RU2630186C1 - Способ получения тонколистового проката из бор-содержащего алюминиевого сплава - Google Patents
Способ получения тонколистового проката из бор-содержащего алюминиевого сплава Download PDFInfo
- Publication number
- RU2630186C1 RU2630186C1 RU2016147338A RU2016147338A RU2630186C1 RU 2630186 C1 RU2630186 C1 RU 2630186C1 RU 2016147338 A RU2016147338 A RU 2016147338A RU 2016147338 A RU2016147338 A RU 2016147338A RU 2630186 C1 RU2630186 C1 RU 2630186C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- boron
- melt
- ingot
- aluminium alloy
- aluminum
- 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
- C22C1/02—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
- 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
- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
- C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
Landscapes
- Metal Rolling (AREA)
Abstract
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 сплава с содержанием бора не менее 2 мас.% включает приготовление алюминиевого расплава, содержащего медь и боридные частицы, получение слитка путем кристаллизации расплава, гомогенизацию слитка, горячую прокатку, холодную прокатку и упрочняющую термообработку, при этом в алюминиевый расплав вводят от 5,5 до 6,5 мас.% меди, горячую прокатку проводят при температуре 400-450°C с суммарной степенью обжатия от 85 до 90%, а холодную прокатку проводят с суммарной степенью обжатия от 92 до 96%. Изобретение направлено на получение алюминиевого сплава с содержанием бора не менее 2 мас.%, обладающего высокими и стабильными механическими свойствами. В частности, способ позволяет получить прокат толщиной менее 0,3 мм, временным сопротивлением на разрыв σв>420 МПа и относительным удлинением δ>8%. 1 з.п. ф-лы, 2 пр., 2 табл., 3 ил.
Description
Область техники
Настоящее 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.
Предшествующий уровень техники
Материалы на основе алюминия (сплавы и композиты), содержащие бор, обладают уникальным сочетанием физических и механических свойств. Поскольку бор имеет свойство хорошо поглощать нейтронное излучение, они широко применяются в ядерной энергетике [W.K. Barney, G.A. Shemel, W.E. Seymour, Nucl. Sci. Eng. 1 (1958) 439-448]. Несмотря на то что борсодержащие композиты достаточно давно эксплуатируются, их использование связанно с рядом проблем, в частности с технологией их получения. Поскольку бор имеет низкую растворимость в жидком алюминии классические технологии, связанные с получением гомогенного расплава (без наличия каких-либо твердых фаз) и формированием борсодержащих соединений при кристаллизации, не могут быть практически реализованы.
Известны многочисленные способы получения борсодержащих материалов на основе алюминия с использованием методов порошковой металлургии. В частности, известен способ получения материала, в котором в качестве алюминиевой матрицы используются сплавы разных систем (1xxx, 3ххх, 6ххх и др.), в качестве борсодержащего наполнителя - карбид бора (В4С) в виде порошка размером 1-60 мкм (пат. US 6602314 В1, опубл 05.08.2003). Данный способ производства материалов включает спекание под давлением (с предварительным вакуумированием). Недостатком этого и всех способов, связанных с порошковой металлургией, является трудность получения крупных заготовок, предназначенных для прокатки. Другим недостатком данного способа является то, что предложенные матричные сплавы обладают разным сочетание физико-химических свойств, что определяет широкий разброс по характеристикам, достигаемым в конечном изделии.
Известен способ получения борсодержащего материала, описанный в патенте US 2008/0050270A1 (2008), согласно которому в алюминиевый расплав, полученный расплавлением промышленной лигатуры алюминий-бор, вводят титан таким образом, чтобы сформировать в расплаве, температура которого поддерживается в пределах от 700 до 850°С, частицы диборида титана (ТiВ2), после чего проводят кристаллизацию путем литья. В частных пунктах данного патента предлагается вводить добавки гадолиния и самария. Данный способ позволяет получить в материале микроструктуру с дисперсными частицами фазы ТiВ2, которые формируются в процессе замешивания в результате фазовых превращений. Однако полное протекания этих фазовых превращений требует длительного времени, что обуславливает относительно высокую стоимость данного технологического процесса. Наличие добавок гадолиния и самария еще больше удорожают процесс.
