×
25.08.2017
217.015.d1ef

Результат интеллектуальной деятельности: Способ получения отливок из высокопрочного сплава на основе алюминия

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к области металлургии высокопрочных материалов на основе алюминия и может быть использовано при получении изделий, работающих под действием высоких нагрузок при температурах до 150°С, таких как детали летательных аппаратов (самолетов, вертолетов, ракет), автомобилей и других транспортных средств (велосипедов, самокатов, тележек), детали спортинвентаря и др. Способ получения отливок из высокопрочного сплава на основе алюминия включает приготовление расплава алюминия, содержащего цинк, магний, медь, никель и железо, получение отливки методом литья приготовленного расплава и термообработку отливки для формирования структуры, состоящей из дисперсионно упрочненной алюминиевой матрицы и частиц фазы AlFeNi, при этом приготовление расплава алюминия осуществляют с использованием алюминия, получаемого по технологии электролиза с инертным анодом, при этом расплав готовят при следующей концентрации легирующих элементов, мас.%: цинк 6,3-7,5, магний 2,1-2,8, медь 0,2-0,35, никель 0,6-0,8, железо 0,50-0,70, алюминий - остальное, а после термообработки получают структуру с размером дендритной ячейки алюминиевой матрицы не более 30 мкм и микротвердостью не менее 170 HV. Техническим результатом изобретения является получение отливок с временным сопротивлением (σ) - не менее 500 МПа, пределом текучести (σ) - не менее 450 МПа, относительным удлинением (δ) - не менее 5%. 2 з.п. ф-лы, 3 пр., 4 табл., 3 ил.

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°С: детали летательных аппаратов (самолетов, вертолетов, ракет), автомобилей и других транспортных средств (в том числе: велосипедов, самокатов, тележек), детали спортинвентаря 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 и способ получения из него отливок (патент RU 2158780 от 10.11.2000 г.). Данный сплав содержит матрицу, образованную твердым раствором цинка, магния и меди в алюминии с равномерно распределенными в матрице частицами алюминидов никеля кристаллизационного происхождения и равномерно распределенными в матрице частицами, 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. Недостатком данного сплава является то, что для его приготовления необходим алюминий высокой чистоты, что существенно повышает его стоимость, а также увеличивает процент брака (из-за возможного попадания железа в расплав в процессе его приготовления).

Наиболее близким к предложенному является способ получения сплава на основе алюминия, раскрытый в патенте RU 2484168 (опубл. 10.06.2013, бюл. №16). Данный сплав на основе алюминия, содержащий, цинк, магний, никель, железо, цирконий и медь, отличающийся тем, что он содержит компоненты в следующем количестве, мас. %:

Цинк 5,5-6,5
Магний 1,7-2,3
Никель 0,4-0,7
Железо 0,3-0,7
Цирконий 0,02-0,25
Медь 0,05-0,3
Алюминий Остальное

Известный сплав может быть выполнен в виде отливок, в которых достигаются следующие свойства на растяжение: временное сопротивление (σв) - не менее 450 МПа, предел текучести (σ0,2) - не менее 400 МПа, относительное удлинение (δ) - не менее 4%. Способ получения отливок из данного сплава включает его выплавку в электрической печи сопротивления в графитошамотных тиглях из алюминия марки А5Е (99,5%), цинка марки Ц0 (99,9%), магния марки Мг90 (99,9%), меди марки M1 (99,9%) и лигатур Al-Ni, Al-Fe и Al-Zr.

Высокие механические свойства сплава достигаются за счет реализации структуры, представляющей собой матрицу, образованную твердым раствором алюминия с равномерно распределенными дисперсными частицами вторичных выделений и равномерно распределенными в матрице относительно глобулярными частицами фазы Al9FeNi эвтектического происхождения. Техническим результатом является создание нового экономнолегированного высокопрочного сплава, предназначенного для получения фасонных отливок.

Недостатком известного способа является необходимость введения железа из лигатуры Al-Fe, что увеличивает время приготовления расплава. Второй недостаток состоит в том, что расплав готовят на основе марочного первичного алюминия (в частности, марки А5Е), что обусловливает относительно высокую стоимость отливок. Кроме того, известный способ не позволяет обеспечить следующие механические свойства на растяжение: временное сопротивление (σв) - не менее 500 МПа, предел текучести (σ0,2) – не менее 450 МПа, относительное удлинение (δ) - не менее 5%.

