RU2446222C1 - Heat-resistant aluminium-based alloy and method for obtaining deformed semi-finished products from it - Google Patents

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: aluminium-based alloy contains the following components, wt %: copper 0.9-1.9, manganese 1.0-1.8, zirconium 0.2-0.64, scandium 0.01-0.12, iron 0.15-0.4, silicium 0.05-0.15, aluminium is the rest; at that, alloy contains zirconium and scandium in its structure in the form of nanoparticles of phase Al₃(Zr, Sc) with average size of not more than 20 nm and with crystal latitude L1₂; at that, alloy conductivity exceeds 53% IACS, and ultimate strength (σ_ult) after heating during 100 hours at 300°C exceeds 320 MPa. Method for obtaining deformed semi-finished product from the above alloy involves preparation of the melt of the above alloy at the temperature exceeding liquidus temperature not less than by 50°C; obtaining cast workpiece by means of melt crystallisation, deformation of cast workpiece at the temperature not exceeding 350°C; intermediate annealing of deformed workpiece at 300-455°C; deformation of the annealed workpiece at room temperature and annealing at 300-350°C so that the deformed semi-finished product is obtained.

EFFECT: obtaining alloy and semi-finished products from it, which have high mechanical and electrical properties.

7 cl, 2 dwg, 7 tbl, 6 ex

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым сплавам на основе алюминия, и может быть использовано при получении изделий, работающих в широком диапазоне температур, до 350°С. В частности, из сплава могут быть получены такие детали двигателей, как корпуса, крышки, сопла, задвижки, фланцы и т.д. Он рекомендуется как альтернатива сталям и чугунам для изготовления деталей водозаборной арматуры и ступеней погружного насоса для нефтегазового комплекса. Данный сплав также предназначен для получения изделий электротехнического назначения, от которых требуется сочетание высокой электропроводности, достаточной прочности и термостойкости. Среди них самонесущие провода линий электропередач, контактные провода скоростного железнодорожного транспорта, бортовые провода самолетов и т.д.The invention relates to the field of metallurgy, in particular to wrought aluminum-based alloys, and can be used to obtain products operating in a wide temperature range, up to 350 ° C. In particular, engine parts such as housings, covers, nozzles, gate valves, flanges, etc., can be obtained from the alloy. It is recommended as an alternative to steels and cast iron for the manufacture of parts for water intake fittings and stages of a submersible pump for the oil and gas complex. This alloy is also intended for the production of electrical products, which require a combination of high electrical conductivity, sufficient strength and heat resistance. Among them are self-supporting wires of power lines, contact wires of high-speed railway transport, airborne wires of aircraft, etc.

Предшествующий уровень техникиState of the art

Деформируемые алюминиевые сплавы, содержащие в качестве основного компонента медь, имеют удачное сочетание механических свойств при комнатной и повышенных (до 250-300°С) температурах. Оптимальная концентрация меди в сплавах этого типа составляет 5-7% (здесь и далее мас.%), что соответствует или несколько превышает ее предельную растворимость в алюминиевом твердом растворе (Аl). Такое содержание меди приводит к образованию максимального количества вторичных выделений фазы Al₂Cu при старении. Кроме того, почти все эти сплавы содержат марганец в количестве до 1%.Deformable aluminum alloys containing copper as the main component have a good combination of mechanical properties at room and elevated (up to 250-300 ° C) temperatures. The optimum concentration of copper in alloys of this type is 5-7% (hereinafter, wt.%), Which corresponds to or slightly exceeds its ultimate solubility in aluminum solid solution (Al). Such a copper content leads to the formation of a maximum amount of secondary precipitates of the Al ₂ Cu phase during aging. In addition, almost all of these alloys contain manganese in an amount of up to 1%.

В частности, известен сплав на основе алюминия Д20 (см. Алиева С.Г., Альтман М.Б. и др. «Промышленные алюминиевые сплавы», М., Металлургия, 1984. 528 с.), который содержит 6-7% Сu, 0,4-0,8% Мn, 0,1-0,2% Ti. Деформируемые полуфабрикаты, полученные из слитков этого сплава, имеют сравнительно высокие механические свойства при 250-300°С. Однако нагрев свыше 300°С приводит к сильному разупрочнению. Кроме того, производство деформируемых полуфабрикатов из слитков требует сложной технологии, включающей гомогенизирующий отжиг, обработку давлением, нагрев полуфабрикатов свыше 500°С под закалку, закалку в воде, старение.In particular, an alloy based on aluminum D20 is known (see Alieva SG, Altman MB et al. "Industrial aluminum alloys", Moscow, Metallurgy, 1984. 528 s.), Which contains 6-7% Cu, 0.4-0.8% Mn, 0.1-0.2% Ti. Deformable semi-finished products obtained from ingots of this alloy have relatively high mechanical properties at 250-300 ° C. However, heating above 300 ° C leads to a strong softening. In addition, the production of deformable semi-finished products from ingots requires complex technology, including homogenizing annealing, pressure treatment, heating of semi-finished products over 500 ° С for quenching, quenching in water, aging.