Известен многокомпонентный сплав на основе алюминия, содержащий диборид титана в количестве 0,5-20 масс %, предназначенный для получения отливок и раскрытый в патенте RU 2556247 (опубл. 10.07.2015, бюл. №19). Недостатком данного сплава является то, что он не предназначен для получения деформированных полуфабрикатов, в частности листов.
Известен также способ получения борсодержащего материала, разработанный компанией Alcan Aluminum Corporation, который включает жидкофазный процесс замешивания борсодержащих частиц соединения В4С в жидкий расплав (Патент US 5531425 (1996)). По данному способу в кристаллизаторах получают слитки, далее применяется горячая прокатка для производства плит и листов. Недостатком данного способа является трудность предотвращения кластеризации неметаллических частиц в процессе замешивания, что может приводить к формированию негомогенной структуры. Существенным недостатком данного способа является то, что получаемые листы имеют низкую прочность (σв<100 МПа).
Наиболее близким к заявленному изобретению является способ получения листов борсодержащего материала на основе алюминия, который раскрыт в патенте РФ 2538789 (опубл. 10.01.2015, бюл. №1). Этот способ включает приготовление алюминиевого расплава, содержащего от 0,5 до 0,9% кремния, от 1,3 до 1,9% магния и от 0,2 до 0,4% меди, формирование в нем борсодержащих частиц с массовой долей от 4 до 8% при температуре от 850 до 930°С в течение 30-45 мин, литье слитков и их гомогенизацию, получение листов путем прокатки слитка и их термообработку.
Листы толщиной 2 мм, полученные по данному способу, обладают следующими механическими свойствами: σв>320 МПа, σ0,2>300 МПа и δ>4%. Недостатком данного способа является то, что система легирования алюминиевой матрицы (типа АД33, ГОСТ 4784-97), не позволяет получить в деформированных полуфабрикатах прочность выше 350 МПа. Кроме того, слитки, полученные по данному способу, не предназначены для изготовления тонколистового проката (менее 0,3 мм). Еще одним недостатком является наличие в сплаве магния, который взаимодействует с бором. Это приводит к уменьшению его концентрации в алюминиевой матрице и, как следствие, к снижению прочностных свойств. Поскольку распределение магния между боридными частицами и алюминиевой матрицей сильно зависит от параметров плавки (в частности, от температуры и времени выдержки расплава), то в известном способе температура и время расплава ограничены узкими пределами, что затрудняет его использование в промышленных условиях.
Раскрытие изобретения
Техническим результатом является создание способа получения тонколистового проката алюминиевого сплава, содержащего не менее 2% бора и обладающего высокими и стабильными механическими свойствами.
В частном исполнении данный способ позволяет получить прокат толщиной менее 0,3 мм, временным сопротивлением на разрыв σв>420 МПа и относительным удлинением δ>8%.
Технический результат достигается созданием способа получения тонколистового проката борсодержащего алюминиевого сплава, включающего приготовление алюминиевого расплава, содержащего медь и боридные частицы в количестве от 2,8 до 3,5 об. %, получение слитка путем кристаллизации расплава, гомогенизацию слитка, горячую и холодную прокатку и упрочняющую термообработку, отличающегося тем, что в алюминиевый расплав вводят от 5,5 до 6,5 масс. % меди, горячую прокатку проводят при 400-450°С с суммарной степенью обжатия от 85 до 90%, а холодную прокатку проводят с суммарной степенью обжатия от 92 до 96%.
Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 показан внешний вид тонколистового проката из борсодержащего материала на основе алюминия, полученного по варианту №3 (см. табл. 1);
на фиг. 2. показана микроструктура тонколистового проката борсодержащего материала на основе алюминия, полученного по варианту №3 (см. табл. 1), а на фиг. 3 показана фрактограмма тонколистового проката борсодержащего материала на основе алюминия, полученного по варианту №3 (см. табл. 1).