Техническим результатом является создание нового способа получения отливок из высокопрочного сплава на основе алюминия, содержащего цинк, магний, никель, железо, медь и цирконий, который не требует введения в расплав лигатуры Al-Fe и обеспечивает в отливках следующие механические свойства на растяжение: временное сопротивление (σв) - не менее 500 МПа, предел текучести (σ0,2) - не менее 450 МПа, относительное удлинение (δ) - не менее 5%.

Технический результат достигается следующим образом.

Способ получения отливок из высокопрочного сплава на основе алюминия включает приготовление расплава, содержащего цинк, магний, медь, никель и железо, термообработку отливок, приводящую к формированию структуры, состоящей из дисперсионно упрочненной алюминиевой матрицы и компактных частиц фазы Al9FeNi. Расплав готовят на основе алюминия, содержащего железо, производимого по технологии электролиза с инертным анодом, при этом концентрацию легирующих элементов, режимы литья отливок и термообработки выбирают так, чтобы получить в отливке структуру с размером дендритной ячейки алюминиевой матрицы не более 30 мкм и ее микротвердостью не менее 170 HV.

Отливки получают литьем в кокиль, затем их гомогенизируют, подвергают горячему изостатическому прессованию (ГИП) и упрочняющей термообработке, включающей закалку и старение, со следующими свойствами на растяжение: временное сопротивление (σв) - не менее 500 МПа, предел текучести (σ0,2) - не менее 450 МПа, относительное удлинение (δ) - не менее 5%.

Отливки получают методом литья с кристаллизацией под давлением.

Концентрация легирующих элементов сплава на основе алюминия, произведенного по технологии электролиза с инертным анодом, принадлежит следующим диапазонам, мас. %:

Цинк - 6,3-7,5,

Магний - 2,1-2,8,

Медь - 0,2-0,35,

Никель - 0,6-0,7,

Железо - 0,45-0,55.

Отливки могут быть также получены литьем с кристаллизацией под давлением (жидкая штамповка).

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 показана отливка из алюминиевого сплава, полученная литьем в кокиль (пример 1), на фиг. 2 показана микроструктура отливки, полученной литьем в кокиль и термообработкой по режиму 2 (пример 1), на фиг. 3 показаны отливки из алюминиевого сплава, полученные литьем с кристаллизацией под давлением (пример 3).

Сущность изобретения состоит в следующем.

Приготовление расплава на основе алюминия, производимого по технологии электролиза с инертным анодом (ЭИА), позволяет исключить операцию введения в расплав лигатуры Al-Fe, поскольку железо в требуемом количестве уже содержится в алюминии ЭИА. Кроме того, использование алюминия ЭИА вместо марочного первичного алюминия позволяет снизить стоимость отливок. Введение оптимального количества никеля позволяет получить в структуре отливок компактные частицы фазы Al9FeNi, что благоприятно сказывается на пластичности.

В процессе литья формируется структура, состоящая из первичных кристаллов алюминиевого твердого раствора со средним размером дендритной ячейки (d) не более 30 мкм и эвтектических частиц фаз Al9FeNi и Т (Al2Mg3Zn3). Эти частицы располагаются по границам дендритных ячеек, поэтому их размер зависит от величины d. В процессе термической обработки происходит растворение эвтектических частиц фазы Т в алюминиевом твердом растворе, формирование глобулярных частиц фаз Al9FeNi и на последней стадии (старении) выделение из алюминиевого твердого раствора наноразмерных частиц метастабильных фаз, которые вносят основной вклад в упрочнение. Таким образом на месте алюминиевого твердого раствора формируется алюминиевая матрица с наноразмерными частицами. Величина d при этом практически не меняется.

Ограничение по максимальному среднему размеру дендритной ячейки алюминиевой матрицы (не более 30 мкм) позволяет обеспечить формирование достаточно дисперсных частиц фазы Al9FeNi, что положительно сказывается на механических свойствах, прежде всего пластичности. Ограничение по минимальному значению микротвердости алюминиевой матрицы (не менее 170 HV) позволяет обеспечить требуемую прочность (не менее 500 МПа) в отливке.

