделий, работающих под действием высоких нагрузок при температурах до 100-150°С, таких как детали летательных аппаратов, автомобилей и других транспортных средств, детали спортинвентаря и др. Сплав на основе алюминия содержит 7-12% Zn, 2-5% Ca, 2,2-3,8% Mg, 0,02-0,25% Zr, при этом его твердость составляет не менее 150 HV, σ>450 МПа, σ>400 МПа. Техническим результатом является создание нового высокопрочного сплава, способного к термическому упрочнению, предназначенного для получения как фасонных отливок, так и деформированных полуфабрикатов. 4 табл., 2 ил., 3 пр.
Основные результаты: Сплав на основе алюминия, содержащий цинк и кальций, отличающийся тем, что он дополнительно содержит магний и цирконий при следующих концентрациях компонентов, мас.%: при этом его твердость составляет не менее 150 HV, временное сопротивление (σ) - не менее 450 МПа, предел текучести (σ) - не менее 400 МПа.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области металлургии материалов на основе алюминия и может быть использовано при получении изделий, работающих под действием высоких нагрузок при температурах до 150-200°С: детали летательных аппаратов (самолетов, вертолетов, ракет), автомобилей и других транспортных средств (велосипедов, самокатов, тележек), детали спортинвентаря (корпусы клюшек для игры в гольф, теннисные ракетки) и др.

Наиболее прочные деформируемые алюминиевые сплавы типа В95 (σв=500-600 МПа) относятся к системе Al-Zn-Mg-Cu (Промышленные алюминиевые сплавы. /Справ. изд./ Алиева С.Г., Альтман М.Б. и др. М., Металлургия, 1984. 528 с.). Они имеют низкие литейные свойства, поэтому эти сплавы практически не используются для получения фасонных отливок.

Известен сплав на основе алюминиево-никелевой эвтектики, раскрытый в патенте RU 2158780 от 10.11.2000 г.

Данный сплав содержит матрицу, образованную твердым раствором цинка, магния и меди в алюминии с равномерно распределенными дисперсными частицами фаз, образованных алюминием, цинком, магнием и медью, равномерно распределенные в матрице частицы алюминидов никеля кристаллизационного происхождения и равномерно распределенные в матрице частицы, по меньшей мере, одного из алюминидов, выбранных из группы, в состав которой входят алюминиды хрома и алюминиды циркония, при суммарном содержании от 0,1 до 0,5 об.% материала.

Из этого сплава можно получать отливки с улучшенными литейными свойствами за счет добавки никеля, который образует алюминиды эвтектического происхождения.

Однако для достижения высоких прочностных свойств необходимо обеспечить этим алюминидам глобулярную форму, что требует проведения операции сфероидизирующего отжига. Поскольку медь, входящая в известный материал, сильно снижает равновесный солидус (для среднего состава он ниже 530°С), то требуется относительно высокая дисперсность исходной структуры, что ограничивает использование предложенного сплава сравнительно небольшими отливками простой формы. Кроме того, наличие меди в последнем усложняет фазовый состав, что может приводить к нестабильности механических и технологических свойств.

Известен сплав на основе алюминия, раскрытый в патенте RU 2245388 (опубл. 27.01.2005, бюл. №3). Этот сплав содержит цинк, магний и никель и характеризуется структурой, представляющей собой матрицу, образованную твердым раствором алюминия с равномерно распределенными в нем дисперсными вторичными выделениями фазы-упрочнителя и равномерно распределенные в матрице частицами алюминидов никеля кристаллизационного происхождения. При этом количество алюминидов никеля составляет 5,3-7 об.%, матрица в качестве дисперсных частиц содержит 5-10 об.% частиц фазы Т', являющихся метастабильными модификациями фазы Т (Al2Mg3Zn3), а температура равновесного солидуса материала составляет не менее 540°С.

Из этого сплава можно получать отливки с улучшенным сочетанием механических свойств и технологичности (при фасонном литье и обработке давлением). Однако этот сплав содержит дорогостоящую добавку никеля в количестве 3,2-5 мас.%, что затрудняет его широкое промышленное использование. Кроме того, никель повышает плотность сплава, что снижает его удельную прочность.

Наиболее близким к предложенному является сплав на основе алюминия, раскрытый в патенте US 4126448 (1978). Этот сплав содержит 2-8% Са, 1,5-15% Zn, и до 2% Mg, Si, Mn, и до 2% других элементов. Структура этого сплава содержит дисперсную эвтектику Al-Ca-Zn, а сам сплав обладает сверхпластичностью и предназначен для получения деформированных полуфабрикатов. Недостатком этого сплава является низкая прочность: σв=182 МПа; σ0,2=162 МПа. Второй недостаток данного сплава состоит в том, что он не предназначен для получения фасонных отливок.