Известен также сплав на основе алюминия 1201 (ГОСТ 4784-97), который кроме меди, марганца и титана содержит добавки циркония и ванадия при следующем соотношении компонентов: 5,8-6,8% Сu; 0,2-0,4% Мn; 0,02-0,1% Ti; 0,1-0,25% Zr; 0,05-0,15% V. Данный сплав благодаря добавкам циркония и ванадия обладает более высокими механическими свойствами, чем сплав Д20, однако при нагреве свыше 300°С он также склонен к сильному разупрочнению. Кроме того, технология получения деформируемых полуфабрикатов из слитков такая же сложная. Общим недостатком сплавов Д20 и 1201 является низкая электропроводность, которая не превышает 30% IACS в состоянии Т1, что затрудняет их использование в изделиях электротехнического назначения. Основная причина низкой электропроводности состоит в высоком содержании меди в алюминиевом твердом растворе.Also known is an alloy based on aluminum 1201 (GOST 4784-97), which, in addition to copper, manganese and titanium, contains additives of zirconium and vanadium in the following ratio of components: 5.8-6.8% Cu; 0.2-0.4% Mn; 0.02-0.1% Ti; 0.1-0.25% Zr; 0.05-0.15% V. This alloy, due to the addition of zirconium and vanadium, has higher mechanical properties than alloy D20, however, when heated above 300 ° C, it is also prone to strong softening. In addition, the technology for producing deformable semi-finished products from ingots is just as complex. A common drawback of D20 and 1201 alloys is their low electrical conductivity, which does not exceed 30% of IACS in the T1 state, which complicates their use in electrical products. The main reason for the low electrical conductivity is the high copper content in the aluminum solid solution.

Эти недостатки в значительной мере устранены в изобретении «Термостойкий высокопрочный алюминиевый сплав, проводниковая проволока, воздушный провод и метод его изготовления» (High-strength heat-resistant aluminium alloy, conductive wire, overhead wire and method of preparing the aluminium alloy), раскрытом в патенте ЕР 0787811 A1 (publ. 06.08.1997, bul. 1997/32). Согласно данному патенту сплав на основе алюминия содержит: 0,28-0,8% Zr; 0,1-0,8% Mn; 0,1-0,4% Сu; 0,16-0,3% Si. Способ получения из него проволоки включает следующие стадии: приготовление расплава при температуре не ниже чем 750+227·(Z-0,28)°С (где Z - концентрация циркония в сплаве, мас.%); охлаждения со скоростью не ниже чем 0,1 К/с; получение первичной (литой) заготовки; ее термообработку (при 320-390°С в течение 30-200 часов) и деформирование.These disadvantages are largely eliminated in the invention “High-strength heat-resistant aluminum alloy, conductive wire, overhead wire and method of preparing the aluminum alloy”, disclosed in EP 0787811 A1 (publ. 06.08.1997, bul. 1997/32). According to this patent, an aluminum-based alloy contains: 0.28-0.8% Zr; 0.1-0.8% Mn; 0.1-0.4% Cu; 0.16-0.3% Si. The method for producing wire from it includes the following stages: melt preparation at a temperature not lower than 750 + 227 · (Z-0.28) ° С (where Z is the concentration of zirconium in the alloy, wt.%); cooling at a speed not lower than 0.1 K / s; receiving the primary (cast) billet; its heat treatment (at 320-390 ° C for 30-200 hours) and deformation.

Техническим результатом данного изобретение является достижение следующих характеристик: временное сопротивление при растяжении (σ_в) - не менее 280 МПа; электропроводность - не ниже 50% IACS; сохранение не менее 90% от исходного значения σ_в после отжига при 190°С в течение 400 часов.The technical result of this invention is to achieve the following characteristics: temporary tensile strength (σ _in ) - not less than 280 MPa; electrical conductivity - not less than 50% of IACS; maintaining at least 90% of the initial value of σ _in after annealing at 190 ° C for 400 hours.

Несмотря на достигнутые преимущества по сравнению с марочными сплавами на базе системы Al-Cu (включая 1201), сплав по патенту ЕР 0787811 A1 имеет недостатки. В частности, это невысокая прочность (σ_в<300 МПа), недостаточная электропродность (ниже 53% IACS), слишком длительная продолжительность термообработки (более 30 часов).Despite the advantages achieved in comparison with alloys based on the Al-Cu system (including 1201), the alloy according to patent EP 0787811 A1 has disadvantages. In particular, this is a low strength (σ _in <300 MPa), insufficient electrical conductivity (below 53% IACS), and too long a heat treatment (more than 30 hours).

Наиболее близким к заявляемому является сплав на основе алюминия, раскрытый в патенте РФ №2287600 (публ. 20.11.2006, бюл. №32). Согласно этому патенту материал на основе алюминия, содержащий медь, марганец, цирконий и ванадий, характеризуется структурой, которая включает в себя алюминиевый твердый раствор и вторичные алюминиды, отличающийся тем, что он дополнительно содержит скандий при следующем соотношении компонентов, мас.%:Closest to the claimed is an alloy based on aluminum, disclosed in the patent of the Russian Federation No. 2287600 (publ. November 20, 2006, bull. No. 32). According to this patent, an aluminum-based material containing copper, manganese, zirconium and vanadium, is characterized by a structure that includes an aluminum solid solution and secondary aluminides, characterized in that it additionally contains scandium in the following ratio, wt.%:

медьcopper 1,2-2,41.2-2.4 марганецmanganese 1,2-2,21.2-2.2 цирконийzirconium 0,15-0,60.15-0.6 ванадийvanadium 0,01-0,150.01-0.15 скандийscandium 0,01-0,20.01-0.2 алюминийaluminum остальноеrest

при этом его равновесный солидус выше 600°С, а твердость по Виккерсу не менее 85 HV.while its equilibrium solidus is above 600 ° C, and Vickers hardness is not less than 85 HV.