Сущность изобретения состоит в том, чтобы обеспечить высокую технологическую пластичность слитков и реализовать в тонколистовом прокате структуру, состоящую из алюминиевой матрицы, способной в результате деформационно-термической обработки к дисперсионному упрочнению за счет формирования вторичных выделений фазы θ' (метастабильная модификация фазы θ-Аl2Сu), и равномерно распределенных в ней борсодержащих частиц со средним размером не более 25 мкм и объемной долей от 2,8 до 3,5 об. %. Такая структура позволяет обеспечить наилучшее сочетание эксплуатационных свойств тонколистового проката (в частности, прочности, пластичности и поглощения нейтронного излучения). Наличие боридных частиц (преимущественно в виде соединения AlB12) в количестве не менее 2,8 об.% позволяет обеспечить необходимый уровень поглощения нейтронного излучения (расчетное содержание бора для такой структуры составляет не менее 2 масс. %). Поскольку медь не взаимодействует с бором в процессе приготовления расплава, то данный способ позволяет обеспечить стабильность механических свойств при изменении параметров плавки в широком диапазоне. Нижний предел по меди и выбран с целью достижения необходимого уровня прочностных свойств, а верхний - с целью достижения необходимого уровня технологичности, в частности при получении тонколистового проката.
Примеры выполнения
ПРИМЕР 1
Для экспериментального обоснования предложенного изобретения было выполнено 3 варианта получения тонколистового проката борсодержащего алюминиевого сплава по заявляемому способу (2-4) и 3 варианта получения проката по известному способу (6-8).
Приготовление расплава и формирование в нем борсодержащих частиц проводили в индукционной печи «РЭЛТЕК» в графитошамотном тигле. Бор вводили в виде специально приготовленной лигатуры. Температуру расплава (Т) варьировали от 900 до 1050°С, а время выдержки расплава перед литьем слитков (τ) варьировали от 30 до 120 минут (табл. 1). Заливку проводили в металлическую изложницу, получая плоские слитки с размерами 40×80×200 мм. Далее слитки гомогенизировали при 540°С, а затем проводили горячую прокатку при 430°С до толщины (h) 4 мм (суммарная степень обжатия 90%), промежуточный отжиг, холодную прокатку до 0,28 мм (суммарная степень обжатия 93%). В известном способе (варианты 6-8) холодную прокатку проводили до 2 мм (суммарная степень обжатия 50%)
Объемную долю борсодержащих включений (Qv) и их средний размер (d) определяли методами металлографического анализа по изображениям микроструктуры, полученным на сканирующем электронном микроскопе TESCAN VEGA 3.
Холоднокатаные листы подвергали упрочняющей термообработке, включающей нагрев 540°С, закалку в холодной воде и искусственное старение. Механические свойства листов, представленные в табл. 1 (предел прочности - σв и относительное удлинение - δ), при одноосном растяжении определяли при комнатной температуре на универсальной испытательной машине Zwick Z250 в соответствии с ГОСТ 1497-84. Скорость испытания составляла 10 мм/мин, расчетная длина 50 мм.
Как видно из табл. 1, только предложенный способ получения тонколистового проката (№№2-4, см.) обеспечивает высокую технологическую пластичность (Фиг. 1) и заданный уровень механических свойств листов. При этом разброс значений временного сопротивления составляет всего 7 МПа (т.е. менее 1 отн. %). В структуре тонколистового прокатка выявляются боридные частицы со средним размером менее 25 мкм и небольшое количество включений фазы Аl°Сu (Фиг. 2а). Основная часть меди находится в алюминиевой матрице в виде упрочняющих выделений фазы θ'. Компактная форма боридов приводит к мелкоямочному механизму разрушения, что видно из фрактограммы (Фиг. 2б). Такой характер разрушения наиболее благоприятен для механических свойств.
В варианте №1 содержание меди в алюминиевом расплаве ниже заявленного уровня, поэтому прочность холоднокатаных листов меньше требуемой. В способе №5 концентрации меди и бора в алюминиевом расплаве выше заявленных пределов. Это привело к снижению технологической пластичности, в результате листы растрескались в процессе холодной прокатки, поэтому их механические свойства не определяли.