Использование операции ГИП для кокильных отливок и получение отливок методом литьем с кристаллизацией под давлением позволяет резко снизить литейную пористость, что благоприятно сказывается на всем комплексе механических свойств.

ПРИМЕР 1.

Были приготовлены отливки сплава, расчетный состав которого приведен ниже, масс. %: 6,3% Zn, 2,8% Mg, 0,6% Ni, 0,55% Fe, 0,2% Cu, основа Al (Сплав 1).

Сплав (в количестве 4 кг на один способ) готовили из алюминия марки А85 (ГОСТ 11069-2001) и алюминия, произведенного по технологии электролиза с инертным анодом в электрической печи сопротивления в графитошамотных тиглях. Легирующие элементы вводили в чистом виде (цинк, магний, медь) и в виде лигатур (Al-Ni, Al-Fe). Время приготовления (т.е. достижения расчетного химического состава) определяли отбором проб из расплава, которые делали каждые 5 мин, и последующим анализом химического состава на спектрометре ARL4460.

Литье отливок производилось в стальную форму, приведенную в ГОСТ 1583-93 (рис. 4. с. 33). Отливки (фиг. 1) термообрабатывали по двум режимам:

1 - Т6 (отжиг, закалка в воде и старение на максимальное упрочнение);

2 - Специальный режим (гомогенизирующий отжиг, ГИП, отжиг, закалка в воде, старение).

Были выполнены 5 способов получения отливок, которые приведены в табл. 1.

Механические свойства определяли на цилиндрических образцах, вырезанных из отливок, по ГОСТ 1497-84.

Как видно из табл. 1, при использовании одного марочного алюминия (способ 1) время приготовления расплава максимально. При использовании равных количеств алюминия А85 и ИЭА (способы 2 и 4) это время снижается, а при использовании только одного алюминия ИЭА (способы 3 и 5) оно минимально. Из табл. 2 видно, что при использовании режима термообработки 1 (способы 1-3) относительное удлинение меньше 5%. При использовании режима термообработки 2 (способы 4 и 5) достигается требуемый уровень механических свойств. Этот уровень обеспечивается структурой, которая состоит из дисперсионно упрочненной (наночастицами) алюминиевой матрицы и равномерно распределенных в ней компактных частиц фазы Al9FeNi эвтектического происхождения (фиг. 2).

ПРИМЕР 2.

Из сплава состава, масс. %: 7,5% Zn, 2,1% Mg, 0,8% Ni, 0,7% Fe, 0,35% Cu, основа Al (Сплав 2), получали отливки литьем в стальную форму, подогретую до разных температур. Остальные параметры плавки соответствовали способу 5 в примере 1 (см. табл. 1). Отливки были термообработаны по режиму 2. Подогрев стальной формы до разных температур позволил получить структуру с разным размером d. Как видно из табл. 3, способы 2 и 3, приводящие к огрублению структуры (значение d выше 30 мкм), не позволяют получить в отливке требуемые механические свойства.

ПРИМЕР 3.

Из сплавов того же состава, что и в примерах 1 и 2, были приготовлены отливки методом литья с кристаллизацией под давлением (фиг. 3). Остальные параметры плавки соответствовали способу 3 в примере 1 (см. табл. 1). Отливки были термообработаны по режиму 1, далее из них были вырезаны образцы для испытания на разрыв. Как видно из табл. 4, в отливках, полученных по данному способу, достигается требуемый комплекс механических свойств.