В частных пунктах этого изобретения определена возможность получения из него листов, обладающих временным сопротивлением после отжига при 290-410°С в течение 1-20 ч выше 300 МПа и 100-часовой прочностью (σ₁₀₀) при 350°С выше 30 МПа. Исходные слитки не требуют термообработки, что упрощает технологию получения листов.In private paragraphs of this invention, the possibility of obtaining sheets from it having temporary resistance after annealing at 290-410 ° C for 1-20 hours above 300 MPa and 100-hour strength (σ ₁₀₀ ) at 350 ° C above 30 MPa is determined. The original ingots do not require heat treatment, which simplifies the technology of obtaining sheets.

Несмотря на более высокую прочность по сравнению с патентом ЕР 0787811 A1, данный сплав имеет недостаточную электропроводность (ниже 48% IACS).Despite the higher strength compared to patent EP 0787811 A1, this alloy has insufficient electrical conductivity (below 48% IACS).

Раскрытие изобретения.Disclosure of the invention.

В основу изобретения положена задача создать новый сплав на основе алюминия в виде деформируемых полуфабрикатов (листов, прутков, проволоки, штамповок, труб) обладал бы большей прочностью, термостойкостью и электропроводностью по сравнению со сплавом-прототипом.The basis of the invention is the task of creating a new alloy based on aluminum in the form of deformable semi-finished products (sheets, rods, wire, stampings, pipes) would have greater strength, heat resistance and electrical conductivity compared to the prototype alloy.

Поставленная задача решается созданием сплава на основе алюминия, содержащего медь, марганец, цирконий, скандий, железо и кремний. Сплав характеризуется структурой, представляющей собой матрицу на основе твердого раствора алюминия с равномерно распределенными в ней дисперсоидами (вторичными алюминидами переходных металлов), при этом он содержит компоненты при следующем соотношении, маc.%:The problem is solved by creating an alloy based on aluminum containing copper, manganese, zirconium, scandium, iron and silicon. The alloy is characterized by a structure, which is a matrix based on a solid solution of aluminum with dispersoids (secondary aluminides of transition metals) uniformly distributed in it, while it contains components in the following ratio, wt.%:

медьcopper 0,9-1,90.9-1.9 марганецmanganese 1,0-1,81.0-1.8 цирконийzirconium 0,2-0,640.2-0.64 скандийscandium 0,01-0,120.01-0.12 железоiron 0,15-0,40.15-0.4 кремнийsilicon 0,05-0,150.05-0.15 алюминийaluminum остальноеrest

причем сплав содержит цирконий и скандий в своей структуре в виде наночастиц фазы Аl₃(Zr, Sc) со средним размером не более 20 нм и с кристаллической решеткой Lh, при этом электропроводность сплава превышает 53% IACS, а временное сопротивление (σ_в) после 100-часового нагрева при 300°С превышает 320 МПа. Для наилучшего сочетания свойств концентрации циркония и скандия в сплаве (C_Zr и C_Sc соответственно) должны удовлетворять условию 0,40<C_Zr+2·C_Sc<0,66.moreover, the alloy contains zirconium and scandium in its structure in the form of nanoparticles of the Al ₃ (Zr, Sc) phase with an average size of not more than 20 nm and with a crystal lattice Lh, while the electrical conductivity of the alloy exceeds 53% IACS, and the temporary resistance (σ _c ) after 100-hour heating at 300 ° C exceeds 320 MPa. For the best combination of properties, the concentrations of zirconium and scandium in the alloy (C _Zr and C _Sc, respectively) must satisfy the condition 0.40 <C _Zr + 2 · C _Sc <0.66.

Сплав может быть выполнен в виде различных деформированных полуфабрикатов (в частности, листов, проволоки и штамповок), технология получения которых включает следующие этапы: 1) приготовление расплава при температуре, превышающей температуру ликвидуса, не менее чем на 50°С, 2) получение литой заготовки путем кристаллизации расплава, 3) деформирование литой заготовки при температуре, не превышающей 350°С, 4) промежуточный отжиг деформированной заготовки при температуре 300-450°С, 5) деформирование отожженной заготовки при комнатной температуре, 6) отжиг при температуре 300-350°С с получением готового деформированного полуфабриката.The alloy can be made in the form of various deformed semi-finished products (in particular, sheets, wire and stampings), the production technology of which includes the following steps: 1) preparation of the melt at a temperature exceeding the liquidus temperature by at least 50 ° C, 2) obtaining cast preforms by crystallization of the melt, 3) deformation of the cast preform at a temperature not exceeding 350 ° C, 4) intermediate annealing of the deformed preform at a temperature of 300-450 ° C, 5) deformation of the annealed preform at room temperature, 6 ) annealing at a temperature of 300-350 ° C to obtain a finished deformed semi-finished product.