В известном способе расширения диапазона по температуре расплава и времени его выдержки привело к сильному разбросу механических свойств. В частности, разброс значений временного сопротивления составляет 80 МПа (т.е. более 20 отн. %).
ПРИМЕР 2
Для экспериментального обоснования параметров деформационной обработки борсодержащего алюминиевого сплава было выполнено 5 вариантов получения тонколистового проката (табл. 2). Количество меди и бора вводимого в расплав, его температура и время выдержки во всех случаях было одинаковым и отвечало варианту 3 из примера 1 (см. табл. 1).
В способе №1 температура горячей прокатки ниже заявленного предела, что не обеспечило достаточной технологической пластичности. В результате слитки растрескались в процессе прокатки, поэтому их механические свойства не определяли. В способе №5 сочетание высокой температуры горячей деформации и малая степень обжатия при холодной деформации привело к снижению механических свойств при испытании на разрыв. Только предложенный способ получения тонколистового проката (№№2-4) обеспечивает высокие механические свойства (σв>420 МПа и δ>8%).
Таблица 2
Параметры получения тонколистового проката и его механические свойства (h1 - толщина листа, получаемая после горячей прокатки; h2 - толщина листа, получаемая после холодной прокатки; ε1 - суммарная степень обжатия при горячей прокатке; ε2 - суммарная степень обжатия при холодной прокатке)
Claims (2)
1. Способ получения тонколистового проката из борсодержащего алюминиевого сплава с содержанием бора не менее 2 мас. %, включающий приготовление алюминиевого расплава, содержащего медь и боридные частицы, получение слитка путем кристаллизации расплава, гомогенизацию слитка, горячую прокатку, холодную прокатку и упрочняющую термообработку, отличающийся тем, что в алюминиевый расплав вводят от 5,5 до 6,5 мас. % меди, горячую прокатку слитка проводят при температуре 400-450°C с суммарной степенью обжатия от 85 до 90%, а холодную прокатку проводят с суммарной степенью обжатия от 92 до 96%.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что тонколистовой прокат имеет толщину менее 0,3 мм, временное сопротивление на разрыв - более 420 МПа и относительное удлинение - более 8%.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016147338A RU2630186C1 (ru) | 2016-12-02 | 2016-12-02 | Способ получения тонколистового проката из бор-содержащего алюминиевого сплава |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016147338A RU2630186C1 (ru) | 2016-12-02 | 2016-12-02 | Способ получения тонколистового проката из бор-содержащего алюминиевого сплава |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2630186C1 true RU2630186C1 (ru) | 2017-09-05 |
Family
ID=59797433
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016147338A RU2630186C1 (ru) | 2016-12-02 | 2016-12-02 | Способ получения тонколистового проката из бор-содержащего алюминиевого сплава |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2630186C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5460666A (en) * | 1993-03-03 | 1995-10-24 | Nkk Corporation | Method of manufacturing natural aging-retardated aluminum alloy sheet |
US6602314B1 (en) * | 1999-07-30 | 2003-08-05 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Aluminum composite material having neutron-absorbing ability |
US20080050270A1 (en) * | 2004-04-22 | 2008-02-28 | Xiao-Guang Chen | Neutron Absorption Effectiveness for Boron Content Aluminum Materials |
RU2538789C1 (ru) * | 2013-06-28 | 2015-01-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Способ получения листов из бор-содержащего алюмоматричного композиционного материала |
RU2590429C1 (ru) * | 2014-10-13 | 2016-07-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Технологии энергетического машиностроения" (ООО "ТЭМ") | Способ получения борсодержащего металломатричного композиционного материала на основе алюминия в виде листов |
-
2016
- 2016-12-02 RU RU2016147338A patent/RU2630186C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5460666A (en) * | 1993-03-03 | 1995-10-24 | Nkk Corporation | Method of manufacturing natural aging-retardated aluminum alloy sheet |