Способ получения отливок из высокопрочного сплава на основе алюминия
Способ получения отливок из высокопрочного сплава на основе алюминия
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 141-150 of 338 items.
29.12.2017
№217.015.f66d

Система автоматического управления электрическим режимом плавильного агрегата с двумя источниками электронагрева с использованием интеллектуального датчика контроля агрегатного состояния расплавляемого металла

Изобретение относится к электрометаллургии и решает задачу управления режимом работы печного агрегата, содержащего два источника нагрева: сопротивлением и дугой постоянного тока. Технический результат - улучшение качества регулирования при нагреве материала в печи. Система автоматического...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002630160
Дата охранного документа: 05.09.2017
29.12.2017
№217.015.f714

Манипулятор для замены погружного стакана на слябовой машине непрерывного литья заготовок

Изобретение относится к металлургии. Манипулятор содержит механизмы замены и уборки отработанного погружного стакана. Кинематическая схема механизма замены обеспечивает перемещение сменного погружного стакана по заданной траектории к разливочному устройству промежуточного ковша. Смена стаканов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002639089
Дата охранного документа: 19.12.2017
29.12.2017
№217.015.f732

Композиционный материал на основе алюминиевого сплава, армированный карбидом бора, и способ его получения

Изобретение относится к области металлургии, преимущественно к плавке и литью сплавов цветных металлов, и предназначено для изготовления композиционных материалов на основе алюминиевого сплава с низким коэффициентом термического расширения для деталей автомобилестроения. Композиционный материал...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002639088
Дата охранного документа: 19.12.2017
29.12.2017
№217.015.fa36

Способ получения постоянных магнитов на основе сплавов редкоземельных металлов с железом и азотом

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к способам изготовления постоянных магнитов из магнитотвердых материалов на основе сплавов редкоземельных металлов с железом и азотом, и может быть использовано в электротехнической, автомобильной, приборостроительной и других областях...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002639889
Дата охранного документа: 25.12.2017
29.12.2017
№217.015.fb13

Способ пирометаллургической переработки оксидных материалов

Изобретение относится к области черной металлургии. Способ включает подачу шихты, состоящей из перерабатываемого сырья, флюсов и углеродсодержащего материала, в плавильную зону двухзонной барботажной печи в предварительно расплавленные материал и флюс. Расплав передают в восстановительную зону,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002640110
Дата охранного документа: 26.12.2017
29.12.2017
№217.015.fda7

Способ измельчения смеси карбоната стронция и оксида железа в производстве гексаферритов стронция

Изобретение относится к технологии магнитотвердых ферритов и может быть использовано при изготовлении гексаферритов стронция. Технический результат - повышение активности при измельчении смеси исходных ферритообразующих компонентов, обеспечивающее снижение температуры синтеза и повышение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002638069
Дата охранного документа: 11.12.2017
19.01.2018
№218.016.0253

Способ получения альфа-оксида алюминия высокой чистоты

Изобретение относится к способу получения альфа-оксида алюминия высокой чистоты. Способ включает анодное растворение алюминия высокой чистоты в водном растворе нитрата аммония, рафинирование электролита путем удаления 50-100% первой партии гидроксида алюминия с предварительным отстаиванием в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002630212
Дата охранного документа: 06.09.2017
19.01.2018
№218.016.0276

Способ получения тонколистового проката из бор-содержащего алюминиевого сплава

Изобретение относится к области металлургии, в частности к борсодержащим алюминиевым сплавам, к которым предъявляют требования по поглощению нейтронного излучения в сочетании с низким удельным весом и высокой прочностью. Способ получения тонколистового проката из борсодержащего алюминиевого...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002630186
Дата охранного документа: 05.09.2017
19.01.2018
№218.016.02e5

Способ получения слитков и тонколистового проката из бор-содержащего алюминиевого сплава

Изобретение относится к области металлургии, в частности к борсодержащим алюминиевым сплавам, к которым предъявляют требования по поглощению нейтронного излучения в сочетании с низким удельным весом и высокой прочностью. Способ получения тонколистового проката из слитков борсодержащего...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002630185
Дата охранного документа: 05.09.2017
19.01.2018
№218.016.02f0

Линейка прошивного стана

Изобретение относится к области производства бесшовных горячекатаных труб на станах винтовой прокатки. Линейка предназначена для повышения износостойкости рабочей поверхности линеек прошивного стана. Линейка имеет рабочую поверхность, включающую входной конус, пережим и выходной конус, и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002630188
Дата охранного документа: 05.09.2017
Showing 141-150 of 222 items.
29.12.2017
№217.015.f66d

Система автоматического управления электрическим режимом плавильного агрегата с двумя источниками электронагрева с использованием интеллектуального датчика контроля агрегатного состояния расплавляемого металла