В частном случае деформирование литой заготовки проводят при комнатной температуре.In a particular case, the deformation of the cast billet is carried out at room temperature.

Для определения температуры ликвидуса (Т_L) могут быть использованы как экспериментальные, так и расчетные методы, обеспечивающие достаточную точность. В частности, рекомендуется использование программы Thermo-Calc (база данных TTAL5 или выше).To determine the liquidus temperature (T _L ), both experimental and calculation methods can be used to ensure sufficient accuracy. In particular, the use of Thermo-Calc software (TTAL5 database or higher) is recommended.

Сущность изобретения.SUMMARY OF THE INVENTION

При создании изобретения для достижения поставленной цели бала поставлена задача - изготовить сплав, матрица которого содержит дисперсоиды (вторичные алюминиды переходных металлов, в частности Mn, Zr, Sc) и не содержит фазу Аl₂Сu. При этом распределение дисперсоидов в алюминиевой матрице должно быть равномерным, а концентрации элементов, формирующих дисперсоиды (Мn, Zr Sc) в алюминиевом твердом растворе, должны быть минимальными. При этом сплав должен быть пригоден для его получении на серийном промышленном оборудовании, используемом для производства деформируемых алюминиевых сплавов.When creating the invention in order to achieve the goal of the ball, the task was to make an alloy whose matrix contains dispersoids (secondary aluminides of transition metals, in particular Mn, Zr, Sc) and does not contain Al ₂ Cu phase. In this case, the distribution of dispersoids in the aluminum matrix should be uniform, and the concentrations of the elements forming the dispersoids (Mn, Zr Sc) in the aluminum solid solution should be minimal. In this case, the alloy should be suitable for its production on serial industrial equipment used for the production of wrought aluminum alloys.

Обоснование заявляемых количеств легирующих компонентов в данном сплаве приведено ниже.The justification of the claimed amounts of alloying components in this alloy is given below.

Марганец и медь в заявляемых количествах необходимы для образования дисперсоидов Аl₂₀Сu₂Мn₃. При меньших концентрациях количество последних будет недостаточным для достижения требуемой прочности, а при больших количествах будут понижены электропроводность, а также характеристики технологичности.Manganese and copper in the claimed amounts are necessary for the formation of Al ₂₀ Cu ₂ Mn ₃ dispersoids. At lower concentrations, the amount of the latter will be insufficient to achieve the required strength, and at large quantities, the conductivity and also the processability characteristics will be reduced.

Цирконий и скандий в заявляемых количествах необходимы для образования наночастиц фазы Al₃(Zr,Sc) (кристаллическая решетка L1₂), имеющих средний размер не более 20 нм. При меньших концентрациях количество последних будет недостаточным для достижения требуемой прочности, а при больших количествах имеется опасность появления первичных кристаллов, что негативно сказывается на механических свойствах и технологичности.Zirconium and scandium in the claimed amounts are necessary for the formation of nanoparticles of the Al ₃ (Zr, Sc) phase (crystal lattice L1 ₂ ) having an average size of not more than 20 nm. At lower concentrations, the amount of the latter will be insufficient to achieve the required strength, and at large quantities there is a danger of the appearance of primary crystals, which negatively affects the mechanical properties and manufacturability.

Железо и кремний в заявляемых количествах необходимы для образования эвтектических включений (в частности, фазы Al₁₅(Fe,Mn)₃Si₂), способствующих более равномерной деформации в микрообъемах в процессе обработки давлением. Наличие этих элементов положительно сказывается на формировании окончательной структуры, в частности, на равномерности распределения дисперсоидов Аl₂₀Сu₂Мn₃ и наночастиц Al₃(Zr,Sc).Iron and silicon in the claimed amounts are necessary for the formation of eutectic inclusions (in particular, the Al ₁₅ (Fe, Mn) ₃ Si ₂ phase), which contribute to a more uniform deformation in microvolumes during pressure treatment. The presence of these elements has a positive effect on the formation of the final structure, in particular, on the uniform distribution of Al ₂₀ Cu ₂ Mn ₃ dispersoids and Al ₃ (Zr, Sc) nanoparticles.

Обоснование заявляемых технологических параметров способа получения деформированных из данного сплава приведено ниже.The justification of the claimed technological parameters of the method for producing deformed from this alloy is given below.

Снижение температуры расплава ниже чем на T_L+50°C (T_L - температура ликвидуса сплава); может привести к образованию в процессе кристаллизации грубых первичных кристаллов фазы Аl₃(Zr,Sс) и снижению концентрации циркония и скандия в алюминиевом твердом растворе. Следствием этого будет уменьшение количества наночастиц в окончательной структуре и снижение прочностных свойств.The decrease in the melt temperature is lower than by T _L + 50 ° C (T _L is the liquidus temperature of the alloy); can lead to the formation of coarse primary crystals of the Al ₃ (Zr, Sс) phase during crystallization and a decrease in the concentration of zirconium and scandium in the aluminum solid solution. The consequence of this will be a decrease in the number of nanoparticles in the final structure and a decrease in strength properties.