US6602314B1 (en) * | 1999-07-30 | 2003-08-05 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Aluminum composite material having neutron-absorbing ability |
US20080050270A1 (en) * | 2004-04-22 | 2008-02-28 | Xiao-Guang Chen | Neutron Absorption Effectiveness for Boron Content Aluminum Materials |
RU2538789C1 (ru) * | 2013-06-28 | 2015-01-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Способ получения листов из бор-содержащего алюмоматричного композиционного материала |
RU2590429C1 (ru) * | 2014-10-13 | 2016-07-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Технологии энергетического машиностроения" (ООО "ТЭМ") | Способ получения борсодержащего металломатричного композиционного материала на основе алюминия в виде листов |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Basak et al. | Morphological changes and segregation of β-Al9Fe2Si2 phase: A perspective from better recyclability of cast Al-Si alloys | |
Wang et al. | Effect of Si content on microstructure and mechanical properties of Al–Si–Mg alloys | |
El-Sabbagh et al. | Hot rolling behaviour of stir-cast Al 6061 and Al 6082 alloys–SiC fine particulates reinforced composites | |
El-Mahallawi et al. | Influence of Al2O3 nano-dispersions on microstructure features and mechanical properties of cast and T6 heat-treated Al Si hypoeutectic Alloys | |
Dutkiewicz et al. | Characterization of semi-solid processing of aluminium alloy 7075 with Sc and Zr additions | |
Lin et al. | Developing high performance mechanical properties at elevated temperature in squeeze cast Al-Cu-Mn-Fe-Ni alloys | |
Ebrahimi et al. | The microstructure, hardness and tensile properties of a new super high strength aluminum alloy with Zr addition | |
Mandal et al. | Influence of micro-alloying with silver on microstructure and mechanical properties of Al-Cu alloy | |
AU2014284083B2 (en) | Aluminum alloy composition with improved elevated temperature mechanical properties | |
RU2538789C1 (ru) | Способ получения листов из бор-содержащего алюмоматричного композиционного материала | |
Ling et al. | Microstructure and mechanical properties of squeeze casting quasicrystal reinforced AZ91D magnesium matrix composites | |
RU2590429C1 (ru) | Способ получения борсодержащего металломатричного композиционного материала на основе алюминия в виде листов | |
Bi et al. | Deformation behavior of an extruded Mg–Dy–Zn alloy with long period stacking ordered phase | |
Yang et al. | Influence of cooling rate on the microstructure and mechanical properties of Al–Cu–Li–Mg–Zn alloy | |
Chong et al. | High performance of T6‐treated Al–15Mg2Si–3Cu composite reinforced with spherical primary Mg2Si after the Co‐modification of Bi+ Sr | |
AU2016257626B2 (en) | Composite material having improved mechanical properties at elevated temperatures | |
RU2630186C1 (ru) | Способ получения тонколистового проката из бор-содержащего алюминиевого сплава | |
RU2630185C1 (ru) | Способ получения слитков и тонколистового проката из бор-содержащего алюминиевого сплава | |
Naeem et al. | The effect of microalloying of nickel, RRA treatment on microstructure and mechanical properties for high strength aluminum alloy | |
Möller et al. | The heat treatment of rheo-high pressure die cast Al-Cu-Mg-Ag alloy 2139 | |
RU2618300C1 (ru) | Способ получения слитков из бор-содержащего материала на основе алюминия | |
Hossain et al. | Effects of strain rate on tensile properties and fracture behavior of Al-Si-Mg cast alloys with Cu contents | |
Sujith et al. | A new hot tearing assessment by using stepped ring core mold and the effect of strontium on the hot-tearing resistance of Al–6 wt% Zn based alloy | |
Xia et al. | Microstructure evolution and mechanical properties of an Al-Si-Cu-Mg-Ni aluminium alloy after thermal exposure | |
Kantoríková et al. | Heat treatment of AlSi7Mg0. 3 Aluminium alloys with increased zirconium and titanium content |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20190708 Effective date: 20190708 |