Изобретение относится к электрометаллургии и решает задачу управления режимом работы печного агрегата, содержащего два источника нагрева: сопротивлением и дугой постоянного тока. Технический результат - улучшение качества регулирования при нагреве материала в печи. Система автоматического...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002630160
Дата охранного документа: 05.09.2017
29.12.2017
№217.015.f714

Манипулятор для замены погружного стакана на слябовой машине непрерывного литья заготовок

Изобретение относится к металлургии. Манипулятор содержит механизмы замены и уборки отработанного погружного стакана. Кинематическая схема механизма замены обеспечивает перемещение сменного погружного стакана по заданной траектории к разливочному устройству промежуточного ковша. Смена стаканов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002639089
Дата охранного документа: 19.12.2017
29.12.2017
№217.015.f732

Композиционный материал на основе алюминиевого сплава, армированный карбидом бора, и способ его получения

Изобретение относится к области металлургии, преимущественно к плавке и литью сплавов цветных металлов, и предназначено для изготовления композиционных материалов на основе алюминиевого сплава с низким коэффициентом термического расширения для деталей автомобилестроения. Композиционный материал...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002639088
Дата охранного документа: 19.12.2017
29.12.2017
№217.015.fa36

Способ получения постоянных магнитов на основе сплавов редкоземельных металлов с железом и азотом

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к способам изготовления постоянных магнитов из магнитотвердых материалов на основе сплавов редкоземельных металлов с железом и азотом, и может быть использовано в электротехнической, автомобильной, приборостроительной и других областях...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002639889
Дата охранного документа: 25.12.2017
29.12.2017
№217.015.fb13

Способ пирометаллургической переработки оксидных материалов

Изобретение относится к области черной металлургии. Способ включает подачу шихты, состоящей из перерабатываемого сырья, флюсов и углеродсодержащего материала, в плавильную зону двухзонной барботажной печи в предварительно расплавленные материал и флюс. Расплав передают в восстановительную зону,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002640110
Дата охранного документа: 26.12.2017
29.12.2017
№217.015.fda7

Способ измельчения смеси карбоната стронция и оксида железа в производстве гексаферритов стронция

Изобретение относится к технологии магнитотвердых ферритов и может быть использовано при изготовлении гексаферритов стронция. Технический результат - повышение активности при измельчении смеси исходных ферритообразующих компонентов, обеспечивающее снижение температуры синтеза и повышение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002638069
Дата охранного документа: 11.12.2017
19.01.2018
№218.016.0253

Способ получения альфа-оксида алюминия высокой чистоты

Изобретение относится к способу получения альфа-оксида алюминия высокой чистоты. Способ включает анодное растворение алюминия высокой чистоты в водном растворе нитрата аммония, рафинирование электролита путем удаления 50-100% первой партии гидроксида алюминия с предварительным отстаиванием в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002630212
Дата охранного документа: 06.09.2017
19.01.2018
№218.016.0276

Способ получения тонколистового проката из бор-содержащего алюминиевого сплава

Изобретение относится к области металлургии, в частности к борсодержащим алюминиевым сплавам, к которым предъявляют требования по поглощению нейтронного излучения в сочетании с низким удельным весом и высокой прочностью. Способ получения тонколистового проката из борсодержащего алюминиевого...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002630186
Дата охранного документа: 05.09.2017
19.01.2018
№218.016.02e5

Способ получения слитков и тонколистового проката из бор-содержащего алюминиевого сплава

Изобретение относится к области металлургии, в частности к борсодержащим алюминиевым сплавам, к которым предъявляют требования по поглощению нейтронного излучения в сочетании с низким удельным весом и высокой прочностью. Способ получения тонколистового проката из слитков борсодержащего...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002630185
Дата охранного документа: 05.09.2017
19.01.2018
№218.016.02f0

Линейка прошивного стана

Изобретение относится к области производства бесшовных горячекатаных труб на станах винтовой прокатки. Линейка предназначена для повышения износостойкости рабочей поверхности линеек прошивного стана. Линейка имеет рабочую поверхность, включающую входной конус, пережим и выходной конус, и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002630188
Дата охранного документа: 05.09.2017
+ добавить свой РИД