Если температура деформирования исходной заготовки будет превышать 350°С, то размеры вторичных выделений, содержащих Zr и Sc, могут превысить 20 нм, что негативно скажется на прочностных свойствах.If the deformation temperature of the initial billet will exceed 350 ° C, then the size of the secondary precipitates containing Zr and Sc may exceed 20 nm, which will negatively affect the strength properties.

Если температура отжига промежуточного деформированного полуфабриката будет превышать 450°C, то размеры вторичных выделений, содержащих Zr и Sc, могут превысить 20 нм, что негативно скажется на прочностных свойствах.If the annealing temperature of the intermediate deformed semi-finished product will exceed 450 ° C, then the size of the secondary precipitates containing Zr and Sc can exceed 20 nm, which will negatively affect the strength properties.

Если температура отжига готового деформированного полуфабриката будет превышать 350°С, то размеры вторичных выделений, содержащих Zr и Sc, могут превысить 20 нм, что негативно скажется на прочностных свойствах.If the annealing temperature of the finished deformed semi-finished product will exceed 350 ° C, then the size of the secondary precipitates containing Zr and Sc may exceed 20 nm, which will negatively affect the strength properties.

Примеры конкретного выполненияCase Studies

Сплавы для заявляемого материала были приготовлены в электрической печи сопротивления в графитошамотных тиглях из алюминия (99,99%), меди (99,9%) и двойных лигатур (Al-Mn, Al-Zr, Al-Sc, Al-Fe, Al-Si). Состав сплава для заявляемого материала соответствовал составам 2-4 в табл.1. Плоские (сечением 15×60 мм) и круглые (диаметром 44 мм) слитки получали литьем в графитовые и стальные изложницы соответственно. В базовом варианте температура литья составляла 900°С, что было более чем на 50°С выше ликвидуса сплавов состава 2-4. Значение T_L рассчитывали с использованием программы Thermo-Calc (база данных TTAL5). Для сплава состава 3 были получены слитки и при меньшей температуре литья.Alloys for the claimed material were prepared in an electric resistance furnace in graphite chamotte crucibles made of aluminum (99.99%), copper (99.9%) and double ligatures (Al-Mn, Al-Zr, Al-Sc, Al-Fe, Al -Si). The alloy composition for the claimed material corresponded to compositions 2-4 in table 1. Flat (section 15 × 60 mm) and round (diameter 44 mm) ingots were obtained by casting in graphite and steel molds, respectively. In the basic version, the casting temperature was 900 ° C, which was more than 50 ° C higher than the liquidus of alloys of composition 2-4. The T _L value was calculated using the Thermo-Calc program (TTAL5 database). For alloy composition 3, ingots were obtained at a lower casting temperature.

Прокатку плоских слитков и цилиндрических слитков, деформацию штамповкой проводили с промежуточным отжигом деформированных полуфабрикатов при максимальной температуре в диапазоне 300-450°С в муфельной электропечи с точностью поддержания температуры 5°С.Rolling flat ingots and cylindrical ingots, stamping deformation was carried out with intermediate annealing of deformed semi-finished products at a maximum temperature in the range of 300-450 ° С in a muffle electric furnace with an accuracy of maintaining the temperature of 5 ° С.

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). Типичные микроструктуры показаны на фигурах 1 и 2.The structure of the alloys was studied in light (Neophot-30), electron scanning (JSM-35 CF) and electron transmission (JEM 2000 EX) microscopes (hereinafter CM, SEM and TEM, respectively). Typical microstructures are shown in figures 1 and 2.

Испытание на растяжение проводилось по ГОСТ 1497-84 (скорость деформирования составляла 4 мм/мин).The tensile test was carried out according to GOST 1497-84 (strain rate was 4 mm / min).

Измерение удельного электросопротивления (далее ρ) проволоки и плоских образцов заданных размеров проводили с помощью цифрового программируемого миллиомметра G^w INSTEK GOM-2. Принцип действия прибора основан на измерении падения напряжения цифровым вольтметром на измеряемом сопротивлении при протекании через него калиброванного значения тока.The electrical resistivity (hereinafter ρ) of the wire and flat samples of a given size was measured using a digital programmable milliometer G ^w INSTEK GOM-2. The principle of operation of the device is based on measuring the voltage drop with a digital voltmeter on the measured resistance when a calibrated current flows through it.

ПРИМЕР 1EXAMPLE 1

Определяли механические свойства и электропроводность холоднокатаных листов после отжига при 300°С в течение 100 часов. Таким образом, значение временного сопротивления отожженных листов может служить одновременно характеристикой как прочности, так и термостойкости.The mechanical properties and electrical conductivity of cold-rolled sheets were determined after annealing at 300 ° C for 100 hours. Thus, the value of the temporary resistance of the annealed sheets can serve simultaneously as a characteristic of both strength and heat resistance.