Задачей изобретения является создание нового высокопрочного алюминиевого сплава, предназначенного для получения как фасонных отливок, так и деформированных полуфабрикатов и не содержащего добавку никеля.

Поставленная задача решена тем, что сплав на основе алюминия, содержащий цинк и кальций, дополнительно содержит магний и цирконий в следующих концентрациях компонентов, мас.%:

Цинк 7-12
Кальций 2-5
Магний 2,2-3,8
Цирконий 0,02-0,25
Алюминий остальное

при этом его твердость составляет не менее 150 HV.

В частном исполнении сплав может быть выполнен в виде отливок, обладающих следующими свойствами на растяжение: временное сопротивление (σв) - не менее 450 МПа, предел текучести (σ0,2) - не менее 400 МПа.

Сплав также может быть выполнен в виде деформированных полуфабрикатов, обладающих следующими свойствами на растяжение: временное сопротивление (σв) не менее 500 МПа, предел текучести (σ0,2) не менее 450 МПа.

Сущность изобретения состоит в следующем.

Предлагаемый сплав сконструирован таким образом, чтобы получить в литом состоянии дисперсную эвтектику (Al)+Al4Ca, в которой Ca-содержащая фаза способна к значительной сфероидизации в процессе нагрева при температурах свыше 500°С. Концентрации цинка и магния оптимизированы таким образом, чтобы сформировать при старении фазы-упрочнители T(Al2Mg3Zn3) и/или M(MgZn2). Цирконий выполняет функцию антирекристаллизатора.

Наличие легирующих элементов в заявленных пределах:

Цинк 7-12
Кальций 2-5
Магний 2,2-3,8
Цирконий 0,02-0,25
Алюминий остальное

с учетом требований к твердости (его твердость составляет не менее 150 HV) позволяет обеспечить высокий уровень технологических и прочностных свойств, в частности при испытаниях на растяжение: временного сопротивления (σв) и предела текучести (σ0,2).

Из материала могут быть получены отливки со следующими прочностными свойствами на растяжение: временное сопротивление (σв) - не менее 450 МПа, предел текучести (σ0,2) - не менее 400 МПа и деформированные полуфабрикаты, обладающие следующими прочностными свойствами на растяжение: временное сопротивление (σв) не менее 500 МПа, предел текучести (σ0,2) не менее 450 МПа.

ПРИМЕР 1.

Были приготовлены 6 сплавов в виде отдельно отлитых образцов (Фиг.1б, в) (согласно ГОСТ 1583-93), полученных литьем в стальную изложницу (Фиг.1а). Составы сплавов указаны в табл.1. Сплавы готовили в электрической печи сопротивления в графитошамотных тиглях из алюминия марки А99 (99,99%), цинка марки Ц0 (99,9%), магния марки Мг90 (99,9%), металлического кальция (99,9%) и лигатуры и Al-10% Zr.

Отливки термообрабатывали по режиму Т6 (двухступенчатый нагрев под закалку, закалка в холодной воде и старение). Твердость по Виккерсу определяли по ГОСТ 2999-75, а прочностные свойства на растяжение - по ГОСТ 1497-84. Экспериментальные значения приведены в табл.2. Микроструктура сплава №3 показывает наличие глобулярных частиц Ca-содержащей фазы, которые сформировались при нагреве под закалку (Фиг.2).

Из табл.2 видно, что только заявляемый сплав (составы 2-4) обеспечивает требуемые значения твердости (HV) и прочности (σв и σ0,2). В сплаве 1 твердость и прочность намного ниже требуемого уровня. Сплав 5 отличается хрупкостью и низкими значениями σв и σ0,2. Сплав 6 (прототип) имеет существенно более низкие значения твердости и прочностных свойств, чем заявляемый сплав.

Составы экспериментальных сплавов
Таблица 1
Zn, мас.% Mg, мас.% Ca, мас.% Zr, мас.% Al
1 4 1,5 1 0,01 ост.
2 7 3,8 2 0,25 ост.
3 9,5 3,0 5 0,15 ост.
4 12 2,2 3,5 0,02 ост.
5 14 5 6 0,3 ост.
6 7 0 5 0 ост.
1 прототип

Характеристики экспериментальных сплавов в отливках
Таблица 2
1 HV σв, МПа σ0,2, МПа
1 70 250 185
2 185 460 435
3 170 475 420
4 165 465 415
5 210 150 150
63 65 185 150
1 см. табл.1, 3 прототип

ПРИМЕР 2.

Сплав №3 (табл.1) был получен в виде 2-мм листа по технологии, которая включала в себя следующие операции:

- получение плоского слитка толщиной 15 мм;

- гомогенизационный отжиг при максимальной температуре нагрева на 10°С ниже температуры равновесного солидуса сплава;

- горячая прокатка со степенью обжатия около 86%;

- нагрев под закалку;

- закалка в холодной воде;

- старение.