Составы сплавов и температуры ликвидуса приведены в табл.1. Механические свойства на растяжение и электропроводность листов после отжига при 300°С в течение 100 часов приведены в табл.2.The alloy compositions and liquidus temperatures are given in table 1. The mechanical tensile properties and electrical conductivity of the sheets after annealing at 300 ° C for 100 hours are given in table 2.

Таблица 1Table 1 Химический состав экспериментальных сплавов и температура ликвидусаChemical composition of experimental alloys and liquidus temperature №No. Концентрации, мас.%Concentrations, wt.% T_L,°СT _L , ° C ΔТ,°СΔТ, ° С СuCu MnMn ZrZr ScSc FeFe SiSi AlAl 1one 0,50.5 0,50.5 0,10.1 0,0010.001 <0,01<0.01 <0,01<0.01 ост.rest 665665 235235 22 0,90.9 1,01,0 0,60.6 0,010.01 0,40.4 0,150.15 ост.rest 830830 7070 33 1,51,5 1,51,5 0,30.3 0,10.1 0,250.25 0,080.08 ост.rest 766766 134134 4four 1,91.9 1,81.8 0,150.15 0,20.2 0,150.15 0,050.05 ост.rest 714714 186186 55 2,52.5 2,52.5 0.80.8 0,30.3 0,50.5 0,30.3 ост.rest 872872 2828 6¹ 6 ¹ 1,81.8 1,71.7 0,30.3 0,10.1 <0,01<0.01 <0,01<0.01 ост.rest 768768 132132 ¹прототип (дополнительно содержит 0,05% V); T_L - расчетная температура ликвидуса; ΔT - разница между температурой литья (900°С) и температурой ликвидуса. ¹ prototype (additionally contains 0.05% V); T _L is the estimated liquidus temperature; ΔT is the difference between the casting temperature (900 ° C) and the liquidus temperature.

Таблица 2table 2 Механические свойства на растяжение и электропроводность листов после отжига при 300°С в течение 100 часовMechanical tensile and electrical properties of sheets after annealing at 300 ° C for 100 hours №*No. * σ_в, МПаσ _in , MPa σ_0,2, МПаσ _0.2 , MPa δ,%δ,% IACS, %IACS,% 1one 250250 220220 8,18.1 50fifty 22 320320 280280 5,15.1 5454 33 330330 290290 4,54,5 5454 4four 340340 320320 4,14.1 5353 55 Трещины при прокаткеRolling cracks 66 350350 325325 4,54,5 4141 *по табл.1* according to table 1

Как следует из табл.2, предлагаемый сплав (составы №2-4) обладает в отожженном состоянии заданным уровнем прочности, термостойкости и электропроводности. Сплав №1 характеризуется пониженной прочностью, а сплав №5 - пониженной технологичностью при обработке давлением, что не позволяет получать из него качественные листы. Прототип (№6) имеет в отожженном состоянии пониженные значения IACS.As follows from table 2, the proposed alloy (compositions No. 2-4) has in the annealed state the specified level of strength, heat resistance and electrical conductivity. Alloy No. 1 is characterized by reduced strength, and alloy No. 5 is characterized by reduced manufacturability during pressure treatment, which does not allow to obtain high-quality sheets from it. The prototype (No. 6) has reduced IACS values in the annealed state.

ПРИМЕР 2EXAMPLE 2

Из заявленного сплава состава 3 (табл.1) была получена проволока холодным волочением. Как видно из табл.3, предлагаемый сплав обладает в виде проволоки в отожженном состоянии после отжига при 300°С в течение 100 часов заданным уровнем как прочности, так и электропроводности.From the claimed alloy composition 3 (table 1), a wire was drawn by cold drawing. As can be seen from table 3, the proposed alloy has the form of a wire in the annealed state after annealing at 300 ° C for 100 hours with a given level of both strength and electrical conductivity.

Таблица 3Table 3 Механические свойства на растяжение и электропроводность проволоки после отжига при 300°С в течение 100 часовMechanical tensile and electrical properties of the wire after annealing at 300 ° C for 100 hours d, мм¹ d, mm ¹ σ_в, МПаσ _in , MPa σ_0,2, МПаσ _0.2 , MPa 5,%5,% IACSIACS 22 345345 330330 4,14.1 5454 4four 335335 300300 4,94.9 5454 ¹диаметр проволоки ¹ wire diameter

ПРИМЕР 3EXAMPLE 3

Из заявленного сплава состава 3 (табл.1) были получены штампованные диски по трем режимам: а) при подогреве до 450°С; б) при подогреве до 350°С; в) без подогрева (т.е. при комнатной температуре). Как видно из табл.4, только предлагаемый сплав обладает в виде штамповок в отожженном состоянии заданным уровнем как прочности, так и электропроводности. При этом максимальная температура деформирования (Т_d) не должна превышать 350°С (350±5°С), поскольку при более высокой температуре прочностные свойства снижаются.From the claimed alloy of composition 3 (Table 1), stamped disks were obtained in three modes: a) when heated to 450 ° C; b) when heated to 350 ° C; c) without heating (i.e. at room temperature). As can be seen from table 4, only the proposed alloy has in the form of stampings in the annealed state a predetermined level of both strength and electrical conductivity. Moreover, the maximum deformation temperature (T _d ) should not exceed 350 ° C (350 ± 5 ° C), since at higher temperatures the strength properties decrease.

Таблица 4Table 4 Механические свойства на растяжение и электропроводность штамповок после отжига при 300°С в течение 100 часовMechanical tensile and electrical properties of stampings after annealing at 300 ° C for 100 hours Т_d,°С¹ T _d , ° C ¹ σ_в, МПаσ _in , MPa σ_0,2, МПаσ _0.2 , MPa δ,%δ,% IACS, %IACS,% 450450 260260 225225 8,28.2 5454 350350 320320 275275 5,05,0 5454 2525 330330 290290 4,14.1 5454 ¹начальная (максимальная) температура деформирования ¹ initial (maximum) deformation temperature

ПРИМЕР 4EXAMPLE 4

Из заявленного сплава состава 3 (табл.1) были получены слитки при разных температурах литья. Из этих полученных слитков делали холоднокатаные листы (см. пример 1). Как видно из табл.4 (см. также табл.1, 2), только при температуре литья выше чем Т_L+50°С предлагаемый сплав обладает заданным уровнем как прочности, так и электропроводности. Снижение температуры литья приводит к падению прочностных свойств.From the claimed alloy composition 3 (table 1) were obtained ingots at different casting temperatures. Cold rolled sheets were made from these ingots obtained (see Example 1). As can be seen from table 4 (see also table 1, 2), only at a casting temperature higher than T _L + 50 ° C, the proposed alloy has a given level of both strength and conductivity. A decrease in casting temperature leads to a drop in strength properties.

Таблица 5Table 5 Механические свойства на растяжение и электропроводность листов после отжига при 300°С в течение 100 часов в зависимости от температуры литьяThe mechanical tensile and electrical properties of the sheets after annealing at 300 ° C for 100 hours depending on the casting temperature Т,°С¹ T, ° C ¹ ΔТ,°СΔТ, ° С σ_в, МПаσ _in , MPa σ_0,2, МПаσ _0.2 , MPa δ,%δ,% IACS, %IACS,% 950950 184184 330330 290290 6,26.2 5454 820820 5454 330330 290290 6,06.0 5454 700700 -66-66 220220 180180 8,58.5 5555 ¹температура литья; ΔТ - разница между температурой литья и температурой ликвидуса. ¹ casting temperature; ΔТ is the difference between the casting temperature and the liquidus temperature.

ПРИМЕР 5EXAMPLE 5

Промежуточный отжиг листов заявленного сплава состава 3 (табл.1) проводили при разных температурах. Далее из них получали готовые холоднокатаные листы (см. пример 1). Как видно из табл.6, только при температуре промежуточного отжига в интервале 350-450°С предлагаемый сплав обладает заданным уровнем как прочности, так и электропроводности. Снижение температуры отжига ниже 300°С приводит к падению электропроводности, а ее повышение выше 450°С приводит к падению прочностных свойств.The intermediate annealing of the sheets of the claimed alloy of composition 3 (Table 1) was carried out at different temperatures. Further, prepared cold-rolled sheets were obtained from them (see Example 1). As can be seen from table 6, only at an intermediate annealing temperature in the range of 350-450 ° C, the proposed alloy has a given level of both strength and electrical conductivity. A decrease in the annealing temperature below 300 ° C leads to a drop in electrical conductivity, and its increase above 450 ° C leads to a decrease in strength properties.

Таблица 6Table 6 Механические свойства на растяжение и электропроводность холоднокатаных листов в зависимости от температуры промежуточного отжигаThe mechanical tensile and electrical properties of cold-rolled sheets depending on the temperature of the intermediate annealing Т,°СT, ° С σ_в, МПаσ _in , MPa σ_0,2, МПаσ _0.2 , MPa δ,%δ,% IACS, %IACS,% 250250 270270 250250 2,02.0 3434 350350 320320 290290 2,32,3 5353 450450 330330 300300 2,12.1 5353 550550 230230 190190 3,63.6 5151 ¹максимальная температура промежуточного отжига ¹ maximum intermediate annealing temperature

ПРИМЕР 6EXAMPLE 6

Готовые листы (толщиной 1 мм) заявленного сплава состава 3 (табл.1) отжигали при разных температурах. Как видно из табл.7, только при температуре отжига в интервале 300-350°С предлагаемый сплав обладает заданным уровнем как прочности, так и электропроводности. Снижение температуры отжига ниже 300°С приводит к падению электропроводности, а ее повышение выше 350°С приводит к падению прочностных свойств.Finished sheets (1 mm thick) of the claimed alloy of composition 3 (Table 1) were annealed at different temperatures. As can be seen from table 7, only at an annealing temperature in the range of 300-350 ° C, the proposed alloy has a given level of both strength and electrical conductivity. A decrease in the annealing temperature below 300 ° C leads to a drop in electrical conductivity, and its increase above 350 ° C leads to a decrease in strength properties.