Механические свойства определяли на плоских образцах, вырезанных из листов, по ГОСТ 1497-84. Из табл.4 видно, что сплав заявленного состава (№3) заметно превосходит сплав-прототип по прочностным свойствам.

Механические свойства экспериментальных сплавов в листах
Таблица 3
Сплав1 σв, МПа σ0,2, МПа HV
№3 525 470 170
№6 (прототип) 220 170 75
1 по табл.1

ПРИМЕР 3.

Сплав №3 (табл.1) был получен в виде 12-мм прутков по технологии, которая включала в себя следующие операции:

- получение круглого слитка диаметром 44 мм;

- гомогенизационный отжиг при максимальной температуре нагрева на 10°С ниже температуры равновесного содидуса;

- горячее прессование со степенью обжатия около 90%;

- нагрев под закалку;

- закалка в холодной воде;

- старение.

Механические свойства определяли по ГОСТ 1497-84 на цилиндрических образцах, выточенных из прутков. Из табл.4 видно, что сплав заявленного состава (№3) заметно превосходит сплав-прототип по прочностным свойствам.

Механические свойства экспериментальных сплавов в прутках
Таблица 4
Сплав1 σв, МПа σ0,2, МПа HV
№3 540 470 174
№6 (Прототип) 230 180 80
1 по табл.1

Сплав на основе алюминия, содержащий цинк и кальций, отличающийся тем, что он дополнительно содержит магний и цирконий при следующих концентрациях компонентов, мас.%: при этом его твердость составляет не менее 150 HV, временное сопротивление (σ) - не менее 450 МПа, предел текучести (σ) - не менее 400 МПа.
ВЫСОКОПРОЧНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ С ДОБАВКОЙ КАЛЬЦИЯ
ВЫСОКОПРОЧНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ С ДОБАВКОЙ КАЛЬЦИЯ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 51-60 of 238 items.
20.09.2013
№216.012.6be0

Способ производства круглого сортового проката из автоматной стали

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к производству круглого сортового проката с повышенной обрабатываемостью резанием, используемого для изготовления крепежных изделий. Техническим результатом изобретения является повышение качества и выхода годного круглого сортового...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493267
Дата охранного документа: 20.09.2013
20.09.2013
№216.012.6be3

Способ производства гетерогенной листовой стали

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к производству двухслойного стального листового проката толщиной 4-20 мм для бронезащитных конструкций с классом защиты не ниже 6a по ГОСТ P5 0963-96 для легкобронированных боевых машин, летательных аппаратов, бронированных сооружений. Для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493270
Дата охранного документа: 20.09.2013
20.09.2013
№216.012.6bed

Способ переработки молибденитовых концентратов

Изобретение относится к металлургии редких металлов, в частности молибдена, и может быть использовано для переработки молибденитовых концентратов с получением соединений молибдена. Способ переработки молибденитовых концентратов включает хлорирование концентрата при температуре не более 450°C,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493280
Дата охранного документа: 20.09.2013
27.09.2013
№216.012.6e70

Способ производства тонкой горячекатаной листовой стали

Изобретение предназначено для повышения вытяжных свойств горячекатаной листовой стали толщиной 1,0 мм и менее из низкоуглеродистых и сверхнизкоуглеродистых (IF) сталей. Способ включает аустенитизирующий нагрев слябов, многопроходную черновую прокатку полос, чистовую прокатку и смотку в рулоны....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493923
Дата охранного документа: 27.09.2013
27.09.2013
№216.012.6e7e

Способ получения нанопорошка карбида кремния

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к технологии получения нанопорошка карбида кремния. Может применяться для изготовления абразивных и режущих материалов, конструкционной керамики и кристаллов для микроэлектроники, катализаторов и защитных покрытий. Исходную...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493937
Дата охранного документа: 27.09.2013
27.10.2013
№216.012.78df

Способ введения пластификатора и устройство для его осуществления

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способу гранулирования пластифицированного материала. Может использоваться для получения изделий из непластичных порошков, обладающих плохой формуемостью. Порошковый материал с раствором пластификатора на вакуумном фильтре,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496605
Дата охранного документа: 27.10.2013
27.10.2013
№216.012.79f7

Печь для термообработки изделий

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в металлургии, машиностроении, промышленности стройматериалов при нагреве мелких изделий машиностроения под закалку, нормализацию, отпуск и цементацию. Печь для термообработки изделий содержит шнековый механизм для транспортировки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496885
Дата охранного документа: 27.10.2013
27.10.2013
№216.012.79fb

Способ малоокислительного нагрева металлических изделий

Изобретение относится к энерго/ресурсосберегающим технологиям в металлургии и машиностроении и может быть использовано для нагрева металла в нагревательных и термических печах перед обработкой давлением и при термообработке изделий. Способ малоокислительного нагрева металлических изделий в печи...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496889
Дата охранного документа: 27.10.2013
27.10.2013
№216.012.7a02