Таблица 7Table 7 Механические свойства на растяжение и электропроводность холоднокатаных листов в зависимости от температуры конечного отжигаMechanical tensile and electrical properties of cold-rolled sheets depending on the temperature of the final annealing Т,°С¹ T, ° C ¹ σ_в, МПаσ _in , MPa σ_0,2, МПаσ _0.2 , MPa δ,%δ,% IACS, %IACS,% 200200 335335 300300 2,92.9 3939 300300 330330 290290 3,53,5 5454 350350 320320 275275 4,24.2 5353 500500 240240 200200 8,58.5 4141 ¹максимальная температура конечного отжига листов ¹ maximum temperature of final annealing of sheets

Заявляемый сплав можно использовать в изделиях, подвергающихся нагреву до 350°С. Из материала могут быть получены такие детали, как корпуса, крышки, сопла, задвижки и т.д. Повышенная прочность предлагаемого сплава при повышенных температурах по сравнению с используемыми сплавами позволяет снизить массу изделия и продлить срок их службы. Кроме того, повышенная технологичность предлагаемого материала по сравнению с известными алюминиевыми деформируемыми сплавами (типа 1201, АК4-1, АК8) позволяет снизить себестоимость изделий.The inventive alloy can be used in products subjected to heating to 350 ° C. Such materials as housings, covers, nozzles, gate valves, etc. can be obtained from the material. The increased strength of the proposed alloy at elevated temperatures compared with the alloys used allows to reduce the weight of the product and extend their service life. In addition, the increased manufacturability of the proposed material compared with the known aluminum wrought alloys (type 1201, AK4-1, AK8) allows to reduce the cost of products.

Claims (7)

1. Сплав на основе алюминия, содержащий медь, марганец, цирконий и скандий, характеризующийся структурой, которая включает в себя алюминиевый твердый раствор и вторичные алюминиды меди, марганца, циркония и скандия, отличающийся тем, что он дополнительно содержит железо и кремний при следующем соотношении компонентов, мас.%:
медь 0,9-1,9 марганец 1,0-1,8 цирконий 0,2-0,64 скандий 0,01-0,12 железо 0,15-0,4 кремний 0,05-0,15 алюминий остальное
причем сплав содержит цирконий и скандий в своей структуре в виде наночастиц фазы Al₃(Zr, Sc) со средним размером не более 20 нм и с кристаллической решеткой L1₂, при этом электропроводность сплава превышает 53% IACS, а временное сопротивление (σ_в) после 100-часового нагрева при 300°С превышает 320 МПа.1. An aluminum-based alloy containing copper, manganese, zirconium and scandium, characterized by a structure that includes an aluminum solid solution and secondary aluminides of copper, manganese, zirconium and scandium, characterized in that it additionally contains iron and silicon in the following ratio components, wt.%:
copper 0.9-1.9 manganese 1.0-1.8 zirconium 0.2-0.64 scandium 0.01-0.12 iron 0.15-0.4 silicon 0.05-0.15 aluminum rest
moreover, the alloy contains zirconium and scandium in its structure in the form of nanoparticles of the Al ₃ (Zr, Sc) phase with an average size of not more than 20 nm and with a crystal lattice L1 ₂ , while the electrical conductivity of the alloy exceeds 53% IACS, and the temporary resistance (σ _c ) after heating for 100 hours at 300 ° C, exceeds 320 MPa. 2. Сплав по п.1, отличающийся тем, что содержание циркония и скандия в сплаве соответствует соотношению 0,40<Zr+2·Sc<0,66.2. The alloy according to claim 1, characterized in that the content of zirconium and scandium in the alloy corresponds to a ratio of 0.40 <Zr + 2 · Sc <0.66. 3. Способ получения деформированного полуфабриката из сплава на основе алюминия по п.1, включающий приготовление расплава упомянутого сплава при температуре, превышающей температуру ликвидуса не менее чем на 50°С, получение литой заготовки путем кристаллизации расплава, деформирование литой заготовки при температуре, не превышающей 350°С, промежуточный отжиг деформированной заготовки при температуре 300-455°С, деформирование отожженной заготовки при комнатной температуре и отжиг при температуре 300-350°С с получением готового деформированного полуфабриката.3. The method of producing a deformed semi-finished product from an aluminum-based alloy according to claim 1, comprising preparing a melt of said alloy at a temperature exceeding the liquidus temperature of at least 50 ° C, obtaining a cast billet by crystallization of the melt, deformation of the cast billet at a temperature not exceeding 350 ° C, intermediate annealing of the deformed workpiece at a temperature of 300-455 ° C, deformation of the annealed workpiece at room temperature and annealing at a temperature of 300-350 ° C to obtain the finished deformed go semi-finished product. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что деформирование литой заготовки проводят при комнатной температуре.4. The method according to claim 3, characterized in that the deformation of the cast billet is carried out at room temperature. 5. Способ по п.3, отличающийся тем, что полуфабрикат выполняют в виде катаного листа.5. The method according to claim 3, characterized in that the semi-finished product is performed in the form of a rolled sheet. 6. Способ по п.3, отличающийся тем, что полуфабрикат выполняют в виде проволоки.6. The method according to claim 3, characterized in that the semi-finished product is made in the form of a wire. 7. Сплав по п.3, отличающийся тем, что полуфабрикат выполняют в виде штамповки. 7. The alloy according to claim 3, characterized in that the semi-finished product is performed in the form of stamping.

Images