Способ вскрытия шеелитовых концентратов

Изобретение относится к способу вскрытия шеелитовых концентратов растворами. Способ включает предварительную механообработку исходного сырья и последующую обработку активированного материала раствором соды NaCO. При этом предварительную механообработку проводят до достижения количества энергии,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496896
Дата охранного документа: 27.10.2013
27.10.2013
№216.012.7a05

Способ получения борсодержащего композиционного материала на основе алюминия

Изобретение относится к области металлургии, в частности к борсодержащим алюмоматричным композиционным материалам, и может быть использовано при получении изделий, к которым предъявляются требования низкого удельного веса в сочетании с высоким уровнем поглощения при нейтронном излучении. Способ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496899
Дата охранного документа: 27.10.2013
Showing 51-60 of 255 items.
20.09.2013
№216.012.6ae1

Запирающая прокладка для многопуансонного устройства высокого давления и высоких температур

Изобретение относится к области изготовления синтетических алмазов с использованием многопуансонных аппаратов высокого давления. Запирающая прокладка, размещаемая между пуансонами многопуансонного устройства высокого давления и температуры, имеет форму трапеции и состоит из трех слоев, один из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493012
Дата охранного документа: 20.09.2013
20.09.2013
№216.012.6b5c

Способ получения композиционных материалов из кубического нитрида бора

Изобретение относится к области производства различных видов металлообрабатывающих инструментов: резцов, фрез, притиров, в частности, к получению спеченного композиционного материала, изготовленного из порошков кубического нитрида бора. Способ заключается в формовании порошков кубического...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493135
Дата охранного документа: 20.09.2013
20.09.2013
№216.012.6be0

Способ производства круглого сортового проката из автоматной стали

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к производству круглого сортового проката с повышенной обрабатываемостью резанием, используемого для изготовления крепежных изделий. Техническим результатом изобретения является повышение качества и выхода годного круглого сортового...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493267
Дата охранного документа: 20.09.2013
20.09.2013
№216.012.6be3

Способ производства гетерогенной листовой стали

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к производству двухслойного стального листового проката толщиной 4-20 мм для бронезащитных конструкций с классом защиты не ниже 6a по ГОСТ P5 0963-96 для легкобронированных боевых машин, летательных аппаратов, бронированных сооружений. Для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493270
Дата охранного документа: 20.09.2013
20.09.2013
№216.012.6bed

Способ переработки молибденитовых концентратов

Изобретение относится к металлургии редких металлов, в частности молибдена, и может быть использовано для переработки молибденитовых концентратов с получением соединений молибдена. Способ переработки молибденитовых концентратов включает хлорирование концентрата при температуре не более 450°C,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493280
Дата охранного документа: 20.09.2013
27.09.2013
№216.012.6e70

Способ производства тонкой горячекатаной листовой стали

Изобретение предназначено для повышения вытяжных свойств горячекатаной листовой стали толщиной 1,0 мм и менее из низкоуглеродистых и сверхнизкоуглеродистых (IF) сталей. Способ включает аустенитизирующий нагрев слябов, многопроходную черновую прокатку полос, чистовую прокатку и смотку в рулоны....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493923
Дата охранного документа: 27.09.2013
27.09.2013
№216.012.6e7e

Способ получения нанопорошка карбида кремния

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к технологии получения нанопорошка карбида кремния. Может применяться для изготовления абразивных и режущих материалов, конструкционной керамики и кристаллов для микроэлектроники, катализаторов и защитных покрытий. Исходную...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493937
Дата охранного документа: 27.09.2013
27.10.2013
№216.012.78df

Способ введения пластификатора и устройство для его осуществления

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способу гранулирования пластифицированного материала. Может использоваться для получения изделий из непластичных порошков, обладающих плохой формуемостью. Порошковый материал с раствором пластификатора на вакуумном фильтре,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496605
Дата охранного документа: 27.10.2013
27.10.2013
№216.012.79f7

Печь для термообработки изделий

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в металлургии, машиностроении, промышленности стройматериалов при нагреве мелких изделий машиностроения под закалку, нормализацию, отпуск и цементацию. Печь для термообработки изделий содержит шнековый механизм для транспортировки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496885
Дата охранного документа: 27.10.2013
27.10.2013
№216.012.79fb

Способ малоокислительного нагрева металлических изделий

Изобретение относится к энерго/ресурсосберегающим технологиям в металлургии и машиностроении и может быть использовано для нагрева металла в нагревательных и термических печах перед обработкой давлением и при термообработке изделий. Способ малоокислительного нагрева металлических изделий в печи...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496889
Дата охранного документа: 27.10.2013
+ добавить свой РИД